авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Геологические условия накопления углеводородного сырья с токсическими свойствами компонентов

-- [ Страница 4 ] --

Глава 3. РАСПРОСТРАНЁННОСТЬ ПТЭ, СВОЙСТВЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНОМУ СЫРЬЮ, В ПОРОДАХ И ГИДРОСФЕРЕ. УСЛОВИЯ ИХ НАКОПЛЕНИЯ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ.

Исходным источником поступления всех элементов в земную кору является дифференциация вещества планеты по геосферам, результатом которой и явилось формирование вещественного состава литосферы. Осадочный чехол - это производное самых разных процессов: выветривания, переотложения и преобразований пород литосферы. Эти общепринятые, хотя и очень схематичные, положения мы отмечаем в связи с тем, что исходными при прогнозе распространения интересующих нас элементов в осадочном чехле и его флюидах должны быть данные о составе магматических пород, поскольку именно им свойственны определенные парагенетические ассоциации элементов и минералов в зависимости от типа пород.

Состав магматических пород изучен сравнительно хорошо. Им посвящен самостоятельный раздел петрографии - петрохимия. Вопросы распределения элементов в изверженных породах не входят в задачу нашей работы, но, поскольку они нередко являются первичными источниками ПТЭ в осадочном чехле, в разделе приведены некоторые сведения по их содержанию в магматических породах.

Наибольшие содержания таких биологически активных и, одновременно, токсичных элементов, как V, Ni, Со, Zn, Сu, встречаются в основных и ультраосновных породах. В кислых изверженных породах их значительно меньше, но увеличивается количество радиоактивных элементов.

Вероятно, с точки зрения поисков возможных источников вторичного обогащения ПТЭ осадочных пород, а, соответственно, нефти и природных битумов, в первую очередь необходимо обратить внимание на зоны распространения разрушающихся под воздействием различных причин палео- и современных кор выветривания пород, обогащенных металлами. Прямая связь между содержанием ванадия в породах фундамента и нефти была показана нами для металлоносной группы нефтяных месторождений Волго-Уральской и Маракаибской (Венесуэла) нефтяных провинций, такая связь прослежена для Тимано-Печорской провинции - между Бугровской разломной зоной медно-никелевого оруденения с повышенными содержаниями ванадия, никеля и ряда других металлов с группой металлосодержащих месторождений Северо-Тиманской нефти. Но часто эта парагенетическая связь нарушается из-за различий в последующей геохимической судьбе элементов в осадках в связи с неодинаковой миграционной способностью и других процессов в чехле. Поэтому прямой прогноз не всегда реален.

При рассмотрении источников поступления ПТЭ в состав углеводородов целесообразно разделить их на первичные и вторичные. При этом под первичными мы понимаем те из них, которые накапливались в исходном для УВ органическом веществе, а под вторичными - источники, вторые УВ получали из вмещающей среды за весь период своего онтогенеза. Следовательно, первичными ПТЭ в УВ мы считаем генетически унаследованные УВ от генерирующего их ОВ, а вторичными - полученные со времени образования нефти и газа при их миграции, аккумуляции и разрушении.

Разделение процессов поступления и накопления или потерь ПТЭ углеводородами на два разных этапа необходимо, поскольку это два совершенно разных временных и физико-химических процесса. В ходе первичного этапа формируется ОВ, обогащенное ПТЭ. Оно включает в себя прижизненное накопление биотой потенциальных токсикантов вместе с ранними стадиями диа- и протокатагенеза, когда генерация УВ еще не началась. Вторичный этап начинается со времени генерации УВ из органики, включает в себя первичную и затем вторичную миграцию, охватывая весь ход онтогенеза УВ.

Надо отметить также и различия в состоянии изученности этих процессов. Более обоснованы и изучены первичные процессы и масштабы накопления, несколько менее - вторичные. Последнее, к сожалению, объективно, поскольку ход онтогенеза УВ - это прогнозируемый, а не очевидный процесс.

Поэтому чаще всего выводы приходится делать путем решения обратной, а не прямой задачи, т.е. на основе объективных данных о содержаниях и составе ПТЭ в УВ решать вопрос о возможных источниках их поступления. С той же проблемой сталкиваются в рудопоисковой геологии и во всех других отраслях знаний, объединяемых в естественных, а не точных науках.

Глава 4. УСЛОВИЯ НАКОПЛЕНИЯ ПТЭ В УГЛЕВОДОРОДНОМ СЫРЬЕ

Выполненный анализ фактического материала позволяет использовать определённые, наиболее обоснованные, геолого-геохимические критерии накопления ПТЭ в нефти и газе для прогноза распространения потенциально токсоопасного углеводородного сырья.

В их основе, прежде всего:

• минерагенический облик пород фундамента и чехла, включая обрамления НГБ в палеоэпохи. Масштабы и время последующей постмагматической активности в бассейне. Формы и вещественный состав проявлений в осадочном чехле глубинных процессов - магмо- и вулканогенных, гидротермальных и др.;

• обогащенность органическим веществом и биотоксическими элементами главных пород-генераторов УВ. Преобладающие типы ОВ (гумусовое, сапропелевое), степень его катагенетической преобразованности. Время и интенсивность проявления основных этапов нефтегазогенерации;

• геоструктурная принадлежность НГБ, в которых проходит онтогенез углеводородов, уровень литологической преобразованности пород чехла и степень их тектонической нарушенности.

