CC BY
97
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 3 (16)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 502.2:658.567.5
К обоснованию гидрогеологического мониторинга на примере Оренбургского нефтегазового комплекса
Е.Б. Савилова3, А.Я. Гаева, В.Г. Гацковъ, Ю.А. Килинс, Т.И. Якшинаа
аОренбургский государственный университет, 460018, Оренбург, пр. Победы, 13, к. 3222. E-mail: [email protected] ьКНиВЦ «Геоэкология», 460000, Оренбург, ул. Гагарина, 5 E-mail: [email protected] сИнститут карстоведения и спелеологии ПГНИУ, 614990, Пермь, ул. Буки-рева, 15. E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 5 мая 2011 г.)
Для прогнозной оценки состояния природных вод территории теоретически обоснованы мероприятия с построением схемы типизации территории по уязвимости к загрязнению и схемы типизации территории по народно-хозяйственной ценности земель и природных ресурсов. На основе этих схем предлагается оценивать уязвимость водных объектов к загрязнению и рассчитывать необходимую плотность сети мониторинга.
Ключевые слова: нефтегазовый комплекс, минимизация техногенной нагрузки, мониторинг, типизация территории.
Оренбургский нефтегазовый
комплекс (ОНГК) расположен в центральной части Оренбуржья и работает на базе Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ), открытого в 1966 г. и эксплуатируемого с 1974 г. [1, 2]. Месторождение уникально по запасам и составу газов. В состав НГК входят гелиевый и Оренбургский газоперерабатывающий завод (ОГПЗ), один из крупнейших в Европе. Ввод в эксплуатацию ОНГК стимулировал развитие региона, его энергетики, промышленности и сельского хозяйства. Только в Оренбургском промузле количество предприятий возросло до двухсот. Недостаточное совершенство технологий предприятий и хозяйств стало причиной
резкого роста техногенной нагрузки на природные воды и окружающую среду (ОС). Начали развиваться процессы загрязнения и подтопления застраиваемых территорий, истощения ресурсов пресных вод и техногенной трансформации поверхностного и подземного стока. Природоохранными службами зафиксировано неблагоприятное состояние природных вод и здоровья населения района. Возникла острая необходимость создания системы контроля (мониторинга) за состоянием водных ресурсов и здоровьем населения. Поэтому вопросы гидрогеоэкологической оценки состояния района и обеспечения экологической безопасности населения на территории влияния ОНГК стали весьма актуальны-
© Савилова Е. Б., Гаев А.Я., Гацков В.Г., Килин Ю.А., Якшина Т.И., 2012
80
ми. Возникли задачи их научного обоснования, разработки мероприятий по минимизации техногенной нагрузки и контроля за ситуацией в условиях развития процессов техногенеза. Для их решения необходимо:
- изучить гидрогеоэкологическое состояние территории;
- построить карту источников загрязнения исследуемой территории;
- выполнить ее типизацию по уязвимости геологической среды (ГС) к загрязнению и оценить техногенную нагрузку на природные воды;
- разработать рекомендации по минимизации этой нагрузки на гидросферу и природный комплекс.
В качестве исходного материала для решения этих задач использованы материалы, собранные с участием авторов не только в полевых условиях, но и в государственных и ведомственных фондах: в Комитете по природным ресурсам, в лаборатории Оренбургского госуниверси-тета, в отделе Геоэкологии ОНЦ УрО РАН, в Оренбургском областном комитете статистики. В работе использованы результаты химического анализа проб поверхностных и подземных вод, снега, почв, грунтов и илов, отобранных вблизи источников загрязнения. Проработаны также опубликованные и фондовые материалы по результатам изучения природных вод, геологической среды и процессов загрязнения в России и за рубежом.
Для выбора методов гидрогеоэкологических исследований выполнен анализ многочисленных источников по теории и практике оценок экологического состояния природного комплекса. Широко использованы методы гидрогеоэкологического картографирования [1, 5], моделирования и дистанционных исследований природных и техногенных процессов на изучаемой территории. Для статистической и графической обработки материалов применялись методы и средства из пакетов программ Excel, Microsoft Photo Editor и PowerPoint.
