2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.18454/pmi.2017.2.199 pmi-9971 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9971 Горное дело Mining Prospects of obtaining samples of bottom sediments from subglacial lake Vostok Перспективы получения образцов донных отложений подледникового озера Восток Vasilev N. I. Васильев Н. И. Vasilev N. I. vasilev_n@mail.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Leichenkov G. L. Лейченков Г. Л. Leichenkov G. L. german_l@mail.ru Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург, Россия) Institute of Earth Sciences, Saint-Petersburg State University (Saint-Petersburg, Russia) Zagrivnyi E. A. Загривный Э. А. Zagrivnyi E. A. zagrivniy@yandex.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) 14 04 2017 2017 224 199 208 21 11 2016 23 01 2017 14 04 2017 © N. I. Vasilev, G. L. Leichenkov, E. A. Zagrivnyi 2017 Н. И. Васильев, Г. Л. Лейченков, Э. А. Загривный N. I. Vasilev, G. L. Leichenkov, E. A. Zagrivnyi CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9971

В статье обосновывается актуальность отбора и исследования донных отложений подледникового озера Восток. Рассмотрен прогнозный геологический разрез озера Восток, информативность донных отложений. Жесткие требования по обеспечению экологической безопасности работ при исследовании озера и взятии проб донных отложений исключают использование обычной технологии бурения, так как при этом вода озера будет загрязнена заливочной жидкостью из скважины. Для отбора проб донных отложений подледникового озера предлагается использовать динамически уравновешенный буровой снаряд, который позволяет выполнять вращательное бурение без опоры на стенки скважины для восприятия реактивного момента. Проведен теоретический анализ работы бурового снаряда, представляющего собой двухмассовую колебательную электромеханическую систему возвратно-вращательного движения (ВВД) с двумя степенями свободы.

The paper proves the timeliness of obtaining and examining bottom sediments from subglacial Lake Vostok. Predictive geological section of Lake Vostok and information value of bottom sediments have been examined. Severe requirements towards environmental security of lake examinations and sampling of bottom sediments rule out the use of conventional drilling technologies, as they would pollute the lake with injection liquid from the borehole. In order to carry out sampling of bottom sediments from the subglacial lake, it is proposed to use a dynamically balanced tool string, which enables rotary drilling without any external support on borehole walls to transmit counter torque. A theoretical analysis has been carried out to assess the operation of the tool string, which is a two-mass oscillatory electromechanical system of reciprocating and rotating motion (RRM) with two degrees of freedom.

