История бурения льда

Научное бурение льда началось в 1840 году, когда Луи Агассис попытался пробурить Унтераарглетчер в Альпах . Роторные буры впервые были использованы для бурения льда в 1890-х годах, а термическое бурение с нагретой буровой головкой стало использоваться в 1940-х годах. Сбор ледяных кернов начался в 1950-х годах, когда в конце десятилетия Международный геофизический год привел к увеличению активности бурения льда. В 1966 году ледниковый щит Гренландии был впервые пробурен с помощью скважины длиной 1388 м, достигшей коренной породы, с использованием сочетания термического и электромеханического бурения. Крупные проекты последующих десятилетий доставили керны из глубоких дыр ледяных щитов Гренландии и Антарктики.

Также широко распространено ручное бурение с использованием ледяных шнеков для извлечения небольших кернов или небольших сверл с использованием пара или горячей воды для установки абляционных кольев.

История

Агассис

Луи Агассис

Самая ранняя попытка просверлить лед по научным причинам была предпринята Луи Агассисом в 1840 году на реке Унтераарглетчер в Альпах . Научному сообществу того времени не было ясно, что ледники текут, и когда Франц Йозеф Хуги продемонстрировал, что большой валун на Унтераарглетшере между 1827 и 1836 годами переместился на 1315 м, скептики заявили, что валун мог соскользнуть с ледника. Агассис посетил ледник в 1839 году. и вернулся летом 1840 года. Он планировал провести наблюдения за температурой внутри ледника и принес для этой цели железную буровую штангу длиной 25 футов (7,6 м). Первая попытка бурения, предпринятая в начале августа, после нескольких часов работы дала лишь 6 дюймов (15 см). После ночного сильного дождя бурение ускорилось: фут (30 см) был пройден менее чем за пятнадцать минут, и в конечном итоге яма достигла глубины 20 футов (6,1 м). Другая скважина, пробуренная неподалеку, достигла глубины 8 футов (2,4 м). и еще несколько были пробурены, чтобы разместить шесть маркеров потока на линии, пересекающей ледник, которая, как надеялся Агассис, переместится к следующему году, продемонстрировав течение ледника. Он верил в теорию расширения ледникового потока , которая утверждала, что повторное замерзание талой воды приводит к постепенному удлинению ледников; эта теория подразумевала, что скорость потока должна быть максимальной там, где поступление воды является наибольшим.

Агассис вернулся в Унтераарглетчер в августе 1841 года, на этот раз вооруженный буром, состоящим из 10 железных стержней длиной 15 футов (4,6 м) каждый, которые используются для бурения колодцев; более длинное сверло нельзя было использовать вручную, и для этого потребовались бы леса, которые были бы слишком дорогими. Он надеялся пробурить достаточно глубоко, чтобы определить толщину ледника. Когда стало понятно, что бурение идет быстрее, когда скважины наполнены водой, скважины расположили так, чтобы вода в них могла поступать из одного из множества небольших ручьев на леднике. Это имело дополнительное преимущество, заключающееся в упрощении удаления кусочков льда со дна лунки, поскольку они поднимались на поверхность и уносились течением. Когда первая скважина достигла глубины 70 футов (21 м), буровые штанги стали слишком тяжелыми для мужчин, поэтому был сконструирован штатив и установлен шкив, чтобы бур можно было поднимать и опускать с помощью троса. На изготовление штатива ушло несколько дней, и когда люди попытались снова начать бурение, они были удивлены, обнаружив, что сверло больше не входит в отверстие, которое закрылось всего на полдюйма в поперечнике, что вынудило их начать новую скважину. . Самая глубокая яма, достигнутая в 1841 году, составила 140 футов (43 м).

Маркеры потока, установленные в 1840 году, были обнаружены в 1841 году, но оказались неинформативными; так много снега растаяло, что все они лежали плашмя на леднике, что делало их бесполезными для доказательства движения льда, в котором они были застряли. выступая над поверхностью, и к началу сентября 1841 года было видно десять футов. Агассис просверлил более глубокие ямы и установил шесть кольев по прямой линии через ледник, проводя измерения со ссылкой на опознаваемые точки на окружающих горах, чтобы гарантировать, что он будет можно сказать, переехали ли они.

Эти указатели потока все еще существовали в июле 1842 года, когда Агассис вернулся в Унтераарглетчер, и теперь имели форму полумесяца; было очевидно, что в центре ледника лед течет гораздо быстрее, чем по краям. Бурение возобновилось 25 июля, снова с использованием канатного инструмента. Возникли некоторые проблемы: оборудование в какой-то момент сломалось, и его пришлось ремонтировать; и однажды было обнаружено, что скважина за ночь деформировалась, и ее пришлось пробурить заново. По мере того, как яма становилась глубже, увеличивающийся вес бурового оборудования вынудил Агассиса увеличить количество людей, тянущих трос, до восьми; даже в этом случае они могли набирать только три или четыре метра в день. Пока продолжалось бурение, были проведены промеры муленов и обнаружены глубины 232 м и почти 150 м. Хотя Агассис понимал, что эти измерения не были точными, поскольку невидимые препятствия могли искажать показания, он пришел к убеждению, что его команда не сможет пробурить основание ледника, и было решено не бурить ниже 200 футов ( 61 м). Впоследствии были пробурены дополнительные скважины глубиной 32,5 м и 16 м для измерения температуры.

Конец 19 века

Блюмке и Гесс

Демонстрация Агассисом огромной трудности бурения глубоких отверстий в ледниковом льду отпугнула других исследователей от дальнейших усилий в этом направлении. Прошли десятилетия, прежде чем в этой области были достигнуты дальнейшие успехи. но два патента, первые выданные в отношении ледобурения, были зарегистрированы в Соединенных Штатах в конце 19 века: в 1873 году У.А. Кларк получил патент на свое «Усовершенствование ледобуров», которое позволило увеличить размер отверстие необходимо было указать, а в 1883 году Р. Фицджеральд запатентовал ручную дрель, сделанную из цилиндра с прикрепленными к днищу режущими лезвиями.

Между 1891 и 1893 годами Эрих фон Дригальский посетил западную Гренландию в двух экспедициях и просверлил там неглубокие лунки с помощью ложечного бура: полого стального цилиндра длиной 75 см с парой наклонных лезвий внизу; для ям глубиной более 75 см можно добавить дополнительные трубки такой же длины. Лед, срезанный лезвиями, захватывался в цилиндре, который периодически вытаскивали вверх, чтобы опорожнить ледяную крошку. Лунки были пробурены для измерения движения льда путем размещения в них шестов (в основном бамбуковых) и наблюдения за ними. Максимальная достигнутая глубина составила всего 2,25 м, но фон Дригальски заметил, что более глубокие скважины было бы легко пробурить; Яма диаметром 1,5 м при температуре 0° заняла около 20 минут. Фон Дригальский использовал другие конструкции сверл, но нашел, что бурильная ложка является наиболее эффективной.

Ганс Гесс стоит перед первой буровой установкой на Хинтерайсфернере в июле 1906 года.

В 1894 году Адольф Блюмке и Ганс Гесс начали серию экспедиций на Хинтерайсфернер . Поскольку со времени экспедиции Агассиса не предпринималось попыток бурения льда на какую-либо глубину, у них не было недавних примеров, на которых можно было бы учиться, поэтому зимой 1893–1894 годов они экспериментировали с конструкциями буров в ледяном погребе пивоварни. С самого начала они отказались от ударного бурения и исследовали одно из сверл, которое фон Дригальский привез в Гренландию в рамках своих испытаний. Они также построили копию ложки фон Дригальского, но сочли ее слишком слабой, чтобы сохранять свою форму при использовании. Они использовали ручную рукоятку для вращения бурового долота, который представлял собой винтовой шнек. Их первоначальный план заключался в том, чтобы удалить ледяные куски путем вычерпывания, но они почти сразу отказались от этого плана; вместо этого шнек периодически вынимали из скважины и вставляли трубку для закачки воды в скважину для удаления шлама. Это был совершенно новый подход, и для совершенствования метода потребовались некоторые пробы и ошибки. Была достигнута глубина 40 м. В следующем году они модифицировали шнек, чтобы воду можно было закачивать по самой бурильной колонне, выходить из отверстия в шнеке и выносить шлам обратно вверх по внешней стороне бура; это избавило от необходимости снимать бур для очистки от шлама. На бурение можно было тратить только около семи часов в день, поскольку ночью на леднике не было проточной воды.

Переработанная версия ледобура Блюмке и Гесса, использовавшаяся с 1901 г.

Бур часто застревал во льду, возможно, из-за деформации скважины, а также во льду часто встречались камни, которые можно было идентифицировать по осколкам камней, вынесенным на поверхность водой, очищающей ледяную крошку. . Самой неприятной проблемой было бурение пустот во льду. На дне пустоты будет пробурена новая скважина; если полость была такой, что вода, прокачиваемая через бурильную трубу, могла вытекать из скважины после того, как она была вытеснена обратно вокруг трубы, то бурение можно было продолжать; в противном случае шлам скопится вокруг скважины, и в конечном итоге дальнейшее продвижение станет невозможным. Блюмке и Хесс попытались провести обсадную трубу через полость, чтобы вода и шлам могли продолжать подниматься на поверхность, но это не увенчалось успехом, и было бы слишком дорогим решением для реализации каждый раз, когда возникала проблема.

В 1899 году дно ледника было достигнуто в двух местах, глубиной 66 м и 85 м, и этот успех убедил Немецкий и Австрийский альпийский клуб , который субсидировал первые экспедиции, профинансировать текущие работы и построить улучшенную версию ледника. буровой аппарат, который стал доступен в 1901 году. Ключевым усовершенствованием было добавление к шнеку боковых режущих кромок, что позволило ему повторно прорезать отверстие и избежать заклинивания, если он был повторно вставлен в буровое отверстие. отверстие, которое деформировалось. Оборудование весило 4000 кг, что вместе со стоимостью транспорта в высокогорье и необходимостью нанимать большую бригаду делало их метод дорогостоящим. хотя Блюмке и Хесс предположили, что их подход не будет слишком дорогостоящим для воспроизведения другими командами. В обзоре работ Блюмке и Гесса, опубликованном в 1905 году, Пол Меркантон предположил, что бензиновый двигатель, обеспечивающий вращение как дрели, так и водяного насоса, будет естественным усовершенствованием. Было замечено, что с увеличением глубины работа насоса становилась намного сложнее, и для продолжения откачки самых глубоких скважин требовалось до восьми человек. Меркантон также заметил, что, в то время как дрель Блюмке и Гесса требовала около 60 литров в минуту для очистки шлама, аналогичная дрель, над которой он работал с Константом Дютуа, требовала для той же цели только 5% меньше воды, и он предложил разместить отток Вода в самом низу бурового долота была ключом к уменьшению противоречивых потоков воды вокруг бурового долота и снижению потребности в воде.

Отверстия были пробурены для проверки расчетов Блюмке и Хесса относительно формы и ожидаемой глубины ледника, и результаты вполне соответствовали их ожиданиям. В общей сложности Блюмке и Гесс проделали 11 лунок в ложе ледника в период с 1895 по 1909 год и просверлили еще много лунок, не проникших в ледник. Самая глубокая скважина, пробуренная ими, составила 224 метра.

Валло, Дютуа и Меркантон

В 1897 году Эмиль Валло пробурил 25-метровую скважину в Мер-де-Глас, используя трос высотой 3 метра и стальное буровое долото с крестообразными лезвиями и весом 7 кг. Это оказалось слишком легким для эффективного бурения, и в первый день удалось продвинуться только на 1 метр. Был добавлен железный стержень массой 20 кг, и скорость увеличилась до 2 м в час. Палку использовали, чтобы скрутить веревку над отверстием, и, когда она раскручивалась, она прорезала круглое отверстие; диаметр отверстия составил 6 см. Веревку также натянули назад и бросили, поэтому в дрели использовалась комбинация ударного и вращательного резания. Место бурения было выбрано вблизи небольшого ручья, чтобы скважину можно было постоянно пополнять водой, чтобы уносить обломки льда, выделяющиеся на дне скважины в процессе бурения; ледяную крошку заставляли течь вверх по лунке, поднимая сверло выше каждые десять ударов, три удара подряд. Каждую ночь буровое оборудование вынимали из скважины, чтобы оно не замерзло на месте.

Когда пробоина достигла 20,5 м, 20-килограммовой штанги уже не хватило, чтобы противодействовать тормозящему действию воды в проруби, и продвижение снова замедлилось до 1 м в час. В Шамони выковали новый стержень весом 40 кг, что вернуло скорость до 2,8 м в час, но на глубине 25 м бур застрял в лунке у дна. Валло насыпал в лунку соль, чтобы попытаться растопить лед, и опустил кусок железа, чтобы попытаться выбить его, но лунку пришлось покинуть. Сын Эмиля Валло, Жозеф Валло , написал описание проекта бурения и пришел к выводу, что для успеха бурение льда должно производиться как можно быстрее, возможно, посменно, и что сверло должно иметь режущие кромки, чтобы предотвратить любую деформацию скважины. будет исправлено при повторном введении сверла в отверстие, что позволит избежать заклинивания сверла, как это произошло в этом случае.

Констан Дютуа и Поль-Луи Меркантон провели эксперименты на леднике Триент в 1900 году в ответ на проблему, поставленную Швейцарским обществом естественных наук в 1899 году для их ежегодной Prix Schläfli научной премии . Задача заключалась в том, чтобы определить внутреннюю скорость течения ледника, просверлив в нем отверстия и вставив стержни. Дютуа и Меркантон не слышали о работе Гесса и Блюмке, но независимо друг от друга придумали аналогичную конструкцию, в которой вода закачивалась в полую железную бурильную трубу и вытеснялась из отверстия в буровом долоте, чтобы нести ледяную крошку обратно в скважину. После некоторых предварительных испытаний они вернулись на ледник в сентябре 1900 года и за 4 часа бурения достигли глубины 12 метров. Их работа принесла им премию Шлефли за 1901 год.

