Экологическая геология

Литература

1.Сергеев Е. М. Инженерная геология : учебник / Е. М. Сергеев. – М. :

Изд-во МГУ, 1978. – 384 с.

2.Вахромеев Г. С. Экологическая геофизика : учеб. пособие для вузов / Г. С. Вахромеев. – Иркутск : ИрГТУ, 1995. – 216 с.

3.Теория и методология экологической геологии / под ред. В. Т. Трофимова. – Изд-во МГУ, 1997. – 368 с.

4. Трофимов В. Т. Экологическая геология : учебник для вузов / В. Т. Трофимов, Д. Г. Зилинг . – М. : Геоинформмарк. 2002. – 416 с.

5.Хмелевской В. К. Геофизические методы исследования земной коры : в 2 кн. / В. К. Хмелевской. – Дубна : Международ. ун-т природы, общества и человека «Дубна», 1997.

6.Пивоваров Ю. П. Радиационная экология : учеб. пособие для студ. высш. учебн. заведений / Ю. П. Пивоваров, В. П. Михалев. – М. : Издательский центр «Академия», 2004. – 240 с.

7.Старков В. Д. Радиационная экология : учеб. пособие / В. Д. Старков, В. И. Мигунов. – Тюмень : ОАО «Тюменский дом печати», 2007. – 400 с.

171

Глава 8. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

8.1.Нефтегазовая отрасль

иохрана окружающей среды

Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии – ниже земной поверхности и дна водоемов и водостоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (Закон РФ «О недрах», 1995). Закон регулирует отношения, возникающие в связи с геологическим изучением, использованием и охраной недр территории РФ. Углеводородные ресурсы имеют стратегическое значение. Поэтому большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей природной среды при поисках, разведке и эксплуатации нефтегазовых месторождений с использованием научно-методического аппарата экологической геологии.

Коллекторами называются породы, которые могут содержать в себе нефть и газ и отдавать их, хотя бы частично, при разработке. Нефть и газ, скапливаясь в ловушке, образуют залежь, под которой подразумевают любое элементарное их скопление. Скопление образуется потому, что ловушки обычно являются участками пониженного гидростатического давления в резервуаре. Большая часть известных в настоящее время залежей приурочена к свободным изгибам пластов – антиклинальным формам.

Нефть является природным горючим полезным ископаемым, относящимся к классу каустобиолитов. Месторождения нефти, горючего газа, углей и горючих сланцев большинство исследователей относит к биохимическим осадочным отложениям. По типу использования они принадлежат к топливно-энергетическим ресурсам. Нефть состоит из органических соединений, основными являются три группы или компоненты: углеводороды, смолы и минеральные вещества. 80– 90 % нефти составляют углеводороды с примесью соединений серы, азота и кислорода.

172

Большинство современных исследователей придерживаются гипотезы органического происхождения нефти. Приуроченность нефтяных и газовых залежей к осадочным породам и химическое сходство с углем и живыми веществами свидетельство о том, что она представляет собой продукт органического вещества. Исходной органикой является древесина, угли, торф, морские растения, диатомовые илы, растительные и животные жиры, биогенные илы – смешанный растительно-животный материал. Выделяется ряд стадий преобразования органического вещества в нефть. Процесс преобразования состоит в разрыве связи высокомолекулярных соединений и глубоком восстановлении органического вещества под влиянием физических, химических и биологических факторов.

Нефтематеринской называется осадочная порода, отложившаяся в восстановительных условиях при длительном и быстром прогибании дна водоема. В ней накапливается органический материал, дающий начало нефтяным углеводородам. Основным признаком нефтематеринской породы является повышенное содержание углеводородов битумной части органического вещества. Главным условием для образования такой породы является субаквальное отложение и восстановительная среда.

Таким образом, нефть и газ, вмещающие их породы в совокупности представляют эколого-геологическую систему. Главное их отличие – наличие живого и неживого компонента. Биота, как живое, живет и функционирует в литосфере или непосредственно на ее поверхности. «Литосфера–биота» – объект исследования экологической геологии. Поэтому методический аппарат экологической геологии может быть использован в новой для нее области – формировании залежей и месторождений нефти и газа.