Значительные зоны загрязнения природных вод сформировались вокруг Оренбургского ГПЗ, гелиевого завода, промышленного района г. Оренбурга, животноводческих комплексов, сельскохозяйственных полей и садов, где используются удобрения и ядохимикаты, а также в районе складов сельхозхимии. Загрязнение питьевой воды, почв и пищевых цепей соединениями азота, ртутью, свинцом и тяжелыми металлами вызывает аллергию у населения. Загрязнение пойм рек усиливается необоснованным размещением здесь пашни, огородов и бахчи вплоть до уреза воды в реке. Заболеваемость населения усиливается применением в качестве удобрений шлаков и золы. Широкое применением изотопов обусловило повышение уровня радиации в Оренбуржье, что вызвало не только рост онкологических заболеваний, но и разнообразные поражения людей с ослабленным здоровьем, включая метгемоглобинемию и болезни, от которых прежде всего страдают дети. Поражение их организмов начинается еще в утробе ослабленной матери, которая не может выносить полноценный плод. Эти обстоятельства привели к угрожающе массовому послеродовому травматизму детей в области головного и спинного мозга. Произошел рост рождаемости числа неполноценных детей, для которых необходимы вспомогательные детские и специальные медицинские учреждения.
Бурение сотен скважин разного назначения на Оренбургском месторождении вызвало перетоки флюидов с глубин в 3 км и более в верхнюю часть разреза. Активизировалась также миграция углеводородов к дневной поверхности при аварийных выбросах, что вызвало загрязнение природных вод и ОС. Поэтому возникли задачи изучения факторов, очагов загрязнения и условий миграции загрязняющих веществ с разработкой мероприятий по снижению и ликвидации очагов загрязнения. Важнейшие очаги загрязнения обусловлены сбросом
сточных вод в водоемы. Для оценки их влияния на природные воды необходимо совершенствование системы мониторинга на основе применения наземных и дистанционных методов исследований. Существующие системы мониторинга имеют значительные недостатки в связи с ведомственной разобщенностью органов контроля, отсутствием научно-обоснованной программы и реальной власти у органов госконтроля. Нет и требуемого уровня компетентности и профессионализма.
Использование дистанционных методов в комплексе с наземными при построении и анализе тематических гидрогеоэкологических, гидролого-гидро-гео-логических, геохимических, геоморфологических, структур но-тектониче-ских и климатических карт и схем позволяет выявить участки техногенной трансформации природных вод под влиянием техногенных объектов. Загрязняющие вещества делятся на консервативные и неконсервативные. Совокупность всех геохимических полей, генетически, пространственно и во времени связанная как с природными, так и с техногенными объектами (техногенноприродная геохимическая систем), определяет условия жизнедеятельности человека.
Многочисленными исследователями установлено, что на экологическую ситуацию в горнодобывающих районах оказывают влияние эндогенные процессы, проявляющиеся на поверхности земли и в ее недрах через тектонически ослабленные зоны. Так, установленные дистанционными методами линеаменты и кольцевые структуры являются границами структурных, геолого-геоморфоло-гических, неотектонических и других элементов и отражают их на поверхности земли в виде аномалий, ареалов и потоков загрязнения. Экологическую ситуацию мы оцениваем по наличию и числу техногенных объектов в районе исследований, объему их отходов и выбросов в гидросферу, атмосферу и лито-
сферу. Поэтому очевидно, что необходимо разрабатывать и внедрять единую территориальную систему мониторинга, без которой невозможно нормировать выбросы предприятий и перейти на малоотходные технологии. Особенно важно ограничить и локализовать техногенную трансформацию на водохозяйственных объектах.