Начало 20 века

К концу XIX века уже были доступны инструменты для бурения лунок глубиной не более нескольких метров в ледниковом льду. Продолжались исследования по бурению более глубоких скважин; частично по научным причинам, таким как понимание движения ледников, но также и для практических целей. Обрушение ледника Тет-Рус в 1892 году привело к потере 200 000 м воды. ³ воды, в результате чего в результате внезапного наводнения погибло более 200 человек, что привело к исследованию водных карманов в ледниках; а также рос интерес к гидроэлектроэнергии, которую ледники могли обеспечивать за счет талой воды, выбрасываемой каждый год.

Флюзин и Бернар

В 1900 году К. Бернар начал бурение на леднике Тет-Рус по указанию Министерства водных ресурсов и лесов Франции. Он начал с использования ударного подхода с острой фаской на конце железной трубки. Было пробурено 226 м скважин в 25 скважинах глубиной не более 18 м. В следующем году те же инструменты были использованы на участке твердого льда на леднике, но продвигались очень медленно; Бурение скважины диаметром 11,5 м заняло 10 часов. В 1902 году скос был заменен крестообразным режущим лезвием на конце восьмиугольного стержня, и за 20 часов была пробурена скважина длиной 16,4 м, прежде чем дальнейшее продвижение стало невозможным. В этот момент Бернар узнал о работе Блюмке и Гесса и получил от Гесса информацию о конструкции их сверла. В 1903 году он начал бурение новой конструкции, но в ее изготовлении были обнаружены дефекты, которые помешали сколько-нибудь существенному прогрессу. Зимой бур был модифицирован, и в 1904 году он смог пробурить скважину длиной 32,5 м за 28 часов. В скважине было обнаружено несколько камней, которые перед продолжением бурения были разбиты ударным методом. Поль Мужен , инспектор водных и лесных ресурсов Шамбери, предложил использовать для бурения нагретые железные стержни: концы стержней нагревались до раскаленного состояния и опускались в скважину. При таком подходе была получена скорость 3 м в час.

Джордж Флюзин присоединился к Бернару на Хинтерайсфернере вместе с Блюмке и Гессом в 1906 году, наблюдая за использованием их оборудования. Они отметили, что эффективность бурения, которая могла достигать 11–12 м/ч на самых верхних 30 м скважины, постепенно снижалась с глубиной и была намного медленнее на больших глубинах. Частично это произошло из-за насоса, который становился все менее и менее эффективным в глубоких ямах; из-за этого стало труднее очистить лунку от ледяных кусков.

Бурение льда в первых экспедициях

Инструменты для бурения льда, которые использовал Эрих фон Дригальский в 1902 году в экспедиции Гаусса: слева: шнек, бур-ложка, бурильная труба и гаечный ключ.

Между 1900 и 1902 годами Аксель Хамберг посетил ледники шведской Лапландии, чтобы изучить накопление и потерю снега, и просверлил лунки для установки измерительных стержней, которые затем можно было использовать для определения изменения глубины снежного покрова в последующие годы. Он использовал долото, которое используют для бурения горных пород, и удалил черенки со дна ямы, наполнив яму водой. Чтобы снизить вес, Хамберг сделал сверла из прочной древесины, например ясеня, со стальным наконечником; В 1904 году он сообщил, что дрель прослужила ему пять лет, и ему пришлось заменить только металл, крепивший долото, и несколько винтов. В руках опытного человека яму глубиной 4 метра можно было пробурить за час.

Немецкая экспедиция в Антарктику под руководством фон Дригальского в 1902 году просверлила отверстия в айсберге для измерения температуры. Они использовали шнек с ручным приводом, похожий на тот, который использовался на Hintereisferner, прикрепленный к стальным трубам, которые можно было свинтить вместе. Лед был слишком твердым, чтобы сверлить его ложкой, но его использовали для удаления ледяных кусков, когда они накапливались до такой степени, что продвижение замедлялось. Фон Дригальский знал, что в лунках, пробуренных в Альпах, для выноса шлама использовалась вода, но лед, который он бурил, был настолько холодным, что любая вода в лунке быстро замерзла бы. Было пробурено несколько скважин, самая глубокая из которых достигла 30 м; фон Дригальский записал, что достичь глубины 15 м было относительно легко, но за пределами этой отметки работа была гораздо сложнее. Частично проблема заключалась в том, что по мере удлинения сверла с множеством резьбовых соединений вращение сверла в верхней части отверстия не приводило к такому сильному вращению в нижней части отверстия.

В 1912 году Альфред Вегенер и Йохан Петер Кох провели зиму на льду Гренландии. Вегенер взял с собой ручной бур и пробурил 25-метровую скважину, чтобы измерить температуру. Ганс Филипп, немецкий геолог, разработал бур-ложку для отбора проб ледников и описал этот механизм в статье 1920 года; у него был быстроразъемный механизм, позволяющий легко опорожнить его. В 1934 году во время норвежско-шведской экспедиции на Шпицберген Харальд Свердруп и Ханс Альманн пробурили несколько ям глубиной не более 15 метров. Они использовали бур-ложку, похожую на описанную Филиппом, а также брали ледяные керны с помощью кернового сверла, напоминающего щелевой поршень.

Ранние пробоотборники снега

Первый пробоотборник снега был создан Джеймсом Э. Черчем зимой 1908–1909 годов для отбора проб снега на горе Роуз , в хребте Карсон на западе США. Он состоял из стальной трубы диаметром 1,75 дюйма с прикрепленной режущей головкой, и подобные системы все еще используются в 21 веке. Первоначальная конструкция режущей головки приводила к сжатию снега в корпус пробоотборника, что приводило к систематическому завышению плотности снега на 10%.

Первое усовершенствование конструкции пробоотборника снега Черча было внесено в 1930-х годах Джорджем Д. Клайдом , который изменил размеры так, что один дюйм воды внутри трубки весил ровно одну унцию; это позволило пользователю пробоотборника легко определить глубину воды, которой соответствовал снег, путем взвешивания заполненного пробоотборника. Пробоотборник Клайда был изготовлен из алюминия, а не из стали, что уменьшило его вес на две трети. США В 1935 году Служба охраны почв стандартизировала форму снегоотборника, сделав его модульным, чтобы можно было добавлять дополнительные секции для отбора проб глубокого снега. Теперь его называют «Федеральным пробоотборником снега».

Первые термические сверла

Первое термическое бурение было проведено на ледниках Хосанд и Миаге Марио Кальчати в 1942 году; он работал за счет нагрева сверла горячей водой, подаваемой к нему из дровяного котла. Кальчати достиг дна ледника на высоте 119 м со скоростью от 3 до 4 м в час. Самая глубокая пробуренная скважина составила 125 метров. Позже в том же десятилетии тот же процесс был использован компанией Énergie Ouest Suisse для бурения пятнадцати лунок в ложе ледника Горнер . подтверждающие глубины, определенные А. Зюсстранком в 1948 г. сейсмографией.

Электротермическая дрель была запатентована в Швейцарии в мае 1946 года Рене Кёхлином ; он работал за счет электрического нагрева жидкости внутри бура, которая затем циркулировала к поверхности, контактирующей со льдом, с помощью пропеллера, действовавшего как насос. Весь механизм был прикреплен к кабелю, который поддерживал дрель и обеспечивал подачу электрического тока. Теоретическая скорость бурения составляла 2,1 м/час. В статье инженеров Électricité de France от 1951 года сообщалось, что дрель Кехлина использовалась в Швейцарии, но никаких подробностей не приводилось.

Юнгфрауйох и ледник Сьюард

В 1938 году Джеральд Селигман , Том Хьюз и Макс Перуц посетили Юнгфрауйох, чтобы измерить температуру; их целью было изучение перехода снега в фирн, а затем в лед с увеличением глубины. Они вручную выкапывали шахты глубиной до 20 м, а также бурили ямы шнеками двух разных конструкций, в том числе по совету Ганса Альмана. В 1948 году Перуц вернулся в Юнгфрау, возглавив проект по исследованию ледникового потока на Юнгфрауфирне . План состоял в том, чтобы просверлить отверстие в ложе ледника, поместить в него стальную трубку, а затем снова посетить ее в течение следующих двух лет, чтобы измерить наклон трубки на различных глубинах. Это позволит определить, как скорость ледяного потока меняется в зависимости от глубины под поверхностью ледника. Компания General Electric была привлечена к разработке электрического нагревательного элемента для наконечника сверла, но опоздала с его поставкой; Перуцу пришлось забрать посылку в Виктория на вокзале камере хранения , когда он уезжал из Великобритании в Швейцарию. Пакет лежал поверх других чемоданов в поезде, следующем из Кале , и, снимая чемодан, Перуц случайно выбил его из окна поезда. Один из членов его команды вернулся в Кале и организовал местных бойскаутов для поиска следов посылки, но ее так и не нашли. Когда Перуц достиг обсерватории Сфинкс (исследовательской станции на Юнгфрауйох ) начальник станции посоветовал ему обратиться в производственную фирму Edur AG в Берне ; Эдур производил электротермические инструменты для сверления открытых пивных бочек и смог быстро изготовить удовлетворительный наконечник для сверла. Перуц вернулся с новой насадкой и обнаружил, что двое его аспирантов, которых он оставил учиться кататься на лыжах, пока уезжал в Берн, оба сломали ноги. Ему удалось убедить Андре Роха , который тогда работал в Институте исследований снега и лавин в Вайсфлюхйохе , присоединиться к проекту, а также из Кембриджа было отправлено еще больше студентов.

Нагревательный элемент, состоящий из трех танталовых спиралей, запеченных в жаропрочной глине, был привинчен к концу стальной трубки, которая должна была образовать облицовку отверстия, и был установлен штатив для подвешивания сверла над отверстием. Элемент генерировал мощность 2,5 кВт при напряжении 330 В и питался по кабелю, проложенному по стальной трубе. Его подключили к электросети обсерватории Сфинкс кабелем, проложенным по снегу. Бурение началось в июле 1948 года, и уже через две недели скважина была успешно пробурена до ложа ледника на глубине 137 м. Были и дополнительные задержки: дважды трубку приходилось вытаскивать обратно из ямы — один раз, чтобы вытащить упавший гаечный ключ, и один раз из-за перегорания нагревательного элемента. Показания инклинометра снимались в августе и сентябре 1948 г., а затем снова в октябре 1949 г. и сентябре 1950 г.; Результаты показали, что скважина с течением времени изгибалась вперед, а это означает, что скорость льда уменьшалась от поверхности к дну.

Также в 1948 году Арктический институт Северной Америки спонсировал экспедицию на ледник Сьюард на Юконе , в Канаде, под руководством Роберта П. Шарпа. Целью экспедиции было измерение температуры ледника на различных глубинах под поверхностью, а электротермическое бурение было использовано для создания скважин, в которых были установлены термометры. Отверстия пробивали алюминиевой трубой на глубину не более 25 футов, а ниже этой глубины использовали дрель. Буровое долото представляло собой электрическую горячую точку, ток по тяжелому кабелю проходил вниз по бурильной трубе; другим проводником была сама бурильная труба. Конструкция бура оказалась эффективной, и самая глубокая скважина составила 204 фута; Шарп считал, что при необходимости можно было бы легко просверлить гораздо более глубокие отверстия. Экспедиция вернулась на ледник в 1949 году с тем же оборудованием и пробурила новые лунки максимальной глубиной 72 фута.

Другие ранние термические буры и первые ледяные керны

Expedition Polaires Françaises (EPF) отправила несколько экспедиций в Гренландию в конце 1940-х - начале 1950-х годов. В 1949 году они стали первой командой, которая извлекла ледяной керн; В лагере IV с помощью термобура пробурили 50-метровую лунку и получили ледяной керн диаметром 8 см. В следующем году еще керны были пробурены в Гренландии, в лагере VI, Милсенте и Центральной станции; Для трех из них использовалась термическая дрель.

Электротермическая буровая установка была развернута в Альпах в 1949 году Ксавье Рак-Маду и Л. Рейно, которые обследовали Мер-де-Глас для Électricité de France, чтобы определить, можно ли использовать ее в качестве источника гидроэлектроэнергии. Эксперименты 1944 года показали, что использование взрывчатки для расчистки туннелей сквозь лед неэффективно; некоторые проходы внутрь ледника были открыты в результате раскопок, но они закрылись в течение нескольких дней из-за давления и пластичности льда, что подавляло любые попытки скрепить открытые туннели деревом. Летом 1949 года Рак-Маду и Рейно вернулись на ледник с термобуром, состоящим из резистора длиной 1 м, намотанного в форме конуса, с максимальным диаметром 50 мм. Он был подвешен на тросе через штатив над скважиной и в идеальных условиях мог пробурить 24 метра за час.

Летом 1951 года Роберт Шарп из Калифорнийского технологического института повторил эксперимент Перуца с ледниковыми потоками, используя термобур с наконечником с горячей точкой, на леднике Маласпина на Аляске. Отверстие было закрыто алюминиевой трубой; толщина ледника в тот момент составляла 595 м, но дыра остановилась на глубине 305 м, потому что горячая точка перестала работать. (ETH Zurich) построил термобур по проекту Кальчати Тем же летом Питер Кассер в Институте гидротехники и земляных работ Цюрихской высшей технической школы . Учения были разработаны для помощи в установке кольев в ледниках для измерения скорости абляции; некоторые альпийские ледники теряют до 15 м льда за один год, поэтому ямы должны были иметь глубину около 30 м, чтобы в них можно было вставить колышки, которые могли прослужить достаточно долго и быть полезными. Бойлер нагревал воду до температуры более 80 °C, а насос подавал ее по трубам к металлическому наконечнику сверла, а затем обратно в котел. Этиленгликоль использовался в качестве антифриза для снижения риска замерзания охлажденной воды перед ее возвратом в котел. Впервые бур был испытан на леднике Алеч в 1951 году, где было пробурено 180 м скважин со средней скоростью 13 м/ч, и впоследствии широко использовался в Альпах. В 1958 и 1959 годах он использовался в Западной Гренландии в рамках Международной гляциологической гренландской экспедиции (EGIG), входящей в состав Международный геофизический год .