Залежи нефти, сформировавшиеся в ловушках, существуют не вечно. Причин их разрушения много, в том числе бактериальное окисление углеводородов.

Разведка и эксплуатация нефтегазовых месторождений с позиций экологической геологии относится к системе «литосфера

– инженерные сооружения (техногенное воздействие) – биота».

173

Предприятия нефтяной и газовой отраслей рассматриваются как источники комплексного и концентрированного воздействия на окружающую среду. Прежде всего, через лито-, гидро- и атмосферу. Последствия такого воздействия нередко проявляются на значительных расстояниях от источников. Обмениваясь с окружающей средой веществом, энергией и информацией, промышленные предприятия формируют природно-техногенную систему или технобиогеоценоз.

Воздействие объектов нефтегазового комплекса обусловлено токсичностью природных углеводородов и сопутствующих им ресурсов, разнообразием химических веществ, используемых в технологических процессах, а также спецификой добычи, подготовки, транспорта, хранения, переработки и разнообразного использования нефти и газа. Например, на участке опытнопромышленной эксплуатации Ковыктинского газоконденсатного месторождения наибольшее воздействие на окружающую среду оказывают буровые работы. Особенно скважины кустового бурения с наклонно и горизонтально ориентированным стволом, глубина которых превышает 3 тыс. м. Эти особенности определяют специфику эколого-геологического подхода при проектировании и строительстве инженерных сооружений, оценке воздействия на окружающую среду и ее охране.

8.2.Охрана воздушной среды, поверхностных

иподземных вод, геологической среды и недр, почв, растительности, животного мира

Ускоренное развитие газовой промышленности превратило ее в одну из ключевых отраслей топливно-энергетического комплекса страны, оказывающую значительное влияние на рост производительности труда и ускорение технического прогресса всей экономики страны. Доля газа в топливном балансе страны уже сейчас составляет около 50 %. Для обеспечения роста добычи газа необходимо повышение степени извлечения газа и газового конденсата, ввод новых месторождений, создание на этой базе крупнотоннажного газохимического и топливноэнергетического производства.

Наряду с вводом новых мощностей по добыче газа, требующих крупных капитальных вложений, важное место в

174

выполнении намеченной программы занимают работы по повышению эффективности разработки истощенных газовых и газоконденсатных месторождений, направленные на максимальное извлечение углеводородного сырья из недр и соответственно повышение конечного коэффициента газоконденсатного месторождения (Макаренко, 1996).

Нефтегазовая отрасль, занимая базовое положение в экономике страны, одновременно относится к числу производств, оказывающих наиболее сильное воздействие на окружающую среду (Мазур и др., 2001; Гриценко и др., 1997). Поэтому особое значение приобретает проблема обеспечения экологической безопасности этой отрасли. Эффективным приемом ее достижения являются технологии кустового безамбарного бурения, экологическое проектирование, учитывающее особенности окружающей среды в регионах.

В качестве критериев оценки воздействия на окружающую среду объектов нефтегазовой промышленности применяется ряд параметров (Временные .., 1992), выделяемых для каждого компонента окружающей среды. В последствии может быть проведен анализ того, как изменения в различных средах могут взаимодействовать друг с другом, а также анализ общей значимости воздействия на окружающую среду по всем компонентам.

Для атмосферного воздуха учитываются аккумуляция загрязняющих веществ (инверсии, штили, туман); их разложение в атмосфере (общая радиация, ультрафиолетовая радиация, температурный режим, число дней с грозами); вынос загрязняющих веществ (ветровой режим); разбавление загрязняющих веществ за счет воспроизводства кислорода (лесистость относительная, %; биомасса, т/га). Анализируются метеоусловия, способствующие концентрации вредных веществ в приземном слое. Проводятся расчеты климатических параметров по потенциальному загрязнению атмосферы для различных зон. Относительная оценка техногенного воздействия по зонам выглядит следующим образом. Зона, в пределах которой концентрации загрязняющих веществ превышают уровни чрезвычайно опасного состояния воздушного бассейна, считается

175

зоной крайне сильного антропогенного воздействия. Зона, в пределах которой достигается предельно допустимая концентрация (ПДК) – сильного воздействия, от ПДК до 0,5 ПДК

– среднего и меньше 0,5 ПДК – слабого воздействия. Необходимо при этом учитывать суммарный эффект загрязнения. Гигиеническая оценка состояния воздушного бассейна проводится путем сравнения реальных концентраций основных загрязнителей с санитарно-гигиеническими нормами ПДК.

