1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Океанология
  4. T. 62, № 6, 2022

Океанология, 2022, T. 62, № 6, стр. 991-998

Выявление геологических опасностей в прибрежной части северо-восточного шельфа острова Сахалин

В. К. Лексин *

ООО “РН-СахалинНИПИморнефть”
г. Южно-Сахалинск, Россия

* E-mail: lex-vasya@mail.ru

Поступила в редакцию 31.07.2021
После доработки 30.11.2021
Принята к публикации 16.12.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

Наличие геологических опасностей на шельфе острова Сахалин создает сложности при проектировании, строительстве и обслуживании морских нефтегазопромысловых сооружений. Выявление и оценка геологических опасностей в прибрежной части акватории северо-восточного шельфа острова Сахалин позволит избежать экологических катастроф, минимизировать риски аварий и разработать рекомендации по обеспечению безопасности при обустройстве нефтегазовых месторождений. В работе представлены результаты анализа данных экспедиционных исследований, выполненных на двух площадках с использованием геофизических исследований и батиметрической съемки. Выделены зоны ледовой экзарации в прибрежной части площадки № 1, обусловленные выпахиванием стамухами морского дна. Обнаружены и вынесены на карту газовые зоны и палеоврезы в придонной части разреза на площадке № 2.

Ключевые слова: батиметрическая съемка, геологические опасности, ледовая экзарация, сейсмоакустика, северо-восточный шельф острова Сахалин

ВВЕДЕНИЕ

Геофизические исследования и батиметрическая съемка в акваториях проводятся при строительстве нефтегазопромысловых и гидротехнических сооружений, при обследовании трубопроводов и подводно-добычных комплексов, а также при проведении научных исследований по изучению газогидратов и палеоврезов. Наличие ледяного покрова на шельфе морей способствует формированию опасных ледяных образований, которые негативно воздействуют на инженерные сооружения на морском дне. Наличие придонных газовых аномалий и палеоврезов в геологическом разрезе представляет опасность при бурении скважин, строительстве подводно-добычного комплекса и прокладке трубопроводов [5].

Под геологическими опасностями стоит понимать компоненты геологической среды, которые могут неблагоприятно воздействовать на экосистемы и инженерные сооружения или вызвать их разрушение [12]. Изучению геологических опасностей, в том числе ледовой экзарации в различных акваториях посвящены, например, работы [3, 6, 10, 11, 13–15, 21].

Данная работа представляет результаты исследований ледовой экзарации по данным батиметрической съемки на площадке № 1, придонных газовых зон и палеоврезов по данным непрерывного сейсмоакустического профилирования на площадке № 2 на северо-восточном шельфе о. Сахалин (рис. 1).

Рис. 1.

Обзорная карта-схема площадок исследований.

Образование гряд торосов на северо-восточном шельфе острова Сахалин происходит при сжатии ледяных полей однолетнего льда, дрейфующих из северо-западной части Охотского моря, между которыми находится молодой лед. В случае, когда пространство между ледяными полями заполнено молодыми льдами, создаются условия, при которых максимальная толщина ледяных образований может достигать 25–35 м [1, 16].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Батиметрическая съемка на площадке № 1 по изучению ледовой экзарации выполнялась методом эхолотирования по системе параллельных профилей, расположенных перпендикулярно к берегу, через 100 м. Для обеспечения требуемой точности было проложено несколько контрольных профилей, расположенных перпендикулярно основным съемочным профилям. Батиметрическая съемка проводилась с помощью однолучевого эхолота South SDE-28S с частотой излучения 200 кГц.

Основные ледовые фазы (совокупность закономерно повторяющихся процессов возникновения, развития и разрушения ледяных образований) в акватории площадки № 1 определялись с использованием данных спутниковых микроволновых радиометров (Japan Meteorological Agency), архива ежедневных данных о площади льда мультиспектральной системы анализа спутниковых наблюдений MASIE (http://nsidc.org/data/masie), а также спутниковых (TERRA, AQUA, Suomi-NPP, Sentinel-2) снимков ледяного покрова в видимом диапазоне.

Для детального изучения строения придонных отложений площадки № 2 использовалось непрерывное сейсмоакустическое профилирование с электродинамическим источником возбуждения упругих волн с частотой излучения 300 Гц и выходной мощностью источника 200 Дж/выстрел и одноканальной сейсмической косой. Сеть профилей 100 × 200 м, оборудование фирмы Applied Acoustics.

