Использование глубоководного бурения для решения геологических задач

курсовая работа

Глава 1. Исторический обзор

Океанское дно, как всё неизведанное, всегда притягивало к себе внимание исследователей. С развитием технического прогресса и геологической науки исследование морской бездны стало реально выполнимой задачей. В 60е годы XX столетия благодаря геофизическим исследованиям было установлено, что океаническая земная кора принципиально отличается от континентальной. Отличия выявили в ходе анализа сейсмических данных, во-первых, отметив значительную разницу мощностей океанической (8 - 10 км) и континентальной (35 - 40 км) кор, во-вторых, отсутствие в океанической коре так называемого гранитного слоя, характеризующегося скоростями сейсмических волн 6 км/с что соответствует плотности пород - 2,7 г/см3.

Прежде чем приступить к планомерному изучению океанического дна, исследователям была необходима единая геологическая концепция, в основе которой лежали бы ключевые предположения о строении литосферы.

Наиболее ранними из таких предположений являются рассуждения английского пастора - Османда Фишера, изложившего в 1889 году свои, на тот момент революционные идеи, в труде ”Физика земной коры”. Там он, исходя из гипотезы об изостатическом равновесии материков, и задолго до разработки геофизических методов исследования, впервые правильно определил мощность континентальной земной коры - 20, 25 географических миль, то есть около 37 - 46 километров (Пейве, 1982). К сожалению, труды Фишера не были по достоинству оценены современниками, в основном в силу отсутствия фактического материала, подтверждавшего его гипотезу о важнейшей роли океанической коры в тектонике земли.

Тем не менее, спустя тридцать лет немецкий геофизик, профессор университета в Граце Альфред Вегенер выдвинул в 1912 году так называемую теорию “Мобилизма” (теория дрейфа материков) предполагающую большие (до нескольких тыс. км) горизонтальные перемещения материковых глыб земной коры (литосферы) относительно друг друга и по отношению к полюсам в течение геологического времени. Основанию такой гипотезы послужила схожесть конфигурации современных континентов, и органических ископаемых остатков, что позволило предположить, что когда-то раньше все континенты составляли единый материк, но затем в ходе формирования новой океанической коры в центральных частях океана (срединно-океанических хребтах) континенты раcходились, занимая свои настоящие позиции. Таким образом, возраст океанической коры неоднороден, и по мере приближения от центра к окраинам бассейнов растет. Данная теория противопоставляется фиксизму, то есть. гипотезе, отрицающей такое перемещение и отводящей основную роль в развитии земной коры вертикальным движениям. Вегнер не просто выдвинул теорию, но и предложил целую систему обоснованных доказательств в пользу этого явления. Но, к сожалению, с трагической смертью Альфреда Вегнера в Гренландии в 1930году, куда он отправился за дополнительными доказательствами своих идей, его смелая гипотеза была предана забвению. Но всего лишь до 1963 года, когда американские геофизики, Вайн и Мэтьюз обнаружили, что установленные ими на дне чередующиеся полосы с прямой и обратной намагниченностью пород (базальтов), протягивающиеся параллельно срединно-океаническим хребтам, соответствуют времени формирования очередных порций океанической коры, и что их возраст постепенно удревняется по мере приближения к континентам. (Хаин, 1996).

Таким образом к началу глубоководного бурения в океанах геологи имели хорошо увязанную с геофизическими материалами теорию, которую следовало подтвердить фактическими геологическими данными.

На начальном этапе бурение проводилось примитивными способами с помощью дночерпателей, драг и донных тралов. Уже первые пробы показали, что осадки, покрывающие дно океана, не являются чем-то однородным, как это считалось ранее, а исключительно разнообразны по составу. Благодаря опробованию поверхностных осадков, которое проводили в многочисленных геологических экспедициях, удалось изучить их пространственное распределение. Одновременно оно позволило выявить новый тип полезных ископаемых - так называемые железо - марганцевые конкреции которые покрывают дно мирового океана и запасы которых значительно превышают разведанные запасы подобных руд на суше. Учитывая, что конкреции содержат кроме Fe и Mn и другие, в том числе редкие металлы, они представляют собой важный резерв полезных ископаемых для будущих поколений. (Басов, 2001)

Следующим шагом в исследовании океанского дна и его осадочного чехла стало применение в океанографических исследований прямоточных грунтовых трубок, которые позволили в отличие от дночерпателей получать образцы не только поверхностных, как правило современных, но и более древних осадков. Опробование океанского дна с помощью грунтовых трубок позволило геологам заглянуть несколько глубже в историю развития океана. Тем не менее, полученная таким образом информация касалась осадков, возраст которых ограничивался, как правило, первыми десятками и сотнями тысяч лет и не могла полностью удовлетворять геологов. Стало очевидно, что необходима новая технология изучения дна океана. Такая технология появилась в конце 60х гг XX века и почти через столетие после знаменитой английской океанографической экспедиции на судне "Челленджер" 1872-1876 гг. Так началась эра глубоководного бурения. (Басов, 2001).

