Особенности мониторинга океанических континентальных склонов с использованием буровых платформ
Мониторинг морских акваторий на континентальных склонах имеет существенные отличия по сравнению с шельфом. Основания континентальных склонов обычно располагаются на значительных глубинах – до 4 км, поэтому в системе мониторинга необходимо использовать соответствующую глубоководную технику и определенные методы исследований. Значительная удаленность от берегов (до сотен километров) исключает возможность проведения прибрежных наблюдений и затрудняет передачу данных, получаемых от систем контактных измерений.
Условия осадконакопления в районах континентального шельфа определяются в значительной мере большим перепадом глубин. Осадочный материал, аккумулирующийся на шельфе в пределах глубин 50–200 м, в дальнейшем по системе подводных долин и каньонов лавинообразно сбрасывается на глубины до 2–4 км. Подобный рельеф склона представляет собой естественный трамплин. Здесь временно аккумулируются лишь наиболее крупные минеральные частицы, которые не вымываются в результате воздействия течений и штормов. Частицы, влекомые вдоль дна течением, в конечном итоге осаждаются в глубоководные части моря по дну каньонов, образуя придонные мутьевые потоки (Лисицин, 1988). Необходимость в проведении исследований таких процессов обусловлена, прежде всего, тем, что суспензионные потоки, развитые на материковом склоне, представляют реальную угрозу для пролегающих в этих районах подводных кабелей, трубопроводов и других подводных сооружений.
Ряд континентальных окраин характеризуется наличием зон субдукции, т.е. поддвига океанической литосферы под континентальную плиту, что приводит к высокому уровню сейсмической активности в этих регионах. Высокая сейсмическая активность стимулирует процесс схода массы осадков с верхней части материкового склона (Лобковский и др., 2002). К таким районам относятся, например, восточные окраины евразийского материка, западное побережье североамериканского материка и др.
Особенностью морских акваторий в районе континентального склона являются более суровые погодные и климатические условия по сравнению с шельфом. Наличие интенсивных штормов, сильных ветров и течений затрудняет проведение мониторинга и интерпретацию результатов. Вместе с тем, средний уровень фоновых загрязнений здесь значительно ниже, чем в прибрежной и шельфовой зонах, что требует применения более чувствительных методов и аппаратуры.
На континентальных склонах наблюдаются специфические биологические процессы, характерные для переходной зоны от мелководного шельфа до абиссальных равнин. Значительное количество биоты участвует в переработке и освоении осадочных масс, доставляемых с поверхности материков. В то же время, в водных глубинах и на поверхности акваторий присутствуют биологические виды, характерные для глубокого океана.
Наиболее перспективный подход для комплексного мониторинга и изучения процессов, развивающихся на континентальных склонах при бурении и нефтедобыче, по нашему мнению, – это применение донных кабельных систем непрерывного наблюдения за различными параметрами природной среды – подводных обсерваторий, расположенных вблизи буровых платформ и соединенных кабелями с центрами сбора и обработки информации. Работа этих систем должна сочетаться со спутниковыми наблюдениями за поверхностью океана и с периодическими судовыми научными наблюдениями. Примеры кабельных систем дистанционных измерений имеются в настоящее время в США (Гавайская морская сейсмологическая обсерватория HUGO-2) и в Японии (Сейсмологический комплекс VENUS-2 между островами Окинава и Гуам). Более десяти лет существуют международные программы создания и развития донных кабельных обсерваторий в Японии (POSEIDON) и в Европе (GEOSKOP) (Longterm observation, 2001). Программа создания долговременных океанических систем (LTOOP) объявлена в 2001 году Национальным научным фондом США приоритетным направлением на ближайшие десятилетия. В Европе в настоящее время принят новый Проект разработки сети европейских кабельных донных обсерваторий (ESONET). Однако, вследствие существенных технических трудностей, в частности, сложности вывода кабеля на берег через полосу прибоя и большой дороговизны морских кабелей, выполняются эти программы медленно. Разработанные донные обсерватории располагаются на относительно небольшом расстоянии от берега (10–30 км). В связи с этим, если выполнять системы морского мониторинга на континентальном склоне традиционным методом с выводом кабелей на берег при суммарной длине сети в сотни километров, стоимость таких сетей может достигать сотен млн. долларов. Такие большие затраты могут быть непосильны даже для бюджетов ведущих экономических стран (International Workshop, 1997).