Навигационно-геодезическая поддержка морских исследований обеспечивалась с использованием системы позиционирования, сбора и распределения данных, построенной на базе спутникового навигационного комплекса, работающего в режиме Real Time Kinematic.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ изображений со спутника Sentinel-2 (комбинация каналов 12-11-4, рис. 2) позволил идентифицировать в акватории площадки № 1 несколько ледяных образований, предположительно стамух. Размеры самого крупного из этих образований составляли 1.5 × 1.1 км, площадь 1.13 км2.

Рис. 2.

Фрагмент изображения исследуемого участка со спутника Sentinel-2. Красными овалами выделены предполагаемые стамухи.

По результатам обработанных батиметрических данных с учетом приливо-отливных явлений установлено, что глубины площадки № 1 изменяются от нулевой отметки (береговая линия) до 9-метровой изобаты, углубляясь в сторону моря. В мелководной части площадки № 1, до изобаты 7 м, практически на всех батиметрических профилях наблюдается резкое локальное углубление с последующим увеличением глубины моря (рис. 3, 4). В связи, с чем можно сделать вывод, что морское дно выпахивается стамухами, и максимальная глубина выпахивания достигает до 4 м ниже поверхности морского дна.

Рис. 3.

Фрагмент батиметрического профиля в северной части площадки № 1.

Рис. 4.

Фрагмент батиметрического профиля в центральной части площадки № 1.

На основе анализа построенной батиметрической карты площадки № 1 выделены участки зон ледовой экзарации (рис. 5). Ввиду того, что батиметрическая съемка выполнялась с помощью однолучевого эхолота, данные на карте представлены в виде изобат и поэтому батиметрическую карту или ее фрагмент нецелесообразно отображать в работе. Выделение зон ледовой экзарации выполнялось визуально на батиметрической карте в местах, где замечено резкое локальное изменение глубин моря.

Рис. 5.

Карта-схема зон ледовой экзарации площадки № 1.

Кроме того, на площадке № 1 проводился отбор проб донных отложений, по результатам которого установлено, что приповерхностные донные отложения состоят, главным образом, из голоценовых песков с единичными включениями гравия, перекрывающих неогеновые отложения, представленные переслаивающимися слабо литифицированными грунтами (супесями и суглинками). Наибольшая мощность голоценовых отложений отмечается в местах развития песчаных валов и песчаных волн. На некоторых участках между песчаными валами голоценовые отложения представлены прерывающимися отложениями песка и остаточным гравийными материалом.

Выявленные зоны ледовой экзарации на площадке № 1 необходимо учитывать при проектировании нефтегазопроводов и применять дополнительные меры защиты во избежание повреждения нефтегазопроводов ледяными образованиями.

По данным непрерывного сейсмоакустического профилирования в разрезе изучаемой площадки № 2 (глубина моря от 24.5 до 27.0 м) было выделено два сейсмоакустических комплекса, которые отличаются друг от друга по характеру волновой картины. Первый сейсмоакустический комплекс (САК 1) залегает в верхней части разреза и своей верхней границей совпадает с дном моря. По значениям мощности отложений первого сейсмоакустического комплекса площадка делится на 2 зоны: северо-западную, где мощность САК 1 колеблется от 18 до 23 м, и юго-восточную, где она существенно меньше и колеблется от 3 до 8 м. Зоны разделяются палеоуступом высотой около 10 м. В литологическом отношении комплекс представлен, в основном, песчано-супесчаными отложениями с прослоями суглинков, галечного и гравийного материала. Ниже по разрезу, с угловым несогласием по отношению к вышележащим отложениям, нами закартирован второй сейсмоакустический комплекс (САК 2). Мощность его по данным непрерывного сейсмоакустического профилирования не установлена. Во вскрытой скважиной части разреза он представлен слабо литифицированными суглинками и песчано-супесчаными отложениями. В стратиграфическом отношении САК 1 отнесен к морским четвертичным осадкам (mQ), САК 2 отнесен к отложениям верхненутовской подсвиты (N2nt2) нижнеплиоценового возраста.

На 2 отработанных профилях непрерывного сейсмоакустического профилирования обнаружены палеоврезы, расположенные в юго-западной части площадки № 2. На временны́х сейсмоакустических разрезах обнаруженные палеоврезы проявляются в форме выпуклой в сторону подошвы линзы с плоской субгоризонтальной кровлей (рис. 6). Кроме того, на всех временны́х сейсмоакустических разрезах прослеживаются зоны газопроявлений, приуроченных к плиоцен-четвертичным отложениям.