Не для всех регионов можно корректно реализовать эти критерии, поскольку их изученность не одинакова. Но даже для хорошо разведанных бассейнов процессы онтогенеза, к примеру, всегда остаются дискуссионными.

Кроме того, необходимо учитывать, что на токсоэкологическую обстановку в окружающей среде оказывают и будут оказывать в будущем те НГБ и месторождения, которые лидируют по количественным показателям в добыче, переработке и утилизации углеводородного сырья. Следовательно, анализу необходимо было подвергнуть, прежде всего, разрабатываемые бассейны, богатые ресурсами. В том числе материалы характеризующие состав бренд-смеси добываемой и экспортируемой нефти. На ее основе легко оценить годовую реализацию вместе с нефтью биотоксичных элементов, значительная часть которых рассеивается в окружающей среде при утилизации нефти и продуктов их переработки, причем в наиболее населенных, промышленно освоенных регионах. Так, сравнительно благоприятные по микрокомпонентному составу нефти месторождения Озеберг, в норвежском секторе Северного моря, при добыче нефти 20,47 млн. т в 2000 году поставили при переработке и утилизации в окружающую среду западноевропейских потребителей около 4 тыс. т меди и 43 т кадмия - одного из наиболее высокотоксичных элементов, присутствующих в нефти. И это в течение лишь одного года, хотя, в целом, содержание кадмия в нефти этого месторождения не так уж велико - 2,1 г/т.

Обратим также внимание, что оценки содержания в нефти, к примеру мышьяка, могут быть и заниженными вследствие повышенной летучести этого элемента и частичной его потери при товарной стабилизации нефти.

При экологическом прогнозе важно также учитывать динамичность во времени состава добываемой нефти. Вместе со сменой основных объектов добычи будут меняться и их биотоксичные свойства и, следовательно, состав и масштабы экологического влияния на среду.

К настоящему времени накоплен обширный фактический материал по микрокомпонентному составу нефти, но у него есть существенный дефект-металлоорганические комплексы исследовались, в основном, для тяжелой нефти и битумов. Аналитические данные о содержаниях потенциально токсичных элементов в легкой и средней нефти разрознены и малочисленны, а именно им свойственны наиболее высокие концентрации таких токсикантов, как As, Hg, Со, Cd и др.

Учитывая изложенное, при выборе объектов для анализа основных закономерностей накопления и распространения углеводородного сырья, обогащенного ПТЭ, мы отдадали предпочтение наиболее богатым углеводородными ресурсами НГБ, для которых имеются сведения об их микрокомпонентном составе либо в публикациях, либо они получены в ходе выполненных нами полевых и аналитических исследований.

Среди основных объектов анализа на территории России мы привлекли данные по Волго-Уральской, Прикаспийской, Тимано-Печорской и Западно-Сибирской НГП и, в меньшей мере, по Сибирской платформе, из-за низкой изученности последней. В трех первых из них мы проводили собственные полевые и аналитические исследования, поэтому приведенный по ним материал несколько шире, чем по другим бассейнам. Среди зарубежных - Персидскому, Североморскому, Оринокскому, Маракаибскому, Западно-Канадскому и НГБ Скалистых гор.

Приведены также отдельные данные и по другим бассейнам мира, дополняющие информацию по геохимическим особенностям накопления ПТЭ в нефти и газах. Перечень токсоопасных элементов, реализованный нами в ходе геолого-геохимического анализа, очень разнороден из-за структуры массива фактических данных об их содержаниях в углеводородах. Наиболее значимая часть массива - это сведения о содержаниях S, V, Ni, Zn, в значительно меньшей мере - Cd, Со, As, Hg, Сu, Сr, Мn, U, Мо и совсем малочисленны данные о содержаниях Se, Sb, Sn и других редких и рассеянных токсичных элементов.

Учитывая преимущественное присутствие ртути в виде паров, мы рассмотривали ее распространенность в разделе природных газов, хотя ртуть имеется и в нефти.

Накопление серосодержащих соединений в УВ связано в основном с процессами седименто- и катагенеза в осадочном чехле - это наиболее хорошо изученный вопрос в нефтегазовой геохимии, поэтому он рассмотрен в самом кратком виде.

Глава 5. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТЕЙ И ГАЗОВ, ОБОГАЩЕННЫХ ТОКСОЭЛЕМЕНТАМИ И ИХ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ

Источники и механизмы поступления в углеводороды элементов, обладающих потенциально токсическими свойствами, неразрывно связаны со всем их онтогенезом, начиная от прижизненного накопления ПТЭ биотой, ее последующим обогащением в ходе диагенеза в результате сорбции органикой тяжелых элементов и обменных процессов. Этот процесс продолжался и при дальнейшем катагенезе пород и ОВ, включая генерацию УВ, их миграцию, формирование залежей и их последующую эволюцию.