 Ключевые слова Aнтарктида бурение скважина подледниковое озеро пробы донных отложений керн лед геологический разрез Keywords Antarctica drilling borehole subglacial lake bottom sediments samples core ice geological section Авторы благодарят Российскую антарктическую экспедицию за логистическое обеспечение данных работ, которые выполнялись при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект No НК 14-05-93107/16 и No 15-05-413 The authors thank Russian Antarctic Expedition for logistical procurement of this research, carried out with the support of Russian Foundation for Basic Research, project NNK 14-05-93107/16 and N 15-05-413 Геологическая природа подледникового озера Восток в Восточной Антарктиде / Г.Л.Лейченков, Б.В.Беляцкий, А.М.Попков, С.В.Попов // Материалы гляциологических исследований. 2004. № 98. С. 81-92. Загривный Э.А. Динамически уравновешенный буровой снаряд на грузонесущем кабеле с асинхронным электроприводом возвратно-вращательного движения / Э.А.Загривный, В.А.Соловьев; Материалы 6-й межрегион. научно-практ. конф. «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» // Народное хозяйство Республики Коми. 2008. Т. 17. № 1. С. 101-104. Котляков В.М. Глубокое бурение в Центральной Антарктиде и проникновение в подледное озеро Восток / В.М.Котляков, В.Я.Липенков, Н.И.Васильев // Вестник РАН. 2013. Т. 83. № 7. С. 591-605. Кудряшов Б.Б. Бурение скважин в условиях изменения агрегатного состояния горных пород / Б.Б.Кудряшов, В.К.Чистяков, В.С.Литвиненко. Л.: Недра, 1991. 295 с. Кудряшов Б.Б. Бурение ледникового покрова Антарктиды тепловым способом / Б.Б.Кудряшов, В.К.Чистяков, В.А.Морев // 25 лет Советской антарктической экспедиции. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. С. 149-158. Лейченков Г.Л. Прогнозный осадочный разрез подледникового озера Восток / Г.Л.Лейченков, А.М.Попков // Лед и снег. 2012. № 4(120). С. 21-30. Литвиненко В.С. Уникальные техника и технология бурения скважин во льдах Антарктиды // Записки Горного института. 2014. Т. 210. С. 5-10. Отечественные сейсмические, радиолокационные и сейсмологические исследования подледникового озера Восток / С.В.Попов, В.Н.Масолов, В.В.Лукин, А.М.Попков // Лед и снег. 2012. № 4(120). С. 31-38. Результаты и особенности бурения скважины 5Г и первого вскрытия озера Восток / Н.И.Васильев, В.Я.Липенков, А.Н.Дмитриев, А.В.Подоляк, В.М.Зубков // Лед и снег. 2012. № 4 (120). С. 12-20. Large deep freshwater lake beneath the ice of central East Antarctica / A.P.Kapitsa, J.K.Ridley, G. de Q.Robin, M.J.Siegert, I.A.Zotikov // Nature. 1996. Vol. 381. № 6584. P. 684-686. Barrett P.J. Cooling a continent // Nature. 2003. Vol. 421. P. 221-223. Bedmap 2: Improved ice bed, surface and thickness datasets for Antarctica / P.Fretwell, H.D.Pritchard, D.G.Vaughan, J.L.Bamber, N.E.Barrand, R.Bell, C.Bianchi, R.G.Bingham, D.D.Blankenship, G.Casassa, G.Catania, D.Callens, H.Conway, A.J.Cook, H.F.J.Corr, D.Damaske, V.Damm, F.Ferraccioli, R.Forsberg, S.Fujita, Y.Gim, P.Gogineni, J.A.Griggs, R.C.A.Hindmarsh, P.Holmlund, J.W.Holt, R.W.Jacobel, A.Jenkins, W.Jokat, T.Jordan, E.C.King, J.Kohler, W.Krabill, M.Riger-Kusk, K.A.Langley, G.Leitchenkov, C.Leuschen, B.P.Luyendyk, K.Matsuoka, J.Mouginot, F.O.Nitsche, Y.Nogi, O.A.Nost, S.V.Popov, E.Rignot, D.M.Rippin, A.Rivera, J.Roberts, N.Ross, M.J.Siegert, A.M.Smith, D.Steinhage, M.Studinger, B.Sun, B.K.Tinto, B.C.Welch, D.Wilson, D.A.Young, C.Xiangbin, A.Zirizzotti // The Cryosphere. 2013. Vol. 7. P. 375-393. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica / J.R.Petit, J.Jouzel, D.Raynaud, N.I.Barkov, J.M.Barnola, I.Basile, M.Bender, J.Chappellaz, M.Davis,G.Delaygue, M.Delmotte, V.M.Kotlyakov, M.Legrand, V.Yа.Lipenkov, C.Lorius, L.Pepin, C.Ritz, E.Saltzmank, M.Stievenard // Nature. 1999. Vol. 399. N 6735. 3 June. P. 429-436. De Conto R.M. Rapid Cenozoic glaciation of Antarctica induced by declining atmospheric CO2 / R.M.De Conto, D.Pollard // Nature. 2003. Vol. 421. P. 245-249 Deep drilling at Vostok station, Antarctica: history and last events / N.I.Vasiliev, P.G.Talalay, N.E.Bobin, V.K.Chistyakov, V.M.Zubkov, A.V.Krasilev, A.N.Dmitriev, S.V. Yankilevich, V.Ya.Lipenkov // Annal. Glaciol. Vol. 47. 2007. P. 10-23. East Antarctic rifting triggers uplift of the Gamburtsev Mountains / F.Ferraccioli, C.A.Finn, T.A.Jordan, R.E.Bell, L.M.Anderson, D.Damaske // Nature. 2011. Vol. 479. P. 388-394. Exploration of Ellsworth Subglacial Lake: a concept paper on the development, organisation and execution of an experiment to explore, measure and sample the environment of a West Antarctic subglacial lake / M.J.Siegert, A.Behar, M.Bentley, D.Blake, S.Bowden, P.Christoffersen, C.Cockell, H.Corr, D.C.Cullen, H.Edwards, A.Ellery, C.Ellis-Evans, G.Griffiths, R.Hindmarsh, D.A.Hodgson, E.King, H.Lamb, L.Lane, K.Makinson, M.Mowlem, J.Parnell, D.A.Pearce, J.Priscu, A.Rivera, M.A.Sephton, M.R.Sims, A.M.Smith, M.Tranter, J.L.Wadham, G.Wilson, J.Woodward // Rev Environ Sci BioTechnol, 2006. DOI: 10.1007/s11157006-9109-9. Jamieson S.S.R. The evolution of the subglacial landscape of Antarctica / S.S.R.Jamieson, D.E.Sugden, N.R.J.Hulton // Earth Planetary Science Letters. 2010. Vol. 293. P. 1-27. Lukin V.V. Technological aspects of the final phase of drilling borehole 5G and unsealing Vostok Subglacial Lake, East Antarctica / V.V.Lukin, N.I.Vasiliev // Annal. Glaciol. 2014. 55(65). P. 83-89. Proposal for penetration and exploration of sub-glacial Lake Vostok, Antarctica / S.R.Verkulich, B.B.Kudryashov, N.I.Barkov, N.I.Vasiliev, R.N.Vostretsov, A.N.Dmitriev, V.M.Zubkov, A.V.Krasilev, P.G.Talalay, V.Ya.Lipenkov, L.M.Savatyugin, I.N.Kuz’mina // Mem. Natl. Inst. Polar Research. 2002. Vol. 56. P. 245-252.