Рис. 6.

Пример интерпретации сейсмоакустического разреза, показывающий зону газопроявления и палеоврез.

Обнаруженные палеоврезы могут оказать негативное влияние на строительство инженерных сооружений и постановку буровой платформы по двум причинам: во-первых, они заполнены неконсолидированными грунтами с ослабленными несущими характеристиками, а во-вторых, внутренняя структура палеоврезов по характеру сейсмической записи свидетельствует о наличии газа в грунтах. Признаки, обусловленные газовыми аномалиями, проявляющиеся на сейсмических разрезах, рассмотрены в работах [4, 19, 22–25]. К таким признакам относится “яркое пятно”, инвертирование отраженных сигналов, прогибание осей синфазности и “зона тени”. Обнаруженные придонные газовые зоны могут представлять опасность при проходке буровой колонны в верхней части геологического разреза ввиду возможного непроизвольного выброса углеводородов, что может причинить вред буровому оборудованию и водным биологическим ресурсам. Если даже не произошел взрывной выброс с непосредственной аварией буровой платформы, то постепенная утечка газа может привести к падению давления внутри пластов и, как следствие, к оседанию грунта. Если же здесь окажется одна из опор буровой платформы, то авария неизбежна.

Для поисков палеоврезов и придонных газовых аномалий в прибрежной части акватории оптимальным геофизическим методом является непрерывное сейсмоакустическое профилирование, которое хорошо себя зарекомендовало при исследованиях на площадке № 2. В работах [20, 26] содержатся обобщенные сведения о частотном диапазоне и разрешающей способности всех видов сейсмических и сейсмоакустических съемок. Для поисков геологических опасностей нижеисследуемой части разреза по данным непрерывного сейсмоакустического профилирования необходимо проводить сейсморазведку высокого и/или сверхвысокого разрешения [2, 4, 7–9, 17, 18].

Для площадки № 2 была построена карта геологических опасностей, на которую вынесены обнаруженные газовые зоны и палеоврезы (рис. 7).

Рис. 7.

Карта геологических опасностей площадки № 2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ батиметрических данных прибрежной площадки № 1 позволил выявить зоны ледовой экзарации и определить максимальные глубины выпахивания стамухами морского дна. Определено, что глубина выпахивания стамухами достигает 4 м от поверхности морского дна. Детальные спутниковые изображения позволили подтвердить наличие стамух в районе проведения исследований. По результатам анализа батиметрических данных и космических снимков площадки № 1 можно предположить, что вся северо-восточная прибрежная часть острова Сахалин подвержена ледовой экзарации.

На площадке № 2 по результатам непрерывного сейсмоакустического профилирования обнаружены и вынесены на карту газовые зоны и палеоврезы в придонной части разреза.

Все выявленные геологические опасности необходимо учитывать при строительстве и будущей эксплуатации нефтегазопромысловых сооружений во избежание катастроф.

Список литературы

  1. Астафьев В.Н., Сурков П.А., Трусков П.А. Торосы и стамухи Охотского моря. СПб.: Прогресс-Погода, 1997. 197 с.

  2. Безродных Ю.П., Лисин В.П., Федоров В.И. Геологические опасности дна Северного Каспия – методы их выявления и оценки при инженерно-геологических изысканиях // Инженерная геофизика 2011. М.: EAGE, 2011. С. 1–6.

  3. Вершинин С.А., Трусков П.А., Лиферов П.А. Воздействие ледовых образований на подводные объекты. М.: Русская книга, 2007. 196 с.

  4. Гайнанов В.Г. О природе ярких пятен на временны́х разрезах сейсмоакустического профилирования // ГЕОразрез. 2008. Вып. 2. С. 1–18.

  5. Гайнанов В.Г., Токарев М.Ю., Старовойтов А.В., Шалаева Н.В. Сейсмоакустические исследования при инженерных изысканиях на акваториях-методы и примеры // Деловой журнал Neftegaz.RU. 2021. № 2 (110). С. 22–33.

  6. Дзюбло А.Д., Воронова В.В., Перекрестов В.Е. Исследование приповерхностного газа шельфа о. Сахалин и минимизация рисков при строительстве морских скважин // Вестн. Ассоц. буровых подрядчиков. 2019. № 3. С. 20–25.

