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

Подождите немного. Документ загружается.

играют роль своеобразных фильтров. Физическое воздействие на

литосферу также часто начинается с эрозии или перемещения

почвогрунтов. В названии почвы заключена важная и многоплановая

информация экологического значения, а сведения о структуре

почвенного покрова дают представление о строении экосистем. В

общем случае способность почв накапливать, сохранять или удалять

загрязнение зависит от реакции среды (табл. 11) и преобладающего

типа водного режима (табл. 12).

Дифференциация условий почвообразования, главным образом

климатических и отчасти геоморфологических и мерзлотных, позволяет

выделить широтные почвенно-экологические зоны, а в их пределах –

провинции или региональные категории. Структура почвенного покрова

в пределах провинций, в свою очередь, дифференцируется в

зависимости от особенностей рельефа, его абсолютных высот и

специфики расчленения. При этом почвы засушливых и

континентальных регионов более чувствительны к изменениям рельефа,

образуют более контрастные и дробные структуры.

Таблица 11

Подвижность биохимически активных микроэлементов

в различных ассоциациях субаэральных почв (по М. А. Глазовской)

Геохимические

ассоциации почв

Подвижность элементов

практически

неподвижные

слабоподвижные подвижные

Кислые субаэральные,

рН < 5,5

Слабокислые и нейтраль-

ные субаэральные,

рН 5,5–7,5

Щелочные и сильно

щелочные субаэральные,

рН 7,5–9,5

Мо

Рb

Рb, Ва, Со

Рb

2–4

, Cr

3–6

, Ni

2–3

4–5

, As

, Se

Sr, Ba, Cu, Cd, Cr

3–6

2–3

, Co

2–3

, Mo

, Hg

Zn, Ag, Cu, Cd

Sr, B, Cu, Zn, Cd,

Zn, V

, As

, S

, V

, As

, S

Таблица 12

Относительная опасность загрязнения подвижными биохимически

активными элементами субаэральных почв (по М. А. Глазовской)

Коэффициент

увлажнения

и преобладающий тип

водного режима

Гранулометрический состав и наличие мерзлоты

пески

и супеси

суглинки глины различного

состава

с мерзлотой

Более 2, резко

промывной

2–1,

преимущественно

промывной

1–0,5, непромывной

Менее 0,5,

резко непромывной

+ +

+ + +

+ +

+ + +

+ + + +

+ + + + +

+ + +

+ + + +

+ + + + +

+ + +

+ + + +

+ + + + +

Примечание. Опасность загрязнения: «+» – очень слабая; «+ +» – слабая; «+ + +» –

умеренная; «+ + + +» – сильная; «+ + + + +» – очень сильная.

Нефтяное загрязнение – одно из важных видов химического

воздействия на почвогрунты. Скорости разложения нефтепродуктов в

почвах зависят от температуры и влажности. В жарком и влажном

климате они в 500 раз выше, чем в холодном. Активность разложения

возрастает при переходе от восстановительных условий болот к

окислительным в дренированных почвах. Помимо этого, кислый класс

водной миграции в сочетании с промывным режимом способствует

выщелачиванию и удалению нефтепродуктов.

Велика роль и поглотительной способности почв. Она выше у

глинистых и богатых гумусом почв. Минимальная поглотительная

способность наблюдается у песчаных подзолистых почв (1–10 мг-экв на

100 г сухого вещества), а максимальная – у черноземов на лессах и у

торфяно-болотных почв (до 100 мг-экв и более). В целом же

поглотительная способность загрязненных нефтью почв снижается.

Поэтому в загрязненные почвы удобрения рекомендуется вносить для

поддержания необходимой активности процесса разложения

нефтепродуктов.

Масштабы загрязнения почв нефтью и активность процесса их

восстановления зависят от состава нефтепродуктов, свойств почв и

климатических условий. Сочетание этих факторов весьма

неблагоприятно в северных и восточных нефтедобывающих регионах

СНГ, где использование загрязненных почв возможно через 15–20 лет.