Была предпринята серия попыток просверлить отверстия в леднике Саскачеван и обложить их алюминиевой трубой для инклинометрических исследований. Бур представлял собой электрическую горячую точку. В 1952 году были пройдены три лунки; все они были заброшены на глубине от 85 до 155 футов, когда либо оборудование вышло из строя, либо горячая точка перестала проникать дальше. В следующем году лунка глубиной 395 футов была потеряна, одним из факторов было движение льда, сжимающее лунку; в 1954 году были оставлены еще две скважины на глубине 238 футов и 290 футов. Были установлены три комплекта обсадных труб: в самой глубокой скважине 1952 года и в двух скважинах 1954 года. Одна из труб 1954 года была потеряна из-за утечки воды, но на других трубах были проведены измерения; трубка 1952 года была повторно обследована в 1954 году.

1950-е годы

FEL, ACFEL, SIPRE и шнек SIPRE

Инженерный корпус армии США значительно расширил свою деятельность на Аляске во время Второй мировой войны, и было создано несколько внутренних организаций для решения проблем, с которыми они столкнулись. Лаборатория грунтов, которая исследовала проблемы с обледенением взлетно-посадочных полос, была создана в Бостоне как часть дивизии Корпуса Новой Англии; в середине 1940-х годов она была выделена в отдельную организацию под названием « Лаборатория морозных эффектов» (FEL). Отдельное подразделение вечной мерзлоты, базирующееся в Сент-Поле, штат Миннесота, было создано в январе 1945 года. По запросу Отдела океанографии ВМС США Компания FEL начала испытания механики льда в 1948 году с намерением создать портативный комплект, который можно было бы использовать для бурения и отбора керна льда, а также для измерения свойств льда в полевых условиях. Военно-морской флот предполагал, что комплект будет достаточно легким, чтобы его можно было перевозить в небольшом самолете, который мог приземлиться на лед, чтобы его можно было быстро и легко развернуть. Результатом стал комплект для испытаний механики льда, описанный FEL в статье 1950 года, который использовался в полевых условиях ВМФ, а также некоторыми научными исследователями. В комплект входил шнек, способный производить керны диаметром 3 дюйма. Исследователи FEL обнаружили, что основание колонкового ствола нужно было слегка сузить, чтобы шлам перемещался наружу от колонкового ствола, откуда их можно было поднимать вверх по шнекам; без этого шлам будет накапливаться внутри колонкового ствола, вокруг керна и блокировать дальнейшее продвижение. В том же исследовании также оценивались конструкции шнеков без керна и было установлено, что угол зазора 20° обеспечивает хорошее режущее действие с небольшой требуемой силой вниз. Как толстые, так и тонкие режущие кромки оказались эффективными. Было обнаружено, что в очень холодных условиях куски льда выпадали из шнека, когда его вынимали из скважины, что затрудняло продвижение, поэтому возле режущей кромки была добавлена ​​небольшая перегородка: шлам мог пройти мимо него, но не мог упасть обратно через него. Когда было обнаружено, что шнек без керна имеет тенденцию легко сгибаться и застревать в скважине, но шнек с керном не страдает от этой проблемы, разработка шнека без керна была прекращена, и окончательный комплект для испытаний включал только керновый шнек.

Некорневой шнек ACFEL с перегородкой для предотвращения выпадения шлама из скребков.

Тем временем в 1949 году была создана еще одна армейская организация, занимающаяся снегом и льдом: Научно-исследовательский институт снега, льда и вечной мерзлоты (СИПРЭ). Сначала SIPRE базировалась в Вашингтоне, но вскоре переехала в Сент-Пол, а затем, в 1951 году, в Уилметт, штат Иллинойс , недалеко от Чикаго. В 1953 году FEL была объединена с подразделением вечной мерзлоты и образовала Лабораторию арктического строительства и воздействия мороза (ACFEL). В 1950-х годах SIPRE выпустила модифицированную версию шнека ACFEL; эта версия широко известна как шнек SIPRE. Он был испытан на ледяном острове Т-3 в Арктике, который большую часть периода с 1952 по 1955 год был оккупирован научными сотрудниками Канады и США. С тех пор шнек SIPRE широко используется, несмотря на более позднюю разработку других шнеков, которые устраняли недостатки конструкции SIPRE. Шнек производит керны размером примерно до 0,6 м; возможны более длинные пробеги, но это приводит к скоплению избыточного шлама над стволом, что может привести к заклиниванию шнека в отверстии при его извлечении. Первоначально он был разработан для ручного управления, но часто использовался с моторным приводом. В стандартный комплект шнека входили пять удлинителей длиной 1 м; при необходимости можно добавить больше для более глубоких отверстий.

Раннее роторное бурение и больше ледяных кернов

Использование обычных роторных буровых установок для бурения льда началось в 1950 году, и в том же году этот метод бурения использовали несколько экспедиций. Компания EPF пробурила скважины глубиной 126 м и 151 м в лагере VI и Центральной станции соответственно с помощью роторной установки без бурового раствора; Керны были извлечены из обеих скважин. Тонным плунжером была пробурена скважина глубиной 30 м, в результате чего образовалась скважина диаметром 0,8 м, что позволило опустить в скважину человека для изучения стратиграфии.

Ожеры, использовавшиеся Ракт-Маду и Рейно в 1950 году на Мер-де-Глас.

Термическое бурение Рак-Маду и Рейно на Мер-де-Глас в 1949 году было прервано трещинами, моренами или воздушными карманами, поэтому, когда экспедиция вернулась на ледник в 1950 году, они перешли на механическое бурение с помощью роторной буровой установки с электроприводом и использованием шнек в качестве бурового долота и пробурил скважину длиной 114 м, прежде чем достичь дна ледника в четырех отдельных местах, самая глубокая из которых 284 м — рекордная глубина на тот момент. По форме шнеки были похожи на шнеки Блюмке и Гесса начала века, и Ракт-Маду и Рейно внесли в конструкцию несколько изменений в ходе своей экспедиции. Попытки перейти на другие буровые долота для вскрытия моренного материала, с которым они столкнулись, не увенчались успехом, и вместо этого в этих случаях начиналась новая скважина. Как и в случае с Блюмке и Хессом, воздушный зазор, не позволявший воде очистить ледяную крошку, был фатальным для бурения и обычно приводил к заброшению скважины. В некоторых случаях удавалось очистить пробку ото льда, закачав в лунку горячую воду. В ночь на 27 августа 1950 года сель накрыл буровую площадку, захоронив оборудование; Команде потребовалось восемь дней, чтобы освободить оборудование и снова начать бурение.

Экспедиция на Баффинов остров в 1950 году под руководством П.Д. Бэрда из Арктического института использовала как термическое, так и роторное бурение; Термическая дрель была оснащена двумя различными методами нагрева алюминиевого наконечника: один - с помощью поставляемого в продажу нагревательного устройства, а другой - предназначенного для этой цели. Глубина 70 футов была достигнута после некоторых экспериментов с различными подходами. Роторное буровое оборудование включало в себя пилообразную колонковую коронку со спиральными пазами, предназначенными для облегчения прохождения ледяной крошки обратно в скважину. Керны были извлечены в замороженном виде в стальную колонковую трубу и извлечены путем кратковременного нагревания трубы в выхлопных газах двигателя роторного бурения.

В апреле и мае 1950 года Норвежско-британско-шведская антарктическая экспедиция использовала роторную буровую установку без бурового раствора для бурения скважин для измерения температуры на шельфовом леднике Куар на максимальную глубину 45 м. В июле было начато бурение с целью получения глубокого ледяного керна; продвижение остановилось на отметке 50 м в конце августа из-за сезонных условий. Когда бурение возобновилось, скважина была расширена до 100 м. Было обнаружено, что стандартное минеральное сверло очень легко застревало льдом, поэтому каждый второй зуб стачивался, что улучшало производительность. Получение ледяных кернов значительно увеличило время, необходимое для бурения: типичная процедура бурения потребовала бы около часа опускания бурильной колонны в скважину с паузой после опускания каждой бурильной трубы для навинчивания другой трубы на верхнюю часть колонны. ; затем несколько минут бурения; а затем один или несколько часов вытягивания колонны обратно, поочередно отвинчивая каждую бурильную трубу. Керны было чрезвычайно трудно извлечь из колонкового ствола, и они были очень низкого качества и состояли из ледяной крошки.

В 1950 году Мейнард Миллер взял с собой роторное буровое оборудование весом более 7 тонн на ледник Таку и просверлил несколько скважин, как для исследования ледникового потока, поместив алюминиевую трубку в скважину, так и измерив наклон трубки с глубиной с течением времени, как показала команда Перуца. что я сделал на Юнгфрауфирне, а также для измерения температуры и извлечения ледяных кернов, в основном с глубины 150–292 футов. Миллер использовал воду для вымывания шлама из скважины, а также проверял эффективность бурения в сухой скважине и с использованием различных шнековых долот. В 1952 и 1953 годах Миллер использовал ручную дрель на леднике Таку, чтобы пробурить керны на глубину до нескольких метров; это было зубчатое сверло без лопастей для удаления шлама, конструкция которого оказалась малоэффективной, поскольку шламы мешают непрерывному сверлению зубьев.

В 1956 и 1957 годах Инженерный корпус армии США использовал роторную установку для бурения ледяных кернов на Участке 2 в Гренландии в рамках своей Гренландской программы исследований и разработок. Бур был установлен на дне траншеи длиной 4,5 м с мачтой высотой 11,5 м, позволяющей использовать 6-метровые трубы и колонковые буры. Был установлен воздушный компрессор для очистки от наледи за счет циркуляции воздуха; он производил воздух, температура которого могла достигать 120 ° C, поэтому, чтобы предотвратить таяние стенок отверстия и ледяного ядра, был установлен теплообменник, который понижал температуру воздуха до 12 ° C от температуры окружающей среды. Извлеченные керны находились в достаточно хорошем состоянии: около 50% глубины керна представляло собой целые керны. На глубине 296 м было решено бурить без отбора керна, чтобы быстрее достичь большей глубины (поскольку бурение без керна не требовало медленных спусков туда и обратно для удаления керна), и снова начать отбор керна, как только скважина достигнет 450 м. Для бурения без керна использовалось трехшарошечное долото, но оно вскоре застряло и его нельзя было высвободить. Скважина была заброшена на высоте 305 м. Следующим летом в той же траншеи проложили новую яму, снова используя циркуляцию воздуха для расчистки вырубок. Вибрация бурового долота и колонкового ствола привела к разрушению кернов во время бурения, поэтому к бурильной колонне, прямо над колонковым стволом, была добавлена ​​тяжелая утяжеленная бурильная труба, что улучшило качество керна. На глубине 305 м бурение керна было остановлено и скважина была продолжена до глубины 406,5 м, при этом еще два керна были извлечены на глубине 352 м и 401 м.

В другом проекте SIPRE, на этот раз в сочетании с IGY, использовалась роторная установка, идентичная той, которая использовалась на Участке 2 для бурения на станции Берд в Западной Антарктиде. Бурение продолжалось с 16 декабря 1957 г. по 26 января 1958 г., при этом обсадная колонна была опущена на глубину 35 м, а керн извлечен на глубину 309 м. Общий вес всего бурового оборудования составил около 46 тонн. В феврале 1958 года оборудование было перевезено на «Маленькую Америку V» , где оно использовалось для бурения скважины длиной 254,2 м на шельфовом леднике Росса, в нескольких метрах от дна шельфа. Циркуляция воздуха снова использовалась для очистки шлама на большей части скважины, но на последних нескольких метрах использовалось дизельное топливо, чтобы уравновесить давление морской воды и обеспечить циркуляцию шлама. Около дна в пробоину начала просачиваться морская вода. Конечная глубина открытой скважины составила всего 221 м, поскольку ледяная крошка, образовавшаяся в результате расширения скважины, проникла до дна и образовала пробку из слякоти, которую невозможно было очистить до конца сезона.

Для установки абляционных кольев может потребоваться просверливание сотен отверстий; а если используются короткие колья, отверстия, возможно, придется периодически просверливать заново. В 1950-х годах в некоторых проектах все еще использовалось ударное бурение; Исследование баланса массы на Хинтерайсфернере в 1952 и 1953 годах началось с долота для сверления отверстий для кольев, но затем у сотрудников геофизики Мюнхенского университета было получено зубчатое сверло, которое позволило им пробурить 1,5 м за 10–15 минут.

Летом 1958 и 1959 годов Институт географии АН СССР (ИГАС) направил экспедицию на Землю Франца-Иосифа в Российской Арктике. Бурение проводилось обычной роторной буровой установкой с использованием циркуляции воздуха. В ледяной шапке Чурлениса пробурено несколько скважин глубиной 20–82 м; керны извлекались партиями длиной от 1 до 1,5 м, но обычно их разбивали на отрезки длиной от 0,2 до 0,8 м. Несколько раз бур застревал, когда конденсат из циркуляции воздуха замерзал на стенках скважины. Бур освободили, сбросив в яму 3–5 кг поваренной соли и ожидая; дрель пришла бесплатно через 2–10 часов.

Упражнения с горячей водой

В 1955 году Электрисите де Франс вернулась в Мер-де-Глас, чтобы провести дополнительные исследования, на этот раз с использованием копий, которые могли распылять горячую воду. У подножия ледника было пробурено множество лунок; копья также использовались для расчистки целых туннелей подо льдом, при этом оборудование было приспособлено для одновременного распыления горячей воды через семнадцать форсунок.