  7. Иванов Г.И., Казанин А.Г., Саркисян М.В. Сейсмика высокого разрешения – новый шаг вперед при изучении опасных геологических процессов // Нефть. Газ. Новации. 2016. № 1. С. 65–68.

  8. Исмагилов Д.Ф., Козлов В.Н., Подшувейт В.Б. и др. Опыт высокоразрешающей сейсморазведки (ВРС) на акваториях южных морей Российской Федерации // Нефть. Газ. Новации. 2016. № 1. С. 65–68.

  9. Лексин В.К. Применение сейсморазведки высокого разрешения для поисков локальных газовых аномалий на Южно-Киринском месторождении // Геосистемы переходных зон. 2020. Т. 4. № 4. С. 384–392.

  10. Либина Н.В., Никифоров С.Л. Экзарационные явления на восточном арктическом шельфе России // Вестник МГТУ. 2018. Т. 21. № 1. С. 139–149.

  11. Миронюк С.Г. Геологические опасности осваиваемых месторождений восточного шельфа о. Сахалин: идентификация и принципы картографирования // Вести газовой науки. 2015. № 2 (22). С. 113–117.

  12. Миронюк С.Г., Маркарьян В.В., Шельтинг С.К. Опыт комплексной оценки и крупномасштабного инженерно-геологического районирования северо-восточного шельфа Черного моря по геологической опасности для строительства линейных объектов // Инженерные изыскания. 2013. № 13. С. 48–59.

  13. Непоменко Л.Ф., Попова Н.В. Исследование экзарации морского дна торосистым льдом методами эхолокации и промеров со льда // Астраханский вестник экологического образования. 2018. № 4 (46). С. 35–49.

  14. Новиков А.А. Специфика проведения комплексных морских инженерных изысканий и оценка опасностей геологических процессов под объекты подводного добычного комплекса шельфовых месторождений Киринского блока о. Сахалин // Газовая промышленность. 2018. № 9 (774). С. 42–48.

  15. Огородов С.А., Носков А.И., Белова Н.Г. и др. Воздействие морских льдов на берега, дно и инженерные сооружения в прибрежно-шельфовой зоне российской Арктики // Естественные и технические науки. 2010. № 5 (48). С. 344–348.

  16. Поломошнов А.М., Якунин Л.П. Формирование стамух в условиях шельфа северного Сахалина // Труды ДВНИГМИ. 1989. Вып. 39. С. 41–49.

  17. Рыбалко А.Е., Токарев М.Ю., Терехина Я.Е. и др. Контроль геологических опасностей при инженерно-геофизических изысканиях на акватории // Инженерная геофизика 2015. Геленджик: EAGE, 2015. С. 1–8.

  18. Самсонов Е.А., Самсонова Н.Б. Сейсмоакустические методы при инженерных изысканиях под установку буровых и добывающих платформ на акваториях // Инженерная геофизика 2012. Геленджик: EAGE, 2012. С. 1–5.

  19. Хилтерман Ф.Дж. Интерпретация амплитуд в сейсморазведке. Тверь: ГЕРС, 2010. 256 с.

  20. Шматков А.А., Гайнанов В.Г., Токарев М.Ю. Обзор технологий трехмерных сейсмоакустических наблюдений на акваториях // Технологии сейсморазведки. 2015. № 2. С. 86–97.

  21. Chiocci F.L., Cattaneo A., Urgeles R. Seafloor mapping for geohazard assessment: state of the art // Marine Geophysical Research. 2011. V. 32. P. 1–11.

  22. Cox D.R., Huuse M., Newton A.M.W. et al. Shallow gas and gas hydrate occurrences on the northwest Greenland shelf margin // Marine Geology. 2021. V. 432. P. 1–21.

  23. Dyer J. Geohazard identification: the gap between the possible and reality in geophysical surveys for the engineering industry // Marine Geophysical Researches. 2011. V. 32. P. 37–47.

  24. Games K.P. Shallow Gas Detection – why HRS, why 3D, why not HRS 3D? // First Break. 2012. V. 30 (10), P. 67–75.

  25. Games K.P., Self E. HRS 3D data – a fundamental change in site survey geohazard interpretation // First Break/ 2017. V. 35. № 3. P. 39–48.

  26. Thomas Y., Marsset B., Westbrook G.K. Contribution of high-resolution 3D seismic near-seafloor imaging to reservoir-scale studies: application to the active North Anatolian Fault, Sea of Marmara // Near Surface Geophysics. 2012. V. 10. P. 291–301.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Океанология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал