Губин В.Н., Ковалев А.А., Сладкопевцев С.А., Ясовеев М.Г. Экология геологической среды

Подождите немного. Документ загружается.

выпадению из рассолов химических соединений и образованию солей

низкотемпературного ряда (NaCl, Na

и др.).

К числу опасных, значительных по масштабам загрязнений

пресных и минеральных вод относится «скрытое» загрязнение

геолого-гидрогеологической среды вследствие межпластовых

перетоков из глубоких горизонтов минерализованных и

высокоминерализованных вод (рассолов). Оно может длиться многие

годы после некачественной проходки или ликвидации скважин. При

этом идет активный процесс развития ореола загрязнения геолого-

гидрогеологической среды, размеры которого определяются дебитом

и составом флюида скважины-загрязнителя, а также параметрами

естественного загрязненного резервуара. Формирующийся ореол

может иметь значительные размеры. При дебите скважины-

загрязнителя 80–100 м

/сут с минерализацией раствора 100–200 г/л

длина загрязненного потока, по расчетным данным Ф. П. Самсонова,

за 8–10 лет достигает примерно 5000 м, площадь потока – 0,4–0,5 км

При аварийных остановках зона загрязнения за несколько лет может

охватить площадь до 2 км

и более.

Попутные воды белорусских нефтяных месторождений

представляют собой высокоминерализованные растворы,

солесодержание которых достигает 450 г/л, а количество хлор-иона –

100–200 г/л. Вследствие большой разницы в содержании хлоридов в

пресных водах, с одной стороны, и в попутных и сточных, с другой,

даже незначительное попадание последних резко повышает

концентрацию хлоридов в пресных водах. Содержание нитрат-иона

является наиболее характерным компонентом сельскохозяйственного

и бытового загрязнения.

В пределах скважин Восточно-Первомайской, Речицкой и

Демеховской нефтеносных площадей загрязнение (засоление) пород и

подземных вод буровыми сточными водами происходит на всех

стадиях бурения нефтяных скважин, но наиболее интенсивно – на

стадии ликвидации земляных амбаров.

Бурение скважин разных категорий сопровождается образованием

значительных объемов (в среднем до 4–5 тыс. м

) буровых сточных

вод, которые обычно загрязнены нефтепродуктами, органическими

соединениями, щелочами, содержат значительное количество

взвешенных частиц. Буровые стоки способствуют техногенному

засолению и загрязнению поверхностных и грунтовых вод, так как

амбарный способ хранения стоков не обеспечивает их полной

изоляции. Площадь участков засоления в районе амбаров достигает

4,5 га, а для всего региона Припятского прогиба – 9 тыс. га.

Содержание солей

в почвенном слое изменяется от 0,5 г/кг (на границе ореолов) до

20–30=г/кг у амбаров. В составе солей преобладают хлориды натрия,

наблюдается повышенная минерализация грунтовых вод до 50–60 г/л.

По результатам исследований БелНИГРИ установлено, что даже

после проведения рекультивации на местах амбаров, в понижениях

образуются скопления загрязненной воды (скв. 3 – Мармовичская).

На площадках нефтяных скважин установлено загрязнение

подземных, поверхностных вод и грунтов нефтепродуктами,

химическими реагентами и высокоминерализованными рассолами.

При этом загрязнения прослеживаются по площади и глубине.

На территории Белорусского Полесья отмечается загрязнение

поверхностных вод в результате попадания нефти в водоемы, болотные

массивы и реки, расположенные вблизи буровых площадок. На

поверхности воды образуются нефтяные пленки, которые препятствуют

нормальной жизнедеятельности живых организмов и водной

растительности. Постепенно начинается разложение нефти и образование

нефтяного «мусса». Быстрее всего поверхность очищается от нефти во

время дождя, когда разбиваются слики и большая часть нефти опускается

на дно или в толщу воды. Однако со временем эта нефть вновь

поднимается на поверхность. В пасмурные дни количество всплывающей

нефти наиболее значительно, и в результате поверхность воды оказывается

более загрязненной. Необходимо отметить способность нефти

накапливаться в донных осадках, а затем, по прошествии иногда весьма

длительного промежутка времени, вновь всплывать на поверхность.