Однако если создавать кабельную систему мониторинга, используя высокотехнологичную инфраструктуру буровых платформ в качестве центров сбора и обработки информации, то общая длина кабельных линий связи, а значит и стоимость систем мониторинга, будет значительно меньше по сравнению с вариантом береговых центров обработки информации. По предварительным оценкам стоимость такой системы может составлять около 1 % от стоимости морских буровых платформ. Поэтому она легко может финансироваться самими нефтяными компаниями в рамках инвестиционных проектов строительства морских буровых платформ и обеспечения безопасной эксплуатации месторождений. Другой важной особенностью такого подхода является то, что система мониторинга будет согласована по времени с развитием нефтегазового комплекса, от начала изыскательных работ, в течение всего строительства, в ходе эксплуатации и до времени ликвидации промышленного объекта. Таким образом, предлагаемая система мониторинга окружающей среды, интегрированная в инфраструктуру буровых платформ, будет служить важным инструментом защиты окружающей среды Мирового океана.
Морские нефтяные платформы могут быть хорошей основой для размещения комплекса специального оборудования и развития кабельной донной системы обсерваторий, позволяющих в автоматическом или полуавтоматическом режимах контролировать состояние океанической среды.
Удобная модель для отработки различных технических и технологических решений системы экологического мониторинга – это стабилизированный буй, установленный на длительный срок в открытом море на значительных глубинах. Такой буй может быть установлен, например, на Черном море, вблизи Южного отделения ИО РАН (г. Геленджик). Стабилизированный буй, вследствие большой устойчивости в воде и специального крепления к якорям, практически не подвержен качке и вращению вокруг оси, что позволяет присоединять к нему различные приборы, подвешенные в водной толще или установленные на дне. Подобный буй в 1974–1984 гг. успешно эксплуатировался в этом районе (Васбанд, 1980).
Условия осадконакопления в районах континентального шельфа определяются в значительной мере большим перепадом глубин. Осадочный материал, аккумулирующийся на шельфе в пределах глубин 50–200 м, в дальнейшем по системе подводных долин и каньонов лавинообразно сбрасывается на глубины до 2–4 км. Подобный рельеф склона представляет собой естественный трамплин. Здесь временно аккумулируются лишь наиболее крупные минеральные частицы, которые не вымываются в результате воздействия течений и штормов. Частицы, влекомые вдоль дна течением, в конечном итоге осаждаются в глубоководные части моря по дну каньонов, образуя придонные мутьевые потоки (Лисицин, 1988). Необходимость в проведении исследований таких процессов обусловлена, прежде всего, тем, что суспензионные потоки, развитые на материковом склоне, представляют реальную угрозу для пролегающих в этих районах подводных кабелей, трубопроводов и других подводных сооружений.
Ряд континентальных окраин характеризуется наличием зон субдукции, т.е. поддвига океанической литосферы под континентальную плиту, что приводит к высокому уровню сейсмической активности в этих регионах. Высокая сейсмическая активность стимулирует процесс схода массы осадков с верхней части материкового склона (Лобковский и др., 2002). К таким районам относятся, например, восточные окраины евразийского материка, западное побережье североамериканского материка и др.
Особенностью морских акваторий в районе континентального склона являются более суровые погодные и климатические условия по сравнению с шельфом. Наличие интенсивных штормов, сильных ветров и течений затрудняет проведение мониторинга и интерпретацию результатов. Вместе с тем, средний уровень фоновых загрязнений здесь значительно ниже, чем в прибрежной и шельфовой зонах, что требует применения более чувствительных методов и аппаратуры.
