1 Экологические проблемы морской сейсморазведки
За несколько прошедших лет морская сейсморазведка вышла на новый технологический уровень, были построены крупнотоннажные специализированные суда, с современными средствами генерирования, регистрации и обработки сейсмических сигналов. Появились принципиально новые методы геофизических исследований, направленных на поиск морских месторождений нефти и газа. В течение последнего десятилетия геофизическими исследованиями были охвачены десятки тысяч квадратных километров на шельфах наших дальневосточных, арктических и южных морей.
После прохождения многих исследований было установлено, что при сейсморазведке с применением современных излучателей сигналов наиболее уязвимы планктонные организмы, а на мелководьях и бентос, которые в сравнении с рыбами и другими организмами нектона, не способны к активному избеганию зон воздействия источников упругих волн. Таким образом, ущерб водным биоресурсам оценивается через потери кормовых организмов и ранних стадий развития (икры, личинок) промысловых рыб и беспозвоночных. Количественные оценки потерь гидробионтов выполняются разными способами, иногда даже без понимания различий в характере воздействия сейсмоакустических импульсов.
Особую трудность представляет определение потерь планктонных организмов при воздействии сгруппированных сложно распределенных пневмоисточников (ПИ) различной мощности (объема), количество которых в одной батарее достигает трех десятков и более.
В современных геофизических исследованиях сейсмоакустическими методами с целью разведки месторождений нефти и газа на открытых акваториях и в мелководных транзитных зонах, помимо зарядов взрывчатых веществ, применяются водяные, пневматические, электроискровые и электродинамические источники упругих волн. Основные технические характеристики применяемых приборов представлены в таблице 1.
Таблица – 1 – Основные типы излучателей сигналов, применяемых при геофизических исследованиях на водных объектах
Наименование прибора- излучателя сигнала Способ формирования сигнала Энергия излучения (кДж) Диапазон частот (Гц)
Морская пушка (water gun) Кратковременный выброс воды под высоким давлением, созданным внутри излучателя 30 50 – 1500
Пневмоисточник, пневмопушка
(air gun) Кратковременный выброс воздуха под высоким давлением, созданным внутри излучателя 10 – 18 1000 – 1500
Электромагнитные источники повышенной мощности
«ЭДИС-Титан»,
«Енисей ВЭМ-50», «Енисей ВЭМ-100», вибратор HUP104
Электрические импульсы, преобразуемые посредством электромагнита в механическое воздействие на металлический корпус источника, генерирующий ударные упругие волны ~50–100
(точных данных нет) 90–130
(отраженный сигнал)
Электромагнитный источник средней мощности «ИСЭМ- Тритон» ~10–15
(точных данных нет) 90–130
(отраженный сигнал)
Окончание таблицы – 1
Наименование прибора- излучателя сигнала Способ формирования сигнала Энергия излучения (кДж) Диапазон частот (Гц)
Электроискровой источник большой мощности типа Sparker Geo-Source 800 и др. Электроискровой разряд высокого напряжения между электродами в воде электрогидравлический удар 3–75, до 100
50–5000
Электроискровые источники средней и малой мощности
«ИП-100», серии «ИС-Х» и др. типа «спаркер» (sparker) 0,1–2,5
Электродинамический источник – глубинный профилограф типа «бумер» (boomer) Кратковременное (импульсное) электромагнитное воздействие на металлическую пластину, генерирующее упругую волну 0,2–0,5 300–3000,
до 10000
Сейсмопрофилограф типа
«пингер» (pinger), профилограф «Edge Tech» Преобразование электрических колебаний в механические 0,2–0,5 1500–18000,
2000–16000,
4000–24000
Гидролокатор «чирп» (chirp sonar) Преобразование электрических колебаний в механические 0,05–0,1 1500–18000,
2000–16000,
4000–24000
1.1 Воздействие сейсморазведки с применением пневмоисточников, на водные биоресурсы
Повреждающее воздействие на водную биоту оказывают образующиеся при работе пневмоисточников волны давления, которые сменяются волнами разрежения при схлопывании воздушного пузыря. Кроме того, на-гидробионтов, в особенности на организмы планктона, воздействие оказывает ряд побочных факторов: кавитация (гидродинамическая и акустическая) и турбулентность, усиливающие воздействие волн давления и разрежения. Приемные устройства сейсморазведочных судов (буксируемые косы – сейсмоприемники) при нормальной, безаварийной работы не оказывают значимого воздействия на – гидробионтов. При оценке воздействия пневмоисточников на водные организмы в ближней к источнику зоне используется понятие предельного радиуса воздействия (Rmax), от величины которого зависит и относительный показатель интенсивности воздействия, размера вреда, причиненный водным биологическим ресурсам. Предельный радиус воздействия обозначает границу области вокруг источника, в пределах которой происходит гибель водных организмов или повреждения, снижающие их жизнеспособность, что впоследствии также ведет к их гибели.
Исследования различных ученых показали, что, и единичные, и сгруппированные, в том числе спаренные, ПИ оказывают поражающее, вплоть до летального, воздействие на рыб помещенных в садки, на пелагическую икру и планктонных личинок рыб и беспозвоночных и на зоопланктон (кормовую базу рыб – планктофагов) в радиусе от 2–3 до 5–7,5 м, максимум до 10 м. Предельный радиус воздействия зависит от размеров организмов и строения тела, определяемого таксономической принадлежностью и стадией развития организмов.
Воздействие на ихтиофауну и головоногих моллюсков
При оценке воздействия на рыб и высокоорганизованных беспозвоночных различают физическое воздействие механических (или упругих) волн и звуковых волн (шума), генерируемых пневмоисточниками.
Интенсивность сигнала, генерируемого пневмоисточниками, приводятся в основном в акустических единицах – дБ. В последние десятилетия с перемещением сейсморазведки в более глубоководные районы мощность ПИ заметно увеличилась. Уровень звука ПИ может достигать 260–262 дБ. Высокая чувствительность к воздействию упругих и звуковых волн характерна для рыб, имеющих плавательный пузырь, соединенный с внутренним ухом. У рыб со средней чувствительностью плавательный пузырь не имеет связи с внутренним ухом. Рыбы, не имеющие плавательного пузыря, наименее чувствительны к воздействию механических волн и акустическому воздействию звуковых волн. В низкочастотном диапазоне рыбы воспринимают звуковые (и упругие) волны боковой линией, а высокочастотные звуки – органами слуха. Поражающее действие механических волн в упругой водной среде обусловлено образованием избыточного давления и разрежения, и проявляется в ближней зоне, на расстоянии нескольких метров от пневмоисточников. в табл. 2 приведены величины интенсивности сигналов ПИ, при которых происходит повреждение и гибель рыб.
Таблица – 2 – Физиологические реакции рыб на воздействие сигналов ПИ в зависимости от их интенсивности
Интенсивность сигнала, дБ отн. 1 ?Па0-P Реакции рыб на воздействие
192 Временный шок
220 Внутренние повреждения
220 Поражение икры и личинок
230–240 Гибель рыб
По данным ряда исследований, предельный радиус воздействия упругих волн для взрослых рыб составляет 1–3 м в зависимости от степени их чувствительности.
Способность большинства рыб к быстрому перемещению позволяет заблаговременно избегать ими опасных зон воздействия при приближении сейсморазведочного судна.
Слуховое восприятие звука у разных видов рыб колеблется в широких пределах. У чувствительных к акустическим сигналам рыб порог восприятия высоких частот варьирует в пределах 4–13 кГц, у менее чувствительных видов рыб – в пределах 1–1,2 кГц. Так, для сельди в диапазоне низких частот 50–1200 Гц порог слухового восприятия составляет 75–80 дБ. Наименьший порог слышимости среди изученных видов рыб находится в диапазоне частот ниже 400 Гц (табл. 3).
Таблица – 3 – Пороги слухового восприятия (в дБ отн. 1 ?Па) некоторых видов рыб в диапазоне 100–400 Гц
Виды рыб Наименьший порог слухового восприятия в диапазоне <400 Гц Порог слухового восприятия при частоте наилучшей слышимости
Треска 95 дБ 95 дБ при 283 Гц
Минтай 81 дБ 81 дБ при 160 Гц
Камбала 100 дБ 100 дБ при 160 Гц
Лиманда 89 дБ 89 дБ при 110 Гц
Многие виды рыб могут слышать и низкочастотные звуки. Внезапные резкие звуки отпугивают рыб, изменения в уровне звука приводят к избеганию рыбами зоны шумового воздействия. В одном из исследований сельди меняли направление движения и уходили от источника звука, но стайное поведение рыб при тех же воздействиях звука не менялось.
Реакции, связанные со стремлением рыб избежать воздействия, довольно многообразны и зависят от вида рыб, стадии жизненного цикла, особенностей поведения, времени суток, физиологического состояния, а также от характеристик распространения звука в воде. Поведенческие реакции могут отмечаться на расстоянии до нескольких километров (до 1,5–7, иногда более 10 км) от района проведения сейсмосъёмок. Наименьшее расстояние реакции избегания составляет, по литературным данным, около 1000 м. Согласно литературным сведениям, сейсморазведочные работы с применением батарей пневмоисточников могут иметь последствием рассредоточение кормовых и миграционных косяков (стай) рыб [Патин, 2001]. Восстановление естественной структуры скоплений происходит обычно не раньше, чем через 1–3 дня после воздействия. При этом сейсморазведка может создавать помехи для рыболовства, а в прибрежных районах, где имеются нерестовые реки, препятствовать заходу проходных рыб на нерест.
Исследование с головоногими моллюсками провели Мак–Коули и соавторы. При воздействии пневмоисточника 20 куб. дюймов с максимальным звуковым давлением >200 дБ на кальмаров и каракатиц, помещенных в клетку, гибели моллюсков не обнаружено. При мощности сигнала 174 дБ один из кальмаров выпустил чернила в ответ на первый выстрел, и быстро переместился в сторону от ПИ. Еще несколько кальмаров начали двигаться к поверхности воды. При постепенном увеличении мощности сигнала выраженной реакции испуга не наблюдалось, кроме увеличения скорости плавания и движения к поверхности воды.
В 2001 и 2003 г. были зафиксированы два случая выбрасывания на берег (северное побережье Испании) атлантических гигантских кальмаров во время проведения в Бискайском заливе сейсмических съемок. Было сделано предположение, что причиной выбрасывания на берег послужили сейсмические работы. Девять гигантских кальмаров были обнаружены на мелководье или плавающими на поверхности без видимых повреждений, кроме одной самки, у которой были обширные повреждения тканей. Подтверждающих данных о воздействии именно сейсморазведки в этих случаях авторы предоставить не смогли.
Комак и соавторы наблюдали за поведенческими реакциями каракатиц при различных частотах звуков от 0,01 до 1000 Гц. Ответами на звуковое воздействие были изменения узора тела, переориентации, плавание, роющие движения.
Воздействие на планктон и меропланктон
Летальное или прямое воздействие сейсмоисточников в реальных условиях сейсморазведки может наблюдаться только в пассивных сообществах гидробионтов, не обладающих достаточной бросковой скоростью для покидания опасной зоны. Это относится к фито-зоопланктону, икре и личинкам рыб. В этом случае интенсивность воздействия зависит от расстояния между организмом и источником, а также от мощности сейсмоисточника.
Усугубляющим фактором для планктонных организмов является и то, что основные скопления фитопланктона, зоопланктона, ихтиопланктона образуются в верхнем слое, в котором обычно буксируются сейсмоисточники.
Большинство исследований воздействия пневмоисточников свидетельствуют о локальном, кратковременном воздействии на планктонные организмы при радиусе летального воздействия ПИ до 5 м, максимум, до 10–12 м, за исключением личинок рыб, для которых расчетный предельный радиус воздействия достигает 18–20 м.
Воздействие на фитопланктон
При оценке воздействия пневмоисточников на водную биоту фитопланктон обычно не рассматривается как сильно уязвимый компонент экосистемы, ввиду его высоких темпов размножения, высоких показателей естественной смертности и быстроты восстановления численности, а также значительных сезонных и межгодовых флуктуаций численности и биомассы. Считается, что фитопланктон более устойчив к внешнему воздействию, чем зоопланктон. Было даже отмечено, что колониальные водоросли после воздействия ПИ, наоборот, начинают более интенсивно развиваться и повышают свою численность.
Воздействие на зоопланктон и меропланктон
Наиболее ранние исследования воздействия невзрывных источников на зоопланктон относятся к 1968 г., которые были проведены на Куринском экспериментальном заводе с одиночным источником объемом 5 л. В качестве экспериментальных объектов были выбраны планктонные рачки дафнии. Результаты эксперимента показали стопроцентную гибель рачков в радиусе 2 м.