Для поверхностных и подземных вод оценка их состояния включает – санитарно-гигиенические требования, пригодность для питьевого и технического водоснабжения, самоочищающая способность, ресурсы, напряженность водного баланса, коэффициент нормативной нагрузки сточными водами на водоемы, куда предлагается сброс сточных вод. Качественное состояние водных объектов определяется путем сравнения концентрации нормируемых загрязняющих веществ в воде со значениями ПДК для данной категории водоема. Интегральную качественную оценку ресурсов поверхностных вод по степени благоприятности к промышленному освоению следует проводить с учетом факторов водности, скорости течения, экспозиции склона, залесенности берегов, плотности населения, промышленного потенциала, наличия водного транспорта, фонового загрязнения, биохимической потребности в кислороде, концентрации водородных ионов.

Необходимым элементом оценки геологической среды является характеристика грунтовых условий и проявления геологических процессов при освоении территории. Выявляются участки различной степени устойчивости горных пород и степени проявления процессов. Региональные факторы геологической защищенности грунтовых вод определяются мощностью водоупорных пород в разрезе зоны аэрации. К региональным факторам защищенности напорных вод первого от поверхности напорного горизонта относятся мощность глин первого регионально выдержанного водоупора. Локальные факторы, нарушающие защищенность подземных вод, это линзы песков, погребенные долины, участки питания грунтовых вод, литология пород зоны аэрации, мощность слабопроницаемых отложений в разрезе зоны аэрации.

176

При оценке устойчивости геологической среды особое значение придается физико-механическим свойствам грунтов и гидрогеологическим условиям для карста. При оценке селевых процессов используются такие критерии, как частота схода и масштабность процессов.

Для оценки оползнеопасных явлений учитываются формы рельефа, условия залегания ослабленных зон, прочность на сдвиг, тип механизма смещения, льдистость ММП, температурный режим, техническая нарушенность пород, гидрогеологические условия разгрузки подземных вод.

Оценку устойчивости многолетнемерзлых пород (ММП) следует связывать с температурой, составом, льдистостью и просадочностью пород. Важным критерием является показатель просадочности при оттаивании, на основе которого определяются категории ММП при инженерно-геологическом обосновании всех наземных и полузаглубленных нефтепромысловых сооружений. Применительно к каждой категории ММП применяются соответствующие методы прокладки трубопроводов, принцип выбора типов фундамента, заглубления резервуаров, характер сооружения амбаров и т. п. Для обеспечения технической безопасности необходим прогноз образования сквозных и несквозных таликов.

Строительство и эксплуатация объектов нефтегазового комплекса оказывает сильное воздействие на почвеннорастительный покров и животный мир. Поэтому проводятся измерение, оценка и прогноз изменений абиотической составляющей и ответной реакции биоты на эти изменения. Состояние почв определяется физико-химическими параметрами, характеризующими изменения ее параметров в пространстве и во времени. Биологические свойства почв характеризуются набором функциональных и структурных параметров. Важным показателем состояния почвенно-растительного покрова является его нарушенность экзогенными геологическими процессами, пораженность территории, активность и интенсивность развития.

Решающее значение в поддержании устойчивого состояния почвы оказывает жизнедеятельность почвообразующих организмов. К наиболее важным почвенно-биологическим процессам относятся превращение органической составляющей

177

почвы, превращение минеральной составляющей почвы, ее разрушение, создание биологической массы. Функциональные связи между органической и минеральной составляющими почвы осуществляются ферментативно. Такой подход может быть использован для оценки интенсивности и направленности экологической активности почвенно-биологических процессов. Для оценки химического состояния, формирования и развития почв может быть использована система показателей, включающая совокупность химических и биологических параметров: содержание аммонийного и нитратного азота, подвижных фосфатов, гумуса, величина рН. Показателем производительности почвы служит масса полезного биологического вещества.