Западные, центральные и южные регионы СНГ в этом отношении

более благоприятные. Аналогичная ситуация фиксируется и для

нефтедобывающих районов Беларуси.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. МЕТОДЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

А н а л и т и ч е с к и е и г е о х и м и ч е с к и е м е т о д ы. Данные

методы играют главную роль в оценке состояния компонентов

геологической среды, поскольку лишь с их помощью можно

представить виды и масштабы загрязнения почв, горных пород и

подземных вод. Важность этих методов связана с тем, что именно

загрязнение – наиболее опасный для человека, животных и растений

вид техногенного воздействия на природу. Вместе с тем химические

анализы почв, грунтов и подземных вод весьма дороги и трудоемки.

Аналитических данных обычно недостаточно, что в свою очередь

приводит к необходимости использования косвенных показателей. Так,

о загрязнении пород и подземных вод пытаются судить по

концентрациям загрязнителей в атмосфере и снеговом покрове, в

растительности, почвах и поверхностных водах.

Ценность количественных показателей, получаемых при

химическом опробовании, снижается из-за недостаточно

разработанной методики определения ПДК для многих загрязняющих

веществ. Экстраполяция «точечных» или локальных измерений на

большие площади затрудняется недостатком данных о закономерностях

разложения и миграции соединений в литосфере.

Загрязнение почв при учете их буферных свойств служит

важным критерием состояния близких к поверхности пород и

подземных вод (табл. 13). Многие показатели таблицы являются

критическими для человека. Следует отметить, что для растений эти

значения в 2–7 раз ниже.

Таблица 13

Показатели критической экологической обстановки при загрязнении почв

Виды и показатели загрязнения Значения, мг/кг, ед. рН

Загрязнение пестицидами 5–10 кг/га

Суммарный индекс пестицидной нагрузки 1000–1200

Суммарный показатель химического загрязнения 64–128

Радиоактивное загрязнение Ки/км

цезий-137

стронций-90

плутоний-239

15–20

1–3

> 0,1

ПДК веществ, мг/кг:

хлорофос

хлорамин

метанол

мышьяк

0,5

0,005

1,5

20,0

Кислотность (рН) < 4,0

Щелочность (рН) > 8,5

В промышленных районах и крупных городах проблемы

загрязнения почв в значительной степени сводятся к накоплению в них

тяжелых металлов (табл. 14).

Таблица 14

Степени загрязнения почв тяжелыми металлами (мг/кг почвы). Кларки

и фоновое содержание валовых форм тяжелых металлов и мышьяка

в почвах (по В.TГ.TГраковскому и др.)

Почвы Zn Cd Pb Hg Cu Co Ni As

Дерново-подзолистые,

песчаные и супесчаные

28 0,05 6 0,05 8 3 6 2,5

Дерново-подзолистые,

суглинистые и глинистые

45 0,12 15 0,10 15 10 30 4,5

Серые лесные 60 0,20 16 0,15 18 12 35 –

Черноземы 68 0,24 20 0,20 25 15 45 7–8

Каштановые 54 0,16 16 0,15 20 12 35 –

Кларк по Виноградову 50 – 10 0,01 20 8 40 5

Пределы колебаний приведенных в таблице величин связаны с тем,

что для песчаных и супесчаных почв эти пределы в несколько раз ниже,

чем для суглинистых и глинистых. Это обстоятельство имеет особое

значение для состояния почвообразующих пород, так как в легких по

механическому составу почвогрунтах активная вертикальная миграция

загрязнения приводит к его быстрому проникновению на значительные

глубины.

Отдельного рассмотрения заслуживают почвогрунты городов и

промышленных зон, низкая устойчивость которых (почвогрунтов)

обусловлена снижением гумусности, потерей структуры, образованием

таких новых видов почвогрунтов, как урбаноземы (глубоко

переработанные), индустриземы (химически преобразованные) и

урботехноземы (насыпные).

Методы оценки загрязнения геологической среды в

нефтегазоносных районах весьма разнообразны вследствие

значительной номенклатуры показателей, требующих определения.