В 1989–1990 гг. ПИНРО (полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии) проводил исследования по выяснению степени влияния сейсмосигналов на-гидробионтов различных систематических групп [Kosheleva, 1992]. При проведении эксперимента использовали пневмоизлучатели типа «Пульс 1А», и его зарубежный аналог «Bolt 1900» (США). В качестве объектов исследований были взяты как рыбы, так и ракообразные (Gammarus locustus), моллюски, фитопланктон, зоопланктон (Calanus, Paracalanus) и ихтиопланктон (икра и личинки морской камбалы). В результате работ не было выявлено массовой гибели зоопланктона в зоне расположения группового пневмоисточника. И только на расстоянии до 1,5 м воздействие проявлялось в изменении придатков тела копепод.
В работе Мак-Коули [McCauley, 1994] приведен расчет количества личинок рыб, в частности северного тунца, погибших при воздействии сейсмовзрывов во время сейсмопрофилирования на глубине 10 м. Такие же расчеты приведены для планктонных личинок креветок и личинок омара. В данном случае условно были выбраны наихудшие условия: период нереста и наибольшая численность популяции, радиус воздействия на личинок – до 10 м, расстояние по траверзу – 100 км, использована батарея (линия) пневмопушек длиной 10 м, «выстрелы» производились через каждые 25 м. Однако даже при таких условиях количество погибших личинок составило меньше 1% от общей их численности в 20–метровом слое.
В 1998 году СахНИРО (Сахалинский Научно-Исследовательский Институт Рыбного Хозяйства и Океанографии) были проведены эксперименты по воздействию спаренного пневмоисточника (3,5 и 0,66 л) одиночным и множественным сигналом. При воздействии спаренным ПИ суммарным объемом 4,2 л однократным импульсом механические повреждения у животных на расстоянии далее 1 м от ПИ практически отсутствовали, за исключением гидромедуз. Внешних повреждений не обнаружено у щетинкочелюстных, икры рыб и яиц ракообразных. Наибольший процент смертности животных зарегистрирован на минимальном расстоянии 1 м от ПИ в данном эксперименте у веслоногих ракообразных – 24,3% и эвфаузиид – 16%. Среди основных повреждений зоопланктона отмечены изменения покровов и придатков тела, повреждения глаз.
В 2004 г., в Охотском море сотрудники ФГУП «СахНИРО» выполнили натурные исследования, которые проводились в условиях сейсмосъёмки в штатном режиме с борта геофизического судна «Искатель – 4. В качестве источника сигналов использовали группу из 12 расположенных в 2 линии пневмопушек общим объемом 13,8 л и с уровнем звука ~231 дБ. Во время работы батареи ПИ сдвоенную планктонную сеть «Бонго» без замыкателей буксировали на расстоянии 2–3 м за конечными спаренными ПИ (между двумя линиями батареи ПИ) в подповерхностном горизонте; верхняя часть сетей находилась под водой. В качестве контроля использовали результаты тралений той же самой сетью при буксировке за неработающей батареей ПИ. Для зоопланктона была применена методика прижизненного окрашивания животных для различения живых и мертвых организмов, не имеющих внешних повреждений [Александров, Аблов,1991]. Икру и личинок рыб осматривали под бинокуляром на предмет визуально обнаруживаемых повреждений. Для определения стрессовых реакций и процента летальности у эмбрионов в икре на 3–4 стадиях развития, у предличинок и личинок также просчитывали частоту сердцебиений. Смертность икры минтая составила 26,4%, прочих видов рыб (в основном камбаловых) – 42,6%, личинок рыб – 99,2%.
