Исследования по проблеме глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС) в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта

Первые сведения о наличии гидротермальной активности в рифтовой долине Срединно-Атлантического хребта (САХ) были получены в 1970-е годы французскими и американскими исследователями. В начале 1980-х годов ими же были открыты крупные гидротермальные поля с рудными сульфидами – «ТАГ» (26°08΄ с.ш.) и «MARK» (23°22΄ с.ш.).

Отечественные исследования по проблеме глубоководных полиметаллических сульфидов в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта начались в 1985 году, при этом ведущая роль в этих исследованиях принадлежала и принадлежит в настоящее время АО «ПМГРЭ» и ФГБУ «ВНИИОкеангеология». Помимо этих организаций эпизодические исследования проводятся рядом организаций Российской Академии Наук.

В ходе региональных рекогносцировочных работ масштаба 1:1000000 (батиметрические, гидромагнитные, гидрофизические и гидрохимические исследования, а также геологическое опробование коренных пород и осадков), проводившихся в основном АО «ПМГРЭ», был изучен крупный отрезок осевой зоны САХ (10°40'-26°30' с.ш.). В ходе этих работ, проводившихся вдоль осевой зоны хребта, были определены 16 перспективных участков площадью от 200 до 1200 кв. км.

С 1991 года для поиска ГПС в океане ПМГРЭ использует специально оснащенное научно-исследовательское судно «Профессор Логачев».

НИС «Профессор Логачев» - специализированное научно-исследовательское судно,

оборудованное для ведения поисково-разведочных работ на ГПС

В период 1993 – 2017 годы в пределы участков осевой зоны САХ, перспективных на обнаружение ГПС, на НИС «Профессор Логачев» было выполнено более 20 рейсов.

В этот период работами различных масштабов были закрыты значительные площади осевой зоны Срединно-Атлантического хребта. А главное, геологам ПМГРЭ удалось открыть и обследовать 4 рудных узла (каждый из которых состоит, как минимум, из двух рудопроявлений) и 8 рудных объектов в пределах Срединно-Атлантического хребта. Эти открытия вывели Россию в число общепризнанных мировых лидеров в изучении сульфидных руд океана.

Первое крупное открытие было сделано в 1994 году, когда обнаружили рудный узел «Логачев». Затем в 2003 году были открыты: рудный узел «Ашадзе», в 2004 году – рудное поле «Краснов», в 2007 – рудный узел «Семенов», в 2008 – рудное поле «Зенит Виктория» и детализировано рудное поле Пюи-де-Фолль, в 2010 году – рудное поле «Петербургское», в 2011 году – рудное поле «Ириновское», в 2012 году – рудные поля «Сюрприз» и «Юбилейное», в 2014 году – рудное поле «Холмистое» и в 2015 году – рудный узел «Победа».

Прогнозные ресурсы (Р2 + Р3) по всем рудным объектам составляют на сегодня 101,7 млн. тонн рудной массы. В ходе работ 2017–2020 гг. они будут с высокой долей вероятности увеличены до 110 – 120 млн. тонн.

Рудная проба на борту

В основе этого успеха – огромный объем региональных и опытно-методических работ, выполненных на НИС «Профессор Логачев», в результате чего была разработана оптимальная методика поисков гидротермальных сульфидных руд на океанском дне – то есть совокупность наиболее результативных методов, в сочетании с определенной последовательностью и поэтапностью работ.

Подписание 15-летнего контракта на разведку полиметаллических сульфидов между Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации и Международным органом по морскому дну при ООН – МОМД, состоявшееся в Москве 29 октября 2012 года, открыло новый этап в отечественных исследованиях ГПС.

Российский разведочный район (РРР), в пределах которого наша страна получила исключительное право на ведение разведочных работ на ГПС, расположен в центральной части Атлантического океана, в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта, в интервале широт между 12°48'36" и 20°54'36" с.ш.). Район включает 100 блоков размером 10x10 км и площадью не свыше 100 кв. км каждый. Планом работы по разведке, являющимся неотъемлемой частью Контракта, предусматривается проведение геологоразведочных работ в три этапа:

– этап 1, 2013–2018 гг., продолжительность 6 лет;

– этап 2, 2019–2023 гг., продолжительность 5 лет;

– этап 3, 2024–2027 гг., продолжительность 4 года.

