ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И РАЙОНИРОВАНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ПРИКАСПИЯ (В ПРЕДЕЛАХ АСТРАХАНСКОЙ

На правах рукописи

Гоман Антон Владимирович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И РАЙОНИРОВАНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ПРИКАСПИЯ (В ПРЕДЕЛАХ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата географических наук

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии

Астраханского государственного университета

Защита состоится «24» апреля 2010 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Текст автореферата диссертации размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета: http://aspu.ru .

Автореферат разослан «23» марта 2010г.

Отзыв на автореферат (2 экземпляра заверенных печатью) просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1. АГУ, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04. Факс (8512) 44-02-24, E-mail: miolin76@mail.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования обусловлена научно-производственной необходимостью оценки техногенных процессов, развивающихся в атмогидролитосфере эксплуатируемого Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и прогнозной оценки техногенных явлений перспективной на нефтегазоносность территории Прикаспия.

Цель работы. Изучение антропогенного воздействия горнодобывающей деятельности на подземные воды четвертичного водоносного комплекса Прикаспия (в пределах Астраханской области). Геоэкологическая оценка и районирование.

Основные задачи исследования.

1. Изучение условий формирования состава подземных вод при освоении нефтегазовых месторождений территории Прикаспия по показателям минерализации, сульфатных и азотных соединений, кислых рН.
2. Выявление геоэкологического состояния подземных вод на территориях нефтегазового освоения в условиях аридного климата и факторов, определяющих их геоэкологическую безопасность.
3. Оценка процессов геоэкологической защищенности по геохимическому признаку четвертичного водоносного комплекса Астраханского Прикаспия от влияния антропогенного воздействия в условиях освоения нефтегазовых месторождений, составляющих базовую основу геоэкологической безопасности.
4. Районирование территории Прикаспия (в пределах Астраханской области) по гидрогеохимическим признакам геоэкологической защищенности от антропогенного влияния в условиях освоения нефтегазовых месторождений.
5. Экспериментальное моделирование техногенных процессов на основе натурных данных.

Указанные задачи обусловлены слабой изученностью геоэкологических явлений и процессов на территории нефтегазового освоения и необходимостью разработки достоверных приемов решения для этих территорий задач экологической безопасности в аридных условиях. Выбор объектов исследований (например, М и т.д.) обоснован, во-первых, тем, что компоненты природных систем наиболее подвержены техногенному влиянию эксплуатации нефтегазовых месторождений, имеют широкое распространение как в природных, так и в техногенных условиях, а также слабой изученностью миграционных процессов в аридных условиях.

Фактический материал и методика исследования.

В основу исследований легли материалы, полученные автором в ходе полевых и лабораторно-экспериментальных работ, проводимых ОАО «Астрахань ГАЗПРОМ» и Астраханским государственным университетом. Использованы данные кафедры гидрогеологии МГУ им. М. В. Ломоносова, а также фондовые данные ООО «АстраханьНИПИгаз», Астраханьгипроводхоза, Астраханской геологической экспедиции и др.

Основа методики исследований – естественноисторический анализ натурных данных, в котором используются методы генетического классифицирования, картирования, районирования; лабораторного эксперимента; балансовых и др. расчетов; систематизаций; отдельные статистические приемы.

Научная новизна работы:

– Впервые посредством обобщения большого натурного материала путём его естественноисторического анализа, статистических приёмов, гидрогеохимических расчётов, картографирования, экспериментального моделирования и др. для природно-техногенных условий территории АГКМ выявлена структура техногенной области четвертичного водоносного комплекса с установившимися гидрогеодинамическими и гидрогеохимическими особенностями

– Впервые для территории Прикаспия на примере АГКМ оценена ведущая роль физико-химических процессов в системах «техногенные растворы–порода зоны аэрации» и «техногенные растворы–природная подземная вода» приводящих к снижению концентраций химических компонентов в этих системах.

– Выявлены и систематизированы процессы комплексного воздействия химических компонентов атмосферы и наземных техногенных источников на подземные воды в условиях освоения нефтегазовых месторождений.

– Обоснована геоэкологическая защищенность подземных вод четвертичного водоносного комплекса по ряду геохимических процессов и выполнена классификация данных процессов для условий освоения нефтегазовых месторождений Прикаспия и аридных областей. Предложены приемы количественной оценки геохимических процессов геоэкологической защищенности подземных вод и проведено экспериментальное лабораторное моделирование.