Эксперименты СахНИРО с одиночными источниками были проведены в 2004 и 2005 г. по методике, которая предусматривала приближение к условиям обитания гидробионтов в естественной среде. Для эксперимента были использованы одиночные источники разного объема – 0,49 и 1,15 л. Планктонные сети (4 сети с квадратным отверстием 1х1 м, смонтированные на общей раме), заглубленные ниже уровня расположения ПИ, поднимали сразу после инициации пневмоисточника, и облавливали вертикальный слой от горизонта 5 м до поверхности на расстоянии 0,5–1,5, 1,5–2,5, 2,5–3,5 и 3,5–4,5 м от источника. В пределах указанных расстояний от источника объемом 0,49 л доля погибшего зоопланктона составила в среднем 4,9%, для икры рыб – 11,4%, для личинок рыб – 54,1%. Для пневмоисточника объемом 1,15 л усредненные показатели смертности были несколько выше: зоопланктона – 6,5%, икры рыб – 22,1%, личинок рыб – 57,6%.
Воздействие на донную икру и личинок рыб
Донная икра рыб, в отличие от пелагической икры, имеет более плотную оболочку, защищающую ее от воздействия внешних факторов. Многие виды рыб, имеющие донную и придонную икру (сельдь, морская малоротая корюшка, мойва, навага, ряд видов камбал), размножаются в экстремальных условиях верхней сублиторали и литорали. Во время инкубации их икра выдерживает резкие перепады температуры, воздействие штормовых волн и взмученных подвижных грунтов. Устойчивость донной икры к воздействию упругих волн от пневмопушек и других источников, применяемых в сейсморазведке, должна быть выше по сравнению с пелагической икрой, что подтверждается в экспериментах.
В опытах по воздействию на икру леща упругих волн от невзрывных источников установлено, что гибель 100% икры происходит при давлении на фронте волны 75 кгс/см2 (73,5 бар). 30% икры гибнет при воздействии, остальные 70% – в течение 30 мин после воздействия; тип источника и расстояние от него не указаны. На расстоянии 4 м от источника при давлении 34 кгс/м2 гибель не отмечена даже на стадии бластулы. Опыты с икрой лососевых рыб свидетельствуют об очень малом предельном радиусе воздействия одиночного ПИ малого объема. Воздействию подвергали икру озерного гольца, радужной форели (микижи) и нерки. Икру размещали на глубинах 5 и 15 м на расстоянии 0,1 и 2,7 м от ПИ с уровнем сигнала, соответственно, 207 и 232 дБ отн. 1 мПа. Для радужной форели и нерки достоверное увеличение смертности икры по сравнению с контролем отсутствовало во всех опытах. В то же время для икры радужной форели были отмечены большие вариации смертности, чем в контроле, на обеих глубинах и на тех же расстояниях. Смертность эмбрионов нерки была низкой как в опыте, так и в контроле, находясь в пределах 0–5%, но варьировала больше в опытной партии на расстоянии 0,1 м от источника. В контроле для эмбрионов озерной форели на глубинах 5 и 15 м смертность была сходной. Наибольшая смертность (100% на расстоянии 0,1 м от ПИ) отмечена в опыте на глубине 5 м на стадии 74 градус–дней (5 суток после оплодотворения).
Воздействие на зообентос
Большинство морских беспозвоночных чувствительны к звуку, особенно с частотой менее 1 кГц, а для некоторых видов до 3 кГц. Крабы и креветки чувствительны к звуку в диапазоне от <20 до 1500 Гц. Будучи восприимчивы к звуку, многие морские беспозвоночные (ряд видов моллюсков, амфипод, креветок, крабов, омаров, раков – богомолов, морских ежей) и сами способны производить звуки, которые важны для коммуникации между особями своего вида. На сегодня явно недостаточно данных по воздействию тех или иных антропогенных шумов на беспозвоночных, но с учетом чувствительности данных групп животных к низким частотам, можно предположить, что шумовое воздействие на них сейсморазведки вполне вероятно. Исследования касались воздействия пневмоисточников на ракообразных и головоногих моллюсков. В обзоре [Scientific synthesis, 2012], отмечено, что из 20 литературных источников только 9 содержали количественную оценку. Поэтому в настоящее время не представляется возможным сделать однозначные выводы о влиянии сейсморазведки на донных беспозвоночных, но, с другой стороны, нельзя говорить и об отсутствии воздействия [Обзор исследований, 2013].
Вместе с тем имеются многочисленные наблюдения с рыболовных судов о влиянии сейсморазведки на уловы креветки Pandalus borealis. Например, по наблюдениям во время промысла креветки на северо-восточном шельфе Сахалина при сейсморазведочных работах на удалении 3–5 морских миль (~5–9 км) от промыслового судна уловы северной креветки заметно снижались, а мелкие ракообразные – мизиды, обычные в объячейке трала, практически полностью исчезали.