Скорость разложения нефтепродуктов в донных осадках чрезвычайно

мала ввиду отсутствия ультрафиолетового облучения и часто анаэробных

условий. В донных осадках накопленная нефть во многих случаях

практически не разлагается.

В ходе геологоразведочных работ и бурения скважин, а также в

процессе их испытания на земную поверхность нередко попадает

значительное количество сырой нефти и высокоминерализованных вод,

что приводит к интенсивному загрязнению почвенного покрова. В

пределах Белорусского Полесья под обустройство каждой скважины

отчуждается от 2,3 до 3=га земли. Всего под нефтяные скважины было

задействовано около 6 тыс.=га земли. Эта территория подвергалась и

продолжает подвергаться опасности загрязнения сырой нефтью, буровыми

стоками и высокоминерализованными рассолами.

Загрязнение почв нефтепродуктами влечет нарушение воздушного

режима и водных свойств почв. При закупоривании капилляров почв

нефтью и жидкими отходами бурения нарушается аэрация и

создаются анаэробные условия в почвенных процессах. Отмечается

изменение и в населяющих почву живых микроорганизмах,

снижается численность целлюлозоразлагающих микроорганизмов и

бактерий, усваивающих соединения азота. Происходит угнетение

окислительно-восстановительных ферментативных процессов, что в

конечном счете снижает биологическую активность и плодородие

почв. Кроме того, в результате длительного бурения скважин

давление, возникающее за счет буровых станков, приводит к

уплотнению почвенного покрова и поверхностных слоев литосферы.

Нагрузки от станка на 1 см

площади достигают 0,4–1,0 кг, что

вызывает нарушение физико-меха-

нических свойств пород. На территории буровой в процессе работы

различных технических средств и механизмов происходят потеря и

утечка нефтепродуктов, и их среднее содержание в почве изменяется

в пределах 3–16 г на 100 г почвы.

При загрязнении нефтью почвенного покрова может

увеличиваться содержание органического углерода и битуминозных

компонентов по всему почвенному профилю (нефть содержит около

85 % углерода). Вредное влияние нефтепродуктов отмечается для

многих видов почв, а процессы самоочищения протекают медленно.

Под воздействием геологоразведочных работ изменяется

структура растительного покрова Белорусского Полесья. Изучение

последствий загрязнения территории отходами бурения показывает,

что на всех пораженных участках наблюдается лишь незначительное

восстановление растительности. Даже по истечении 15 лет

растительность восстанавливается менее чем наполовину. Во всех

случаях сразу после разлива отходов бурения, особенно содержащих

нефть, растительный покров почти полностью уничтожается.

Уже на начальной стадии разработки месторождений

растительный покров начинает ощущать на себе негативное

воздействие геологоразведочных работ. Прежде всего, растительный

покров подвергается механическому воздействию, при котором он

либо полностью уничтожается, либо очень сильно нарушается. К

этому приводят вырубка древостоя, последующая раскорчевка,

уничтожение почвенного покрова при планировке буровой площадки.

Установлено, что после первичных мероприятий по подготовке

скважин к бурению и в период последующей их эксплуатации на

насыпях и валах формируются растительные сообщества в

разреженной форме. Внешне они не несут каких-либо признаков

угнетения, однако изменяются некоторые их свойства. Так, у мать-и-

мачехи листья и черешки стали более упругими и устойчивыми к

механическим воздействиям. Наиболее вероятно, что это связано с

обогащенностью субстрата кальцием, который поступает в почву с

буровым раствором. На выровненных участках буровых площадок

формируются сообщества иных видов, нежели на валах. Наиболее

характерны разнотравно-злаковые группировки, где широко

представлены луговик дернистый, мятлик луговой, подорожник,

тысячелистник.