– Установлено, что максимальное проявление геоэкологической защищенности по геохимическому признаку происходит при формировании смесей производственных стоков и других техногенных растворов с подземными водами в пределах техногенной области. Впервые предложен метод установления границ техногенной области подземных вод.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Формирование состава подземных вод четвертичного водоносного комплекса в условиях освоения нефтегазовых месторождений посредством комплекса геохимических процессов в зоне аэрации и подземных водах, снижающих концентрацию подавляющего большинства компонентов подземных вод природного генезиса.
2. Гидрогеохимическая структура четвертичного водоносного комплекса в условиях освоения нефтегазовых месторождений представлена сочетанием природной и техногенной областей. Техногенная область состоит из подобластей: 1 – внутренняя, с геохимической неоднородностью смесей, формирующихся при смешении слабо минерализованных техногенных растворов с минерализованными подземными водами природного генезиса; 2 – внешняя, где смеси распространяются с увеличивающейся в направлении техногенного потока минерализацией до фоновой. Техногенные границы для условий Астраханской области ориентировочно через 5 лет приближаются к стационарным, указывающим на завершение формирования техногенного режима.
3. Типизация геоэкологической защищенности подземных вод по геохимическому признаку. Значимые процессы (по характеру проявления и количественным оценкам) представлены: 1 – в зоне аэрации а) нейтрализацией кислых атмосферных осадков при сернокислотном взаимодействии с карбонатными соединениями пород; б) удалением из стоков аммония посредством адсорбции песками, характеризующимися значительной емкостью; 2 – в водонасыщенной части водоносного комплекса – образованием смесей с минерализацией ниже природных подземных вод (20-30 г/л) вследствие их смешения со слабоминерализованными (2-3 г/л) стоками и атмосферными осадками.
4. Районирование территории АГКМ и Прикаспия по геохимическим признакам геоэкологической защищенности подземных вод, обеспечивающее значительный процент экологической безопасности в условиях освоения нефтегазовых месторождений.

Теоретическое и практическое значение работы.

Полученные в ходе диссертационного исследования результаты и научно-практические разработки использованы при планировании комплексной системы защиты природных сред Прикаспия (в пределах Астраханской области) и других аридных территорий от влияния антропогенного воздействия при освоении нефтегазовых месторождений. Материалы работы готовы к ориентированию дальнейших мониторинговых работ на установление в достоверных границах области техногенного формирования подземных вод.

Полученные данные контроля о геохимических признаках геоэкологической защищенности подземных вод учитывают в проектах освоения нефтегазовых месторождений АГКМ, ОГКМ, ТНМ и др.

Финансирование научных исследований выполнялось Федеральным агентством по образованию (Грант: А04-2.13-694, 2004 г).

Апробация работы. Основные положения работы и рекомендации апробированы на научно-практических конференциях всероссийского и международного уровня, наиболее значимые из них: VI Всероссийская научно-практическая конференция «Биосфера и человек: проблемы взаимодействия» на базе Пензенской государственной сельскохозяйственной академии (Пенза, 2002); Всероссийская научно-практическая конференция «Экологические проблемы промышленных городов» на базе Саратовского государственного технического университета (Саратов, 2003); Всероссийская научная конференция, посвященная 200-летию Казанского государственного университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем» (Казань, 2004); Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и научных работников «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» на базе Астраханского госуниверситета (Астрахань, 2002–2009); V Международный Симпозиум «Минералогические музеи» на базе Санкт-Петербургского государственного университета и Кристиан-Альберхтс-университета (Санкт-Петербург, Киль (Германия), 2005); Международная конференция «Проблемы геологии и разведки полезных ископаемых» на базе Томского политехнического университета (Томск, 2005, 2007); Ломоносовские чтения на кафедрах геоэкологии и гидрогеологии МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, 2007). А так же были отмечены на всероссийском конкурсе молодых авторов в рамках международной научной конференции “Фундаментальные проблемы нефтегазовой гидрогеологии”, 2005» на базе Российского государственного университета им. И. М. Губкина, Научного совета по проблемам геологии и разработки месторождений нефти и газа (Отделение наук о Земле, РАН) и Института проблем нефти и газа РАН.

Личный вклад автора заключается в сборе и обобщении большого натурного материала, выполнении естественноисторического анализа с применением статистических приёмов, гидрогеохимических расчётов, картографирования, экспериментального моделирования и др., проведении натурных и полевых геоэкологических работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Общий объем работы составляет 226, из них 156 страниц машинописного текста. Работа проиллюстрирована 58 рисунками, 45 таблицами и 1 схемой. Список использованной литературы включает 119 наименований, из них 6 зарубежных авторов.