При этом в зависимости от утилизации отходов бурения важность тех

или иных показателей меняется. При оценке сбрасываемых на

поверхность загрязненных вод важны следующие их показатели:

содержание нефтепродуктов, токсичных солевых компонентов,

тяжелых металлов, а также реакция среды. При этом используются

такие методы, как отгонка нефтепродуктов (точность 5 мг/л),

осаждение хлоридов (точность 2–4 мг/л), титрование сильной кислотой

для определения щелочности. При использовании сточных вод для

заводнения пластов важным является оценка содержания сероводорода

и железа. Для определения содержания последнего применяются

атомно-абсорбционный и калориметрический методы. Опасность для

водных систем представляет присутствие в сточных водах, кроме

нефтепродуктов, взвешенных веществ и коллоидных частиц

минеральной и органической природы, а также растворенных солей и

атрофирующих агентов – фосфора, серы, азота. В большинстве случаев

сточные воды нефтегазовых месторождений требуют очистки.

Основные методы, используемые при этом:

 гравитационный для взвесей;

 коагуляционный для коллоидов;

 окисление, абсорбция и аэрирование для растворимых

органических веществ и газов;

 ионный обмен и мембранный метод для растворимых

минеральных солей.

Общее влияние загрязнения подземных вод на состояние

геологической среды оценивается по совокупному учету качества воды

(концентрации загрязнителей относительно ПДК) и площадей

загрязнения (табл. 15).

Таблица 15

Критерии оценки загрязнения подземных вод

(по В. М. Гольдбергу)

Оценочные

показатели

Классы состояния

нормального

с негативными

изменениями

кризисного

бедственного

Отношение С

к ПДК

С = ПДК С = 3–5 ПДК С = 5–10 ПДК С = 10 ПДК и

более

Область

загрязнения, км

до 0,5 0,5–5,0 5–10 10 и более

К аналитическим методам оценки нарушенности геологической

среды относятся подсчеты числа и объемов техногенных форм рельефа,

в том числе рассмотренные выше определения величин коэффициента

антропогенного морфогенеза и геотехнического коэффициента. К этой

категории также относятся многочисленные подсчеты величин смыва

почв и их загрязнения (табл. 16, 17).

Таблица 16

Почвенные показатели состояния экосистем

(по Б. В. Виноградову)

Показатели Норма Риск Кризис Бедствие

Плодородие почв,

% от потенциального

85 65–85 65–25 25

Содержание гумуса,

% от природного

Площадь вторично

засоленных почв

70–90

5–20

30–70

20–50

Глубина смытости

почвенных горизонтов

– Смыт

горизонт А1

или 0,5 гори-

зонта А

Смыт

горизонт А и

частично АВ

Смыты

горизонты

А и В

Глубина смытости,

% почвенного профиля

10 10–30 30–50 50

Площадь обнаженных

коренных пород, %

5 5–10 10–25 25

Площадь ветровой эрозии, % 5 10–20 23–40 40

Задернованность

песчаных почв

60 30–60 10–30 10

Уровень активной

микробной биомассы

(снижение

в количество раз)

5 5–10 10–50 50

Таблица 17

Техногенное загрязнение и классы состояния почв

(по Б. В. Виноградову)

Критерии оценки Размер-

ность

Классы состояния

норма риск кризис бедствие

Содержание

легкорастворимых

солей

Весовые % Менее 0,6 0,6–1,0 1,0–3,0 Более 3,0

Содержание

токсичных солей

Весовые % Менее 0,3 0,3–0,4 0,4–0,5 Более 0,6

Содержание

пестицидов

ПДК Менее 0,1 1,0–2,0 2,0–5,0 Более 5,0

Содержание

поллютантов

ПДК Менее 0,1 1,0–3,0 3,0–10,0 Более 10,0

Содержание нефти

и нефтепродуктов

Весовые % Менее 1,0 1,0–5,0 5,0–10,0 Более 10,0

Известны количественные методы расчета уплотнения грунтов и

техногенно обусловленных опусканий земной коры на площадях

добычи нефти и газа и в границах крупных городов (до 10 см на

территории Москвы). Оценка нарушения режима подземных вод

базируется на определении изменений их уровней и дебитов в

скважинах, а в шахтах путем измерения объемов откачек и прорывов

воды из вскрытых горизонтов.