Показателем загрязненности служит процентное содержание нефтяных углеводородов, хлорид – и сульфат-ионов. Загрязненность почвы нефтяными углеводородами, высокоминерализованными водами и другими загрязняющими веществами может быть установлена путем сравнения фактического количества загрязняющего вещества в почве с предельно-допустимыми нормами или фоновым их содержанием. Оценка почвенно-мелиоративного состояния земель по загрязненности высоко минерализованными водами производится по данным анализа по плотному осадку, содержанию хлора и сульфатов. Для оценки фауны используются показатели видового состава, встречаемости, распространения, продуктивности, промысловой значимости. Учитываются границы популяций или ареалов, наличие редких и краснокнижных видов, типы угодий или местообитаний, наличие кормовых, защитных, гнездовых и других стаций.

Большое значение для нефтегазовой отрасли придается социальным и эколого-экономическим вопросам. При оценке альтернативных проектных решений могут быть использованы следующие критерии: комплексное социально-экономическое развитие региона на базе отрасли; повышение жизненного уровня населения, комфортности его проживания, уровня культурнобытового обслуживания, архитектурно-ландшафтных, рекреационных и санитарно-гигиенических условий, состояния здоровья.

178

8.3.Оценка экологического риска

иаварийных ситуаций

Опасность и риск – связанные между собой и взаимно зависимые понятия. Опасность – возможность, угроза чего-либо неблагоприятного, способного принести вред. Опасность определяется ущербом, который может оцениваться качественно и количественно, в натуральных или денежных показателях. Риск

– это действие на удачу в надежде на успех задуманного мероприятия. Риск – вероятность опасности. Вероятность наступления неблагоприятно события определяется от 0 до 1, или от 0 до 100 %. Риск и опасность – понятия социальные. Они возникают в различных общественных отношениях. Рассматривают экономические, производственные, политические, экономические, экологические и другие критерии риска. Опасность и риск проявляются в определенной ситуации. Для их оценки обязательна целевая установка, направленная на решение поставленной задачи, достижение намеченной цели.

Экологическая опасность (ЭО) и экологический риск (ЭР)

находятся в сфере взаимодействия общества и природы. Взаимоотношения человека и его действия, происходящие вне окружающей природной среды, к экологическим отношениям не относятся. Критериями ЭО и ЭР является связь человека с природой, протекающие между ними процессы (рис. 8.3.1).

1 8

6 7 4

3 5 2

179

Рис. 8.3.1. Виды и сферы проявления экологических рисков.

1 – природа (природные риски), 2 – хозяйство (производственные, техногенные и экономические риски), 3 – население (социальные риски), 4 – природно-хозяйственные риски, 5 – социально-хозяйственные риски, 6 – природно-социальные риски, 7 – природно-социально-хозяйственные риски (интегральная оценка), 8 – ситуация и целевая установка

Основой возникновения таких отношений служат

экологические факторы, подразделяемые на события и действия.

Факторы, или условия, в которых протекает человеческая деятельность, могут быть природными и социально-хозяйствен- ными.

События, которые возникают и порождают экологические отношения, происходят как с участием человека, так и помимо его воли. К первым относятся преднамеренные и случайные действия, например, не продуманные и совершенные по неосторожности. Вторые выступают как природные явления. Например, землетрясения и извержения вулканов, бури и наводнения. Но и они часто являются следствием непродуманной деятельности человека. Это стихийные бедствия, возникающие по чисто естественным причинам, но усугубляющиеся вследствие бездействия или неправильных действий людей. Таким образом, ЭР является следствие двух факторов – воздействия человека на окружающую природную среду, и природы на человека. ЭР может, также, проявиться при совместном участии двух указанных факторов, внешней и внутренней среды.

Действия, или антропогенная деятельность, рассматриваются как основная причина возникновения ЭР. В результате природопользования наносится вред окружающей среде, а через нее прямо (непосредственно) или косвенно (опосредованно) человеку. Действия или поступки человека могут быть экологически позитивными и негативными. В результате первых ЭР снижается. Такие действия направлены на охрану, рациональное использование, восстановление или снижение нагрузок на окружающую природную среду. К увеличению ЭР приводят нарушения правил природопользования, конфликтные или противоречивые

180