Экологически сложная ситуация на территории ОНГК сложилась в связи с концентрацией промышленных объектов на участках и площадях, не устойчивых к техногенному воздействию [2, 3, 4]. Единый территориальный контроль за системой технология - природный комплекс - здоровье населения отсутствует, контроль за элементами этой системы ведется разобщенно и плохо. Этим объясняются прогрессирующая деградация природного комплекса, высокий уровень заболеваемости, смертности и низкая продолжительность жизни людей. Для создания единой территориальной системы контроля необходимо выполнить паспортизацию всех техногенных и техногенно нарушенных объектов. Для контроля за здоровьем населения следует внедрять микробиологические тесты, например, на антилиза-цимную активность стафилококков, особенно для контактирующих с атмосферой, содержащей сероводород. Анализ результатов аэрокосмических съемок с разной степенью генерализации позволил прийти к выводу о возможности одновременного слежения за состоянием и динамикой изменения здоровья населения и природным комплексом. Это дает возможность по контрольным точкам мониторинга интегрально интерпретировать информацию по всему полю исследуемой территории. Изучение ее в разных зонах спектра позволяет выявлять закономерности строения гидросферы и происходящих в ней процессов, используя информацию по эталонным участкам и экстраполируя ее на всю изучаемую площадь. Результаты применения комплекса наземных и дистанцион-
ных методов отражают:
- особенности строения и состава гидросферы;
- качество параметров природных вод, определяющих здоровье людей;
- закономерности строения гидросферы, ее типизацию по уязвимости к загрязнению и по ценности природных ресурсов территории;
- схемы и модели водо- и природопользования, не допускающие отклонения показателей здоровья людей и ОС, а также продуктивности биоценозов исследуемой территории ниже заданного уровня.
Предлагаемую систему наземно-аэрокосмического мониторинга рекомендуется непрерывно оптимизировать, как и модели, положенные в ее основу, конкретизируя их и превращая из плоских в объемные. Возникла возможность выполнить типизацию территории по уязвимости к загрязнению и по хозяйственной ценности земель с учетом структуры техногенной нагрузки и способности ГС к самоочищению. При построении схемы типизации по уязвимости к загрязнению использована карта элементарных геохимических ландшафтов (рис. 1).
Типы районов выделяются с учетом балльной оценки и значения МПдв, т/км2 в год (рис. 2). Выделены 1 - слабо уязвимые типы районов, рекомендуемые к неограниченному хозяйственному использованию, с оценкой до 1 балла, Мпдв 50^70 т/км2 в год и с минимальными затратами на охрану окружающей среды (ОС); 2 - уязвимые типы районов - 1^2 балла, МщВ 20^50 т/км2 в год, рекомендуемые к ограниченному использованию, но с приемлемыми затратами на охрану ОС; 3 - значительно уязвимые к загрязнению - 2^3 балла, Мпдв 5^20 т/км2 в год, рекомендуемые к весьма ограниченному использованию с высокими затратами на охрану ОС; 4 - весьма уязвимые к загрязнению типы районов, оцениваемые более чем в 3 балла (Мпдв менее 5 т/км2 в год), рекомендуемые к исключительно ограниченному
Рис.1. Карта элементарных геохимических ландшафтов (по А.А. Чибилеву (1992) и С.В. Юриной (2000) с дополнениями авторов) :
А. Подчиненные элементарные геохимические ландшафты: 1 - аквальные, субаквальные и супераквальные (пойменные), 2 — неоэлювиаль-ные (надпойменно-террасовые); 3 — субаквальные (долинно-балочные). Б. Автономные элементарные геохимические ландшафты: 4 — трансэлювиальные (долинно-плакорные), 5 — элювиальные (водораздельно-плакорные); 6 -территория города Оренбурга
использованию. Границы между районами с разной уязвимостью к загрязнению и соответственно с неодинаковой плотностью наблюдений проводятся по результатам наземных и дистанционных исследований с учетом геоморфологических, гидрогеологических, неотектонических и геохимических особенностей территории.