А э р о к о с м и ч е с к и е м е т о д ы. Оценивая дистанционные

методы анализа состояния геологической среды, следует иметь в виду

два обстоятельства. Во-первых, информация о загрязнении и

нарушенности глубоко залегающих горных пород и подземных вод на

аэрокосмических снимках практически отсутствует. Весьма

эффективны результаты дешифрирования только почв и особенно

рельефа. Во-вторых, материалы съемки дают ценные сведения главным

образом о нарушенности и гораздо менее информативны в отношении

загрязнения поверхности литосферы.

Рассматривая использование аэрокосмических снимков в целях

изучения рельефа, прежде всего следует указать на их высокую

информативность в отношении таких параметров, как густота

расчленения и длина склонов, поскольку эти параметры

рассчитываются путем непосредственных измерений. По сравнению с

картами, информативность снимков в отношении густоты расчленения

повышается по мере уменьшения размеров дешифрируемых

эрозионных форм, так как формы первого порядка на картах либо

отсутствуют, либо отражаются с разрежением. Снимки сильно

упрощают проведение границ между категориями рельефа с разными

величинами расчленения, облегчают выбор масштаба

морфометрических карт. Снимки незаменимы для анализа

морфометрии элементов рельефа или микрорельефа склонов, который

практически неразличим на картах. Такие разновидности

микрорельефа, как бороздчатость, бугристость, ступенчатость,

скалистость, во многом определяют характер склоновых процессов.

Для количественного анализа углов наклона и глубины расчленения

необходима стереофотографическая обработка снимков. Однако

предварительная качественная оценка этих параметров возможна и

путем визуального дешифрирования. Изучение стереопар снимков под

стереоскопом или интерпретоскопом дает весьма наглядное

представление о профилях склонов и изменениях их строения от

междуречий к долинам. Эти исследования особенно эффективны на

площадях обнаженных склонов и достаточно расчлененного рельефа.

Так же как и прочие виды тематического дешифрирования, анализ

морфометрии рельефа требует выбора снимков определенных

параметров (табл. 18).

Таблица 18

Выбор зоны спектра при дешифрировании рельефа

Тип рельефа Ведущий фактор

дешифрирования морфометрии

Оптимальная зона,

мкм

Микрорельеф элементарных

поверхностей

Аллювиальные равнины

Размеры форм больше

критических

Водотоки, увлажнение

0,55–0,65

0,76–3,0

Аридные денудационно-

аккумулятивные равнины

Литология пород, почвенный

покров

0,4–0,55

Гумидные денудационно-

аккумулятивные равнины

Растительность 0,6–0,76

Расчлененный или бугристо-

грядовый рельеф

Неравномерное освещение –

Рельеф мелководий Малые глубины 0,4–0,5

Следовательно, по данным табл. 18, инфракрасный диапазон

снимков наиболее эффективен при распознавании эрозионных форм по

увлажнению и непригоден для дешифрирования малых форм и рельефа

мелководий. Такие индикаторы рельефа, как растительность, хорошо

«работают» в красном диапазоне, а объемность форм в условиях

неравномерного освещения хорошо читается в сине-зеленой зоне

спектра.

Съемки равнинного рельефа требуют более низкого положения Солнца

(15–30

), а съемки горного рельефа более удачны при углах освещения 40–

. Морфометрические построения нежелательны как по снимкам малой

контрастности, так и по чрезмерно контрастным изображениям. Выбор

сезонности снимков особенно важен в равнинных залесенных районах, где

растительность и увлажнение играют роль индикаторов рельефа. В итоге

можно отметить, что при анализе морфометрии по прямым признакам

дешифрирования рельефа важны масштабы и углы освещения, а при

использовании косвенных признаков – сезонность и диапазоны съемки.

Аэрокосмические снимки дают разнообразную и ценную

информацию, касающуюся прямых и косвенных индикаторов, дают

возможность определить основные морфологические и