ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР
реклама
ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР 496 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННОРАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ М.Н. Алексеева, Л.И. Сваровская, И.Г. Ященко Научный руководитель заведующая научно-исследовательским информационным центром ИХН СО РАН И. Г. Ященко Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН), г. Томск, Россия Анализ официальных данных по аварийности в системе нефтесбора на территории Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) показал, что в среднем за год происходит от 1600 до 2000 аварий. В результате аварий на трубопроводном транспорте загрязнено от 700 до 840 тыс. га территории Западной Сибири [4]. Наибольший вклад в загрязнение почв и угнетение растительности вносят углеводороды (нефть и нефтепродукты), хлориды и сульфаты [1, 2]. Грунт и почвенный покров ХМАО отличаются высокой обводненностью и сильной заболоченностью и характеризуется повышенной кислотностью, преобладанием восстановительных условий в профиле, широким распространением торфяных горизонтов. Цель данной работы: характеристика антропогенного загрязнения почвенно-растительного покрова при авариях в системе нефтесбора на основе собственных исследований и литературных данных. Анализ концентрации нефтепродуктов в пробах почвы, отобранных на территории ХМАО за период 2004-2009 гг., показал умеренное углеводородное загрязнение (до 1000 мг/кг) в подавляющем количестве измерений (от 83,1 до 94,3 %) [4]. К категории высокой нефезагрязненности почв с концентрацией загрязняющих нефтепродуктов более 5000 мг/кг относятся от 0,3 до 2 % почвенных образцов. Повышенная концентрация загрязняющих нефтепродуктов (5864,7 мг/кг) отмечена на Советском месторождении (200 м на юго-восток от куста 47) и на 5-ти участках Самотлорского месторождения с концентрацией загрязняющих нефтепродуктов 5185-6381 мг/кг, что превышает ПДК в 1,1–1,28 раз. При эксплуатации большинства месторождений для вытеснения нефти с целью поддержания внутрипластового давления в нефтеносные пласты закачиваются огромные объемы минерализованной воды. Поэтому, при аварийных ситуациях на промысловых нефтепроводах загрязнение почвы и водной поверхности состоит из нефти (всего 3–5 %) и пластовой воды (95–97%). Общая минерализация извлекаемых из скважин пластовых вод месторождений Западной Сибири составляет 20 - 30 г/л. Наибольшую экологическую опасность для биоценозов представляют хлориды, содержащиеся в промысловой воде, в связи с их высокой токсичностью. Хлориды и нефть оказывают угнетающее действие на растительность и почвенную микрофлору. На дренированных суходольных землях соли вымываются за 1–2 года, на болотах, особенно бессточных или при слабом внутриболотном стоке, они могут оставаться как основной токсикант десятки лет даже после ликвидации нефтяного загрязнения [1]. За период 2004–2009 гг. отмечено, что концентрация хлоридов в почвенных пробах в границах лицензионных участков определялась в широком диапазоне от 0,0005 до 20717,2 мг/кг. Средние годовые концентрации варьируют от 37,2 до 105,6 мг/кг, средние фоновые – от 17,1 до 86,5 мг/кг. Изменение уровня загрязнений хлоридами на месторождениях связано с числом аварий на промысловых и магистральных нефтепроводах и зависит от объема разлива пластовой воды и нефти. Установлено, что на нефтедобывающей территории наблюдается общая тенденция к увеличению содержания хлоридов в почве, причиной которого являются многочисленные аварии на нефтепроводе. Так, уровень концентрации хлоридов в почве на Советском месторождении – в 2007 г. составил 3854,8 мг/кг, а в 2008 гг. – 4210 мг/кг. Значительные загрязнения почвы хлоридами связаны и с разливами пластовых вод продуктивных горизонтов. Например, в пластовых водах Самотлорского месторождения содержание Cl составляет 9,2-14,5 мг/кг. Нефть и промысловые воды (заводненные пластовые воды), попадающие во внешнюю среду при авариях, кроме набора солей и углеводородов, содержат до 10 млн. клет./см3 разнообразной микрофлоры, в том числе аэробную (гетеротрофы, сапрофиты, нефтеокисляющие, денитрифицирующие) и анаэробную (сульфатредуцирующие, тионовые) группы [3]. Благодаря ферментативной активности углеводородокисляющих бактерий происходит деструкция загрязняющих углеводородов, что лежит в основе самоочищения нефтезагрязненной среды. Деструкция углеводородов нефти микроорганизмами определяется их ферментативной активностью и зависит от скорости роста и размножения. Регулировать эти процессы можно с помощью питательных субстратов. Способность бактерий к ферментативной утилизации углеводородов изменяется в зависимости от температуры, концентрации загрязнения и таксономической принадлежности. В северных районах, где короткое лето и низкая температура, процессы деструкции в открытой среде протекают медленно. Микробиологические исследования, проведенные через 2 - 7 лет на территории разлива нефти показали, что низкие температуры, высокая влажность почв приводят к низкой биологической активности углеводородокисляющих бактерий и, следовательно, к незначительной