В результате исследований построена схема типизации территории и по уровню детальности мониторинговых наблюдений (рис. 3).
Итак, система гидрогеоэкологического мониторинга на территории ОНГК должна совершенствоваться с учетом уязвимости к загрязнению, народно-хозяйственной ценности вод и земель, направления поверхностного и подземного стока и особенностей неотектоники.
Задачей мониторинга является переход к управлению экологической ситуацией путем внедрения профилактических водоохранных мероприятий и научнообоснованного размещения новых произ-
водственных объектов. Вокруг предприятий сформировались зоны «повышенного риска» по загрязнению природных вод. Так, выбросы углеводородов происходят вокруг эксплуатационных скважин, на установках комплексной подготовки нефти и газа, при добыче, переработке и транспортировке углеводородов. Для уменьшения загрязнения водного бассейна предлагается изменять режим работы технологического оборудования предприятий в зависимости от метеоусловий с остановкой отдельных установок в случае крайне неблагоприятных условий.
Рис. 2. Схема типизации территории по уязвимости к загрязнению в зоне влияния Оренбургского НГК (по А.Я. Гаеву [1], с уточнениями авторов): 1 - слабо уязвимые (до 1 балла; МПдв 50-70 т/км2 в год), рекомендуемые к неограниченному использованию с минимальными мероприятиями по охране окружающей среды (ОС); 2 - уязвимые (1-2 балла; МПдВ 20-50 т/км2 в год), рекомендуемые к ограниченному использованию с приемлемыми затратами на охрану ОС; 3 - значительно уязвимые (2-3 балла; МПдВ 5-20 т/км2 в год), рекомендуемые к весьма ограниченному использованию с высокими затратами на охрану ОС; 4 -весьма уязвимые (более 3 баллов; МПдВ менее 5 т/км2 в год), рекомендуемые к исключительно ограниченному использованию; 6 - контур месторождения
Для оздоровления района следует перейти к крупномасштабным посадкам лесонасаждений на площади до 20 % территории (против 2,5 % в настоящее
время). Следует проводить мероприятия по облесению супераквальных ландшафтов, а в трансэлювиальных и элювиальных засаживать в основном балки, ложбины стока, краевые и приподнятые участки конусов выноса и прочие неу-годья. Необходимо рекультивировать карьеры на горе Маяк, Сулак, Хусаиновой, где в прошлом велась добыча строительных материалов. Именно в карьерах происходит интенсивное проникновение загрязняющих веществ в водоносные горизонты; наблюдаются оползневые явления, активизация карста (на Хусаиновой горе), суффозии, линейной эрозии и др.
Рис. 3. Схема типизации территории Оренбургского НГК по уровню детальности мониторинговых наблюдений (составили А.Я. Гаев, Е.Б. Савилова и др.): 1 - районы практически неограниченного использования, где система наблюдения ограничена отдельными точками за пределами СЗЗ, с локализацией поверхностного стока и планировкой местности; 2 -районы широкого хозяйственного использования с минимальными затратами на систему мониторинга и охрану природных вод; 3 -районы ограниченного использования со значительными затратами на систему мониторинга и с очень большими затратами на охрану природных вод от загрязнения; 4 - районы, рекомендуемые к систематическим и наиболее детальным наблюдениям при исключительно ограниченном хозяйственном использовании территории; 5 - контур Оренбургского газоконденсатного месторождения
В пределах зон сосредоточения пресных подземных и поверхностных вод, а также в пределах наиболее ценных земель необходимо организовать строгий режим с ограничениями и санитарно-защитными зонами.
Таким образом, для формирования единой системы мониторинга и решения гидрогеоэкологических проблем на территории Оренбургского НГК предлагается использовать особенности природных закономерностей территории и применять разработанные нами научно-обоснованные проектные, инженерно-организационные и архитектурно-планировочные мероприятия. Организация мониторинга за состоянием здоровья населения, компонентов окружающей среды и техногенными системами позволяет охватить все направления, отражающие проблемы экологии человека. Необходимо создать системы мониторинга на всех промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, которые должны войти в состав единой территориальной системы контроля за здоровьем населения, состоянием природных вод и технических систем.