Разработка электротермических сверл

Команда из Кембриджского университета раскопала туннель под ледопадом Одинсбре в Норвегии в 1955 году, намереваясь проложить вдоль туннеля 128-метровую трубу с намерением использовать показания инклинометра изнутри трубы для определения деталей движения ледопада с течением времени. Труба была доставлена ​​с опозданием и не успела использоваться в туннеле, который неожиданно быстро закрылся. поэтому в 1956 году для сверления отверстия под трубу была использована термическая дрель. Сверло имело головку диаметром 5 мм, при этом талая вода вытекала наружу из буровой головки, а не сливалась через отверстие. Буровая головка имела конусообразную форму, что максимально увеличивало время, в течение которого талая вода текла по льду, тем самым увеличивая передачу тепла льду. Это также увеличило поверхность металла для теплопередачи. Поскольку было известно, что электротермические сверла подвергаются риску перегорания при столкновении с грязью или каменистым материалом, в конструкцию был встроен термостат. Оболочка сверлильной головки была разъемной, чтобы при необходимости можно было быстрее заменить нагревательный элемент. И оболочка, и нагревательный элемент были отлиты из алюминия; Медь рассматривалась, но была исключена из рассмотрения, поскольку пленка оксида меди, которая быстро образовывалась после использования сверла, значительно снижала эффективность теплопередачи. В лаборатории эффективность бура составила 93%, но в полевых условиях выяснилось, что стыки труб не являются водонепроницаемыми; вода, просачивающаяся в трубу, непрерывно кипятилась нагревателем, и скорость проникновения снижалась вдвое. Бур был установлен на склоне ледопада под углом 24° к горизонту; скважина располагалась перпендикулярно поверхности льда. Скорость проникновения периодически на некоторое время замедлялась, но ее можно было восстановить, перемещая трубу вверх и вниз или вращая ее; предполагалось, что обломки во льду снизят скорость проходки, а движение трубы способствует оттоку обломков от поверхности буровой головки. Коренная порода была достигнута на глубине 129 футов; предполагалось, что это коренная порода, поскольку 14 часов бурения не привели к дальнейшему продвижению скважины. Как и в случае с туннелем, последующие экспедиции не смогли найти дыру; Позже выяснилось, что характер ледопада был таков, что лед в этой части ледопада засыпается дополнительным льдом, падающим сверху.

Большое месторождение меди под ледником Салмон на Аляске побудило горнодобывающую компанию Granduc Mines пробурить разведочные скважины в 1956 году. У.Х. Мэтьюз из Университета Британской Колумбии убедил компанию разрешить обсадку скважин, чтобы они могли быть обследованы. Было использовано термическое бурение, поскольку доступ к буровой площадке был возможен только зимой и весной, а доступ к воде был затруднен. Всего было пробурено шесть лунок; один на высоте 323 м не смог достичь коренных пород, а остальные, на высоте от 495 до 756 м, все проникли в ледник. Горячая точка оставлялась на дне ямы в течение часа с провисанием кабеля; каждый час оставшуюся слабину подтягивали и измеряли прогресс. Это привело к тому, что скважина стала слишком искривленной, чтобы ее можно было продолжить, и впоследствии к горячей точке была прикреплена труба длиной 20 футов, что сделало скважину намного более прямой, хотя все же было обнаружено, что скважина имела тенденцию отклоняться все дальше и дальше от вертикали, когда оно начало отклоняться. Скважина длиной 495 м была обсажена алюминиевой трубой. Измерения инклинометром проводились в мае и августе 1956 г.; Посещение ледника летом 1957 года показало, что труба забилась льдом, и дальнейшие измерения невозможно было снять.

Между 1957 и 1962 годами в Голубом леднике Рональдом Шривом и Р.П. Шарпом из Калифорнийского технологического института было пробурено шесть лунок с помощью электротермического бура. Буровая головка была прикреплена к нижней части алюминиевой трубы, и когда бурение было завершено, кабель, идущий по трубе, был сломан в месте соединения низкой прочности, в результате чего сверло осталось на дне отверстия, в результате чего отверстие было закрыто трубой. Трубы обследовались инклинометром как при бурении, так и в последующие годы. При обследовании часто обнаруживалось, что трубы забиты льдом, поэтому была спроектирована небольшая горячая точка, которую можно было опустить внутрь трубы, чтобы растопить лед и снять показания инклинометра. Впоследствии Камб и Шрив пробурили дополнительные отверстия в Голубом леднике для отслеживания вертикальной деформации, подвешивая в отверстии стальной трос вместо того, чтобы обкладывать его трубой. В последующие годы, чтобы снять показания инклинометра, они повторно просверлили отверстие с помощью термосверла, следующего за кабелем. Этот подход позволил получить более точное разрешение деталей деформации, чем это было возможно с трубой.

В начале 1950-х годов Анри Бадер, тогда работавший в Университете Миннесоты , заинтересовался возможностью использования термического бурения для получения кернов из скважин глубиной в тысячи метров. Лайл Хансен посоветовал ему, что для предотвращения потери мощности потребуется высокое напряжение, а это означало, что для дрели необходимо спроектировать трансформатор, и Бадер нанял инженера-электрика для разработки конструкции. Он не использовался до тех пор, пока в 1958 году, когда Бадер и Хансен работали в SIPRE, Бадер не получил грант Национального научного фонда на разработку бура для термического отбора керна. В качестве консультанта для работы над проектом был нанят Фред Поллак, а Херб Уэда , присоединившийся к SIPRE в конце 1958 года. к команде Поллака присоединился В новой дрели использована оригинальная конструкция трансформатора. который включал колонковый ствол длиной 10 футов, весил 900 фунтов и имел длину 30 футов. Он проходил испытания с июля по сентябрь 1959 года в Гренландии, в Кэмп-Туто , недалеко от авиабазы ​​Туле , но за три месяца пробурил всего лишь 89 дюймов. Поллак ушел, когда команда вернулась из Гренландии, и Уэда занял пост руководителя команды.

В 1958 году команда Кембриджа, которая в 1956 году установила трубку на ледопаде Одинсбре, вернулась в Норвегию, на этот раз, чтобы установить трубку на леднике Аустердалсбре . Дефектом дрели Odinsbre был бесполезный расход тепла на воду, скапливающуюся в трубе; считалось невозможным предотвратить попадание воды в трубу, поэтому новая конструкция включала герметичную камеру за нагревательным элементом, чтобы отделить ее от любой воды, которая могла скапливаться. Как и раньше, в комплекте был термостат. Бур работал вполне успешно, средняя скорость проходки чуть менее 6 м/ч. Когда скважина достигла 397 м, бурение прекратилось, так как именно такой длины была имеющаяся труба, хотя коренная порода еще не была достигнута. Следующим летом на Аустердалсбре были пробурены еще две скважины с использованием буров, адаптированных к предыдущему году. Новые буровые головки имели диаметр 3,2 дюйма и 3,38 дюйма, а конструкция была аналогичной: оболочка позволяла легче заменять элемент, в комплект поставки входил термостат. За буровой головкой была прикреплена алюминиевая трубка длиной 32,5 фута с металлическими дисками диаметром 3,2 дюйма, привинченными в средней точке и на верхнем конце. Это позволило сохранить скважину прямолинейной. Бур диаметром 3,2 дюйма использовался на глубине 460 футов, после чего утечка воды повредила буровую головку. Бур диаметром 3,38 дюйма поднял лунку до глубины 516 футов, но продвижение стало чрезвычайно медленным, вероятно, из-за обломков во льду, и лунку закрыли. Вторая скважина была пробурена сверлом диаметром 3,38 дюйма, и оно успешно достигло коренной породы на глубине 327 футов, но термостат вышел из строя, и после некоторых трудностей сверло было извлечено из скважины и обнаружено, что алюминиевая отливка расплавилась, а нижняя часть Головка бура осталась в отверстии.

канадская экспедиция на ледник Атабаска Летом 1959 года в канадских Скалистых горах испытала три тепловых бура. Конструкция была основана на конструкции дрели Р. Л. Шрива и использовала коммерческий нагревательный элемент, первоначально предназначенный для электрических плит. Были приобретены три из этих горячих точек; два были обрезаны до длины 19 Ом, а один - до длины 16 Ом. Их скручивали в спирали и отливали из меди, а затем собирали в форму, которую можно было использовать для сверления. Сверло было изготовлено из трубы внешним диаметром 2 дюйма и длиной 48 дюймов. Максимальная расчетная температура стальной оболочки нагревателя составляла 1500 °F; поскольку было установлено, что нормальная рабочая температура будет значительно ниже этой, мощность была увеличена до более чем 36 Вт на дюйм.

Бур на 16 Ом сгорел на глубине 60 футов; Было обнаружено, что он перегрелся. У одного из 19-омных сверл вышел из строя один из паяных мест соединения сверла с кабелем, выходящим на поверхность. Другой пробурил две скважины на глубину 650 футов и 1024 фута, достигнув максимальной скорости бурения 11,6 м/час. КПД бура составил около 87% (при этом 100%-ный КПД определяется как скорость, достигаемая при том, что вся мощность уходит на таяние льда). Кроме того, в полевых условиях были собраны еще два бура Hotpoint другой конструкции. Всего было пробурено пять лунок; две другие лунки достигли глубины 250 футов и 750 футов.

1960-е годы

Пробоотборник снега Federal был усовершенствован в начале 1960-х годов К. Розеном, который разработал версию, которая постоянно давала более точные оценки плотности снега, чем пробоотборник Federal. Пробоотборники большего диаметра дают более точные результаты, а пробоотборники с внутренним диаметром от 65 до 70 мм не имеют проблем с чрезмерным измерением, присущих более узким пробоотборникам, хотя они непрактичны для проб длиной более 1,5 м.

В результате европейского сотрудничества между итальянским Национальным комитетом по ядерной энергии , Европейским сообществом по атомной энергии и Национальным центром полярных исследований Бельгии в 1961 году была отправлена ​​экспедиция на Берег принцессы Рагнхильд в Антарктиде с использованием роторной установки с циркуляцией воздуха. Оборудование хорошо зарекомендовало себя в испытаниях на леднике Жеан в Альпах в октябре 1960 года, но когда в январе 1961 года в Антарктиде началось бурение, прогресс был медленным, а извлеченные керны были сломаны и частично расплавлены. Через пять дней яма достигла лишь 17 метров. Трудности, по-видимому, были вызваны потерей циркуляции воздуха в фирновом слое. Была начата новая скважина с использованием шнека SIPRE в качестве буровой головки; это сработало намного лучше, и за четыре дня была достигнута глубина 44 м с почти полным извлечением керна. Обсадную колонну установили на 43 м, и бурение продолжили с циркуляцией воздуха с помощью зубчатого бура и приварных к боковым сторонам колонкового ствола гребней для увеличения пространства вокруг ствола для циркуляции воздуха. Бурение прошло успешно до глубины 79 м, после чего керны сильно раздробились. Колонковый ствол застрял на глубине 116 м и был брошен, что завершило бурение в этом сезоне.

Эдвард Лашапель из Вашингтонского университета начал программу бурения на Голубом леднике в 1960 году. Было разработано термическое сверло с использованием нагревательного элемента из карбида кремния; он был испытан в 1961 году и использован в 1962 году для бурения двадцати лунок на Голубом леднике. Шесть скважин были заброшены, когда скважина обнаружила полости во льду, а пять были заброшены из-за технических трудностей; в трех случаях сверло было потеряно. Остальные скважины продолжались до тех пор, пока не был достигнут неледяной материал; в большинстве случаев предполагалось, что это коренная порода, хотя в некоторых случаях бурение могло быть остановлено обломками льда. Карбидокремниевый элемент (взятый из штатного электропечного нагревателя) находился в непосредственном контакте с водой. Бур был сконструирован таким образом, чтобы обеспечить возможность быстрой замены нагревательного элемента в полевых условиях, что оказалось необходимым, поскольку нагревательные элементы на отрицательной клемме быстро изнашивались при работе под водой; обычно до замены элемента можно было пробурить только 5–8 м. Скорость бурения составляла от 5,5 до 6 м/час. Самая глубокая пробуренная скважина составила 142 метра.

Еще один термический бур использовался в 1962 году на Голубом леднике , на этот раз способный брать керны, разработанный командой Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета. Целью проекта было дать возможность гляциологам получать керны из более глубоких скважин, которые можно было пробурить с помощью шнеков, таких как тот, который разработан SIPRE, с оборудованием, достаточно портативным, чтобы его можно было использовать в полевых условиях. Термическое сверло считалось более простым, чем электромеханическое сверло, и позволяло легче регистрировать ориентацию кернов; Также известно, что тепловые буры хорошо работают в водонасыщенных льдах умеренного пояса. Бур достиг дна ледника в сентябре 1962 г. на глубине 137 м со скоростью около 1,2 м/ч; Всего было получено шестнадцать кернов, и его использовали попеременно с термосверлом без керна, способным бурить 8 м/час.

Первая ударная буровая установка, предназначенная специально для бурения льда, была испытана в 1963 году в горах Кавказа Советским географическим институтом . Установка использовала молоток, чтобы вбить трубу в лед, обычно прибавляя несколько сантиметров с каждым ударом. Самая глубокая полученная яма составила 40 метров. Модифицированная установка была испытана в 1966 году на леднике Карабаткак в Терском Алатау на территории тогдашней Киргизской ССР , и была пробурена скважина длиной 49 метров. Еще одна ударная установка для канатного инструмента была испытана в том же году на Кавказе, на леднике Безенги , с глубиной одной скважины 150 м. использовался американский кабельный инструмент, использующий как ударное, так и электротермическое бурение В 1969 году на Голубом леднике в Вашингтоне ; термическое сверло использовалось до тех пор, пока оно не стало неэффективным, а затем попробовали ударное воздействие, хотя оно оказалось лишь незначительно эффективным, особенно во льду у подножия ледника, который включал каменистые обломки. В Гренландии в 1966 и 1967 годах были предприняты попытки использовать роторно-ударное бурение для бурения льда как вертикально, так и горизонтально, но результаты снова оказались неутешительными, с медленным проникновением, особенно в вертикальных скважинах.

Роторная буровая установка, использующая морскую воду в качестве циркулирующей жидкости, была испытана на станции Мак-Мердо в Антарктике в 1967 году как с долотом с открытым забоем, так и с колонковым долотом. Оба долота работали хорошо, а морская вода эффективно удаляла шлам. Буровые испытания проводились Лабораторией гражданского строительства ВМС США и были направлены на определение подходящих методов строительных работ в полярных регионах.

Паровые дрели

Исследование Хинтерайсфернера в начале 1960-х годов потребовало размещения кольев в пробуренных вручную лунках для измерения потери льда. Поскольку в год могла потеряться до 7 м льда, иногда в середине года лунки приходилось пробуривать заново. Чтобы этого избежать, Ф. Ховорка разработал ручную паровую дрель. Для уменьшения теплопотерь использовались два шланга, один внутри другого, а к внутреннему шлангу на конце была прикреплена направляющая трубка длиной 2 м, чтобы скважина оставалась прямой. В качестве наконечника сверла использовался латунный стержень; внутренний шланг проходил через трубку и стержень, а на конце стержня была прикреплена насадка. Бур смог пробурить скважину длиной 8 м за 30 минут; одного картриджа с бутаном хватило примерно на 110 минут, что позволило просверлить три отверстия.

