南极钻井液对环境影响之数值模拟

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1、南极钻井液对环境影响之数值模拟第1章绪论1.1南极冰盖基本特点南极洲是世界上第五大洲，位列于亚洲、非洲、北美洲和南美洲之后。南极洲冰盖厚度平均达到1.6km。南极洲是世界上最高的大陆，由冈瓦纳大陆分离解体而成。南极的高原和山地被冰盖覆盖，冰盖的平均海拔约为2350m，比亚洲大陆(包括青藏高原在内)的平均高度要高2.5倍。如果忽略冰盖的厚度，南极大陆陆地的平均海拔高度仅为410m，是世界上平均纬度和平均海拔最高的一个洲。南极洲于1820年被俄罗斯探险家AdmiralMikhailLazarev（拉扎列夫，1788～1851）发现。南极大陆陆地面积被常年不融化

2、的冰雪所覆盖，冰盖大部分分布在南极圈内，直径大约4500m，冰盖总面积大约为1.38107km2，占南极大陆陆地面积的98％，平均厚度为2000～2500m，最大厚度高达4000m。冰盖的总体积约为24.5106km2，占世界陆地冰量的90％，同时也是地球上最大的淡水资源库，占淡水总储量的70％左右。冰盖外围的陆缘冰面积约为150104km2，主要有埃默里冰架、菲尔希纳冰架（FilchnerIceShelf）和罗斯冰架等。陆缘冰架边缘由于内陆冰盖的补给与推动而不断崩塌出大量的平顶冰山。假如南极冰盖全部融化，全球海洋平面可升高60m以上，地球上的陆地面积将因

3、此而缩小20106km2。这将会给世界上人口稠密区、低海拔地区造成巨大的灾难[1,2]。南极冰盖由大陆边缘的冰架和南极大陆陆地冰组成，3400万年以前，由于地球轨道Milankovitch（米兰科维奇）周期变化而引起的气候变冷，导致了大气中CO2的含量下降，形成了最早的冰盖。随着气温的不断下降，冰盖不断加厚，约在1400万年前稳定下来，达到了现在的厚度。尽管南极冰盖连续不断的接受着降雪，并且随着时间的流逝而不断沉积，但是冰盖具有流动性，使得冰盖的规模并没有无限制的增加。1.2南极冰盖研究现状我国南极科学考察起步比较晚，从上世纪80年代开始对南极进行系统的研

4、究和考察。中国南极科学考察站目前总共有四个，分别是建于1985年的南极长城站，建于1989年的南极中山站，建于2009年的中国首个南极内陆考察站昆仑站和新建的南极泰山站。中国南极泰山站坐落于中山站和昆仑站之间的伊丽莎白公主地，距离中山站大约520km，海拔约2621m，是一座南极内陆考察的度夏站；2004～2005年，自中国南极昆仑内陆冰盖考察队成功登上南极冰盖冰穹A,设立了卫星遥测标识的两个高峰之一北高点之后，中国在2007～2008年第24次、2008～2009年第25次、2009～2010年第26次的科学考察中，对南极冰穹A进行了4次全面的科学考察，

5、得到了大量的科学考察结果。中国南极科学考察队内陆冰盖队成功登顶冰穹A，既为中国谱写了不怕艰险、探索自然的又一个壮举，同时也是中国在南极考察史上一个重要的里程碑，是80年代以来中国南极科考队员奋勇前进、万众一心铸就的又一次辉煌胜利，为中国南极科学考察奠定了坚实的基础。2011年4月1日，中国南极第27次南极科学考察队在历经142天的南极科学考察、航行2万多海里后，圆满完成了预定的31项科考任务、25项后勤保障工作和1项国际合作任务。2011～2012年，在中国南极第28次科学考察工作中，在中国的南极昆仑站进行的120m的先导孔施工，取得了较好的成果。2012

6、～2013年，在中国南极第29次科学考察工作中，在昆仑站尝试使用了乙酸正丁酯钻井液进行了冰层取心钻进工作，钻进了12m左右，完整地钻获了总长3段岩心共10.99m，为今后在昆仑站实施冰层钻探工作奠定的坚实的基础。中国进行的第30次南极科学考察过程中，雪龙号极地科学考察船即将首次执行环南极航行任务。航线为上海港-弗里曼特尔-中山站-罗斯海维多利亚地-乌斯怀亚-长城站-南极半岛附近海域-中山站-弗里曼特尔-上海港。总航程大约3.15万公里，历经155天。计划于2013年11月7日从上海中国极地考察国内基地码头起航，于2014年4月10日抵达上海[5,10,11

7、]。第2章南极冰钻钻井液特点及对环境的影响2.1南极冰钻钻井液类型第一类型中的双组分钻井液基本成分属于煤油类型，煤油类钻井液的毒性很大并且属于蒙特利尔协议停止使用的产品（含有致癌物质）[26]。冰的密度为917～924kg/m3，而此时煤油的密度在800～850kg/m3之间，所以，钻进时一般采用高密度的碳氟化合物或者密度大于冰密度的物质作为增重剂来增大该钻井液的密度。同时煤油系列钻井液具有高的渗透性，钻井液的渗漏会对环境造成污染。首次作为增重剂是卤化烃类化合物；美国寒冷地区研究与工程实验室1966年在格陵兰世纪营地[27]和1967～1968年在南极伯德

8、站[28]采用三氯乙烯；1980～1981年，Dye3科考站钻探项