Основные причины устойчивости донных организмов к воздействию упругих волн – отсутствие у донных беспозвоночных газовых полостей, прочные внешние покровы, защита роющих видов слоем грунта.
Поражающее воздействие на донные организмы (зообентос) в большинстве случаев отсутствует, благодаря большому расстоянию от работающих ПИ до дна при проведении сейсморазведочных работ в районах с глубинами более 10–20 м (при буксировке ПИ на глубине 5–7 м и Rmax ? 5–10 м). Исключение представляют те случаи, когда профили сейсмосъемки проходят в транзитных прибрежных зонах, сейсморазведка проводится в мелководных районах (например, Северный Каспий, Азовское море, некоторые районы Карского моря и т.п.) либо съемки методом преломленных волн проводятся с буксировкой 30–литровых ПИ вблизи поверхности дна. В этом случае при небольшом расстоянии от источников до дна возможны летальные повреждения донных организмов.
ВЫВОД:
Использование пневматических пушек при морской сейсморазведке наносит гораздо больший вред мировому океану, чем принято было считать.
В рамках исследования, которое проводилось в Южной Тасмании, изучалось реальное изменение объемов планктона после «выстрела» из стандартной пневмопушки сейсморазведки. Как выяснилось, в течение часа количество планктона снижалось на 64%, и это в 2-3 раза больше, чем ранее полагали ученые.
Более того, расстояние от эпицентра пневмовзрыва, на котором происходило вымирание планктона, исчисляется не 10 метрами, а оценивается, как минимум, в 0,7 морской мили. Эти данные демонстрируют, что сейсморазведка довольно опасная для экологии деятельность.
Пневмопушки не являются главной причиной гибели планктона в мировом океане, но вред от них достаточно велик, чтобы быть значимым экологическим фактором. И вполне возможно, что они вносят существенный вклад в снижение количества рыбы и морских млекопитающих во всем мире.
“Шум, который производится пневмопушками, громче, чем звук взлета ракеты Saturn V”, – говорится в докладе. Причем не на 100% понятно, какой именно эффект производит этот звук на морские организмы. Предположительно, удар пневмопушки дезориентирует планктон, что приводит к его вымиранию.
Далее следует каскад последствий по всей пищевой цепочке, основой которой является планктон. И снижение его количества приводит к постепенному сокращению всех популяций морских обитателей, отмечает ресурс Clean Technica.
Что же касается непосредственного воздействия звука, то кроме планктона, он оглушает млекопитающих, оказавшихся в непосредственной близости от места проведения сейсморазведки. Речь идет о всех китообразных, а также о тюленях, морских котиках и других подобных морских животных.
1.2 Воздействие сейсморазведки с применением взрывчатых веществ, на водные биоресурсы
Уже в первых садковых экспериментах была выявлена большая устойчивость к воздействию волн давления рыб, не имеющих воздушного пузыря. Было отмечено, что при взрыве 10–15-ти килограммового заряда поражающее действие ударной волны прослеживается на расстоянии до 8 м, где давление превышает 100 кг/см2. После взрывов на дне остается до 70–80% погибших рыб.
При сейсморазведочных работах, производимых в транзитных зонах (на разделе сред суша – вода) в качестве источника упругих волн использовались подрывы зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в скважинах, пробуренных вдоль береговой полосы. При взрыве вблизи уреза воды упругие волны оказывают поражающее воздействие на ихтиофауну. Для лососёвых рыб выявлена зависимость их гибели от массы заряда и расстояния до скважины при глубине скважин 19–27 м в радиусе до 20 м. Морфологические изменения наблюдались у рыб при массе заряда около 2,6 кг на расстоянии 5 м от скважины. Летальный исход на этом же расстоянии отмечался при массе заряда от 8,2 кг.
Таблица – 4 – Воздействие подрывов зарядов ВВ в скважинах на рыб
Расстояние от скважины, м Глубина скважины, м Масса заряда, кг Степень поражения
5 21 0,8 Отсутствие поражений
5 22 2,6 Наличие повреждений
5 19 8,2 Летальный исход
20 27 20,8 Летальный исход
50 28,0 Нет изменений
