Possibilities of air and space research techniques for carrying out geologic-geophysical studying of the Arctic region

UDC 553.98(477)
Publication date: 31.08.2020
International Journal of Professional Science №8-2020

Possibilities of air and space research techniques for carrying out geologic-geophysical studying of the Arctic region

Возможности аэрокосмических методов исследования при проведении геолого-геофизического изучения Арктического региона

Харитонов Андрей Леонидович,
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории главного магнитного поля, Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Kharitonov Andrey Leonidovich,
Candidate of physical and mathematical sciences, Leading scientist of the Main magnetic field laboratory, Pushkov Institute of Terrestrial magnetism, Ionosphere and Radio Waves Propagation of the Russian Academy of Sciences
Аннотация: Аэрокосмические методы могут дать возможность выделить наиболее перспективные нефтегазовые регионы Северного Ледовитого океана и спланировать систему проведения дальнейших детальных геолого-геофизических работ в этом очень сложном по геолого-геофизическому строению регионе. В качестве методов исследования предлагается использовать накопленный опыт ученых института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской Академии наук (ИЗМИРАН) по математической обработке и геофизической интерпретации результатов аэрокосмических и магнито-вариационных измерений для изучения глубинного строения недр Северного Ледовитого океана и геолого-геофизического прогнозирования нефте-газо-перспективных регионов по имеющимся в их распоряжении материалам спутниковых геомагнитных векторных компонентных съемок по всей территории Арктического региона.

Abstract: Air and space methods can give the chance to allocate the most perspective oil and gas regions of the Arctic Ocean and to plan system of carrying out further detailed geologic-geophysical works in this very composite region on a geologic-geophysical structure. As research techniques it is offered to make use of the accumulated experience of scientists of Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences (IZMIRAN) on mathematical processing and geophysical interpretation of results of space and magneto-variation measurements for studying of a deep structure of a subsoil of the Arctic Ocean and geologic-geophysical prediction of oil and gas potential regions on the materials of satellite geomagnetic vector component shootings which are available at their order across all territory of the Arctic region.
Ключевые слова: Арктический регион, геолого-геофизическая интерпретация, аэрокосмические исследования.

Keywords: Arctic region, geologic-geophysical interpretation, air&space researches.


Введение

Арктический регион, по мнению таких исследователей как Архангельский А.Д., Обручев С.В., Рундквист Д.В., Лисицин А.П., Пущаровский Ю.М., Маловицкий Я.П., Погребицкий Ю.Е., Каминский В.Д. и многие другие, является очень перспективным для поисков и разведки месторождений различных минеральных ресурсов. Если анализировать Арктический регион с точки зрения наиболее актуальных в настоящее время углеводородных ресурсов то, можно сказать, что поэтому его часто называют Арктическим нефтегазоносным бассейном, в который входит как составная часть регион Северного Ледовитого океана, который выделяется по принципу речного стока, охватывающему обширные пространства окружающих материков вплоть до водораздельных хребтов. В этих границах Арктический нефтегазоносный бассейн представляется в виде огромной депрессии с закономерным наклоном усредненной поверхности земной коры от пограничных водоразделов к впадине Северного Ледовитого океана (рис. 1) [1].

Рисунок 1. Тектоническое строение Арктического нефтегазоносного бассейна [1]. 1-пограничный орогенный пояс поднятий Арктической геодепрессии; 2-водоразделы орогеннного пояса; 3-6 – материковая центриклиналь: 3-стабильные равнины; 4-активно прогибающиеся бассейны; 5-Средне-Сибирское сводовое поднятие; 6-дочерние орогены; 7-9 – абиссальное ядро: 7-рифтогенно-спрединговые бассейны; 8-эпиконтинентальный океанизированный бассейн; 9-подводные пороги, плато, террассы; 10-склоны; 11-условные границы поднятий; 12-14 – области за пределами Арктической геодепрессии (12-горы; 13-равнины, шельф; 14-впадины)

Российские шельфовые зоны Северного Ледовитого океана, по мнению многих специалистов, проводивших там исследования богаты такими полезными ископаемыми как, например, россыпные месторождения золота, олова и других полезных ископаемых и, особенно, месторождений нефти и газа (рис. 2).

 Рисунок 2. Площадь расширенного континентального шельфа Российской Федерации (РФ) в Северном Ледовитом океане за пределами 200-мильной зоны (синяя линия). Коричневой точечной линией обозначена условная линия разграничения между странами (РФ, США, Канада, Дания, Норвегия) шельфовых зон Северного Ледовитого океана для нефтегазодобычи. Серым цветом выделена область Северного Ледовитого океана на которую РФ подала заявку в международные организации на присоединение к владениям Российской Федерации [2].

В современных условиях, когда имеются определенные экономические трудности и сложности с поставкой импортного оборудования для российских нефтегазовых компаний, самыми оперативными и относительно недорогими отечественными геофизическими методами поисков и разведки крупных месторождений углеводородов на акватории арктических морей могут быть геомагнитные аэрокосмические методы. Пример выделения региональных магнитных аномалий в пределах Арктического геодинамического региона по данным космического аппарата «MAGSAT» приведены на рис. 3.