Влияние минерализованных вод на растительность четко выражено

на расстоянии до 5 м от потока. У хвойных пород древостоя

наблюдается пожелтение хвои и побегов, у лиственных – либо полное,

либо частичное пожелтение листьев по краю листовой пластинки –

хлороз.

Иной характер имеют нарушения растительного покрова при

воздействии на него излившейся нефти и нефтепродуктов.

Результатом разлива являются полная гибель липняка снытево-

ясменникового и другой растительности. У видов, расположенных на

некотором расстоянии от места разлива, встречаются

морфологические нарушения: искривление стеблей, скрученность

листьев, наличие опухолей.

Период самовосстановления растительного покрова после

загрязнения его нефтесодержащими отходами бурения зависит от

климатических условий. По результатам проведенных исследований

на загрязненных нефтью и рассолами площадках отмечался

угнетенный характер растительности или ее отсутствие (скв. 2 –

Мармовичская, скв. 19 – Сосновская, скв. 1 – Каменская и др.). Даже

через 10 лет на рекультивированных площадках наблюдались

угнетение и гибель сельскохозяйственных культур (скв. 1 –

Холопеничская, скв. 3 – Речицкая, скв. 9 – Восточно-Первомайская).

После окончания нефтедобычи со временем возникает опасность

образования местных и региональных просадок поверхности земли.

Наблюдения за формированием просадок позволили выявить

следующие закономерности:

 просадки отмечаются только при разработке месторождений

без поддержания пластового давления;

 просадка наиболее характерна для тех месторождений, где

разрабатываются пласты-коллекторы большой суммарной

мощности, как правило, достигающие нескольких сотен

метров;

 просадка наблюдается над теми месторождениями, где отбор

пластовых флюидов производится из рыхлых,

слабоцементированных песков и песчаников,

переслаивающихся с глинами;

 для месторождений с явлением просадки характерны

сравнительно небольшие глубины залегания продуктивных

пластов (не более 2000=м от поверхности земли);

 просадки вызываются уплотнением продуктивных пластов при

падении пластового давления, а также уплотнением глинистых

отложений при отжатии поровой воды.

Для Припятского прогиба названные причины возникновения

просадок маловероятны. В осадочном чехле прогиба расположены

две мощные соленосные толщи, которые способствуют сохранению

стабильного состояния земной поверхности.

Наряду с быстрыми колебаниями земной поверхности,

вызванными землетрясениями, большую опасность с

экологической точки зрения представляют длиннопериодические

современные вертикальные и горизонтальные движения земной

поверхности, обусловленные как общими медленно

протекающими глубинными процессами в тектоносфере, так и

процессами, подталкивающими землетрясения. Этот процесс

весьма неожидан – медленно, почти незаметно земная

поверхность в зоне сочленения стабильных блоков земной коры,

разделенных глубинными разломами, деформируется: блоки

медленно смещаются относительно друг друга в горизонтальном и

вертикальном направлениях, амплитуда этих смещений

постепенно нарастает. В Беларуси, по инструментальным данным,

вертикальные смещения крупных блоков относительно друг друга,

вызванные именно глубинными процессами, достигают 8–15 мм в

год. Горизонтальные смещения в районе Речицкого глубинного

разлома в Припятском прогибе за восемь-десять лет составили

15–20 мм. В частности, в пределах Вишанского месторождения

установлены три этапа глубинных деформаций пород, в том числе

в интервале залегания девонских межсолевых отложений.

Наряду с природными деформациями установлено влияние

раз-

работки нефтяных залежей на напряженное состояние горных

пород. В пределах месторождений создаются условия для

локального деформирования пород-коллекторов в разрезе

пластов. Глубинная техногенная геодинамика влияет на

амплитуду колебаний земной поверхности.