Официально, по Плану разведочных работ, основными задачами являются:

– выявление первоочередных перспективных районов для проведения более детальных разведочных работ (этап 1);

– выявление конкретных рудных объектов и оценка потенциальных ресурсов слагающих их руд (этап 2);

– разведка промышленно значимых рудных объектов с подсчётом запасов слагающих их руд и окончательное обозначение добычного района (этап 3).

В настоящее время АО «ПМГРЭ» выполняет комплекс геологоразведочных работ по оценке перспективности 100 блоков Российского разведочного района (этап 1).

Российский разведочный район

Для проведения работ используется следующий аппаратурно-методический комплекс:

1. Гидроакустическое профилирование аппаратурным комплексом ГБО МАК-1М-ЕП, включающим сонар - 120 кГц (полоса обзора 500 м на каждый борт), сонар - 34 кГц (полоса обзора до 1500 м на каждый борт), акустический профилограф (частота 4 кГц, глубинностью до 125 м), датчик окислительно–восстановительного (Redox) потенциала, буксируемую косу с шестью датчиками для измерения EП.

Спуск ГБО МАК-1М с косой ЕП

Гидролокация бокового обзора (ГБО) выполняется с одновременным измерением естественного электрического поля (ЕП) с меж профильным расстоянием 500–600 м), что позволяет получать сонограммы дна в пределах района работ, на основе которых можно установить зоны тектонических нарушений, зачастую связанные с рудными объектами, установить распространение на дне магматических пород и главное выявить аномалии естественного электрического поля, напрямую указывающие на расположение рудного объекта.

С помощью комплекса МАК-1М-ЕП было открыто 7 рудных объектов из 12-ти.

Мозаика сонограмм ГБО.

2. Гидрофизическое зондирование водной толщи проводится с целью выявления аномальных структур океанических вод, связанных с гидротермальной деятельностью и для геоэкологического мониторинга. Работы выполняются гидрофизическим зондом SBE 911 plus (измеряемые параметры: давление, электропроводность, температура, прозрачность-пропускание света). На зонде также могут быть использованы датчики Eh и pH, датчик растворенного кислорода и датчик течений.

Современные гидротермы разгружаются прямо в придонную водную толщу, образуя смесь гидротермы с морской водой. Эта смесь теплее морской воды, и, соответственно, менее плотная, поэтому образуется так называемый гидротермальный плюм – восходящая струя более тёплой воды. Поднявшись до определённого горизонта водной толщи, где её плотность сравнивается с плотностью окружающей воды, плюм растекается в горизонтальном направлении. Если гидрофизический зонд зарегистрирует увеличение температуры, изменения солености, увеличение мутности в придонном слое морской воды, то это может служить указанием на близость разгрузки современных гидротерм («черных курильщиков»). С помощью этого метода в 2003 году было открыто активное гидротермальное рудопроявление, которое после его геологического опробования олучило название «Ашадзе»

Гидрофизический зонд SBE 911 plus

3. Геологический пробоотбор проводится с использованием коробчатого пробоотборника, телевизионного грейфера и скальной драги.

Геологический пробоотбор скальной драгой (прямоугольное сечение 120 х 70 см, накопитель длиной 2 м, масса отбираемого материала до 500 кг) позволяет отбирать коренные породы. Помимо целей геологического картирования, отбор коренных пород производится также для выявления околорудных изменений, являющихся хорошим поисковым признаком. Поисковая эффективность геологического пробоотбора скальной драгой подтвердилась в открытии рудного поля «Зенит-Виктория» в 2008 году. Первоначальной информацией привлекшей внимание к этому участку являлось наличие околорудных изменений в базальтах, выявленных в ходе геологического опробования по редкой сети. Дальнейший детальный пробоотбор позволил обнаружить и сами руды.

Скальная драга СД и коробчатый пробоотборник КП.

Геологический пробоотбор коробчатым пробоотборником (КП-1.5 квадратным сечением 40 х 40 см, длиной пробоотборной части 1,5 м) позволяет выявить в составе донных осадков по минералогическим ассоциациям признаки близкого орудинения или поднять металлоносные донные осадки. С помощью этого пробоотборника в 2004 г на НИС «Профессор Логачев» было открыто рудное поле «Краснов».

