Комплекс геофизических исследований планируется дополнить видео съемкой для визуальной идентификации объектов

ФЁДОРОВ А. С., МИРОНЮК С. Г., КЛЕЩИН С. М.
ООО «Питер Газ», Россия

Одной из важнейших задач морских инженерных изысканий является выявление и локализация опасных или неблагоприятных для прокладки газопроводов участков морского дна. К ним относятся площади развития склоновых процессов, газонасыщенных и многолетнемерзлых грунтов, опасных воздействий на дно ледовых торосов и айсбергов и т. д.

К настоящему времени в ООО «Питер Газ» накоплен немалый опыт применения геофизических методов при исследовании геологических опасностей на морском дне и в береговой зоне Черного, Балтийского, Баренцева и Карского морей.

В докладе рассмотрен комплекс геофизических методов, который успешно используется нами при решении разнообразных задач морской инженерной геологии.

Данный комплекс исследований включает:

1. Непрерывное сейсмоакустческое профилирование (НСП);

2. Многолучевое эхолотирование;

3. Гидролокация бокового обзора (ГЛБО);

4. Магнитометрическая съемка.

Указанный комплекс геофизических исследований планируется дополнить видео съемкой (ROV) предназначенной для визуальной идентификации объектов выявленных в процессе геофизических изысканий.

Геофизические исследования выполняются в сочетании с другими видами инженерно-геологических работ – бурением, донным пробоотбором, статическим зондированием и т.д. Технологически целесообразно, чтобы геофизические работы предшествовали геотехническим исследованиям. Важной особенностью технологии морских геофизических исследований используемой в ООО «Питер Газ» является круглосуточный непрерывный контроль качества данных и их обработка. Это позволяет уже на борту исследовательского судна практически полностью обработать полученные данные, осуществить предварительное построения разрезов, карт и т.п.

Проведенные на шельфе Баренцевого моря (Штокманское ГКМ и трассы морских трубопроводов) морские изыскания выявили целый комплекс потенциально опасных инженерно-геологических процессов и явлений:

• Слабые грунты (т. н. «покровный слой»);

• Расчлененный рельеф;

• Оползневые процессы;

• Газонасыщенные грунты и зоны газовых «карманов»;

• Эффекты выброса газов из донных отложений (покмарки);

• Разрывные нарушения.

Основная часть разреза – зоны взаимодействия подводного добычного комплекса (ПДК) Штокманского ГКМ с грунтовой толщей, сложена с поверхности слабыми грунтами (илами, текучей глиной). Общая их мощность в среднем составляет 2-3 м, достигая на отдельных участках 10 м.

Рельеф шельфа Баренцева моря в пределах месторождения характеризуется относительно высокой расчлененностью. Обнаружены неровности дна различной природы. На цветных растровых моделях рельефа дна, построенных по данным многолучевого эхолотирования, четко выражены линейные протяженные формы, предположительно ледового происхождения.

Дополнительные исследования с использованием сонара с функцией батиметрии позволили уточнить геоморфологию рельефа дна. Получены основные морфологические характеристики площадок строительства ПДК и трассы трубопровода.

На изображении цифровой модели одной из площадок ПДК видно, что дно в ее пределах с равномерной интенсивностью сильно изрезано бороздами (плуг-марками). Характеристики борозд:

• Средняя глубина 3–4 м;

• Средняя ширина 60–100м;

• Форма поперечного сечения в основном V–образная;

• Хаотичное направление.

Условно, можно разделить борозды на три группы по их размерам: крупные (глубиной до 5-7 м и шириной 120 -210 м), средние и мелкие.
В западной части площади Штокманского ГКМ находиться впадина с максимальной глубиной 353 метра ниже уровня моря. Рельеф ровный, сглаженный, практически без борозд.

Во впадине встречаются специфические морфоструктуры – это покмарки (неглубокие воронки) различного диаметра. Ранее на площади Штокманского ГКМ они не выявлялись. Их образование связано с массовым выбросом газа через морское дно с последующим обрушением рыхлых отложений. На отдельных участках трассы трубопровода дно буквально испещрено покмарками. Их глубина составляет от 0,5 до 2,6 м, диаметр 0,5 – 34 м. Редко покмарки имеют глубину 6 м и более и размеры 230 х 300 м.

Прослеживается определенная закономерность в расположении покмарок. Обнаружены цепочки небольших покмарок, а также покмарки расположенные в линейных понижениях морского дна (бороздах).

Показаны примеры совместного анализа батиметрических, сейсмоакустических данных и данных гидролокатора бокового обзора на одном из участков распространения покмарок.

Наш опыт свидетельствует, что дополнительным методом обследования покмарок является магнитометрия. Выявлены аномалии магнитного поля, связанные с покмарками. Предположительно, они обусловлены повышенной электрохимической активностью в грунтах, что потребует дополнительной антикоррозионной защиты трубопровода.

Специалистами ООО «Питер Газ» также с высокой степенью достоверности идентифицированы на глубинах 25 -55 м от морского дна кровля газонасыщенных грунтов. Газонасыщенные осадки могут представлять опасность для подводных сооружений, поскольку при дополнительных статических и динамических нагрузках несущая способность таких осадков может резко снижаться в результате частичной или полной дегазации.

