Неглубокие землетрясения могут быть вызваны рядом других причин, включая смещения донных отложений (оползни), особенно вблизи побережья Кольского полуострова и Новой Земли. В Норвежском море, недалеко от полярного круга, известен один из крупнейших в мире оползень Сторегга (Storegga Slide), вызвавший цунами [9]. Возможно, образованию оползня способствовали неглубокие залежи свободного газа или газогидрата, сформировавшиеся из-за субвертикальной миграции газа из крупного глубоководного месторождения Ormen Lange.
Высокой сейсмической активностью характеризуется Аляска, особенно ее южная часть, где в 2002 г. произошло мощное землетрясение в районе разлома Денали (магнитуда 7,9), являвшегося сейсмически пассивным за все время наблюдений (свыше 100 лет). Правильное проектирование Транс-Аляскинского нефтепровода (построен в 1977 г.), расположенного на суше и имеющего трехмерную демпферную систему защиты от землетрясений, позволило избежать возможной крупной экологической катастрофы.
Общепризнанным является то, что геологическое строение и нефтегазоносность российского шельфа Арктики недостаточно изучены сейсморазведкой и бурением. Открытия ряда институтов РАН и других российских и зарубежных организаций, сделанные в последние 10 - 15 лет на акваториях России и Мирового океана (особенно Арктики), показали недостаточную изученность не только глубоких отложений, но и строения дна и процессов, происходящих в ВЧР (верхняя часть разреза в несколько сот метров). Ярким свидетельством служит открытие в центральной части Баренцева моря ударного кратера Mjolnir диаметром около 40 км, образовавшегося в результате падения крупного метеорита диаметром около 1,5 - 2,5 км в юрское время (около 140 млн лет назад). На большей части российского шельфа Арктики существуют термобарические условия для образования газогидратов (включая район Штокмановского месторождения). Однако до сих пор они не были выявлены, что не подтверждает их отсутствие, а свидетельствует о недостатках поисковых работ, если можно говорить, что они целенаправленно проводились.
Наличие свободных газов и газогидратов дистанционно прогнозируется по данным сейсморазведки наличием ярких пятен и сильного отражающего горизонта BSR (Bottom Simulating Reflector), соответствующего подошве газовых гидратов. Однако геологическое строение реальной среды гораздо сложнее и неоднозначнее, чем кажется. Бурение ряда скважин показало, что присутствие на временных разрезах BSR не является однозначным подтверждением наличия газогидратов и наоборот: газогидраты выявлялись в зонах, где BSR был не виден. Кроме того, часто выявление и прослеживание на временных разрезах BSR затруднено и неоднозначно.
В работе [10] приведен временной разрез ВЧР в районе Штокмановского месторождения с выделенной локальной аномалией типа «яркое пятно» (рис. 5, зона I) в меловых отложениях на глубине около 600 м (680 мс), «предположительно связанной с залежами газогидратов». По нашему мнению, это не газогидраты, а плоский отражающий горизонт, обусловленный контактом «свободный газ - вода» (ГВК). Дополнительным подтверждением служит то, что нижележащие сейсмические горизонты отображаются на временном разрезе изгибом осей синфазности вниз, что вызвано снижением скорости распространения упругих волн, проходящих через залежь свободного газа (залежи твердого газогидрата характеризуются повышением скорости). Кроме того, мы отметим, что выше описанного объекта I вблизи дна (рис. 5, зона II) в криолитозоне наблюдается субгоризонтальная ось синфазности (время 470 мс), возможно, являющаяся BSR или очередным ГВК, о чем свидетельствует локальное ослабление энергии отраженных волн на времени 530 мс. Существование газогидратов на дне и в донных отложениях доказано для норвежской части Баренцева моря и многих других акваторий мира.
Рис. 5. Фрагмент высокочастотного временного разреза в районе Штокмановского месторождения
Неглубокие придонные залежи свободного газа или газогидрата представляют высокую опасность при проведении буровых работ, что подтверждается многочисленными выбросами газа с аварийными ситуациями во всем Мировом океане, включая Печорское и Карское моря. Поэтому освоение морских месторождений должно сопровождаться детальными комплексными исследованиями ВЧР. В 1995 г. при бурении инженерно-геологической скважины с судна «Бавенит» (ОАО «АМИГЭ») в Печорском море, к западу от острова Вайгач, на одном из наиболее высоких поднятий в рельефе дна под 6 м толщей донных осадков был вскрыт интервал ледогрунта мощностью более 90 м (рис. 6 - А, III, [10, 11]). При разбуривании соседнего поднятия (рис. 6 - Б) после небольшой (около 20 м) толщи ММП была вскрыта залежь газа, выброс которого в водную толщу создал опасную обстановку для бурового судна (возможно, это был газ из разложившегося в процессе бурения газогидрата). Аналогичные по форме, но более крупные (до 400 м в ширину и 30 м в высоту) по размерам поднятия придонных массивов ледогрунта и чистого льда (называемые за рубежом Pingo) были обнаружены более 40 лет назад сейсмоакустическими исследованиями в море Бофорта [6, 12]. На суше НГБ Бофорта-Маккензи на полуострове Tuktoyaktuk (широта 70,870) известны гигантские Pingo диаметром до 1 - 2 км и высотой до 30 - 70 м.