В 1968 году буровое судно "Гломар Челленджер", построенное в США и специально оборудованное для бурения на больших глубинах, начало бурение своей первой скважины в мексиканском заливе, таким образом начав новый этап в изучении океанического дна.

Для осуществления этих целей был создан консорциум, получивший название "Объединение океанографических институтов по глубинному опробованию Земли" (Joint Oceanographic Institutions for Deep Earth Sampling" - JOIDES), который в начале объединял несколько океанографических институтов США, а в настоящее время включает также многочисленные научные организации из двух десятков стран. Помимо США, главного держателя "акций" и владельца бурового судна "Гломар Челленджер", в проекте участвовали и делали финансовые взносы ФРГ, Франция, Англия, Япония и СССР. CCCР был участником этого объединения в общей сложности около десяти лет, но по разным причинам дважды прекращал свое участие. В начале работы велись в рамках международного проекта глубоководного бурения (Deep Sea Drilling Project), а с 1985 года и до настоящего времени реализуются в рамках новой программы океанического бурения. Она осуществляется с помощью нового более совершенного бурового судна "ДЖОИДЕС-Резолюшн" ("JOIDES Resolution"), названного в честь американского парусника, на котором Джеймс Кук совершил кругосветное путешествие. (Басов, 2001).

В послевоенные годы дно Мирового океана интенсивно изучалось и другими геофизическими и геологическими методами, в частности, путем картирования дна при помощи глубоководных спускаемых и управляемых аппаратов, драгирования, фотографирования, сейсмического и магнитного профилирования и т.д. (Пейве, 1982). Эти работы стимулировались не только интересами большой науки, но и практическими задачами изучения минеральных ресурсов. И проект глубоководного бурения с самого начала был направлен также на возможную общую оценку перспектив, прежде всего нефтегазоносности, Мирового океана.

А теперь чуть подробнее о первых экспедициях "Гломар Челленджера". Этот корабль был относительно невелик по размерам - 11 тыс. т водоизмещением. На его палубе было размещено свыше 7 тыс. погонных метров буровых труб, на такую примерно глубину и могло производиться бурение, включая, конечно, слой воды. "Гломар Челленджер" имел много уникальных технических приспособлений для бурения в океане. Помимо того, что на нем впервые были применены весьма совершенные средства навигации, судно было оснащено системой, позволявшей удерживать его в одной точке в ходе бурения. Для этого на дно океана опускался ультразвуковой буй, на который были нацелены гидрофоны, находящиеся под судном. От них информация о смещении судна поступала в компьютер, который подавал команду четырем подруливающим устройствам, находящимся в носовой и кормовой частях судна. Судно имело также стабилизирующее устройство, предохраняющее буровые трубы от разрыва при качке. С начала бурения в августе 1968 г. по октябрь 1980 г. во время 75 рейсов пробурено 878 скважин в 532 районах морей и океанов. Наибольшее проникновение в породы дна - 1741 м при глубине в этом месте 3900 м. (Пейве, 1982).

Технологические знания, полученные в ходе осуществления глубоководного бурения, развитие буровой техники и конструирование разнообразных приборов в процессе исследований достигли большого совершенства. В скважинах проводился не только стандартный каротаж (звуковой, плотностный, индукционный, нейтронный, гамма - и др.), но и различные эксперименты, например по изучению сейсмических явлений. Применение гидравлического керноотборника, позволяющего извлекать 90% слабо разрушенного керна, привлекло внимание не только геологов, но и других специалистов. Выяснилось также, что возможно повторное вхождение в ствол скважины и получение таким образом данных длительных наблюдений. Все это позволило усовершенствовать технологии и проводить современное глубоководное бурение на более высоком уровне.

глубоководное бурение геологический исследование

Делись добром ;)