скорости разложения нефтяных углеводородов. С добавлением питательных субстратов численность микрофлоры увеличивается и скорость деструкции углеводородов нефти повышается. В результате проведенных исследований обнаружена статистически достоверная корреляция между концентрацией нефтяного загрязнения и численностью микроорганизмов с гетеротрофным типом питания. Процессы самоочищения почв от углеводородов нефти начинаются с распределения нефти по почвенным горизонтам, ее миграции, выветривания, химического и биологического окисления. Понижение концентрации нефти при ферментативном биоокислении сопровождается изменениями в 497 СЕКЦИЯ 18. ГЕОЭКОЛОГИЯ, ОХРАНА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ее структурно-групповом составе. ИК-спектрометрический анализ нефти, экстрагированной из загрязненной болотистой почвы, показал, что за период 1999–2001 гг. не произошло значительных изменений в составе функциональных групп нефтезагрязнения, а в 2007 г. в составе ИК-спектров отмечено появление новых полос поглощения (1700, 1710 см-1), соответствующих кислородсодержащим продуктам биоокисления нефти. Концентрация загрязнения почвы в 2007 г. понизилась на 30-35 % в результате процесса самоочищения и отмечено формирование разряженного растительного покрова. Хроматографический анализ экстрактов нефти в пробе, отобранной в 2007 г., показал значительное снижение концентрации н-алканов в сравнении с 2001 г., что подтверждает активизацию процессов биодеструкции нефтезагрязнения. Оценку состояния растительного покрова на нефтезагрязненных участках с высокой концентрацией хлоридов проводили с использованием космических снимков (КС), полученных с космического аппарата Landsat в 1999–2001, 2005 и 2007 гг. Используя космические снимки, по формуле [5] были рассчитаны нормализованные вегетационные индексы NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): NDVI= Pnir Pr ed , Pnir Pr ed где Pnir и Pred – значения яркости пикселя в ближнем инфракрасном диапазоне, Pred – в красном диапазоне. Значение индекса NDVI на КС Landsat является отношением разности яркостей пикселя, определенных в инфракрасном (0,75–0,90 мкм) и красном (0,63–0,69 мкм) диапазонах спектра к их сумме. В красной области спектра находится максимум поглощения солнечной радиации хлорофиллом, а в инфракрасной области спектра – максимум отражения клеточными структурами листа. Значения индексов NDVI, рассчитанных для Самотлорского и Ватинского месторождений представлены на рисунке. Для территории нефтеразливов Самотлорского месторождения значения NDVI, дешифрированные по КС 1999–2000 гг., составляют отрицательные значения (-0,02 и -0,15), что указывает на значительное угнетение растительного покрова вплоть до его полного уничтожения. Положительная динамика изменения NDVI установлена с 2001 г., значение индекса в это время составило 0,03, по снимку 2007 г. – 0,27, что свидетельствует о снижении уровня загрязнения и формировании разряженного растительного покрова на месте нефтезагрязнения. 0.40 Самотлорское месторождение Ватинское месторождение 0.32 Значения NDVI 0.30 0.27 0.20 0.10 0.05 0.03 0.00 -0.02 -0.01 -0.10 -0.11 -0.15 -0.20 19.09.1999 г. 19.07.2000 г. 15.09.2001 г. 15.07.2007 г. Рис. Значения NDVI на нефтеразливах заболоченной почвы Самотлорского и Ватинского месторождений с 1999 по 2007 гг. Труднодоступные и обширные заболоченные территории нефтедобывающих предприятий Западной Сибири не позволяют своевременно оценивать масштаб загрязнения и планировать рекультивационные мероприятия. Для оценки загрязнения окружающей среды нефтью и динамики восстановления растительного покрова использовали нормализованный вегетационный индекс NDVI, рассчитанный на основе обработки космических снимков. С использованием космических снимков оценивается восстановительная динамика нарушенных территорий. Значения полученных индексов подтверждены данными физико-химических и микробиологических анализов проб почвы и воды, отобранных на загрязненной территории. Работа выполнена при финансовой поддержке проекта РФФИ 11-05-98023-р_сибирь_а. Литература 1. 2. 3. 4. Вершинин Ю.А., Зубайдуллин А.А. Оценка экологических рисков при загрязнении болот и их рекультивации // Промышленность и экология Севера. – М., 2010. – № 6. – С. 42–50. Информационный бюллетень «О состоянии окружающей среды Ханты – Мансийского автономного округа – Югры в 2006-2007 годах». – Ханты- Мансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2008. – 117 с. Сваровская Л.И., Алтунина Л.К. Активность почвенной микрофлоры в условиях нефтяных загрязнений // Биотехнология. – М., 2004. – № 3. – С. 63–69. Природопользование и охрана окружающей среды // Официальный веб-сайт органов государственной власти Ханты-Мансийского автономного округа – Югры.URL: http://www.admhmao.ru/socium/ekologiya/index.htm#8 ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР 5. 498 Черепанов А.С., Дружинина Е.Г. Спектральные свойства растительности и вегетационные индексы // Геоматика.- М., 2009. – №3. – C. 28–32. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МОРФОЛИТОГЕННОЙ ОСНОВЫ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ГОМЕЛЯ КАК ФАКТОР ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА С.