Рис. 6. Временной разрез НСП в районе ММП в Печорском море [10, 11]
В Норвежском море в 1985 г. в процессе бурения первой поисковой скважины полупогружной буровой установкой (ППБУ) «West Vanguard» на глубине воды 240 м на месторождении Mikkel (широта 64.70) произошел мощный выброс метанового газа из неглубокой (300 м) залежи в песчанике. Воспламенение газа повредило и вывело из строя ППБУ, при этом погиб один человек. Активное газовыделение продолжалось около двух месяцев. Нефтегазоконденсатная залежь месторождения Mikkel в юрских песчаниках на глубине около 2500 м была открыта только спустя два года, а ее разработка началась через 16 лет после открытия. Другим примером является выброс азотного газа с образованием гигантского кратера - покмарки Figge-Maar в Северном море в 1963 г. при бурении на глубине воды 34 - 35 м с СПБУ «Mr. Louie» на площади German Bight (широта 54.16830). Впечатляют размеры образовавшейся покмарки - диаметр 400 м, глубина 31 м [13]. Последующие исследования покмарки Figge-Maar показали ее быстрое заполнение осадками - в 1981 и 1995 гг. глубины составляли 22 и 14 м. Это свидетельствует о том, что геологический возраст многих выявленных покмарок незначителен - до нескольких десятков или сотен лет.
На рис. 7 приведено объемное изображение участка дна с координатами его центра 74.90 СШ и 27,50 ВД, расположенного в норвежской части Баренцева моря, построенное нами по высокоточной батиметрической карте [9]. Здесь наиболее крупные депрессии (впадины) достигают 700 - 1000 м в диаметре и 30 м в глубину. По нашему мнению, образование покмарок таких размеров наиболее вероятно за счет проседания донных отложений в процессах разложения газогидратов или оттаивания придонных массивов палеольда и гидролакколитов - pingo remnant (останец пинго в виде депрессии).
Рис. 7. Покмарки в центральной части Баренцева моря
В ряде экспедиций ТОИ ДВО, ГИН и ИО РАН на российском шельфе Арктики обнаружены многочисленные неоднородности в ВЧР, включая покмарки и плугмарки (протяженные борозды). Большое количество таких объектов обнаружено ООО «Питер Газ» на дне над Штокмановским месторождением. В ряде случаев размеры плугмарок достигают многих километров в длину, 100 - 200 м в ширину и 5 - 10 м в глубину. Специфическая V-образная форма рельефа многих из борозд говорит об их образовании в процессе выпахивания айсбергами, а большие глубины (свыше 300 м) свидетельствуют о гигантских размерах этих айсбергов или другой природе их происхождения. Являются ли покмарки результатом однократного выхлопа газа или периодических (многократных) выхлопов из-за постоянного подтока газа из глубины по газоподводящим каналам («газовым трубам»)? Где и когда происходит образование покмарок? На эти важные для проектирования нефтегазодобывающих комплексов вопросы можно ответить, только проведя специальные мониторинговые исследования с использованием сейсмических регистраторов, гидролокаторов бокового обзора и другого оборудования.
Рядом российских и международных экспедиций на шельфе Арктики доказана широкомасштабная эмиссия газа преимущественно метанового состава, особенно сильно происходящая в морях Восточной Арктики. Так называемые газовые факелы - потоки газа в водной толще, выходящего из донных отложений, часто наблюдаются при высокоразрешающей сейсморазведке и на эхограммах [14]. Активизации газовых факелов способствует деградация ММП, являющихся хорошей покрышкой углеводородов, и землетрясения.
Наличие газогидратов в Мексиканском заливе значительно осложнило работы по ликвидации катастрофы на глубоководном (1522 м) месторождении Macondo, произошедшем 20 мая 2010 г. при бурении скважины с платформы Deepwater Horizon (оператор - BP). По похожему с Macondo сценарию развивалась авария на газоконденсатном месторождении Elgin в английском секторе Северного моря, произошедшая на 25 марта 2012 г., но благополучно ликвидированная в мае 2012 г.