Выводы
1. Плотность наблюдений в системе мониторинга на урбанизированной территории ОНГК определяется объемом и интенсивностью поступления в ОС химических элементов, участвующих в техногенном цикле миграции вещества, которые нередко превышают соответствующие их значения в природном цикле.
2. Ареалы загрязнения не ограничиваются распространением в пределах природных вод или почв, а развиваются во всех компонентах ОС, взаимодействуя с техногенными объектами, что следует учитывать при оптимизации плотности
Библиографический список
1. Гаев А.Я. Гидрогеохимия Урала и вопросы охраны подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. 368 с.
2. Гаев А.Я., Алферов И.Н., Гацков В.Г. и др. Экологические основы водохозяйственной деятельности (на примере Оренбургской области и сопредельных районов)/ под ред. А.Я. Гаева; Перм. ун-т. Пермь; Оренбург, 2007. 327 с.
наблюдательной сети в системе мониторинга. Максимальное загрязнение поверхностных и подземных вод согласуется с таким же значительным загрязнением атмосферного воздуха, почв, грунтов и растительности.
3. Дальнейшее развитие гидрогеоэкологического мониторинга должно идти по пути формирования единой территориальной сети, руководствуясь теми же критериями, что и дальнейшее размещение производительных сил. В основу того и другого рекомендуется положить схему типизацию территории по уязвимости к загрязнению и уточнять возможное размещение барьерных устройств для локализации загрязняющих веществ.
4. Для прогнозной оценки состояния природных вод территории выполнено теоретическое обоснование мероприятий с построением схемы типизации территории по уязвимости к загрязнению и схемы типизации территории по народно-хозяйственной ценности земель и природных ресурсов. На основе этих схем предлагается оценивать уязвимость водных объектов к загрязнению и необходимую плотность сети мониторинга.
5. Таким образом, система мониторинга должна планироваться в тесной связи с мероприятиями по минимизации техногенной нагрузки на природные воды и реализовываться путем построения и внедрения схемы экологического обоснования перспективного размещения производительных сил.
3. Гаев А.Я., Алферов И.Н., Алферова Н.С. и др. Экологическая емкость геологической среды // Подземная гидросфера: матер. Всерос. совещания по подзем. водам востока России. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. С. 366-369.
4. Гаев А.Я., Гацков В.Г., Ибрагимов Р.Л. и др. Методы исследования и защиты водохозяйственных объектов горнодобывающих районов / под общ. ред. А.Я. Гаева;
Перм. ун-т. Пермь; Оренбург, 2006. 229 с.
5. Самарина B.C., Гаев А.Я., Нестеренко Ю.М. и др. Техногенная метаморфизация химического состава природных вод (на
примере эколого-гидрогеохимического картирования бассейна Урала, Оренбургская область). Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. 444 с.
To Hydro-Geological Monitoring Substantiation on an Example of the Orenburg Oil and Gas Complex
E.B. Savilovaa, A.Ya. Gaeva, V.G. Gackovb, Yu.A. Kilin c, T.I. Yakshinaa
aOrenburg State University, 460018, Orenburg, Pobeda st., 13, of. 3222 E-mail : gayev@mail .ru b KNiVC «Geoecologia», 460000, Orenburg, Gagarin st., 5. E-mail: maneb-or @mail.ru c Karstology and Speleology Institute of PSNIU, 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: [email protected]
The actions on theoretical substantiation with the scheme construction of the territory typification on vulnerability to pollution and territory typification schemes on economic value of the earths and natural resources are executed for a look-ahead estimation of the territory natural waters. On the base of these schemes it is offered to estimate vulnerability of water objects to pollution and necessary density of monitoring network. Key words: oil and gas, minimization technogenic impact, monitoring, typification of territory.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук С.М. Блинов