В. Андрушко Научный руководитель доцент А.П. Гусев Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины, г. Гомель, Беларусь Геоэкологические риски эволюционных изменений геосистем представлены многочисленными факторами, одним из основных факторов является преобразование морфолитогенной основы территории. Модельный район представляет собой территорию города Гомеля и непосредственно примыкающие к нему участки, общей площадью 137,6 км2. Природно-ландшафтная структура района представлена мореннозандровым (43,2%), аллювиальным террасированным (23,7%) и пойменным (33,1%) ландшафтами. К факторам риска, обусловленным техногенным преобразованием морфолитогенной основы на территории модельного района относятся: техногенные грунты, природно-антропогенные геологические процессы и техногенный рельеф. Техногенные грунты представлены насыпными, намывными и культурными грунтами. Насыпные грунты – насыпи транспортных магистралей, промышленных площадок, отвалы промышленных и бытовых отходов. Намывные грунты – массивы песков (преимущественно русловой фации аллювия), созданные в супераквальных местоположениях в целях городского строительства. Мощность этих образований на территории города достигает 7,2 м. Грунты культурных слоев характеризуются сложным составом (в том числе включают строительный и бытовой мусор, органическое вещество) и мощностью до 10,7 м [3]. В пойменном ландшафте техногенные грунты захоронили участки центральной и притеррасной поймы, в том числе низинные болота с торфяными почвами. В моренно-зандровом ландшафте – сеть оврагов на склоне коренного берега реки Сож, низинные болота (например, Горелое болото в центральной части города). В аллювиальном террасированном ландшафте – ложбины стока (например, бывшей малой реки Мильча). Техногенные отложения характеризуются значительной неоднородностью гранулометрических, физических и физико-химических свойств. Залегающие под техногенными отложениями торфа и заторфованные грунты обуславливают развитие микробиологических процессов, увеличивающих коррозионную опасность (биогенерация метана, сероводорода, углекислого газа); загрязнение песчаных грунтов органическими соединениями способствует образованию плывунов [1]. К техногенным грунтам приурочены зоны активного проявления геологических процессов: ветровая эрозия – на массивах намывных песков; суффозия – в насыпных и культурных грунтах и т.д. Учитывая указанные негативные свойства техногенных грунтов, увеличение их площади ведет к росту экологического риска. Современные геологические процессы оказывают влияние на экосистемы, качество окружающей среды, инженерные сооружения [4], поэтому являются важным фактором экологического риска. На изучаемой территории распространены такие процессы, как водная эрозия (линейная и плоскостная), ветровая эрозия (дефляция), суффозия, гравитационные процессы (оползневые, обвально-осыпные, крип), подтопление и заболачивание, осадки оснований инженерных сооружений [3].В подавляющем большинстве случаев эти процессы вызваны деятельностью человека. Эрозионные процессы проявляются во всех ландшафтах, но с разной интенсивностью и в различных формах. Так, в пойменном ландшафте существенную роль играет речная боковая эрозия, которая проявляется в подмыве и разрушении берегов [3]. Активно протекающие эрозионные процессы в моренно-зандровом ландшафте связаны с деятельностью временных водотоков. Сеть оврагов и балок (протяженностью до 2–3 км) приурочена к пограничной зоне моренно-зандрового и пойменного ландшафтов. Повсеместно на незадернованных склонах насыпей транспортных коммуникаций распространены промоины и рытвины. Плоскостная эрозия наблюдается на пахотных землях (диагностируется на космоснимках и полевыми наблюдениями). Суффозионные процессы активно развиваются в техногенных грунтах, что проявляется в образовании воронок и провалов на земной поверхности. Эти процессы приурочены к трассам подземных коммуникаций в неоднородных по гранулометрическому составу грунтах, к засыпанным оврагам, продолжающим служить естественными дренами. Одна из главных причин суффозии – утечки из водонесущих коммуникаций. Развитие суффозионных процессов может являться причиной деформаций зданий и сооружений, разрушения дорожного полотна. Подтопление территорий – опасный геологический процесс, выражающийся в повышении уровня грунтовых вод или формировании техногенного водоносного горизонта, также повышение или формирования техногенного уровня сезонной верховодки, принятый для данного вида землепользования порог геологической безопасности. Подтопление – результат действия природных и техногенных факторов. При развитии подтопления возникают угрозы: для здоровья людей (сырость в местах проживания), их благосостояния (затопление подвалов и т.д.), для экологической обстановки (угнетение древесных насаждений) и т.д. [2].Основной причиной подтопления городской территории является нарушение водного баланса за счет ухудшения естественной дренированности территории при строительстве: изменение рельефа, уничтожение
