Анализ ледяного шлама, полученного при бурении снежно-фирновой толщи на станции Восток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Установлены и описаны зависимости изменения размера и формы ледяного шлама снежно-фирновой толщи района станции Восток с учётом плотности массива и механической скорости бурения. Предложена классификация формы частиц ледяного шлама и её аппроксимация к эллипсоиду. Рассмотрена практическая значимость полученных данных при разработке техники и технологий бурения верхних горизонтов ледников.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Васильев

Санкт-Петербургский горный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Россия, Санкт-Петербург

И. В. Ракитин

Санкт-Петербургский горный университет

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. А. Игнатьев

Санкт-Петербургский горный университет

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Большунов

Санкт-Петербургский горный университет

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. Ю. Ожигин

Санкт-Петербургский горный университет

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Большунов А.В., Васильев Д.А., Дмитриев А.Н., Игнатьев С.А., Кадочников В.Г., Крикун Н.С., Сербин Д.В., Шадрин В.С. Результаты комплексных экспериментальных исследований на станции Восток в Антарктиде // Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 724–741. EDN WQNJET
  2. Екайкин А.А., Чихачев К.Б., Верес А.Н., Липенков В.Я., Тебенькова Н.А., Туркеев А.В. Профиль плотности снежно-фирновой толщи в районе станции Восток, Центральная Антарктида // Лёд и Снег. 2022. Т. 62. № 4. С. 504–511. https://doi.org/10.31857/S2076673422040147
  3. Игнатьев С.А., Васильев Д.А., Большунов А.В., Васильева М.А., Ожигин А.Ю. Экспериментальные исследования переноса ледяного шлама воздухом при бурении снежно-фирновой толщи // Лёд и Снег. 2023. Т. 63. № 1. С. 141–152. https://doi.org/10.31857/S2076673423010076
  4. Капустин А.В. Некоторые особенности производства метеорологических измерений на антарктической станции Восток // Colloquium-journal. 2019. № 9 (33). С. 17–25. https://doi.org/10.24411/2520-6990-2019-10216
  5. Липенков В.Я., Полякова Е.В., Дюваль П., Преображенская А.В. Особенности строения антарктического ледникового покрова в районе станции Восток по результатам петроструктурных исследований ледяного керна // Проблемы Арктики и Антарктики. 2007. № 2 (76). С. 68–77.
  6. Сербин Д.В., Дмитриев А.Н. Экспериментальные исследования теплового способа бурения плавлением скважины в ледовом массиве с одновременным контролируемым расширением ее диаметра // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 833–842. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.82
  7. Верес А.Н., Екайкин А.А., Липенков В.Я., Туркеев А.В., Ходжер Т.В. Первые данные о климатической изменчивости в районе ст. Восток (Центральная Антарктида) за последние 2000 лет по результатам изучения снежно-фирнового керна // Проблемы Арктики и Антарктики. 2020. 66 (4). C. 482–500. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2020-66-4-482-500
  8. Blott S.J., Pye K. Particle shape: a review and new methods of characterization and classification // Sedimentology. 2007. 55 (1). P. 31–63. https://doi.org/10.1111/j.1365-3091.2007.00892.x
  9. Clarke G.K.C. A short history of scientific investigations on glaciers // Journ. of Glaciology. 1987. № 33 (S1). P. 4–24. https://doi.org/10.3189/S0022143000215785
  10. Dengaev A.V. Mechanical Impurities Carry-Over from Horizontal Heavy Oil Production Well // Processes. 2023. № 11. P. 2932. https://doi.org/11.2932.10.3390/pr11102932
  11. Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Tebenkova N. Fifty years of instrumental surface mass balance observations at Vostok Station, Central Antarctica // Journ. of Glaciology. 2023. P. 1–13. https://doi.org/10.1017/jog.2023.53
  12. Gibson C. RAM-2 Drill system development: an upgrade of the Rapid Air Movement Drill // Annals of Glaciology. 2020. V. 62 (84). P. 1–10. https://doi.org/10.1017/aog.2020.72
  13. Goodge J.W., Severinghaus J.P., Johnson J., Tosi D., Bay R. Deep ice drilling, bedrock coring and dust logging with the Rapid Access Ice Drill (RAID) at Minna Bluff, Antarctica // Annals of Glaciology. 2021. V. 62. P. 1–16. https://doi.org/10.1017/aog.2021.13
  14. Hu Zh., Talalay P.G., Zheng Zh., Cao P., Shi G., Li Y., Fan X., Ma H. Air reverse circulation at the hole bottom in ice-core drilling // Journ. of Glaciology. 2019. V. 65. P. 149–156. https://doi.org/10.1017/jog.2018.95
  15. Hong J., Fan X., Liu Y., Liu G., Liu B., Talalay P. Size distribution and shape characteristics of ice cuttings produced by an electromechanical auger drill // Cold Regions Science and Technology. 2015. V. 119. P. 204–210. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.08.012
  16. Hong J., Talalay P., Sysoev M., Fan X. DEM modeling of ice cuttings transportation by electromechanical auger core drills // Annals of Glaciology. 2014. V. 55 (68). P. 65–71. https://doi.org/10.3189/2014AoG68A002
  17. Hou Zh., Liu Y., Meng Q., Xu H., Liang N., Yang G. Investigation of the dynamic ascent characteristics of ice core during polar core drilling // Cold Regions Science and Technology. 2024. 222. 104184. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2024.104184
  18. International Organization for Standardization. ISO 13322–1:2014 Particle size analysis – Image analysis methods – Part 1: Static image analysis methods, 2nd ed. Geneva: International Organization for Standardization, 2014.
  19. International Organization for Standardization. ISO 9276–1:1998 Representation of results of particle size analysis – Part 1: Graphical representation, 2nd ed. Geneva: International Organization for Standardization, 1998.
  20. Kern J., Montagna G., Borges M. Techniques for determining size and shape of drill cuttings // Brazilian Journal of Petroleum and Gas. 2022. V. 16 (2). P. 6577. https://doi.org/10.5419/bjpg2022-0006
  21. Kyzym I., Reyes R., Rana P., Molgaard J., Butt S. Cuttings Analysis for Rotary Drilling Penetration Mechanisms and Performance Evaluation // Conference: ARMA 2015. 49th US Rock Mechanics. 2015.
  22. Litvinenko V.S. Foreword: Sixty-year Russian history of Antarctic sub-glacial lake exploration and Arctic natural resource development // Geochemistry. 2020. 80 (3). https://doi.org/10.1016/j.chemer.2020.125652
  23. Litvinenko V.S., Leitchenkov G.L., Vasiliev N.I. Anticipated sub-bottom geology of Lake Vostok and technological approaches considered for sampling // Geochemistry. 2020. 80. https://doi.org/10.1016/j.chemer.2019.125556
  24. Merkus H.G. Particle Size Measurements Fundamentals, Practice, Quality. Springer, 2009.
  25. Mikhalenko V., Kutuzov S., Toropov P., Legrand M., Sokratov S., Chernyakov G., Lavrentiev I., Preunkert S., Kozachek A., Vorobiev M., Khairedinova A., Lipenkov V. Accumulation rates over the past 260 years archived in Elbrus ice core, Caucasus // Climate of the Past. 2024. V. 20. P. 237–255. https://doi.org/10.5194/cp-20-237-2024
  26. Ren Z., Gao H., Luo W., Elser J. Bacterial communities in surface and basal ice of a glacier terminus in the headwaters of Yangtze River on the Qinghai–Tibet Plateau // Environmental Microbiome. 2022. № 17 (12). P. 1–14. https://doi.org/10.1186/s40793-022-00408-2
  27. Rodriguez J., Edeskär T., Knutsson S. Particle shape quantities and measurement techniques: a review // The electronic journal of geotechnical engineering. 2013. 18. P. 169–198.
  28. Talalay P.G. Removal of cuttings in deep ice electromechanical drills // Cold Regions Science and Technology. 2006. 44 (2). P. 87–98. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2004.08.005
  29. Talalay P.G. Mechanical Ice Drilling Technology. Singapore: Springer, 2016.
  30. Veres A.N., Ekaykin A.A., Golobokova L.P., Khodzher T.V., Khuriganowa O.I., Turkeev A.V. A record of volcanic eruptions over the past 2,200 years from Vostok firn cores, central East Antarctica // Front. Earth Science. 2023. № 11. P. 1075739. https://doi.org/10.3389/feart.2023.1075739
  31. Zhang Z., Lan X., Wen G., Qingming L., Yang X. An Experimental Study on the Particle Size and Shape Distribution of Coal Drill Cuttings by Dynamic Image Analysis // Geofluids. 2021. P. 1–11. https://doi.org/10.1155/2021/5588248

