Сейсмический мониторинг Арктики: проблемы и перспективы

Промышленное освоение Арктической зоны – одна из важнейших стратегических задач, стоящих перед Российской Федерацией в ближайшие годы. Несмотря на то, что разграничение сфер влияния между странами, претендующими на территории континентального шельфа Северного Ледовитого океана, все еще продолжается, уже сейчас понятно, что в российском сегменте Арктики находятся весьма внушительные подлежащие освоению запасы природного газа и нефти.

Факторы риска

… из 3000 аварий на мировых морских промыслах 36% были связаны с результатами воздействия геодинамических факторов …

Мировой опыт показывает, что недостаточный учет геодинамических факторов риска при разработке и эксплуатации оффшорных месторождений приводит к неоправданно большим экономическим потерям. Данные весьма красноречивы: из 3000 аварий на мировых морских промыслах 36% были связаны с повреждениями платформ и трубопроводов, а также потерями устойчивости эксплуатируемых конструкций, произошедшими в результате воздействия геодинамических факторов (в частности, наведенной сейсмичности). Расходы на ликвидацию последствий техногенно-индуцированных землетрясений на одном только месторождении Экофиск в Северном море составили более 400 млн. долларов.

Источниками сейсмической опасности в Арктической зоне могут быть не только природно-техногенные землетрясения, но и техногенные явления – грязевой вулканизм, дегазация дна или различные деструкционные процессы. Более того, в арктических акваториях затоплено большое количество твердых радиоактивных отходов, в местах расположения которых также наблюдаются сейсмические события. Таким образом, минимизация воздействия экстремальных геофизических процессов естественного и искусственного происхождения на инфраструктуру и важные инженерно-технические объекты, расположенные в Арктике, становится важнейшей задачей, решать которую необходимо до начала масштабных разработок шельфовых месторождений.

Арктика асейсмична?

…согласно сложившимся в 20-м веке представлениям, большая часть Арктического региона представлена "асейсмичными областями"…

Приоритетность задачи обеспечения сейсмической безопасности в Арктике закреплена в программном документе "Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года", подписанном президентом России в феврале 2013 года. Однако, в этой области наблюдаются некоторые противоречия. Дело в том, что согласно сложившимся в 20-м веке представлениям, большая часть Арктического региона представлена так называемыми "асейсмичными областями", в связи с чем его не принято относить к зонам повышенной сейсмической опасности. В частности, за период инструментальных наблюдений (с 1977 по 2011 гг.) землетрясений магнитудой более 4,5 в Арктике зафиксировано практически не было.

Считать Арктику "асейсмичной" весьма удобно, например, инженерам-строителям: при таком подходе уделять внимание сейсмостойкости зданий и сооружений не нужно. Но если в континентальных районах российского Заполярья этот подход был в достаточной мере оправдан, то его применимость к зоне шельфовых разработок вызывает у специалистов большие сомнения и опасения. Даже слабые подземные толчки, происходящие непосредственно в зоне размещения, например, нефтяной платформы, могут спровоцировать катастрофу.

Белые пятна на сейсмической карте Арктики

…большинство сейсмических станций прекратили свое существование в 1990-е годы…

Геолого-геофизическая изученность арктического шельфа, по мнению российских ученых, остается слабой: базовая Карта общего сейсмического районирования (ОСР-97) не включает обширную область арктического шельфа России, а "белые пятна" наблюдаются даже в перспективных с точки зрения нефтегазоносности районах. Анализ современной сейсмической ситуации в российской Арктике, обобщение имеющихся данных, а также построение новейших карт сейсмического районирования являются актуальными и востребованными задачами, простому решению которых препятствует ряд трудностей.

Исследовательские институты и обсерватории Российской академии с середины 20 века играют ведущую роль в организации сейсмического мониторинга Арктики. Однако, возможности академической науки, главным образом финансовые, не безграничны. Большинство сейсмических станций прекратили свое существование в 1990-е годы, в связи с чем сеть сейсмических станций в российском секторе Арктики остается редкой и не обеспечивающей сбор материала, достаточного для уверенного сейсмического районирования. В практическом смысле это означает, например, что основанное на данных сильно разреженных станций представление об асейсмичности нефтегазовых провинций на арктическом шельфе невозможно перепроверить и доказать без расширения действующей сети сейсмических наблюдений.

Возобновление сейсмического мониторинга

…несмотря на сложные климатические условия, в 2011 году на острове Земля Александры архипелага Земля Франца-Иосифа был развернут высокоширотный сейсмологический пункт…

С 2012 г. произошло возобновление систематического сейсмического мониторинга Западно-Арктической зоны РФ, во многом благодаря становлению Архангельской сейсмической сети (АСС), созданной на базе Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН (ИЭПС УрО РАН). На организацию 11 пунктов мониторинга, оборудованных современной цифровой аппаратурой мирового уровня, понадобилось более 10 лет. АСС проводит сейсмический мониторинг территории архипелагов Шпицберген, Земля Франца-Иосифа, Новая Земля и омывающих их морей, а также территорию Архангельской области, Скандинавского и Кольского полуостровов, республики Карелия, Ненецкого автономного округа, Полярного и Среднего Урала. За весь период работы сети зарегистрировано свыше 1500 землетрясений из арктического региона.