Донный пробоотбор телегрейфером позволяет получать крупнообъемные пробы сульфидных руд на выявленных рудных объектах. Постановку телегрейфера на дно и отбор пробы предваряет телевизионный просмотр места отбора в позиционно-профильном режиме с использованием подруливающего устройства ВПК. Из полученной крупнообъемной пробы сульфидных руд отбирается также и технологическая проба для выполнения лабораторных работ по вещественному и технологическому исследованию руд ГПС для металлургической переработки.

Телегрейфер ДГ-1.

Телегрейфер ДГ-1 (дночерпатель гидростатический) объемом ковша 0,4 м3, площадью захвата 1,5 м2, привод гидростатический с питанием от автономных АКБ оснащен телевизионным модулем на базе цветной цифровой телекамеры LCL-217HS чувствительностью 0,5 Лк.

В период проведения реконструкции НИС «Профессор Логачев» по договору с ООО «ГИКО» телегрейфер ДГ-1 был модернизирован. ДГ-1М – дночерпатель с гидравлическим приводом, питанием с борта судна 380 V, управлением с переносного пульта по кабелю. Кроме того был отремонтирован и практически создан заново телегрейфер «Пройсаг». Он получил название ГК-6Т: объем пробы 1 м3, площадь захвата 4 м2, масса 3,5 т, привод гидравлический, управление дистанционное с пульта.

Телегрейфер ГК-6Т (ООО «ГИКО») на испытаниях.

Рудная проба поднятая телегрейфером

4. Телевизионное профилирование служит для нужд геологического картирования, выявления биоразнообразия в рамках экологических исследований и визуального поиска рудных тел на перспективных участках океанического дна, где были выявлены серьезные признаки гидротермальной деятельности: минералы-индикаторы, аномалии ЕП, околорудные изменения и др. Перспективный участок детально обследуется с помощью подводного телевизионного аппарата (модуля), буксируемого над поверхностью дна. При этом ведется как непосредственный визуальный контроль транслируемой картинки с фиксацией важной информации в бортовом журнале, так и запись всего видеоматериала на электронные носители для последующего анализа. Придонные телевизионные исследования позволяют осуществлять визуальное распознавание, оконтуривание и выявление морфологии рудных тел ГПС, а также выполнять экологический мониторинг придонной биоты. Для выполнения данного вида исследования на 1 этапе работ применялся буксируемый телевизионный подводный аппарат (ТПА) «Абиссаль». Для обеспечения данного вида работ в ПМГРЭ были разработаны и изготовлены два унифицированных телевизионных модуля, которые могут использоваться как в составе ТПА, так и на телегрейфере ДГ-1, на базе цветной цифровой телекамеры LCL-217HS чувствительностью 0,5 Лк. Регистрация видеоинформации на ТПА осуществлялась на одноканальный мобильный цифровой видеомагнитофон EDSR-100M, имеющий в своем составе жесткий диск емкостью 550 Гб. Запись велась в режиме качества HIGH, со скоростью записи 25 кадр/сек. Обеспечиваемое регистратором разрешение записи 720х480. С применением этого ТПА были обследованы все 12 рудных объектов РРР-ГПС.

Рама ТПА

Фрагмент подводной телевизионной съемки.

После проведения реконструкции НИС «Профессор Логачев» в 2015-2017 гг для проведения телевизионного профилирования используется БТА «Sperre AS» (производство Норвегия, 2015 г), оснащенный 2-мя LED светильниками, цветной видеокамерой и альтиметром.

Спуск БТА «Sperre AS» с борта НИС «Профессор Логачев»

5. Телеуправляемые Необитаемые Подводные Аппараты (ТНПА). По плану разведочных работ в РРР-ГПС на этапе 2 «выявление конкретных рудных объектов и оценка потенциальных ресурсов слагающих их руд» начиная с 2019 года на рудных объектах будут проводится детальные работы. Для этих целей будет необходимо использовать телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА). В период реконструкции НИС «Профессор Логачев» получил новый ТНПА Sperre SUB-fighter 30K (Норвегия).

