География и геология. 6.Продопользование и экологический  мониторинг.

К.г.м.н. Абрамова О.П.

Институт проблем нефти и газа РАН

Новые подходы к мониторингу экологического состояния водных объектов, находящихся под воздействием нефтегазового техногенеза

Процесс нефтедобычи нередко оказывает негативное экологическое воздействие на поверхностные водные объекты, которые загрязняются нефтепродуктами и сточными водами. Загрязнение затрагивает не только воды открытых бассейнов, но и донные осадки (ДО), которые длительное время способны выполнять роль аккумуляторов различных загрязняющих веществ [1]. При активном гидродинамическом режиме, сопровождающимся (микро)сейсмическими природными и техногенными возбуждениями, создаются условия для десорбции многих химических элементов, в том числе и тяжелых металлов – токсикантов из донных глинистых отложений в поровые рыхлосвязанные воды. Вследствие этого поровые воды становятся источником вторичного загрязнения открытых водоемов.

Десорбция микроэлементов и органических веществ (ОВ) из тонкодисперсных ДО, их растворение в поровых водах под барическими знакопеременными нагрузками, совмещенными с виброакустическим воздействием была изучена экспериментально. В опытах использовались тонкодисперсные илы акватории Каспийского моря, верхнеюрские аргиллиты Куриловско-Новоузенской зоны поднятий и нижнемиоценовые глины Западно-Кубанского прогиба. Специально разработанная методика обеспечивала проведение эксперимента в максимальном приближении к природным условиям. Выделение поровых вод осуществлялось на установке, снабженной камерой высокого давления, системой регулировки температурного и виброакустического воздействия, датчиками регистрации частоты излучения резонансных колебаний от 6 до 60 кГц. Диапазон частоты колебаний выбирался в соответствии с естественными микросейсмическими амплитудно-частотными параметрами [2]. Отжим поровых вод проводился в 2-х режимах. В режиме I моделировались условия плавного погружения пород (медленная нагрузка на образец при давлении 0– 20 МПа). В режиме II имитировалась активация физических воздействий на образцы тонкодисперсных осадков (создавались знакопеременные барические нагрузки от 0 до 20 МПа с виброакустическими колебаниями от 6 до 20 кГц мощностью 1 кВт). Эксперименты проводились в одинаковом временном (110 час) и изотермическом режимах (25 ºС).

Опыты по изучению процессов загрязнения открытых водных объектов выполнялись с помощью моделей искусственных бассейнов ёмкостью 10000 - 15000- 20000 см³. Бассейн заполнялся на ¼ объема тонкодисперсным илистым осадком и на ¾ объёма – водой, по химическому составу приближенной к морской воде с добавками солей тяжелых металлов (V, Ni, Co, Fe, Pb, Cu, Zn) и нефтепродуктов (имитация сброса сточных вод). После 72-х часового отстоя загрязненная «морская» вода сливалась, а бассейн дважды заново заполнялся «морской» водой без загрязняющих добавок. Повторные объемы воды поочередно декантировались после 72-х часового отстоя, а илистые ДО подвергались отжатию из них поровых вод в условиях двух режимов.

Химический анализ свободной воды экспериментального «бассейна» показал, что содержание большинства элементов в первично загрязненном объеме после двукратного обновления чистой водой снизилось почти до предельно допустимых величин (рисунок 1). Сдвиг динамического равновесия между ДО и поровыми (рыхло- и прочносвязанными) водами сопровождается «выбросом» ряда токсичных элементов. В поровых водах, выделенных из ДО, даже при воздействии плавных нагрузок (в режиме I) обнаружены заметно повышенные концентрации металлов и ОВ (по Сорг.). В режиме II при знакопеременных барических и вибро-акустических воздействиях содержание всех компонентов в поровых водах ДО еще более возросло: Cd, Fe, Ni, Pb, Zn – в 3 - 4 раза; Со, Сu, V – в 6 -7 раз; Мо – в 11 раз. Вместе с выходом солей тяжелых металлов отмечался рост и водорастворенных ОВ (по Сорг.).

Рисунок 1 - Диаграммы изменения содержания тяжелых металлов и органических веществ (С_орг): 1 – в свободной воде открытого бассейна (после двукратной смены объема); 2 – в поровых водах, отжатых из ДО в условиях режима I; 3 – в поровых водах, отжатых из ДО в условиях режима II.

Полученные результаты могут свидетельствовать о том, что непосредственно у минеральной поверхности ДО формируется слой относительно повышенных концентраций тяжелых металлов, а при наличии нефтепродуктов (что реально в пределах нефтегазовых акваторий) возможно образование еще более опасных комплексных металлоорганических соединений [3]. Их рассеивание в общем объеме вод бассейна происходит постепенно, поэтому не сразу отражается на изменении гидрохимических показателей водоема. Но в тех условиях, когда активизируются техногенные воздействия, возможен импульсный выброс опасных элементов, концентрации последних в поровых водах становятся значительно выше предельно допустимых (в модельных опытах даже после многократной смены воды в водоеме поровые воды донных осадков еще длительное время сохраняли высокие концентрации загрязняющих веществ).

Экспериментальное моделирование процессов загрязнения водных объектов позволяет отметить следующее: а) геохимические аномалии в ДО можно определять по составу поровых вод; б) поровые воды загрязненных ДО являются источниками пролонгированного поступления токсичных элементов в водные бассейны; в) при техногенных нагрузках даже после многократного обновления водоема чистой проточной водой, поровые воды ДО могут являться источником вторичного загрязнения водоемов и создавать угрозу отравления местных рыбных сообществ, в первую очередь, бентосных организмов; г) поровые воды ДО чутко отражают спектр загрязняющих веществ, поступающих в водоемы и водоносные горизонты; д) под действием сейсмических процессов (природных и техногенных) поровые воды тонкодисперсных осадков становятся транспортирующим агентом разнообразных, в том числе весьма токсичных микроэлементов и ОВ из глинистых пород в свободные пластовые воды.

Таким образом, при мониторинге водных экосистем для своевременного обнаружения и картирования геохимических аномалий важно проведение режимных наблюдений за геохимическими трансформациями поровых вод донных осадков открытых водных бассейнов. Для предотвращения неблагоприятных экологических ситуаций подобные исследования важно осуществлять в регионах активного техногенеза, в том числе в районах подземных газохранилищ, полигонов для закачки сточных вод и промышленных отходов.

Литература

1. Симоненко В.Ф. Абукова Л.А., Лашкевич В.С., Жилнина Т. И. Микроэлементы поровых вод как возможный индикатор продуктивности и экологической обстановки шельфовых нефтегазоносных территорий//Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. М. ГЕОС, 2002, книга 2, с.171-175.

2. Осика Д.Г., Черкашин В.И. О фундаментальных и прикладных аспектах изучения флюидного режима сейсмически активных областей и их обрамлений.//Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии. – М.ГЕОС., 2005 г. С 520-522.

3. Юсупова Л.А., Абукова Л.А., Абрамова О.П. Потери концентрированного органического вещества пород при их погружении как фактор геодинамической дестабилизации, ДАН, 2007. т. 414, № 1, с. 74-77.