Analysis of ice cuttings collected during drilling of the snow-firn layer at Vostok Station

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The size and shape of the ice cuttings influence the choice of drilling regimes, as well as the design of drilling heads, augers, chip chambers, and internal drilling channels. To collect ice chips, two boreholes, VK-22 (30 m) and VK-23 (40 m), were drilled at Vostok station. Sieving was used to analyze the particle size distribution of the ice cuttings at full depth in both boreholes. The shape of the ice particles was examined microscopically at drilling depths of 5, 10, 15, 20, 25, 30, and 35 m of VK-23. The density of the snow-firn layer and the bulk density of ice cuttings were measured. The ice cuttings became finer-grained as the borehole depth increased. The prevailing fraction changes from 1.6–3 mm to 0.4–0.63 mm, the average particle diameter reduces from 1.55 mm to 0.06 mm, and the D10, D50, and D90 values decrease more than twice. The shape analysis revealed that the ice chips are dominated by equant and elongated particles, with medium shape projections described by parameters FF = 0.74 and ER = 0.67. A visual comparison of microscopic images shows that the thickness of the ice cuttings decreases as the depth of the well increases.

作者简介

D. Vasilev

Saint Petersburg Mining University

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Saint Petersburg, Russia

I. Rakitin

Saint Petersburg Mining University

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Saint Petersburg, Russia

S. Ignatev

Saint Petersburg Mining University

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Saint Petersburg, Russia

A. Bolshunov

Saint Petersburg Mining University

Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Saint Petersburg, Russia

A. Ozhigin

Saint Petersburg Mining University

编辑信件的主要联系方式.
Email: Vasilev_da@pers.spmi.ru
Saint Petersburg, Russia

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».