Ручная паровая дрель для установки абляционных кольев была разработана Стивеном Ходжем в конце 1960-х годов. Норвежский паровой бур, основанный на конструкции Ховорки 1965 года, был получен Управлением ледникового проекта Отдела водных ресурсов Геологической службы США для установки кольев на леднике Южный Каскейд в Вашингтоне; Ходж одолжил бур, чтобы установить абляционные стойки на леднике Нисквалли, но обнаружил, что он слишком хрупкий и слишком громоздкий, чтобы его можно было доставить на ледник в рюкзаке. В конструкции Ходжа использовался пропан, и она имела форму алюминиевого ящика с баллоном с пропаном внизу и котлом над ним. Дымоход можно было удлинить от дрели для улучшения вентиляции, а боковое отверстие выводило газы из горелки. Как и в конструкции Ховорки, в целях изоляции использовались внутренний и внешний шланги. Испытания показали, что простое переднее отверстие в сопле не дает наиболее эффективных результатов; В насадке были сделаны дополнительные отверстия для равномерного распределения струи по поверхности льда. Было построено два экземпляра бура; один использовался на леднике Южный Каскад в 1969 и 1970 годах, а также на ледниках Гулькана и Росомаха на Аляске в 1970 году; другой использовался Ходжем на леднике Нискуалли в 1969 году, на морском льду в Барроу, Аляска, в 1970 году и на Голубом леднике в 1970 году. Типичная скорость бурения составляла 0,55 м/мин при диаметре бура 1 дюйм. Было испытано сопло диаметром 2 дюйма; сверлилось со скоростью 0,15 м/мин. Он оказался эффективен во льду с включениями песка и камней. В арктических условиях при температуре воздуха ниже -35 °C было обнаружено, что пар охлаждается до воды и образует ледяную пробку, прежде чем достигнет вершины бура, но этого можно было избежать, запустив бур в помещении и предварительно прогрев оборудование. .

Термическое бурение SIPRE и CRREL

Электромеханическая дрель, использовавшаяся CRREL в 1960-х годах. Стрелки показывают направление потока бурового раствора.

В 1961 году ACFEL и SIPRE были объединены в новую организацию — Лабораторию исследований и инженерных исследований холодных регионов (CRREL). Впоследствии сотрудники CRREL внесли в шнек SIPRE некоторые незначительные модификации, поэтому шнек также иногда называли шнеком CRREL.

Проект термического бурения SIPRE вернулся в Кэмп-Туто в 1960 году, достигнув глубины проникновения около 40 футов с помощью обновленного бура. Проект переместился в Кэмп Сенчури с августа по декабрь 1960 года и вернулся в 1961 году, когда им удалось достичь высоты более 535 футов, после чего бур застрял. В 1962 году были предприняты безуспешные попытки извлечь бур, поэтому была начата новая скважина, глубина которой достигла 750 футов. Отверстие было заброшено, когда часть бура была потеряна. В 1963 году термическое бурение достигло глубины около 800 футов, а в 1964 году скважина была увеличена до 1755 футов. Для предотвращения закрытия скважины в качестве бурового раствора использовалась смесь дизельного топлива и трихлорэтилена.

Постоянные проблемы с термобуром вынудили CRREL отказаться от него в пользу электромеханического бура ниже 1755 футов. Было трудно удалить талую воду из скважины, а это, в свою очередь, уменьшало передачу тепла от кольцевого нагревательного элемента. Были проблемы с обрывом электропроводников в бронетросе подвески, а также с протечками в системе гидравлической лебедки. Буровой раствор вызвал самую серьезную трудность: он был сильным растворителем и удалял антикоррозийный состав, использованный на кабеле. Остатки этого соединения оседали на дно скважины, препятствуя плавлению, и засоряли насос, отводивший талую воду.

Для продолжения бурения в Camp Century компания CRREL использовала электромеханическую дрель с подвеской на тросе. Первое сверло этого типа было разработано Армаисом Арутуновым для бурения полезных ископаемых ; он был испытан в 1947 году в Оклахоме, но показал себя не очень хорошо. CRREL купила отремонтированное устройство у Арутунова в 1963 году за 10 000 долларов. и принес его в офис CRREL в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир. Его модифицировали для бурения во льду и доставили в лагерь Сенчури на сезон 1964 года. Сверлу не требовалось устройство противодействия крутящему моменту; Бронированный трос состоял из двух тросов, скрученных каждый в противоположных направлениях, поэтому, если трос начинал скручиваться, он обеспечивал собственный противодействующий момент. Для удаления черенков при каждом посещении лунки добавляли этиленгликоль; при этом ледяная крошка растворялась, и желонка с разбавленным этиленгликолем опорожнялась при каждом возвращении на поверхность. Бурение продолжалось в течение следующих двух лет, и в июне 1966 года буровая установка ЭМ расширила скважину до дна ледяной шапки на глубине 1387 м, пробурив илистую полосу на глубине 1370 м, а затем расширив скважину подо льдом до 1391 м. Подледный материал представлял собой смесь горных пород и мерзлого тилла и на 50–60% состоял из льда. Были проведены измерения инклинометром, а когда яма была выкопана и вновь открыта в 1988 году, новые измерения инклинометра позволили определить скорость потока льда на разных глубинах. Было обнаружено, что нижние 229 м льда, относящиеся к оледенению Висконсина , двигались в пять раз быстрее, чем лед над ним, что указывает на то, что более старый лед был намного мягче, чем лед над ним.

В 1963 году CRREL построила буровую установку для бурения неглубокого термического керна для Канадского департамента горнодобывающей промышленности и технических изысканий . Бур использовался компанией WSB Paterson для бурения ледяной шапки на острове Мейген в 1965 году, и отзывы Патерсона привели к созданию двух пересмотренных версий бура, построенных в 1966 году для Австралийской национальной антарктической исследовательской экспедиции (ANARE) и Программы антарктических исследований США. Бур был разработан для использования как в ледниках с умеренным климатом, так и в более холодных полярных регионах; Скорость бурения во льду умеренного пояса достигала 2,3 м/ч, а во льду при 28 °C — до 1,9 м/ч. Буровая установка смогла получить керн длиной 1,5 м за один проход, с камерой над колонковым стволом для удержания талой воды, вырабатываемой буровой установкой. В сезоне бурения в Антарктике 1967–1968 гг. CRREL пробурила пять скважин этой конструкции; четыре на глубину 57 м и один на глубину 335 м. Керны были разрушены на глубине от 100 до 130 м, ниже этого уровня они были низкого качества, с многочисленными горизонтальными трещинами, расположенными на расстоянии около 1 см друг от друга.

Трудность бурения с подвеской на тросе заключается в том, что, поскольку для того, чтобы метод бурения (термический или механический) был эффективным, бур должен опираться на забой скважины под некоторым весом, бурение имеет тенденцию наклоняться в одну сторону, что приводит к к отверстию, отклоняющемуся от вертикали. Два решения этой проблемы были предложены в середине 1960-х годов Хальдором Аамотом из CRREL. Один из подходов, задуманный в 1964 году, был основан на идее о том, что маятник естественным образом возвращается в вертикальное положение, поскольку центр тяжести находится ниже точки, в которой он поддерживается. В конструкции имеется горячая точка внизу сверла заданного диаметра; выше сверла, в точке выше центра тяжести, находится горячая точка, построенная в виде кольцевого кольца вокруг корпуса сверла. В процессе работы верхняя горячая точка, будучи шире нижней, упирается в кромку скважины, образованной нижней горячей точкой, и постепенно расплавляет ее. Относительная мощность, подаваемая на две горячие точки, контролирует соотношение веса, покоящегося в каждой точке. В CRREL была построена испытательная версия бура диаметром 4 дюйма, которая, как было обнаружено, быстро возвращала скважину в вертикальное положение при запуске в специально наклонной скважине. Аамот также разработал дрель, которая решила эту проблему, воспользовавшись тем фактом, что термосверла работают погруженными в воду, которую они тают. Он добавил длинную секцию над горячей точкой, которая плавучесть при движении, создавая силу, направленную к вертикали, когда сверло полностью погружалось. Пять таких буров были изготовлены и испытаны в полевых условиях в августе 1967 года; Глубина скважин колебалась от 10 м до 62 м. Все бурения были потеряны из-за закрытия скважин, поскольку считалось, что температура льда на несколько градусов ниже нуля; Использование антифриза в скважине рассматривалось, но не было опробовано.

Третий подход к проблеме был предложен Карлом Филбертом для использования в термозондах , которые проникают в лед, как это делает термобур, выводя за собой кабель, но позволяют льду замерзать за ними, поскольку цель состоит в том, чтобы разместить зонд глубоко во льду, не надеясь найти его. У зондов, предназначенных для очень холодного льда, боковые стенки зонда также нагреваются, чтобы предотвратить замерзание зонда на месте, и в этих случаях необходима дополнительная вертикальная стабилизация. Филберт предложил использовать горизонтальный слой ртути чуть выше горячей точки; если зонд отклонился от вертикали, ртуть перетекла бы к самой нижней стороне сверла, обеспечивая передачу тепла от горячей точки только к этой стороне и ускоряя нагрев на этой стороне, что привело бы к изменению наклона сверла на противоположную сторону. скважина. Подход был успешно протестирован в лаборатории на коротких сериях зондов.

В декабре 1967 года началось бурение на станции Берд в Антарктиде; Как и в Кэмп-Сенчури, бурение начиналось с помощью термобура CRREL, но как только обсадная колонна была установлена ​​на глубине 88 м, в дело вступила электромеханическая дрель. В сезоне бурения 1967–1968 годов скважина была расширена до 227 м. Команда вернулась на лед в октябре, учения работали круглосуточно и к 30 ноября достигли глубины 770 м. После того, как пробоина достигла 330 м, она показала стойкое и нарастающее отклонение от вертикали, которое команде не удалось повернуть вспять. К концу 1968 года отверстие находилось под углом 11° от вертикали. Бурение продолжалось до подошвы ледяной шапки, которая была достигнута в конце января на отметке 2164 м, наклон которой составил 15°. Керны были извлечены по всей длине скважины и имели хорошее качество, хотя керны с глубины от 400 до 900 м оказались хрупкими. Получить образец материала подо льдом оказалось невозможным; повторные попытки в конечном итоге были прекращены из-за боязни потерять сверло. В следующем сезоне были предприняты дальнейшие попытки, но бур застрял, и трос пришлось отрезать, бросив бур. Измерения инклинометра в лунке в течение следующих 20 лет показали, что деформация льда на глубине ниже 1200 м, что соответствует оледенению Висконсина, была большей, чем выше этой точки.

1970-е годы

JARE проекты

Япония начала отправлять исследовательские экспедиции в Антарктику в 1956 году; В рамках общей исследовательской программы Японская антарктическая исследовательская экспедиция (JARE) называла ежегодную экспедицию цифрой, начинающейся с JARE 1. Проекты бурения не были включены ни в одну из экспедиций до тех пор, пока не прошло более десяти лет, отчасти потому, что у Японии не было исследовательской станции в Антарктиде. В мае 1965 г. группа гляциологов предложила программу экспедиций 1968–1972 гг., включавшую бурение; но из-за нехватки ресурсов JARE решила отложить программу бурения до 1971 года, а в 1970 году JARE 11 открыла депо в Мидзухо. В ходе подготовки были спроектированы и построены две буровые установки. JARE 140, разработанный Йосио Судзуки, был основан на чертежах термосверла CRREL, хотя трудности с получением материалов привели к многочисленным изменениям в конструкции. Другой, спроектированный Т. Кимурой, главой буровой бригады JARE 12, был первым когда-либо построенным электромеханическим шнековым буром. JARE XI открыл склад в Мидзухо в июле 1970 года, а в октябре 1971 года JARE XII начал бурение с помощью новой электродрели. Оказалось, что у него много проблем; ребра шнека не могли эффективно перемещать стружку вверх к верхней половине колонкового ствола, где она должна была храниться, а поскольку не было внешнего ствола, окружающего шнек, щепа часто забивала пространство между буром и стенкой скважины, перегрузка мотора, иногда уже после 20 или 30 см хода. Бур также имел недостаточную мощность — 100 Вт. Он застрял на глубине 39 м, и попытки его извлечь привели к потере бура, когда кабель отсоединился от зажима на буре. Термический бур JARE 140 был использован для бурения 71 метра в ноябре того же года, но также был потерян в скважине. В следующем году JARE XIII взяла на вооружение термическую дрель JARE 140 Mk II; От планов использования новой электродрели пришлось отказаться, поскольку оказалось невозможным найти подходящий механизм редуктора для решения проблемы мощности. 140 Mk II 14 сентября 1972 года достиг высоты 105 м, а затем застрял; освободилось заливанием в яму 60 литров антифриза. Насос был поврежден; его заменили, и бурение возобновилось в ноябре, достигнув к 14 ноября глубины 148 м, после чего бур снова застрял и был остановлен. Проблемы с этими бурениями, частично вызванные низкими сезонными температурами, побудили проектировщиков JARE принять решение о бурении позднее южного лета и провести дополнительные полевые испытания перед повторным бурением в Антарктиде.

Исландская группа, проводившая поиск кернов на леднике Ватнайёкюдль в 1968 и 1969 годах с помощью термического бура, обнаружила, что они не смогли проникнуть на глубину ниже 108 м, вероятно, из-за толстого слоя пепла на леднике. Они также были обеспокоены возможностью того, что талая вода из термического керна загрязнит изотопное соотношение керна, который они извлекли на небольших глубинах. Они разработали два учения, чтобы решить эти проблемы. Одним из них был колонковый шнек SIPRE с электродвигателем, прикрепленным к верхней части скважины; это увеличило глубину действия шнека с 5 до 20 м. Другой новой конструкцией была упрощенная дрель CRREL с подвеской на тросе. Он имел винтовые лопасти для транспортировки ледяной крошки в отсек для хранения над колонковым стволом и был спроектирован для работы в погруженном состоянии, поскольку по опыту предыдущих лет вода была обнаружена в скважине на глубине 34 м. Сверло использовалось летом 1972 года на леднике Ватнайёкюдль и без труда пробило слои пепла, но возникли проблемы с застреванием бура в конце спуска, вероятно, из-за намерзания ледяной крошки в зазоре между стенкой лунки и буровой ствол. В этих случаях сверло освобождалось путем натяжения кабеля, и чтобы ограничить проблему, каждый проход начинался с мешка с изопропиловым спиртом, привязанного внутри сердечника; мешок лопнул, когда началось бурение, а спирт, смешавшись с водой в скважине, выступил в качестве антифриза. Бурение остановилось на отметке 298 м из-за повреждения кабеля; новый кабель длиной 425 м был получен от CRREL, но это позволило яме достичь только 415 м, что было недостаточно глубоко, чтобы достичь дна ледника.

