ВАСИЛЬЕВ Н.И. Зав. кафедрой бурения скважин С

ВАСИЛЬЕВ Н.И.
Зав. кафедрой бурения скважин С-Петербургского Горного института, профессор, доктор технических наук, руководитель бурового проекта на ст. Восток
ПРЕСС-РЕЛИЗ
ГЛУБОКАЯ ЛЕДЯНАЯ СКВАЖИНА НА СТАНЦИИ ВОСТОК
Вертикальная структура покровных ледников планеты образована из уплотненных слоев твердых атмосферных осадков, выпадающих на поверхность в виде снега.
Эти слои отличаются по изотопному составу, концентрации атмосферных газов, аэрозольных примесей и, тем самым, отражают характеристики атмосферы, расположенной в
строгой геохронологической последовательности. Таким образом, изучение ледяных кернов, пробуренных в ледниках, дает возможность реконструировать изменение климата в
прошлом на протяжении многих сотен тысяч лет, т.е. ледяные керны являются хорошими аналогами колонок донных отложений, по которым исследуются палеогеографические
изменения водоемов.
Изучение ледяных кернов Антарктики для палеоклиматических реконструкций стало привлекать интерес гляциологов и климатологов еще в период Международного
геофизического года 1957-58гг., при этом, главное место в таких исследованиях занимали районы Центральной Антарктиды с наибольшей толщиной ледяного покрова. Одной из
таких точек повышенного интереса ученых стала советская (российская) антарктическая станция Восток, расположенная в координатах 78028' ю.ш., 106048' в.д. на высоте 3488
метров над уровнем моря. Первые попытки бурения ледника на этой станции были предприняты еще в конце 60-х годов, а, начиная с 1970г., разработка технологии глубокого
бурения ледников стала проводиться специалистами кафедры бурения скважин Ленинградского Горного института (ЛГИ) под руководством профессора Б.Б. Кудряшова. Учеными и
инженерами этой кафедры были разработаны и внедрены в практику различные модификации тепловых и электромеханических буровых снарядов, создано стационарное и
передвижное наземное оборудование буровых комплексов, отработана технология бурения с получением ледяного керна, подготовлен комплект экспресс-анализов и лабораторное
исследовательское оборудование для изучения физических и геохимических свойств керна. Оказалось, что «сухое» бурение скважин в леднике возможно только до глубины 500
метров, после чего в стволе скважины возникает эффект «горного» давления, который приводит к сужению диаметра скважины и, соответственно, невозможности извлечь буровой
снаряд из нее на поверхность. Для исключения этого эффекта необходимо использовать буровую жидкость, которая, с одной стороны должна быть незамерзающей, а с другой
стороны, ее плотность должна быть равной плотности льда (0,91 г/см3). В качестве такой жидкости специалистами ЛГИ была предложена смесь авиакеросина (плотность 0,78 г/см3)
и фреона (плотность 1,04 г/см3). В последующие годы аналогичную по составу заливочную жидкость стали применять и европейские коллеги из Дании, которые так же
разрабатывали технологию и инженерное решение для бурения в глубоких ледяных скважинах в Гренландии и в Антарктиде.
В период с 1980г. по 1989г. на станции Восток было пробурено 4 ледяных скважины различного диаметра и глубины, а в 1990г. была заложена скважина 5Г, которой
было суждено стать самой глубокой в мире из пробуренных в ледяном покрове.
В соответствии с данными геофизических и гляциологических исследований, верхняя часть разреза ледникового покрова в точке бурения скважины 5Г слагается
стометровым снежно-фирновым слоем, ниже которого залегает монолитная ледяная толща. Она сложена пластами «межледникового» (теплый период) и «ледникового» (холодный
период) типов льдов, отличающихся размерами зерен и ориентировкой их кристаллографических осей. В верхней части разреза эти различия весьма незначительны, однако, на
глубинах свыше 2700 м «межледниковые» и «ледниковые» пласты льда уже существенно отличаются по своему строению и механическим свойствам. Кроме того, в интервале
глубин 3310–3370 м обнаружены признаки тектонического несогласия в залегании слоев, а в интервале 3460–3538 м залегает слоистый лед, характеризующийся чередованием
слоев мелкозернистого и крупнозернистого льда. Наконец, базальный слой льда, обнаруженный глубже отметки 3538 м и прослеженный до забоя скважины (3650 м), сформирован
гигантозернистым льдом (кристаллы льда до 1 м в поперечнике и более). Этот лед содержит редко разбросанные небольшие минеральные включения (1–6 мм в диаметре),
представляющие собой скопления глинистых частиц моренного происхождения. По мнению специалистов, структура базального льда свидетельствует о его неподвижности и
конжеляционном происхождении, т.е. о формировании льда в процессе замерзания воды. Этот факт подтверждается результатами изотопного исследования образцов ледяного
керна. Движение льда над озером в районе станции Восток осуществляется в направлении на юго-восток со скоростью 1,5-3,0 м/год. Наличие базального слоя неподвижного льда в
нижней части разреза ледникового покрова позволяет заключить, что ледниковый покров в этом районе в основном лежит на подстилающих горных породах, а расчлененный
рельеф подледникового ложа блокирует нижние слои ледниковой толщи. Максимальные сдвиговые деформации происходят в пределах вышележащего пласта (3460–3540 м).