Большая часть залежей УВ на шельфе Арктики расположена в зоне АВПД [2]. Наличие АВПД многократно приводило к серьезным аварийным и катастрофическим ситуациям в различных регионах мира на море и суше (Dos Cuadras - в Калифорнии, German Bight и Ekofisk Bravo В-14 - в Северном море, Macondo и др.) и в СССР (Лунинская-1 - в Баренцевом море, скважины Тазовские 1 и 52, Пурпейская-101, Бованенковская-67, Кумжинская-9, Тенгиз-37 и др.). Из-за возможности возникновения аварийных ситуаций под действием АВПД были снижены объемы бурения на высокоперспективные триасовые и более глубокие отложения в Баренцевом море. Это однозначно свидетельствует, что разработка арктических месторождений требует применения самых новых технологий, не уменьшающих, а практически исключающих риск возникновения аварий.
Разработка месторождений УВ и других минеральных ресурсов часто сопровождается техногенными деформациями в осадочных породах, следствием которых являются проседания дна и землетрясения с возможными серьезными локальными экологическими последствиями. Такие негативные процессы длительное время наблюдаются на ряде сухопутных и морских месторождений (Wilmington, Ekofisk, Valhall и др.). Норвежское месторождение Ekofisk было открыто в Северном море в 1969 г., а его разработка началась в 1972 г. В ходе разработки было отмечено проседание дна до 9,5 м в 2010 г., что привело к необходимости вложения многих сотен миллионов долларов на реконструкцию промысла. Такой же эффект возможен и на арктических месторождениях России, включая Штокмановское, к чему необходимо готовиться заранее. При таких деформациях происходят смятия и разрушения стволов скважин, вследствие чего могут образоваться опасные техногенные залежи нефти и газа в пластах-резервуарах, расположенных выше разрабатываемой залежи, а также выбросы УВ (сипы) в водную толщу с тяжелыми последствиями для экосистемы на локальном и региональном уровнях.
В дополнение к природным и природно-техногенным проблемам освоения ресурсов УВ российского шельфа Арктики существуют серьезные опасности антропогенного характера. Например, многочисленные захоронения радиоактивных отходов в западной части Карского моря и другие, рассмотренные в работах [3, 8, 15, 16].
В заключение отметим, что исследования в указанных выше направлениях крайне важны не только для развития фундаментальных знаний о процессах современного накопления осадков, термокарстовых и других процессов их переформирования, но и для организации экологически безопасного функционирования морских нефтегазовых промыслов и их инфраструктуры на море и прилегающей суше. Кроме того, эпизодическая или перманентная дегазация донных отложений представляет большую опасность для мореплавания, так как при этом нарушается плотность воды, что может привести к гибели судов. Поэтому необходимо усилить геолого-геофизические исследования на акваториях Арктики с картированием объектов различной природы, представляющих опасность для размещения нефтегазовых промыслов и их инфраструктуры (залежи свободных газов и газогидратов в донных отложениях, распространение палео- и современной мерзлоты, пинго и др.).
По заказам компаний нефтегазового профиля научно-исследовательские суда РАН выполняют значительный объем морских геолого-геофизических и экологических исследований в акваториях России и Мировом океане, включая мониторинг разработки месторождений нефти и газа. РАН имеет колоссальный накопленный опыт, который из-за недостаточного финансирования не реализуется в полной мере. При весьма скромном увеличении финансирования возможно проведение уникальных научных исследований, независимой экспертизы проектов освоения минерально-сырьевых ресурсов, мониторинга сейсмической, экологической и другой обстановки в Арктике и Мировом океане, поднимающих престиж, благосостояние и безопасность России.
Литература
1. Богоявленский В.И. Углеводородные богатства Арктики и Российский геофизический флот: состояние и перспективы. Морской сборник. М.: ВМФ, 2010, №9. С. 53 - 62.
2. Богоявленский В.И. Нефтегазодобыча в Мировом океане и потенциал российского шельфа. ТЭК стратегии развития. М.: 2012, №6. С. 44 - 52.
3. Лаверов Н.П., Дмитриевский А.Н., Богоявленский В.И. Фундаментальные аспекты освоения нефтегазовых ресурсов Арктического шельфа России // Арктика: экология и экономика. 2011. №1. С. 26 - 37.
4. Виноградов Ю.А., Виноградов А.Н., Кровотынцев В.А. Применение геофизических методов для дистанционного контроля динамики процессов деструкции ледовых покровов Арктики. Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Обнинск: ГС РАН, 2011. С. 87 - 89.