Таким образом, процессы, возникающие при проведении

геологоразведочных работ и добыче нефти, оказывают негативное

влияние на верхние слои литосферы и нарушают устойчивое

экологическое состояние региона, что впоследствии может

сказаться на всей экосистеме в целом. В результате бурения и

вскрытия верхних слоев литосферы на территории Припятского

прогиба происходят геоэкологические изменения: снижается

напряженное состояние пород в массиве; в породах образуются

трещины и каверны; падает внутрипластовое давление; породы и

воды дегазируются; изменяется температурное поле; образуются

новые минералы; формируется новый гидрогеологический режим

залежей (замещение извлеченной нефти водой, усиление

водообмена, смешивание пластовых вод с пресными и

техническими, изменение скорости движения, химического,

газового, температурного состояния подземных вод); выпадают

соли MgSO

, NaCl, парафин, гидраты, сера; происходят

техногенные просадки земной поверх-

ности.

По степени нарушенности литосферы при поиске, разведке и

добыче нефти выделяются три зоны: Северная, Центральная и

Южная (см. рис.=9). Карта степени нарушенности литосферы

Припятского прогиба служит основой для оценки техногенной

нагрузки на литосферу, возникающей при бурении глубоких

нефтяных скважин.

5. ЭКОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ

В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА

5.1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В последние десятилетия техногенное воздействие на

поверхностные и подземные воды постоянно усиливается. В

зависимости от площади, на которой проявляется это воздействие,

принято различать следующие его виды: широкомасштабное, или

региональное, локальное, линейное и точечное. По временному

параметру различают постоянное и эпизодическое воздействия. По

характеру воздействия на гидросферу различают приводящие к

истощению водных ресурсов (водоотбор для нужд водоснабжения,

осушительные мелиорации, водопонижение и др.) либо к накоплению их

запасов (искусственное восполнение, орошение земель, подтопление

территории и др.). В настоящее время в наибольших масштабах

проявляется такой вид воздействия на подземную гидросферу, как

техногенное загрязнение, важнейшими видами которого являются

промышленное, коммунально-бытовое, сельскохозяйственное,

транспортное, а также связанное с военной деятельностью (рис.=10).

В Беларуси к числу факторов, оказывающих широкомасштабное

воздействие на подземные воды, относится, прежде всего, осушительная

мелиорация. Региональный характер имеет сельскохозяйственное

загрязнение подземных, в первую очередь грунтовых вод, а также

радиоактивное загрязнение территории, проявившееся в результате аварии

на ЧАЭС, сброс сточных и промышленных вод, газопылевые выбросы и т.

д.

Республика обладает весьма значительными ресурсами подземных вод

– пресных питьевых, минеральных, а также рассолов. Пресные воды

питьевого назначения распространены повсеместно до глубины 100–450

м, однако они легко подвергаются загрязнению с поверхности земли в

связи с отсутствием в геологическом разрезе регионально выдержанных

водоупоров.

Рис. 10. Схема источников загрязнения подземных вод:

I – горизонт грунтовых вод; II – горизонт напорных пресных вод; III – горизонт напорных

соленых вод; 1 – трубопроводы, канализационные коллекторы с постоянными и

аварийными утечками; 2 – отстойники, хвостохранилища, шламонакопители и т. п.; 3 –

дымовые и газовые выбросы; 4 – подземное захоронение промышленных стоков; 5 –

извлеченные шахтные воды; 6 – терриконы; 7 – карьерные воды; 8 – заправочные станции,

дороги; 9 – бытовое загрязнение; 10 – водозабор, подтягивающий соленые воды;

11 – объекты животноводства; 12 – внесение удобрений и средств химизации земледелия;

стрелки – направление движения загрязнений

Положение усугубляется еще и тем, что подземные воды

республики плохо защищены естественными покрышками. По

защищенности грунтовых вод вся территория Беларуси относится к І

категории. Это означает их полную подверженность поверхностному

загрязнению всех видов. Разнообразное загрязнение грунтовых вод

наблюдается в настоящий момент практически во всех районах

республики. Этим объясняется высокий уровень уже

сформировавшегося загрязнения пресных вод питьевого назначения на

обширной территории сельскохозяйственных угодий и мелиоративного

строительства, а также в пределах и окрестностях всех без исключения

городов и населенных пунктов (коммунальное и промышленное

загрязнение), соледобывающих рудников (Солигорск), птицеферм и

крупных животноводческих комплексов.