JARE вернулась на поле в 1973 году с новым электромеханическим шнековым буром (Тип 300), созданным Йосио Судзуки из Хоккайдо Университета Института наук о низких температурах , и термическим буром (JARE 160). Поскольку Университет Нагои планировал получить ледяные керны на ледяном острове Т-3 , в сентябре там были испытаны буры, и с помощью термического бура были получены несколько кернов диаметром 250 мм. Электродрель была модифицирована для устранения проблем, обнаруженных во время испытательного бурения, а также были построены две обновленные версии термобура (JARE 160A и 160B) для использования в сезоне бурения в Антарктике 1974–1975 годов.

В 1977 году компания JARE обратилась к Йосио Судзуки, который занимался бурением JARE в начале 1970-х годов, и попросила его разработать метод установки 1,5-метровой скважины. ³ динамита на глубине ниже 50 м в ледниковом покрове Антарктики для проведения некоторых сейсмических исследований. Компания Suzuki разработала два бура ID-140 и ID-140A для бурения скважин диаметром 140 мм и глубиной 150 м. Самой необычной особенностью этих сверл был их механизм противодействия крутящему моменту, который состоял из системы спиральных зубчатых колес, передавшей вращательное движение небольшим режущим долотам, которые прорезали вертикальные канавки в стенке скважины. Ребра сверла над этими бокорезами входят в пазы, предотвращая вращение сверла. Единственная разница между двумя моделями заключалась в направлении вращения боковых резцов: в ID-140 режущая кромка долот врезалась вверх в стенку скважины; в ID-140A край срезан вниз. Испытания этих сверл в холодной лаборатории в конце 1978 года показали, что внешний ствол не был идеально прямым; отклонение было настолько большим, что бурение без большой нагрузки было невозможным. Оболочку заменили на обработанную стальную оболочку, но дальнейшие испытания показали, что шнек неэффективен при транспортировке стружки вверх. Была изготовлена ​​третья оболочка, прокатанная из тонкого стального листа, и бур был отправлен в Антарктиду вместе с JARE XX на сезон бурения 1978–1979 годов; эта рубашка была слишком слабой и была разрушена при первом бурении, поэтому пришлось использовать вторую куртку. Несмотря на плохой вынос шлама, была пробурена скважина глубиной 63 м, но на этой глубине бур застрял в скважине, когда противокрутящие ребра потеряли совмещение с вырезанными для них канавками. В 1979 году Казуюко Сираиси была назначена руководителем программы сверления JARE 21 и работала с Suzuki над созданием и испытанием нового сверла ILTS-140, чтобы попытаться улучшить транспортировку стружки. Ствол испытательного бура был изготовлен из трубы, сформированной из листа стали, и это сразу решило проблему: шов, образованный соединением краев листа, действовал как ребро, направляющее черенки вверх по виткам шнека. Оглядываясь назад, Судзуки и Сираиси стало очевидно, что третья куртка, созданная для ID-140, решила бы проблему, если бы она была достаточно прочной, поскольку у нее также был продольный шов.

Разработка мелкого бура

В 1970 году, в ответ на ощущаемую потребность в новом оборудовании для мелкого и промежуточного колонкового бурения, в CRREL, Копенгагенском университете и Бернском университете были начаты три проекта развития. Полученные в результате сверла стали известны как сверла Ранда, сверла Руфли и сверла Копенгагенского университета (или UCPH). Сверла Ранда и Руфли стали образцом для дальнейшего развития неглубоких сверл, а сверла на основе их конструкции иногда называют сверлами Руфли-Рэнда.

В начале 1970-х годов Джон Рэнд из CRREL разработал бур с мелким шнеком; его иногда называют сверлом Рэнда. Он был разработан для отбора керна в фирне и льду на глубине до 100 м и впервые был испытан в 1973 году в Гренландии, в Милсенте, во время летнего полевого сезона GISP. Испытания привели к внесению изменений в двигатель и систему стабилизации крутящего момента, а в полевом сезоне GISP 1974 года обновленная сеялка была снова испытана на Крите в Гренландии. Керн длиной 100 м был получен в хорошем состоянии, а затем бур был отправлен в Антарктиду, где в ноябре того же года были получены еще два керна длиной 100 м: на Южном полюсе, а затем в J-9 на шельфовом леднике Росса. Керны из J-9 были худшего качества, и только около половины керна было извлечено из J-9 ниже 75 м. Бур широко использовался в Антарктиде в течение следующих нескольких лет, вплоть до окончания летнего сезона 1980–1981 годов. После этой даты бур PICO 4 стал предпочтительным для проектов в США.

Еще одно сверло, основанное на конструкции колонкового шнека SIPRE, было разработано в Физическом институте Бернского университета в 1970-х годах; сверло стало известно как «сверло Руфли» в честь его главного конструктора Анри Руфли. Как и в случае с исландской буровой установкой, целью было создать буровую установку, способную расширить диапазон действия шнека SIPRE; Цель заключалась в том, чтобы быстро пробурить скважину на глубину 50 м с помощью легкого бура, который можно было бы быстро и легко транспортировать на буровые площадки. Колонковый ствол в окончательной конструкции напоминал шнек для отбора керна SIPRE, но был на 2 м длиннее; Общий вес этой секции, а также секций двигателя и рулевого механизма над ней составлял всего 150 кг, при этом самый тяжелый отдельный компонент весил всего 50 кг. Он извлекал керны длиной от 70 до 90 см, при этом кусочки льда захватывались отверстиями по бокам бочки над керном. Первоначально система была испытана в 1973 году на полигоне Дай-2 в Гренландии; лебедка еще не была достроена, и были проблемы с секцией отбора керна, поэтому на время испытаний был заменен шнек SIPRE. С помощью этого оборудования была пробурена скважина глубиной 24 метра. В феврале 1974 года новая версия колонкового ствола была испытана на Юнгфрауйохе путем забивания его вручную в снег, а в марте все компоненты, за исключением электрической лебедки, были испытаны на Плен-Морте в Альпах. Тем летом бур был доставлен в Гренландию и пробурил лунки на Саммите (19 м), Крите (23 м и 50 м) и Дае 2 (25 м и 45 м).

Еще один шнековый бур был построен в Бернском университете вскоре после испытаний бура Руфли; бур УБ-II был тяжелее бура Руфли, общим весом 350 кг. Он использовался в Гренландии в 1975 году для бурения четырех кернов: на Дай 3 (где была пробурена самая глубокая скважина глубиной 94 м), Южном куполе и на ледниковой шапке Ханса Таузена. Еще два керна были извлечены в Колле-Нифетти в Альпах в 1976 и 1977 годах, а в следующем году бур вернулся в Гренландию, отбив керны на глубине 46 м и 92 м в лагере III. Его снова использовали в Альпах, на Вернагтфернере, в марте – апреле 1979 г., где были пробурены три скважины максимальной глубиной 83 м. Затем бур был доставлен на советскую станцию ​​Восток, и команда PICO пробурила две скважины глубиной 100 и 102 метра.

В рамках проекта «Шельфовый ледник Росса» , начавшегося в 1973 году, в 1976 году с помощью канатного бурения была предпринята попытка пробурить четыре скважины на шельфе, начиная с октября. У них неоднократно возникали проблемы с промахом (инструмент опускался на тросе для извлечения и замены колонкового ствола); его случайно выпустили три раза, прежде чем опустить на дно ямы. После третьего инцидента команда перешла на бурение открытой скважины до глубины 147 м, а затем переключилась на новую скважину с использованием термобура CRREL. Эта скважина была пробурена на глубину 330 м, прежде чем она закрылась и захватила буровое долото. Команда полагала, что открытую скважину можно пробурить до такой глубины без закрытия, но после потери бура решила, что в будущем необходимо будет предпринимать попытки с жидкостью в скважине, чтобы сбалансировать давление льда. В январе 1977 года к концу сезона бурения была использована другая система канатного бурения для бурения на глубину 171 м с использованием бурового раствора, состоящего из арктического дизельного топлива, смешанного с трихлорэтиленом , когда скважина достигла глубины 100 м.

Два упражнения были разработаны в Копенгагенском университете в конце 1970-х годов. Одним из них был бур с мелким шнеком, разработанный в рамках участия Дании в проекте «Гренландский ледниковый щит» (GISP). Эта буровая установка, известная как буровая установка для мелкого бурения UCPH, имела общий вес 300 кг и могла перевозиться на одних салазках. Им мог управлять один человек, а другой человек мог загружать и упаковывать керны. Впервые он был испытан в мае 1976 года на Дай-3 в Гренландии, а затем на ледяной шапке Ханса Таузена, где бур был утерян. Новая версия была построена к сезону 1977 года и оказалась эффективной: было извлечено 629 м керна с максимальной глубины 110 м. К концу бурового сезона 1977 года скважину глубиной 100 м можно было пробурить за 10 часов. Качество ядра было превосходным. На глубине 110 м бур застрял на несколько часов и был освобожден путем заливки в скважину гликоля. Конструкция была изменена в 1980-х годах для устранения некоторых незначительных проблем, и с тех пор неглубокий бур UCPH часто использовался в Гренландии, достигнув глубины 325 м в 1988 году. Бур также можно использовать для расширения с помощью специального устройства. к приводу вместо колонкового ствола.

Другая дрель Копенгагенского университета 1970-х годов была разработана в 1977 году и получила название «ISTUK», от «is», датского слова, обозначающего лед, и «tuk», гренландского слова, обозначающего сверло. Забойный двигатель приводился в движение аккумуляторной батареей, а кабель, соединявший бур с поверхностью, продолжал заряжать батарею во время работы лебедкой. Поскольку время бурения обычно составляло всего шесть минут, тогда как полное путешествие могло занять час, это означало, что кабель должен был обеспечивать только среднюю потребляемую мощность батареи, а это, в свою очередь, уменьшало размеры кабеля в 10 раз: Используемый кабель имел диаметр 6,4 мм и был рассчитан на питание двигателя на глубине 3300 м. Буровая головка содержала три режущих ножа с каналом над каждым и три поршня, которые при вращении бура постепенно выдвигались вверх внутри бура, всасывая буровой раствор и ледяную крошку вверх по каналам в зону хранения. Хотя бур имел три керноуловителя, расположенных вокруг ствола, было обнаружено, что использование только двух из них было более эффективным при отрыве керна в конце бурения из-за создаваемого при этом асимметричного напряжения. Микропроцессор бура контролировал батарею, инклинометр и другое оборудование и отправлял сигнал на поверхность по кабелю.

Лаборатория гляциологии и геофизики окружающей среды (LGGE) в Гренобле, Франция, построила неглубокую электромагнитную буровую установку, построенную в 1976–1977 годах на основе информации, предоставленной Джоном Рэндом и Анри Руфли, и опираясь на их опыт начала десятилетия. . В первой версии бура использовался внутренний колонковый ствол, аналогичный ручному шнеку SIPRE; Позже он был заменен внутренним стволом со стальными, а не полиэтиленовыми шнековыми лопастями. Впервые он был использован на Куполе C в Антарктиде при бурении скважины длиной 140 м в сезоне 1977–1978 гг. и скважины диаметром 180 м в следующем сезоне. Еще четыре скважины были пробурены с ее помощью в начале 1980-х годов в Антарктиде, причем самая глубокая, на Земле Адели, достигла 203 м в сезоне 1980–1981 годов. Бур ни разу не застревал в скважине, но у него были проблемы с разрушением керна, а качество керна ниже уровня фирна, как правило, было плохим, причем некоторые керны полностью разбивались на пластины или диски льда. Анализ причин плохого качества оказался безрезультатным: в качестве причин рассматривались геометрия резца (поскольку небольшие модификации резцов часто улучшали качество керна на какое-то время), присущие физические свойства льда, ледяная крошка, сжатая между стволом и керном. Стенка передает крутящий момент на сердечник и вибрации в сверле.

Паровые дрели

В начале 1970-х годов компания LGGE усовершенствовала более ранние конструкции парового бурения и создала паровую буровую установку, способную бурить на глубину более 30 метров. Общий вес оборудования, включая топливо на несколько часов бурения, составил 28 кг — достаточно легкий, чтобы его можно было легко доставить на буровую площадку. В первых паровых бурах использовались шланги с двойными стенками, но компания LGGE обнаружила, что это приводит к значительным потерям тепла, и заменила внешний шланг теплоизоляцией. Скорость бурения первых 10 м составляла 30–40 м/ч, далее меньше.

1980-е годы

В конце 1970-х годов компания LGGE разработала ЭМ-сверло для глубокого бурения керна, повторно использовав концевую часть и конструкцию противодействия крутящему моменту своего мелкого сверла. Стружку удаляли из бурового раствора с помощью центрифуги. Он был испытан на Земле Адели в 1981–1982 годах, но ловушки керна не сработали должным образом, и керны извлечь не удалось. Сравнение производительности этого бура с термобуром LGGE показало, что термобур можно адаптировать для бурения на глубину до 3500 м, а бур EM также можно успешно использовать для глубокого бурения, но потребуются дополнительные полевые испытания. В этом случае LGGE прекратила дальнейшую разработку из-за логистических и финансовых ограничений.