На континентальных склонах наблюдаются специфические биологические процессы, характерные для переходной зоны от мелководного шельфа до абиссальных равнин. Значительное количество биоты участвует в переработке и освоении осадочных масс, доставляемых с поверхности материков. В то же время, в водных глубинах и на поверхности акваторий присутствуют биологические виды, характерные для глубокого океана.
Наиболее перспективный подход для комплексного мониторинга и изучения процессов, развивающихся на континентальных склонах при бурении и нефтедобыче, по нашему мнению, – это применение донных кабельных систем непрерывного наблюдения за различными параметрами природной среды – подводных обсерваторий, расположенных вблизи буровых платформ и соединенных кабелями с центрами сбора и обработки информации. Работа этих систем должна сочетаться со спутниковыми наблюдениями за поверхностью океана и с периодическими судовыми научными наблюдениями. Примеры кабельных систем дистанционных измерений имеются в настоящее время в США (Гавайская морская сейсмологическая обсерватория HUGO-2) и в Японии (Сейсмологический комплекс VENUS-2 между островами Окинава и Гуам). Более десяти лет существуют международные программы создания и развития донных кабельных обсерваторий в Японии (POSEIDON) и в Европе (GEOSKOP) (Longterm observation, 2001). Программа создания долговременных океанических систем (LTOOP) объявлена в 2001 году Национальным научным фондом США приоритетным направлением на ближайшие десятилетия. В Европе в настоящее время принят новый Проект разработки сети европейских кабельных донных обсерваторий (ESONET). Однако, вследствие существенных технических трудностей, в частности, сложности вывода кабеля на берег через полосу прибоя и большой дороговизны морских кабелей, выполняются эти программы медленно. Разработанные донные обсерватории располагаются на относительно небольшом расстоянии от берега (10–30 км). В связи с этим, если выполнять системы морского мониторинга на континентальном склоне традиционным методом с выводом кабелей на берег при суммарной длине сети в сотни километров, стоимость таких сетей может достигать сотен млн. долларов. Такие большие затраты могут быть непосильны даже для бюджетов ведущих экономических стран (International Workshop, 1997).
Однако если создавать кабельную систему мониторинга, используя высокотехнологичную инфраструктуру буровых платформ в качестве центров сбора и обработки информации, то общая длина кабельных линий связи, а значит и стоимость систем мониторинга, будет значительно меньше по сравнению с вариантом береговых центров обработки информации. По предварительным оценкам стоимость такой системы может составлять около 1 % от стоимости морских буровых платформ. Поэтому она легко может финансироваться самими нефтяными компаниями в рамках инвестиционных проектов строительства морских буровых платформ и обеспечения безопасной эксплуатации месторождений. Другой важной особенностью такого подхода является то, что система мониторинга будет согласована по времени с развитием нефтегазового комплекса, от начала изыскательных работ, в течение всего строительства, в ходе эксплуатации и до времени ликвидации промышленного объекта. Таким образом, предлагаемая система мониторинга окружающей среды, интегрированная в инфраструктуру буровых платформ, будет служить важным инструментом защиты окружающей среды Мирового океана.
Морские нефтяные платформы могут быть хорошей основой для размещения комплекса специального оборудования и развития кабельной донной системы обсерваторий, позволяющих в автоматическом или полуавтоматическом режимах контролировать состояние океанической среды.
Удобная модель для отработки различных технических и технологических решений системы экологического мониторинга – это стабилизированный буй, установленный на длительный срок в открытом море на значительных глубинах. Такой буй может быть установлен, например, на Черном море, вблизи Южного отделения ИО РАН (г. Геленджик). Стабилизированный буй, вследствие большой устойчивости в воде и специального крепления к якорям, практически не подвержен качке и вращению вокруг оси, что позволяет присоединять к нему различные приборы, подвешенные в водной толще или установленные на дне. Подобный буй в 1974–1984 гг. успешно эксплуатировался в этом районе (Васбанд, 1980).