Несмотря на сложные климатические условия, в 2011 году на острове Земля Александры архипелага Земля Франца-Иосифа был развернут высокоширотный сейсмологический пункт с кодовым названием ZFI, включающий 3 сейсмические станции. Модернизация пункта наблюдений, ставшего самым северным в России, продолжается: в 2015 году на одной из станций был установлен уникальный высокочувствительный широкополосный датчик, способный работать при температуре до −50 градусов Цельсия. Установленное на пункте современное оборудование может регистрировать даже слабые сейсмические события (магнитудой от 2.0), происходящие в западном секторе Арктики, что позволяет более детально изучать сейсмичность таких активных районов, как хребет Гаккеля, а также осуществлять мониторинг ледовой активности.

Отметим, что помимо АСС сейсмический мониторинг преимущественно в северо-западной части Арктики проводится на основе данных станций Кольского регионального сейсмологического центра Геофизической службы РАН (ГС РАН). Однако, в силу своей разреженности (севернее 55° с. ш. на всей территории РФ расположено всего 50 цифровых сейсмостанций) сеть ГС РАН позволяет регистрировать на Арктическом шельфе и в Северном Ледовитом океане только относительно сильные землетрясения магнитудой выше 4.5.

Что дальше?

…детализация сейсмической ситуации невозможна без повышения чувствительности сейсмических сетей, а это требует установки дополнительных станций…

Сейсмические наблюдения на территории Арктики все еще остаются слабо развитыми. В то же время, важным и необходимым представляется более глубокое и детальное изучение геодинамического режима арктического региона, включая контроль слабой сейсмичности, и разработка мер по снижению рисков и минимизации негативных последствий от проявлений сейсмической активности в районах освоения нефтегазовых ресурсов и других видов деятельности. Детализация сейсмической ситуации невозможна без повышения чувствительности сейсмических сетей, а это, в свою очередь, требует установки дополнительных станций.

Очевидно, что академические институты не в состоянии покрывать расходы на организацию и последующую поддержку работы новых сейсмических станций и групп в темпе, соответствующем скорости возрастания общемирового интереса к разработке месторождений Арктического шельфа. Ситуация усложняется труднодоступностью и малонаселенностью мест возможного размещения высокоширотных сейсмических станций – так, инфраструктурные проблемы делают крайне трудным попадание даже на "обжитые" острова архипелага Земля Франца-Иосифа (из 192 островов архипелага таковых всего 5, и постоянно живущих людей на них нет).

…ситуация усложняется труднодоступностью и малонаселенностью мест возможного размещения высокоширотных сейсмических станций…

Разрешению финансовых, инфраструктурных и других проблем, препятствующих развитию сетей сейсмического мониторинга в Арктике, будет способствовать поддержка со стороны заинтересованных ведомств и нефтяных концернов, которые пока не проявляют никакой активности в направлении сотрудничества с учеными. Помимо этого, для успешной реализации проектов, связанных с расширением сетей геофизического мониторинга необходима тесная кооперация Российской академии наук, Росгидромета, МЧС, техническая поддержка со стороны Минобороны и Пограничной службы ФСБ, а также организационное содействие со стороны региональных властей и администраций муниципалитетов.

А. А. Астапенкова

Список использованной литературы:

• Антоновская Г.Н., Данилов А.В. Организация пунктов сейсмических наблюдений в условиях европейского севера России на примере функционирования пункта «Земля Франца-Иосифа» // Проблемы Арктики и Антарктики. 2014. № 4 (102). С. 24–33.
• Антоновская Г.Н., Конечная Я.В., Морозов А.Н. Сейсмическая активность Арктической зоны: новые данные по западному сектору // Проблемы Арктики и Антарктики. 2013. № 2 (96). С. 16–25.
• Богоявленский В. И. Угроза катастрофических выбросов газа из криолитозоны Арктики. Воронки Ямала и Таймыра // Бурение и Нефть. 2014. № 9. С. 13–18.
• Богоявленский В. И., Богоявленский И. В. Особенности геологического строения и разработки нефтегазовых месторождений в регионе Северного моря. «Гронинген» и «Экофиск» // Бурение и Нефть. 2014. № 4. С. 4–8.
• Киев П. Сейсмика в Арктике. На севере возобновляется мониторинг землетрясений // Газета "Поиск". 2014. № 42.
• Маловичко А. А., Виноградов А. Н., Виноградов Ю. А. Развитие систем геофизического мониторинга в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2014. № 2. С. 16–23.
• Рогожин Е.А., Антоновская Г.Н., Капустян Н.К. Современное состояние и перспективы развития системы сейсмического мониторинга Арктики // Вопросы инженерной сейсмологии. 2015. Т. 42. №1. С. 58–69.

Печать