Публикации. Всего опубликовано 34 работы, из них по теме диссертации 20, в т.ч. в изданиях ВАКа – 3.

Автор выражает благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору К.Е.Питьевой (кафедра гидрогеологии МГУ им. М.В.Ломоносова), а также: доктору геолого-минералогических наук, профессору О.И.Серебрякову (кафедра гидрогеологии и инженерной геологии Астраханского госуниверситета); доктору химических наук Ю.М.Киселеву (кафедра неорганической химии МГУ им. М.В.Ломоносова); доктору геолого-минералогических наук, профессору В.С.Назаренко (ЮФУ, Ростов-на-Дону); кандидату химических наук Н.Н.Сычеву (Представительство «Новозаймс А/С» (Дания) в г. Москве).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При написании диссертации автором использовались научные труды многих исследователей территории Прикаспия: в области геологического строения: П.Карпинского, А.Д.Архангельского, В.В.Федынского, И.М.Губкина, Н.С.Шатского, В.Е.Хайна, Н.И.Воронина, А.Ф.Шарановича, Ю.П.Цведеля, А.Я.Бродского и др.; при изучении подземной гидросферы: И.К.Акуз, Л.Ф.Кривко, А.Е.Лютницкий и др; по изотопии Ю.А.Федоров; со времени создания АстраханьНИПИгаз дальнейшие исследования проводились группой сотрудников лабораторией гидрогеологии под руководством О.И. Серебрякова и на договорных началах с кафедрой гидрогеологии геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова под руководством К.Е.Питьевой.

В главе 1 диссертации автором приведена характеристика физико-географических и геолого-гидрогеологических условий территории Прикаспия.

Глава 2 представляет собой детальную конкретизированную гидрогеологическую и гидрогеохимическую характеристику четвертичного водоносного комплекса, включающую подробное всесторонне описание литологического, минерального и геохимического состава пород, условий залегания и химического состава подземных вод, гидрогеодинамическую обстановку и балансовые особенности исследованного водоносного комплекса.

В главе 3 охарактеризованы техногенные нагрузки на подземную гидросферу Прикаспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений.

Глава 4 представляет собой подробное описание методики проведенных исследований.

Глава 5 содержит данные лабораторных исследований процессов формирования состава подземных вод в условиях освоения нефтегазовых месторождений.

В главе 6 рассмотрены гидрогеохимические преобразования в четвертичном водоносном комплексе Прикаспия в условиях освоения нефтегазовых месторождений (по показателю общей минерализации, соединениям серы и азота). Описаны экспериментальное моделирование структуры и динамики области подземных вод техногенного формирования.

Глава 7 представляет собой описание предложенной геоэкологической защищенности подземных вод по геохимическому признаку, установленной по ряду физико-химических процессов на примере четвертичного водоносного комплекса территории Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) и прогнозируемой для Прикаспия в целом на основе аналогичности этих территорий.

В главе 8 приведено районирование территории Прикаспия по геохимическим признакам геоэкологической защищенности четвертичного водоносного комплекса в условиях освоения нефтегазовых месторождений.

По выполненной работе защищаются следующие положения:

Положение 1. Формирование состава подземных вод четвертичного водоносного комплекса в условиях освоения нефтегазовых месторождений посредством комплекса геохимических процессов в зоне аэрации и подземных водах, снижающих концентрацию подавляющего большинства компонентов подземных вод природного генезиса.

Изменение минерализации подземных вод как обобщающего показателя их состава. На изменение минерализации подземных вод влияют компоненты-загрязнители атмосферы, стоков, речных вод. Состав атмосферных осадков периода эксплуатации АГКМ, образующих, в основном их минерализацию, близок природному фону. Исключение составляют сульфаты, соединения азота, углерода, повышенная концентрация которых связана с процессами окисления газовыбросов.

Диапазон минерализации атмосферных осадков 0,03-0,93 г/л, при среднем значении 0,26 г/л. Главные анионы HCO3-, SO42-, CI-; среди катионов натрий, кальций.

Минерализация речных вод в первые годы эксплуатации месторождения вследствие интенсивного поверхностного смыва доходила до 0,5-0,7 г/л; далее установилась около 0,3 г/л, то есть, стала идентична природной фоновой.

Значительными с позиций количественных изменений в минерализации природных фоновых подземных вод являются стоки (Табл.1). С учетом загрязненных атмосферных осадков они составляют 2,36 г/л; округленно на входе в зону аэрации принята минерализация в 2,5 г/л.

Таблица 1

Режим минерализации стоков АГХК за период 1987-1991 гг.