ТНПА Sperre SUB-fighter 30K

Центральный пост управления ТНПА.

На ТНПА установлены: манипулятор HydroLek, имеющий 7 степеней свободы и отбор проб весом до 10 кг; 2 LED светильника и 3 видеокамеры (HD camera 1920x1080, 3,27 Megapixels, Low Light и Super Zoom Camera); многолучевой эхолот SeaBat 7125.

На этапе 2 ТНПА будет выполнять два основных вида работ: видео-фотосъемка дна и сбор образцов руд и биологического материала. Возможны дополнительные виды работ, такие как постановка/снятие экспериментальных установок (приборов), проведение замеров (например, температуры и пр.).

6. Подводная навигация. Для плановой привязки подводных аппаратов на НИС «Профессор Логачев» установлена система подводной навигации «HiPap 101» (производитель Kongsberg (Норвегия) с режимом работы в ультракороткой базе или длинной базе с донными маяками-ответчиками и точностью привязки 0,2 % от глубины.

7. Батиметрическая съемка. Для перехода к решению задач этапа 2 также потребуется выполнение площадной батиметрической съемки дна масштаба 1:50 000 с применением многолучевого эхолота.

На НИС «Профессор Логачев» в период реконструкции был установлен эхолот ATLAS Hydrosweep MD/30 1°х1° (Германия), имеющий 320 лучей, частотой излучаемого сигнала 24 kHz - 30 kHz.

Схема батиметрической съемки и антенна многолучевого

эхолота ATLAS Hydrosweep MD/30

8. Экологические исследования будут проводиться на всех этапах работ в Российском разведочном районе с целью создания базы данных по исходному состоянию экосистемы в соответствии с требованиями Международного органа по морскому дну (МОМД). Для проведения этих исследований на НИС «Профессор Логачев» задействуется весь арсенал научно-технического оборудования установленного на судне.

9. Инженерно-геологические исследования на площади Российского разведочного района проводятся на всех этапах работ с целью оценки инженерно-геологических условий залегания выявленных рудных объектов. На борту НИС «Профессор Логачев» производятся определения показателей физико-механических свойств гидротермальных образований, вмещающих пород и донных осадков, поднятых средствами пробоотбора при геологическом опробовании рудных объектов.

10. Разведочное бурение на рудных объектах. Для оценки рудных тел ГПС на глубину необходим подводный буровой станок для бурения с океанического дна разведочных колонковых скважин глубиной 15 и более метров. В течении 2014 – 2016 гг был разработан и создан рабочий макет бурового станка ТК-15 с планируемой глубиной бурения до 15 метров. Вес станка около 5 тонн, высота 5 м, электропитание с борта судна по грузонесущему кабелю (3-х фазное, 20 кВт). Испытания ТК-15 в ноябре 2015 года в Атлантике и в ноябре 2016 года в Балтийском море показали принципиальную работоспособность модели и выдвинули ряд конструктивных требований к созданию рабочего бурового станка применительно к эксплуатации его на НИС «Профессор Логачев».

Испытание ТК-15 в Балтийском море

В настоящее время продолжение изготовление бурового станка ТК-15 поручено ООО «ГИКО», имеющего для этого производственные мощности. При наличии соответствующего финансирования эти работы могут быть доведены до создания отечественного станка глубоководного бурения на рудных объектах РРР-ГПС.

В период реконструкции НИС «Профессор Логачев» были заменены на новые некоторые агрегаты судового оборудования: стояночные дизель-генераторы, вало-генераторы главных двигателей, носовое подруливающее устройство, новый более мощный кормовой кран на 12 тонн, опреснительные установки, транзитная лебедка с вьюшками, система кондиционирования, современные навигационные приборы, средства связи и сигнализации, модернизирован АСУД. Также были переоборудованы камбуз, научные лаборатории и каюты.

В настоящее время, обладая НИС «Профессор Логачев» - являющийся головным судном МПР РФ по проблеме ГПС, имея на вооружении современный геологоразведочный аппаратурно-методический комплекс, располагая опытными сотрудниками АО «ПМГРЭ» готово к решению важнейших государственных и геополитических задач в области поисков и разведки месторождений полезных ископаемых в Мировом океане и на шельфе.