Чаще всего на подземные воды влияет одновременно несколько

загрязняющих факторов. Так, широкомасштабное загрязнение

грунтовых вод нитратами происходит в результате химизации

сельскохозяйственных площадей, фильтрации промышленных и

бытовых стоков. Загрязнение напорных подземных вод на водозаборах

от различных точечных загрязнителей осуществляется в условиях

втягивания загрязняющих компонентов в воронку депрессии.

В настоящее время подземные воды, используемые для

хозяйственно-питьевого водоснабжения, в основном соответствуют

требованиям потребителей. Однако на 42 % водозаборов

производительностью более 5 тыс. м

/сут по ряду скважин

прослеживается тенденция к увеличению содержания (в отдельных

случаях свыше ПДК) некоторых компонентов: из числа водозаборов,

эксплуатирующих четвертичные водоносные комплексы, признаки

ухудшения эафиксированы на 80 %, эксплуатирующих палеоген-

неогеновый комплекс – на 50 % водозаборов.

Важным показателем техногенного воздействия на подземную

гидросферу является модуль техногенной нагрузки. Этот параметр в

республике изменяется от долей единиц до 195 тыс. т/км

в год. Районы

с меньшей удельной концентрацией техногенной нагрузки находятся на

севере и юге Беларуси. Наибольшее количество отходов приходится на

территорию Минского (195=тыс. т/км

), Светлогорского (119 тыс. т/км

) и

Полоцкого (63=тыс. т/км

) экономических районов. На остальной

территории страны преобладают значения модуля 1–10 тыс. т/км

Важным фактором экологического состояния подземных вод

являются природные условия конкретного района: геоморфологическое

стро-

ение, мощность зоны аэрации, степень водопроницаемости пород зоны

аэрации и водовмещающих пород. Степень защищенности грунтовых

вод снижается в долинах рек с уменьшением мощности зоны аэрации и

увеличением водопроницаемости сухих и обводненных пород.

Мощность зоны аэрации на большей части территории республики не

превышает 5–10=м, сложена она преимущественно хорошо

проницаемыми породами, и поэтому грунтовые воды практически не

защищены от воздействия внешних факторов. Лучше изолированы от

внешней среды напорные подземные воды благодаря наличию

слабопроницаемых моренных водоупорных горизонтов. Но отсутствие

выдержанных водоупоров и преобладание в разрезе хорошо

проницаемых пород определяют слабую защищенность всей зоны

активного водообмена.

Моренные горизонты широко развиты в четвертичной толще.

Почти повсеместно, за исключением крайнего юга, распространены

днепровская и сожская морены, в Поозерье большие площади занимает

поозерская морена.

Более древние морены – наревская и березинская – развиты

небольшими участками. Моренные отложения представлены

преимущественно слабопроницаемыми валунными супесями и

суглинками, но благодаря обилию песчаной фракции,

грубообломочного материала, наличию частых «гидрогеологических

окон» – участков, где морены размыты или полностью представлены

хорошо проницаемыми породами, они не препятствуют активному

движению подземных вод и в гидрогеологическом отношении

определяются как «условные водоупоры», разделяющие моренные

водоносные комплексы. С другой стороны, морены защищают

подземные воды от проникновения в них с поверхности загрязняющих

компонентов. Слабопроницаемые и водоупорные отложения развиты и

в дочетвертичных горизонтах, но и они тоже не оказывают

существенного влияния на зону активного водообмена.

Таким образом, влияние антропогенного воздействия на

гидросферу очень существенно. Экологически чистая гидросфера –

гарантия выживания человека. Ее необходимо очищать и охранять от

загрязнения. Для этого должны тщательно изучаться источники

загрязнения, виды и пути миграции загрязняющих компонентов.

Среди всех видов загрязнения наибольшей интенсивностью

отличается п р о м ы ш л е н н о е з а г р я з н е н и е, хотя оно, как

правило, охватывает относительно небольшие по площади территории.

Усиливающееся техногенное воздействие на окружающую среду

начинает проявляться в изменении химического состава подземных

100