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профиль плотности снежно-фирновой толщи в районе станции Восток (a); зависимость насыпной плотности ледяного шлама от глубины скважины (b); 1 – данные, полученные из скважины VK-22 (синие круги); 2 – данные, полученные из скважины VK-23 (красные треугольники); 3 – доверительный интервал ±2 SEM (голубая заливка); зависимость механической скорости бурения от плотности снежно-фирновой толщи (c)

Скачать (287KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Параметры размеров частиц, полученных из скважин VK-22 и VK-23. Данные, полученные с разных глубин, обозначены цветами и маркерами в соответствии с легендой на графиках. Цифровые обозначения в легенде означают исследуемую глубину бурения в метрах: дифференциальные кривые распределения частиц по размерам (a); кумулятивные кривые распределения частиц по размерам (b); зависимость значений процентилей D10, D50, D90 и средневзвешенного диаметра Dw от глубины скважин (c)

Скачать (757KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость средневзвешенного диаметра Dw от механической скорости бурения и плотности снежно-фирновой толщи (a); зависимость процентиля D50 от механической скорости бурения и плотности снежно-фирновой толщи (b)

Скачать (225KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение значений параметров формы частиц ледяного шлама

Скачать (189KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Типы форм частиц ледяного шлама: изометрическая (a); округлая (b); удлинённая (c); стержневая (d)

Скачать (995KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ледяной шлам крупностью 0.63–0.8 мм (a), отобранный на различных глубинах бурения; визуализация аппроксимированной геометрии частиц ледяного шлама с глубин; 1 – 5 м; 2 – 30 м (b)

Скачать (479KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.