Офис полярного ледового керна (PICO) в Университете Небраски в Линкольне в 1970-х годах разработал легкий шнек, который стал известен как шнек PICO. Для снижения веса в удлинителях бура использованы композитные материалы, вес которых составляет около 1 кг/м. Первоначально удлинители были скручены вместе, но это замедлило время срабатывания, и в более поздней версии штифты были заменены алюминиевыми. Испытания начались в 1980 году, а в период с 1980 по 1982 год в Перуанских Андах, Антарктиде и Гренландии были пробурены скважины глубиной до 45 м. Бур мог приводиться в движение электродвигателем, который мог питаться от солнечных батарей; испытания в Гренландии и Антарктиде в 1981–1982 годах показали скорость бурения 1 см/с в солнечные дни и вдвое меньше в пасмурные дни. Керны обычно имели диаметр от 0,8 до 1,2 м. Яму длиной 40 м можно было прорыть менее чем за два дня; По словам проектировщиков, использование шнека для бурения на глубину ниже 40 м требовало «использования штатива и сильного желания идти глубже».

В сезоне антарктического бурения 1980–1981 годов буровая установка UB-II была передана в аренду экспедиции Британской антарктической службы (BAS) на Антарктический полуостров. Было собрано два керна — 30 м и 83 м, но бур затем потерялся: его сбросили с верха 83-метровой скважины и он свободно упал на дно. Оно не было восстановлено. Еще одна буровая установка UB-II использовалась для отбора керна на Колле-Нифетти летом 1982 года, извлекая керны длиной 124 и 66 метров.

К началу 1980-х годов шнек SIPRE/CRREL широко использовался в течение почти тридцати лет без существенных модификаций. В 1981 году CRREL провела исследование морского льда, для которого потребовался керн диаметром 4,25 дюйма и длиной не менее 11 дюймов, чтобы можно было провести механические испытания. Эти спецификации исключили существующий шнек CRREL, и Джон Рэнд разработал новую конструкцию, которая стала известна как шнек Рэнда. Новый шнек позволил добавить над стволом дополнительную секцию витков шнека для транспортировки шлама, что помогло избежать застревания в скважине при извлечении шнека после глубокого спуска. Требуемые керны большего размера более чем в три раза превышали вес предыдущих кернов, а это означало, что необходимо было также уменьшить вес бурового оборудования, чтобы два оператора могли поднимать каждый керн из скважины вручную. Чтобы решить эту проблему, Рэнд использовал стекловолокно для изготовления колонкового ствола и алюминий для соединения режущей головки и приводной головки. В следующем году была построена обновленная версия, известная как шнек Big John, диаметром 12 дюймов. Необычной особенностью шнека было то, что он не имел возможности вырвать керн изо льда. В неглубоких ямах (до 2 м) для разрушения керна можно было использовать лом, вставленный между керном и стенкой ямы; для более глубоких отверстий вставлялся цилиндр с подпружиненными керновыми собачками.

1990-е годы

Дрель с двигателем и пружиной, прикрепленными таким образом, чтобы вызывать вертикальные колебания ствола с частотой около 50 Гц, использовалась в Антарктике в 1990-е годы на российской станции Восток ; он оказался очень эффективным: пробурили скважину диаметром 6,5 м с типичной скоростью проходки 6–8 м/мин.