В летнем сезоне 1997-98гг. глубина скважины 5Г достигла отметки 3623 м. Изучение поднятого на поверхность ледяного керна позволило установить характер
изменения климата в Антарктиде за последние 420 тысяч лет. Было выделено четыре полных климатических цикла (от периода похолодания до периода потепления)
продолжительностью около 100 тысяч лет каждый. Эти данные стали классическим примером палеоклиматических реконструкций в Южной полярной области планеты и приводятся
практически во всех научных монографиях и популярных изданиях, посвященных этой важнейшей проблеме, которая в настоящее время является одной из ведущих для
человечества. Начиная с 1990 года, гляциологические работы на станции Восток, в том числе в скважине 5Г, стали проводиться на международной основе с участием специалистов
из России, Франции и США, при этом каждая страна получала одну треть керна для своих национальных исследовательских программ. В январе 1998г. по рекомендации
международного Научного комитета по антарктическим исследованиям буровые операции в скважине 5Г были прекращены в связи с непосредственным приближением к водному
слою обширного подледникового водоема, первое сообщение о котором было сделано в 1994 году. После выполнения различных исследовательских, технологических и
природоохранных процедур, соответствующих всем требованиям международного сообщества, они были возобновлены в конце декабря 2004г.
Скважина 5Г представляет собой сложную инженерную конструкцию со средним диаметром 137 мм. Верхний 130-метровый ее участок оборудован пластиковыми
обсадными трубами, исключающими проникновение заливочной жидкости в рыхлый снежно-фирновый слой. На глубине 2243 м с помощью специально разработанной технологии 5
сентября 1992г. было выполнено отклонение ствола скважины от вертикали с целью обхода аварийного участка, на котором 27 декабря 1991г. произошел обрыв бурового снаряда.
С этого момента новый ствол скважины получил наименование 5Г-1. В октябре 2007г. на глубине 3668 м произошла аналогичная авария, в результате которой был так же оборван
буровой снаряд. Новое отклонение ствола было начато в конце января 2009г. с глубины 3590 м с использованием ранее отработанной технологии. Новый участок ствола был
назван 5Г-2. На конец января 2010г. забой скважины 5Г-2 находился на глубине 3650 м.
13 декабря 2010г. на станцию Восток прибыл коллектив бурового отряда Санкт-Петербургского Горного института во главе с лидером этого проекта, заведующим
кафедры бурения скважин, профессором Н.И. Васильевым. 15 декабря после завершения акклиматизации коллектив отряда приступил к работам в буровом комплексе. Были
определены положение уровня заливочной жидкости в скважине, которая находится на глубине 70 м от поверхности, проведены измерения вертикального изменения диаметра
ствола скважины и характер распределения плотности заливочной жидкости. Выполнены работы по очистке забоя скважины от шлама. Продолжительный период нахождения
лебедки в холодных условиях зимнего периода на станции Восток (температура воздуха ниже минус 70 0 С) привел к возникновению технических неисправностей буровой лебедки,
которые были устранены по ходу проведения работ. Закончен монтаж новой электрической схемы электромеханического бурового снаряда. Выполнен пробный рейс снаряда до
забоя скважины без отбора керна. В сезоне 2010-11гг. специалисты бурового отряда планируют получить около 100 метров нового ледяного керна до отметки 3750 м и, при
возможности, осуществить проникновение в водный слой подледникового озера Восток.
Зам. директора ГУ «ААНИИ»
Начальник РАЭ
В.В. Лукин