Рисунок 3. Аномалии постоянного магнитного поля (анамалии вектора индукции магнитного поля Земли) Арктического нефтегазоносного бассейна по данным космического аппарата «MAGSAT». Жирная линия показывает положение береговой линии. Изолинии магнитного поля проведены через 2 нТл. Аномалии постоянного магнитного поля, заштрихованные темным цветом, соответствуют положительным значениям аномального магнитного поля, а светлыми тонами отмечены отрицательные аномалии магнитного поля [3].

Кроме того, российскими научными организациями в разное время проводились геолого-геофизические исследования недр Северного Ледовитого океана с помощью дрейфующих полярных станций «СП», расположенных на льдинах и вдоль одиночных арктических геотраверсов на ледокольных судах «Арктика», а также с помощью полярной авиации вдоль сети параллельных профилей. К сожалению даже самые мощные и лучшие в мире отечественные ледокольные суда с атомным двигателем могут относительно свободно перемещаться в пределах Северного Ледовитого океана лишь в осенне-летний период, в благоприятные годы. Поэтому только аэромагнитные и космические магнитные съемки [4] (рис. 4) могут осуществлять бесперебойные всесезонные длительные повторные измерения (в течение нескольких лет) всех ортогональных (H, D, Z) составляющих геомагнитного поля, которые можно использовать для изучения глубинного нефтегазоносного и геодинамического строения коры и мантии этого очень перспективного Арктического нефтегазоносного бассейна. Для математической обработки и геофизической интерпретации аэрокосмических данных была разработана система компьютерных программ, включающая различные современные спектральные [8], корреляционные и другие методы анализа [4-7, 9, 10]  измеренных цифровых данных, позволяющие исключать ошибки измерений и разделять измеренное поле на составляющие, связанные с различными физическими слоями геосфер Земли.

Рисунок 4. Низкоорбитальная космическая группировка из трех одновременно работающих искусственных спутников Земли «SWARM», измеряющих в настоящее время значения ортогональных компонент вектора геомагнитного поля над всей поверхностью Земли и над акваторией Северного Ледовитого океана в частности [10].

 

Однако, для проведения современных высокоточных геомагнитных геолого-разведочных аэрокосмических исследований на шельфе морей Арктического нефтегазоносного бассейна необходимо воссоздание сети полярных магнито-вариационных станций (МВС), расположенных на побережье Северного Ледовитого океана, позволяющих исключать ионосферно-магнитосферные помехи, возникающие при аэрокосмических съемках в Арктике. Эти арктические магнитовариационные станции отлично работали, на территории СССР, на протяжении многих лет и восстанавливаются сотрудниками ИЗМИРАН в настоящее время.

References

1. Погребицкий Ю.Е. Геодинамическая система Северного Ледовитого океана и ее структурная эволюция // Советская геология. - 1976. - № 12. - С. 3-22.
2. Каминский В.Д. Глубинное строение Центрального Арктического бассейна // Автореферат на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. С-Петербург. - 2009. - 47 с.
3. Langel R.A., Berbert J., Jennings T., Horner R. MAGSAT data processing: a report for investigators // Tech. Memorandum 82160. NASA. - 1981. - 328 p.
4. Харитонов А.Л. Аэрокосмические ГРР, некоторые результаты геолого-геофизического изучения тектонического строения Арктического региона и нефтегазовые перспективы его шельфовых территорий // Деловой журнал Neftegaz. RU. 2018. № 3. С. 20-25.
5. Харитонов А.Л. Нефтегазоносность арктических глубин // Деловой журнал Neftegaz. RU. 2018. № 5. С. 22-27.
6. Харитонов А.Л., Хассан Г.С., Серкеров С.А., Фонарев Г.А., Харитонова Г.П. Использование комплекса спутниковых геофизических данных для изучения глубинных неоднородностей строения тектоносферы Земли в пределах Европейско-Африканского меридионального сектора // Исследование Земли из космоса. № 2. 2007. С. 34 – 42.
7. Харитонов А.Л. Совместная интерпретация комплекса различных геолого-геофизических данных для изучения глубинного строения Арктического региона // В сборнике: сейсмические технологии-2017, материалы научно-практической конференции. ООО «Центр анализа сейсмических данных МГУ имени М.В.Ломоносова». 2017. С. 159-162.
8. Ротанова Н.М., Харитонов А.Л., Ан Ченчанг. Спектральный анализ магнитного поля, измеренного на спутнике МАГСАТ // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 39. № 3. 1999. С. 101-107.
9. Ротанова Н.М., Головков В.П., Фрунзе А.Х., Харитонов А.Л. Анализ спутниковых измерений с помощью разложения поля на естественные ортогональные составляющие // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 39. № 4. 1999. С. 92-99.
10. Харитонов А.Л. Использование комплекса спутниковых и наземных магнитных измерений для геолого-геофизического изучения Арктического региона // В сборнике: Гелиогеофизические исследования в Арктике. Сборник трудов второй Всероссийской конференции. 2018. С. 98-101.