Источники

• Аамот, Хальдор WC (июль 1967 г.). Управление маятником для тепловых зондов в ледниках (Отчет). Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов.
• Аамот, Хальдор WC (1968a). «Приборы и методы: инструментальные зонды для глубинных ледниковых исследований» (PDF) . Журнал гляциологии . 7 (50): 321–328. дои : 10.3189/s0022143000031087 .
• Аамот, Хальдор WC (1968b). «Приборы и методы: стабилизированная плавучесть буровая установка с горячей точкой для исследования ледников» (PDF) . Журнал гляциологии . 7 (51): 493–498. дои : 10.3189/s0022143000020670 .
• Агассис, Луи (1847). Ледниковая система или исследование ледников, их механизма, их древнего распространения и роли, которую они сыграли в истории Земли (на французском языке). Париж: Виктор Массон.
• Агассис, Луи (1866). Геологические очерки . Бостон: Тикнор и Филдс.
• Аноним (1957). «Приборы и методы: ледобуры и керны» (PDF) . Журнал гляциологии . 3 (21): 30. дои : 10.3189/s0022143000024680 .
• Анонимно (30 июня 2017 г.). План технологии дальнего бурения (отчет). Мэдисон, Висконсин: Проектирование и эксплуатация ледового бурения.
• Арнасон, Браги; Бьёрнссон, Хельги; Теодорссон, Палл (1974). «Механический бур для глубокого бурения керна в умеренном льду» . Журнал гляциологии . 13 (67): 133–139. Бибкод : 1974JGlac..13..133A . дои : 10.3189/s0022143000023443 .
• Барри, Роджер; Ган, Тиан Ю (2011). Глобальная криосфера: прошлое, настоящее и будущее . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-76981-5 .
• Бенсон, Т.; Червинка, Дж.; Дювернуа, М.; Эльшейх, А.; Фейзи, Ф.; Гринлер, Л.; Хауген, Дж.; Карл, А.; Маллиган, М.; Паулос, Р. (2014). «Описание работы усовершенствованной дрели с горячей водой IceCube» (PDF) . Анналы гляциологии . 55 (68): 105–114. Бибкод : 2014АнГла..55..105Б . дои : 10.3189/2014AoG68A032 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 декабря 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Бентли, Чарльз Р.; Кочи, Брюс Р. (2007). «Бурение дна ледниковых щитов Гренландии и Антарктики: обзор» (PDF) . Анналы гляциологии . 47 (1): 1–9. Бибкод : 2007АнГла..47....1Б . дои : 10.3189/172756407786857695 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Бентли, Чарльз Р.; Кочи, Брюс Р.; Огюстен, Лоран Ж.-М.; Болси, Робин Дж.; Грин, Джеймс А.; Кайн, Джей Д.; Лебар, Дональд А.; Мейсон, Уильям П.; Штурмаков Александр Юрьевич; Энгельхардт, Герман Ф.; Харрисон, Уильям Д.; Хехт, Майкл Х.; Загороднов, Виктор (2009). «Бурение и отбор керна льда». В Бар-Коэне, Крис; Закни, Крис (ред.). Бурение в экстремальных условиях . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-40852-8 .
• Берд, Ян Г. (1976). «Термальное бурение льда: австралийские разработки и опыт». В Splettstoesser, Джон Ф. (ред.). Ледяное бурение . Линкольн, Небраска: Издательство Университета Небраски. стр. 1–18. ISBN  0-8032-5843-7 .
• Блюмке, Адольф; Гесс, Ганс (1899). Расследования Хинтерайсфернера (на немецком языке). Мюнхен: Немецко-австрийская альпийская ассоциация.
• Блюмке, Адольф; Гесс, Ганс (1910). «Глубокое бурение на леднике Хинтерейс в 1909 году». В Брюкнере, Эдуард (ред.). Журнал гляциологии, исследований ледникового периода и истории климата (на немецком языке). Том IV Гренобль, Франция: Гебрюдер Борнтрегер. стр. 66–70.
• Буржен, Андре [на французском языке] (1950). «Техника подледных исследований» (PDF) . Обзор альпийской географии . 38 (4): 623–632. дои : 10.3406/rga.1950.4118 .
• Цао, Пинлу; Чен, Баойи; Лю, Чунпэн; Талалай, Павел; Ян, Ченг (2015). «Экспериментальное исследование температуры резания при бурении льда». Наука и технологии холодных регионов . 116 (116): 78–85. Бибкод : 2015CRST..116...78C . doi : 10.1016/j.coldregions.2015.04.008 .
• Карделл Г., Хехт М.Х., Карси Ф.Д., Энгельхардт Х., Фишер Д., Террелл К. и Томпсон Дж. (2004). «Подземный ледяной зонд (SIPR): маломощный тепловой зонд для исследования слоистых полярных отложений Марса».
• Кларк, Гарри КС (1987). «Краткая история научных исследований ледников» . Журнал гляциологии . Спецвыпуск (S1): 4–24. Бибкод : 1987JGlac..33S...4C . дои : 10.3189/S0022143000215785 .
• Клаузен, Х.Б.; Гундеструп, Н.С.; Хансен, С.Б.; Джонсен, С.Дж. (1988). «Производительность UCPH неглубоких и ручных шнеков». В Радо, К.; Бодуинг, Д. (ред.). Бурение ледяного керна . Гренобль, Франция: Лаборатория гляциологии и геофизики окружающей среды. стр. 14–20.
• Клайд, Джордж Д. (июнь 1932 г.). Образец снега штата Юта и весы для измерения содержания воды в снеге (отчет). Логан, Юта: Сельскохозяйственная экспериментальная станция штата Юта.
• Крэри, AP (1958). «Изучение арктических ледяных островов и шельфового ледника» . Арктика . 11 (1): 2–42. дои : 10.14430/arctic3731 . JSTOR   40507179 .
• Десор, Пьер (1845) [1844]. Новые экскурсии и пребывания в ледниках и высокогорных районах Альп г-на Агассиса и его попутчиков (на французском языке). Париж: Л. Мезон.
• Донну, Д.; Жилле, Ф.; Мануврие, А.; Перрин, Дж.; Радо, К.; Рику, Г. (1984). «Глубокое колонковое сверление: электромеханическое или термическое сверло?». В Холдсворте, Г.; Куйвинен, К.Ц.; Рэнд, Дж. Х. (ред.). Технология бурения льда . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. стр. 81–84.
• Флюзен, Жорж; Бернар, К. (1909). «Большая глубина ледникового бурения». В Рей, Жюль (ред.). Гляциологические исследования (на французском языке). Гренобль, Франция: Министерство сельского хозяйства. стр. 5–32.
• Форбс, Джеймс Д. (1859). Периодические статьи по теории ледников теперь впервые собраны и упорядочены в хронологическом порядке с вступительной заметкой о недавнем прогрессе и современном аспекте теории . Эдинбург: Адам и Чарльз Блэк.
• Джеррард, JAF; и др. (22 июля 1952 г.). «Измерение распределения скорости по вертикали через ледник». Труды Лондонского королевского общества . 213 (1115): 546–558. Бибкод : 1952RSPSA.213..546G . дои : 10.1098/rspa.1952.0144 . JSTOR   99125 . S2CID   129112214 .
• Жилле, Ф. (1975). «Приборы и методы: паровые, водогрейные и электротермические буры для ледников умеренного пояса» (PDF) . Журнал гляциологии . 14 (70): 171–179. дои : 10.3189/s0022143000013484 .
• Жилле, Ф.; Донну, Д.; Жирар, К.; Мануврие, А.; Радо, К.; Рику, Г. (1984). «Качество ледяного керна при электромеханическом бурении». В Холдсворте, Г.; Куйвинен, К.Ц.; Рэнд, Дж. Х. (ред.). Технология бурения льда . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. стр. 73–80.
• Гетц, Джей Джей; Штурмаков, А.Ю. (2013). «Проектирование нового ручного бура IDDO». 7-й международный семинар по технологиям ледобурения . Мэдисон, Висконсин: Университет Висконсина. п. 66.
• Гундеструп, Н.С.; Хансен, С.Б.; Джонсен, SJ (1988). «Уточнения мелкого бура UCPH». В Радо, К.; Бодуинг, Д. (ред.). Бурение ледяного керна . Гренобль, Франция: Лаборатория гляциологии и геофизики окружающей среды. стр. 6–13.
• Гундеструп, Н.С.; Джонсен, С.Дж.; Рих, Н. (1984). «ИСТУК: система бурения глубокого льда». В Холдсворте, Г.; Куйвинен, К.Ц.; Рэнд, Дж. Х. (ред.). Технология бурения льда . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. стр. 7–19.
• Хамберг, Аксель (1904). «О технике исследования ледников». Compte Rendu de la IX сессии Международного геологического конгресса (Вена, 1903 г.) (на немецком языке). Том. 2. Вена. стр. 749–766. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Хансен, Б. Лайл (1994). «Глубокое колонковое бурение во льду» (PDF) . Мемуары Национального института полярных исследований . 49 (Специальный): 5–8.
• Ходж, Стивен М. (1971). «Приборы и методы: новая версия парового ледобура» (PDF) . Журнал гляциологии . 10 (60): 387–393. дои : 10.3189/s0022143000022085 .
• Хоффман, ЧР; Мозер, Э.Х. (ноябрь 1967 г.). Буровые испытания во льдах и ледяно-скальных конгломератах (Отчет). Порт-Хьюнем, Калифорния: Лаборатория гражданского строительства ВМФ.
• Ховорка, Ф. (1965). «Приборы и методы: паровая дрель для установки абляционных стоек на ледниках» (PDF) . Журнал гляциологии . 5 (41): 749–750. дои : 10.3189/s002214300001875x .
• Хаббард, Брин; Глассер, Нил (2005). Полевые методы в гляциологии и ледниковой геоморфологии . Чичестер, Великобритания: Wiley. ISBN  978-0-470-84427-4 .
• Икен, А.; Ретлисбергер, Х.; Хаттер, К. (1976). «Глубокое бурение струей горячей воды». Журнал ледниковой науки и ледниковой геологии . 12 (2): 143–156.
• Жузель, Дж. (2013). «Краткая история ледяных кернов за последние 50 лет» . Климат прошлого . 9 (6): 2525–2547. Бибкод : 2013CliPa...9.2525J . дои : 10.5194/cp-9-2525-2013 .
• Камб, Барклай; Шрив, Рональд Л. (1966). «Результаты нового метода измерения внутренней деформации ледников». Труды Американского геофизического союза . 47 (1): 190.
• Найт, Питер (1999). Ледники . Челтнем, Великобритания: Стэнли Торнс. ISBN  0-7487-4000-7 .
• Кочи, Брюс Р. (1984). «Легкий ручной шнек для отбора керна». В Холдсворте, Г.; Куйвинен, К.Ц.; Рэнд, Дж. Х. (ред.). Технология бурения льда . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. стр. 55–59.
• Кочи, Брюс Р. (2014). «Обзор высотного бурения» (PDF) . Мемуары Национального института полярных исследований . 56 (Специальный): 1–4.
• Кочи, Брюс Р.; Куйвинен, Карл К. (1984). «Приборы и методы: легкий колонковый шнек PICO» (PDF) . Журнал гляциологии . 30 (105): 244–245. дои : 10.3189/s0022143000006018 .
• ch 240634 , Кехлин, Рене, «Процесс исследования ледников и установка для его реализации», опубликовано 1 мая 1946 г.  
• Кин, Джей; МакКоннелл, Джо (2007). «The PrairieDog: двухствольный колонковый бур для «ручного» бурения» . Анналы гляциологии . 47 (1): 99–100. Бибкод : 2007АнГла..47...99К . дои : 10.3189/172756407786857703 .
• Лашапель, Э. (1963). «Приборы и методы: простой термический ледобур» (PDF) . Журнал гляциологии . 4 (35): 637–642. дои : 10.3189/s002214300002815x .
• Лангвей, CC (май 1967 г.). Стратиграфический анализ глубокого ледяного керна Гренландии (Отчет). Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов.
• Лэнгуэй, Честер К. (январь 2008 г.). «История ранних кернов полярного льда» (PDF) . Отчет CRREL (TR-08-1): 1–47. Архивировано из оригинала (PDF) 18 ноября 2016 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Линелл, Кеннет (1954). «Оборудование для бурения и бурения льда». Материалы Восточной снежной конференции . 2 : 4–6.
• Маккиннон, ПК (1980). «Ледяные ядра». Гляциологические данные . Вашингтон, округ Колумбия: Мировой центр данных А по гляциологии [Снег и лед]. ISSN   0149-1776 .
• Марку, Жюль (1896). Жизнь, письма и произведения Луи Агассиса, Том. Я. ​Нью-Йорк: Макмиллан и Ко.
• Мэтьюз, WH (1959). «Вертикальное распределение скорости в леднике Салмон, Британская Колумбия» (PDF) . Журнал гляциологии . 3 (26): 448–454. дои : 10.3189/s0022143000017184 .
• Мейер, Марк Ф. (1960). Режим потока ледника Саскачеван, Альберта, Канада (PDF) (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Министерство внутренних дел США.
• Меллор, Малькольм; Селлманн, Пол В. (1976). «Общие соображения по проектированию буровой системы». В Splettstoesser, Джон Ф. (ред.). Ледяное бурение . Линкольн, Небраска: Издательство Университета Небраски. стр. 77–111. ISBN  0-8032-5843-7 .
• Меркантон, П.-Л. (1905). «Ледниковое бурение» . Архивы физических и естественных наук (на французском языке). 19 : 367–379, 451–471.
• Миллер, Мейнард М. (1951). «Англяциальные исследования, связанные с колонковым бурением на Верхнем леднике Таку» (PDF) . Журнал гляциологии . 5 (38): 578–581.
• Национальный исследовательский совет национальных академий (2007 г.). Исследование подледниковой водной среды Антарктики: охрана окружающей среды и наука . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. ISBN  978-0-309-10635-1 .
• Низери, А. (февраль 1951 г.). «Электротермическая установка для бурения ледников». Сделки, Американский геофизический союз . 32 (1): 66–72. Бибкод : 1951ТрАГУ..32...66Н . дои : 10.1029/tr032i001p00066 .
• Патерсон, WSB (1981). Физика ледников (2-е изд.). Оксфорд: Пергамон Пресс. ISBN  0-08-024004-6 .
• Филберт, К. (1964). «О двух электроплавких зондах с вертикальной стабилизацией» (PDF) . Полярные исследования (на немецком языке). 34 : 278-280.
• Филберт, К. (октябрь 1972 г.). Стабилизация хода термозонда (Доклад). Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. Оригинальная публикация как Филберт, К. (февраль 1966 г.). «О стабилизации хода термощупа». Труды Академии наук (на французском языке). 262 (6): 456–459. Перевод Объединенной службы исследований публикаций США.
• Ракт-Маду, М .; Рейно, Л. (1951). «Углубленное изучение ледников» (PDF) . Ла Уй Бланш (на французском языке). 37 (Специальный): 299–308. дои : 10.1051/lhb/1951009 .
• Радо, Клод; Жирар, Клод; Перрин, Джеки (1987). «Приборы и методы: самопромывной аппарат для бурения горячей водой ледников с обломками» (PDF) . Журнал гляциологии . 33 (114): 236–238. дои : 10.3189/s0022143000008741 .
• Рэгл, Р.Х.; Хансен, Б. Лайл; Гоу, Энтони (июнь 1960 г.). Глубокое колонковое бурение на шельфовом леднике Росса, Маленькая Америка V, Антарктида (Отчет). Уилметт, Иллинойс: Исследовательский центр армии США по снегу, льду и вечной мерзлоте.
• Рэнд, Джон (июль – август 1975 г.). «100-метровые ледяные керны с Южного полюса и шельфового ледника Росса» (PDF) . Антарктический журнал . 10 (4): 150–151.
• Рэнд, Джон Х. (1976). «Неглубокое бурение CRREL США». В Splettstoesser, Джон Ф. (ред.). Ледяное бурение . Линкольн, Небраска: Издательство Университета Небраски. стр. 133–138. ISBN  0-8032-5843-7 .
• Рэнд, Джон (октябрь 1977 г.). «Бурение по проекту шельфового ледника Росса, октябрь – декабрь 1976 г.» . Антарктический журнал . 12 (4): 150–152.
• Рих, Н. (1984). «Листовые рессоры с противодействующим моментом: руководство по проектированию листовых рессор с противодействующим моментом для ледобуров». В Холдсворте, Г.; Куйвинен, К.Ц.; Рэнд, Дж. Х. (ред.). Технология бурения льда . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов. стр. 69–72.
• Ременирас, Г.; Терьер, М. (1951). «Электротермический зонд EDF для бурения ледников». Генеральная ассамблея Брюсселя: Том I (PDF) (на французском языке). Международная ассоциация научной гидрологии. стр. 254–260. Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Рено, А.; Меркантон, Польша (1948) Сейсмические исследования Швейцарской комиссии по ледникам . Публикации Международного центрального сейсмологического бюро, Научные труды, Серия А. Документ 17, Доклады, представленные на конференции Международного союза геодезии и геофизики в Осло, август 1948 г.
• Рейно, Л.; Курдуан, П. (1962). «Распознавание подледного тальвега Мер-де-Глас с целью создания водозабора» (PDF) . Белый Уголь . 48 (Специальный): 808–816. дои : 10.1051/lhb/1962014 .
• Шимпп, Отто (1960). «Дом Хинтерайсфернера (Эцталь): накопление, абляция и движение ледников в 1952/53 и 1953/54 годах». Публикации музея Фердинандеум в Инсбруке (PDF) (на немецком языке). Инсбрук. стр. 66–138. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Селигман, Джеральд (май 1941 г.). «Строение ледника умеренного пояса». Географический журнал . 97 (5): 295–315. дои : 10.2307/1787399 . JSTOR   1787399 .
• Шарп, Роберт П. (1951). «Термический режим фирна на Верхнем леднике Сьюард, территория Юкон, Канада» . Журнал гляциологии . 1 (9): 476–487. дои : 10.3189/s0022143000026460 .
• Шарп, Роберт П. (1953). «Деформация вертикальной скважины в леднике Пьемонта» (PDF) . Журнал гляциологии . 2 (13): 182–184. дои : 10.3189/s0022143000025685 .
• Шелдон, Саймон Г.; и др. (2014). «Перспективные новые скважинные жидкости для бурения ледяных кернов на высокогорном плато Восточной Антарктики» (PDF) . Анналы гляциологии . 55 (68): 260–270. Бибкод : 2014АнГла..55..260С . дои : 10.3189/2014AoG68A043 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 сентября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Шумейкер, Брайан (23 октября 2002 г.). «Интервью Херба Уэды» . Университет штата Огайо . hdl : 1811/44677 .
• Шрив, РЛ; Камб, ВБ (1964). «Приборы и методы: портативный термический бур для ледников умеренного пояса» (PDF) . Журнал гляциологии . 5 (37): 113–117. дои : 10.3189/s002214300002863x .
• Шрив, РЛ; Шарп, Р.П. (1970). «Внутренние деформации и термические аномалии в нижней части Голубого ледника, гора Олимп, Вашингтон» (PDF) . Журнал гляциологии . 9 (55): 65–86. дои : 10.3189/s0022143000026800 .
• Зигерт, Мартин Дж.; Макинсон, Кейт; Блейк, Дэвид; Моулем, Мэтт; Росс, Нил (2014). «Оценка глубокого бурения с горячей водой как средства проведения прямых измерений и отбора проб из подледниковых озер Антарктики: опыт и уроки, извлеченные из полевого сезона 2012/13 года на озере Элсуорт» (PDF) . Анналы гляциологии . 55 (65): 59–73. Бибкод : 2014АнГла..55...59С . дои : 10.3189/2014AoG65A008 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 декабря 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Лаборатория почв, фундамента и мороза (март 1950 г.). Итоговый отчет по разработке комплекта для испытаний механики льда для гидрографического управления (Отчет). Бостон, Массачусетс: ВМС США. Архивировано из оригинала 29 октября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Стейси, Дж. С. (1960). «Приборы и методы: прототип горячей точки для термического бурения на леднике Атабаска» (PDF) . Журнал гляциологии . 3 (28): 783–786. дои : 10.3189/s0022143000018098 .
• Зюсстранк, А. (1951). «Исследование ледника сейсмическим методом» (PDF) . Белый Уголь . 37 (Специальный): 309–318. дои : 10.1051/lhb/1951010 .
• Судзуки, Ёсио (1976). «Глубокое колонковое бурение японскими антарктическими исследовательскими экспедициями». В Splettstoesser, Джон Ф. (ред.). Ледяное бурение . Линкольн, Небраска: Издательство Университета Небраски. стр. 155–166. ISBN  0-8032-5843-7 .
• Сузуки, Ёсио; Такидзава, Т. (1978). «Схема буровых работ на станции Мидзухо» (PDF) . Мемуары Национального института полярных исследований . 10 (Специальный): 1–24.
• Талалай, Павел Георгиевич (апрель 2012 г.). Буровые головки электромеханических буров для глубокого льда (Отчет). Университет Цзилинь, Китай: Центр полярных исследований.
• Талалай, Павел Георгиевич (2014). «Перспективы развития технологии колонкового бурения: дискуссия» (PDF) . Анналы гляциологии . 55 (68): 339–350. Бибкод : 2014АнГла..55..339Т . дои : 10.3189/2014aog68a007 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 декабря 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Талалай, Павел Георгиевич (2016). Технология механического бурения льда . Пекин: Спрингер. ISBN  978-7-116-09172-6 .
• Талалай, Павел Г.; Фань, Чжэн, Чжичуань; Чжан, Нань, Юй, Дахуэй; Чжан, Юньлун; Чжан, Дундун; Чжан, Цзивэй (2014). Системы противодействия крутящему моменту электромеханических сверл с тросовой подвеской и результаты испытаний» . « гляциологии . 55 (68): 207–218 Бибкод : 2014AnGla..55..207T 10.3189 / doi : 2014aog68a025 .
• Теодорссон, Палл (1976). «Термическое и механическое бурение умеренного льда в ледниках Исландии». В Splettstoesser, Джон Ф. (ред.). Ледяное бурение . Линкольн, Небраска: Издательство Университета Небраски. стр. 179–189. ISBN  0-8032-5843-7 .
• Учида, Цутому; Дюваль, П.; Липенков В.Я.; Хоно, Т.; Мэй, С.; Сёдзи, Х. (1994). «Хрупкая зона и образование гидратов воздуха в полярных ледниковых щитах» (PDF) . Мемуары Национального института полярных исследований (49). .
• Уэда, Герберт Т .; Гарфилд, Дональд Э. (1969). «Приборы и методы: бур CRREL США для термического отбора керна во льду» (PDF) . Журнал гляциологии . 8 (53): 311–314. дои : 10.3189/s0022143000031282 .
• Уэда, Герберт Т.; Талалай, Павел Георгиевич (октябрь 2007 г.). «Пятьдесят лет советской и российской буровой деятельности на полярных и неполярных льдах» . Эрдц/Кррел Tr-07-20 . Архивировано из оригинала 20 апреля 2017 года.
• Валло, Дж. (1898). «Исследование мельниц ледяного моря: Бурение Эмиля Валло». В Штайнхайле, Г. (ред.). Летопись Физической и ледниковой метеорологической обсерватории Монблана (на французском языке). Полет. 3. Париж. стр. 190–193. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Дрыгальский, Эрих (1904). Немецкая южнополярная экспедиция (на немецком языке). Берлин: Георг Раймер.
• Дрыгальский, Эрих (1897). Гренландская экспедиция Общества географии в Берлине 1891-1893: Первый том (на немецком языке). Берлин: WH Kühl.
• Уорд, штат Вашингтон (1952). «Гляциологические исследования экспедиции на Баффинов остров, 1950 год: Часть III: Оборудование и методы» (PDF) . Журнал гляциологии . 2 (12): 115–121. дои : 10.3189/s0022143000034079 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Уорд, WH (1961). «Опыты с электротермическими ледобурами на Аустердалсбре 1956–59». Хельсинкская Генеральная Ассамблея: Комиссия по снегу и льду (PDF) . Гентбрюгге, Бельгия: Международная ассоциация научной гидрологии. стр. 532–542. Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2017 г. Проверено 10 декабря 2017 г.
• Верле, Э. (1985). «Механический ледобур для сбора керна». В Джеке, TH (ред.). Примечания к исследованиям ANARE 28 . Кингстон, Тасмания: Австралийские национальные антарктические исследовательские экспедиции. стр. 196–201.
• Райт, Эдмунд А. (1986). Первые 25 лет CRREL: 1961–1986 . Ганновер, Нью-Гэмпшир: CRREL.
• Загороднов В.С.; Келли, Джей-Джей; Кочи, Б.; Стэнфорд, КЛ; Коллинз, Дж. (май 1992 г.). Наклонно-направленное бурение (Отчет). Фэрбенкс, Аляска: Офис по отбору кернов полярного льда.
• Загороднов В.; Томпсон, LG (2014). «Термические электрические кернобуры: история и новые варианты конструкции для бурения средней глубины» . Анналы гляциологии . 55 (68): 322–330. Бибкод : 2014АнГла..55..322Z . дои : 10.3189/2014AoG68A012 .