Положительные мезо- и микроформы рельефа также являются факторами риска при оценке условий строительства и эксплуатации подводных сооружений. Участки с мелкобугристыми формами с относительным превышением в несколько метров и углами наклона поверхности до 10? могут оказаться непригодными для устройства протяженных оснований или темплейтов. Кроме того, при столь значительных уклонах поверхности возможно развитие опасных гравитационных процессов.

На площади месторождения выделены зоны, опасные по условиям неустойчивости донных грунтов. В указанных зонах выделяются затемненные контуры рельефа с уклоном более 5?.

Разрывные нарушения в пределах месторождения встречаются часто и характеризуются в основном северо-северо-западной (до субмеридиальной) и северо-восточной ориентировкой. В приповерхностной (~150 м) части геологического разреза они имеют длину от 1,5–2 до 4–5 км, иногда возрастающую до 8–11 км, концентрируясь в две главные разломные зоны шириной до 7 км. Разрывные нарушения выделялись и прослеживались по площади в основном по данным НСП и в меньшей степени по геоморфологическим признакам на основе анализа детальной карты донного рельефа, полученной с помощью многолучевого эхолотирования.

Для уточнения природы морских линеаментов, трассировки активных разрывов, определения ширины разрывных зон и наклона разрывных сместителей необходимо проведение дополнительных геофизических и сейсмологических исследований.

Анализ материалов бурения и геофизических исследований в Карском море (переход системы магистральных газопроводов Бованенково-Ухта через Байдарацкую губу) показал, что инженерно-геологические условия района строительства подводного перехода являются сложными, что обусловлено наличием: реликтовых многолетнемерзлых пород (ММП) и газосодержащих грунтов, а также экзарацией дна стамухами.

Реликтовые ММП, находящиеся в стадии деградации обнаружены на отдельных участках трассы перехода в интервале глубин 10 – 15 м - 100-150 м от дна моря. Их распространение весьма неоднородно и носит островной характер. Наблюдается возрастание прерывистости и глубины залегания кровли и сокращение их мощности при движении в сторону моря. Моделирование влияния трубопровода, показало, что тепловое влияние трубы довольно быстро (за 5-7 лет) достигнет кровли мерзлых пород и приведет к их оттаиванию.

По данным сейсмоакустических исследований установлено, что на всем протяжении трассы проектируемого трубопровода, под слоем голоценовых морских осадков широко распространены газосодержащие грунты. Глубина кровли газонасыщенных отложений от поверхности дна, по данным сейсмоакустических исследований, изменяется от 1, 5 – 2 до 10-15 м, достигая в отдельных местах глубин 18-22 м.
В основном это пески, залегающие под глинистыми осадками на глубине от 1-2 до 10 -15 м.

По материалам съемки ГБЛО и эхолотных промеров дна проведен анализ донных микроформ по профилю перехода трубопровода. Исследования показали наличие борозд выпахивания на дне моря различной ширины и формы. Глубина борозд в песчаных и суглинистых грунтах не превышает 1,5-2,2 м, ширина составляет 10 – 40 м, длина может достигать нескольких километров. Воздействие льдов прослеживается до глубин 25-30 м.

Касаясь эффективности геофизических методов исследований при выявлении геологических опасностей можно заключить следующее:

1. При изучении донных мезо- и микроформ (борозд, покмарок и т. д.) наилучший результат показал совместный анализ батиметрических, сейсмоакустических данных и данных гидролокатора бокового обзора. При этом очевидны преимущества многолучевого эхолотирования относительно однолучевой модели.

2. Для получения данных о латеральной изменчивости пород и строении геологического разреза, в т. ч. для обнаружения газонасыщенных и многолетнемерзлых грунтов наилучший результат дает применение непрерывного сейсмоакустического профилирования в комплексе с бурением.

3. Для достижения оптимального соотношения между разрешающей способностью и глубинностью изысканий сейсмоакустическое профилирование следует проводить тремя системами одновременно с частотами 250 – 300 Гц, 1500 – 2000 Гц и 2000 – 12000 Гц.

4. Высокую эффективность в обнаружении локальных объектов на морском дне показала интегрированная система Benthos C3D+SPB, в состав которой входит профилограф Chirp-III и гидролокатор бокового обзора, с функцией батиметрии C3D. Установленный в буксируемом теле гидролокатор C3D сочетает не только получение высокоразрешающего гидролокационного изображения, но и батиметрических данных в широкой полосе обзора. Применение гидролокатора C3D позволяет выявить особенности рельефа дна с разрешением 0, 1 – 0, 2 м.

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции

Еще статьи на тему "Исследования":

Статическое зондирование как метод исследований грунтов на шельфе

Методы сбора, хранения и анализа проб для проведения шельфовых геохимических исследований

Современные технологии геофизических исследований на шельфе

Интегрированная технология для модельных исследований на морских акваториях

Конкурс проектов фундаментальных исследований в Мурманской области

Конкурс проектов фундаментальных исследований