В нефти тяжелые элементы, прочно связанные со смоло-асфальтеновыми фракциями, в основном сохраняются, но их концентрации в залежах могут меняться в любую сторону. Они изменяются при миграционном фракционировании, увеличиваются в результате действия концентрационных механизмов, уменьшаются при повторных импульсах генерации УВ и при поступлении в залежи новых объемов легких фракций нефти и т.п.

Схема обогащения потенциально токсоопасными компонентами природных газов несколько иная. Компоненты газовой смеси накапливаются и сосуществуют в залежах без особой физической и химической взаимосвязи. В ходе миграции, особенно дискретной, они легко фракционируются, отдельные компоненты газовых смесей (H2S, СО2, Н2) вступают в реакции с химически активной для них средой. Они могут растворяться в пластовых водах или выделяться из них, при неравновесных упругостях газа. Так же как и для нефтей, им свойственны изменения состава вместе со сменой среды обитания. В зонах гипергенеза накапливаются инертные компоненты -N2, Аr, Не и другие редкие газы. Газовые смеси, исходно обогащенные H2S, при миграции из сульфатно-карбонатных пород в терригенные, утрачивают H2S полностью или частично, в частности в реакциях с Fe. Пары Hg в охлажденных зонах недр легко сорбируются органикой (ОВ, уголь, горючие сланцы и др.), а в присутствии S переходят в устойчивую минеральную форму - киноварь HgS (Никитовское месторождение в Донбассе и др.).

Хронологически и позиционно выделяются четыре главных этапа формирования химического и микрокомпонентного облика углеводородов:

1. Прижизненное накопление биотой потенциально токсоопасных компонентов в масштабах, соответствующих среде и её видовому составу в эпохе обитания.

2. Диагенетическое и протокатагенетическое преобразование состава ОВ в процессе седиментации, сопровождаемое в восстановительной среде дополнительной сорбцией потенциально токсоопасных компонентов. Последующее катагенетическое преобразование ОВ до достижения недрами температур, обеспечивающих начало генерации УВ.

3. Генерация УВ (жидких, газообразных) соответствующих по основному и микрокомпонентному составу ОВ породам-генераторам и градациям катагенеза.

4. Онтогенез УВ в соответствии со строением и последующей историей геологического развития НГБ. При этом учтем два положения. Первое, что УВ - подвижная субстанция в осадочной среде, физически склонная к активному, преимущественно субвертикальному перемещению. И, второе, что сформировавшиеся залежи - самоорганизующаяся физико-химическая система, подверженная всем тем термодинамическим изменениям, которыми сопровождается геодинамическое развитие НГБ.

Путем детальных геохимических исследований можно, хотя бы в первом приближении, оценить начальные этапы формирования состава и преобразования ОВ в догенерационный для УВ период. Но расшифровка источников и механизмов накопления углеводородами сопутствующих им элементов-примесей в ходе их онтогенеза, остается наиболее уязвимым звеном прогноза, поскольку если первые три этапа преобразования ОВ хотя бы позиционно стабильны, то последний - постгенерационный, динамичен и неопределенен.

Поэтому прямое решение задач прогноза формирования УВ скоплений, обогащенных потенциально токсоопасными компонентами, на основе отслеживания путей миграции и контактов с вмещающей средой может носить скорее гипотетический, прогностический характер, чем объективный. Обратное решение тех же задач, основанное на сопоставлении фактических данных о составе УВ и минерагении вмещающих пород, способно разрешить хотя бы некоторые из вопросов, что и выполнено в работе на примере отдельных НГБ.

Надо также подчеркнуть, что в основу как работы в целом, так и обсуждений закономерностей накопления потенциально токсоопасных компонентов в составе залежей УВ нами положена концепция осадочно-миграционной теории образования залежей углеводородов. Но при решении вопросов их металлогении неизбежно привлечение данных о рудогенезе в осадочном чехле, как стратиформном, так и связанном с мантийными поступлениями, поскольку достаточно очевидно влияние на флюиды чехла глубинных парогазовых смесей с их микрокомпонентной нагрузкой, формирующихся в ходе активизации мантийных процессов в литосфере. Последние, как правило, характеризуются высокими химическим и термодинамическим потенциалами и неизбежно обогащают глубинными компонентами осадочный чехол и его флюиды, включая углеводороды.

Не повторяя общеизвестных и хорошо обоснованных представлений, к примеру, о концентрационных механизмах накопления нефтью V и Ni в ходе гипергенного битумогенеза по схеме: легкие и средние нефти - тяжелые нефти - мальты - асфальты и т.д., в работе рассмотрены, фрагментарно, те показатели и критерии обогащения углеводородов ПТЭ, которые хотя и являются базовыми для их прогноза, но остаются недостаточно изученными и определенными. В их числе, прежде всего, сопоставление времени основного рудогенеза в чехле и времени главной фазы генерации УВ, а также некоторые особенности физико-химических процессов в среде онтогенеза УВ, способствующие накоплению (утрате) потенциально токсоопасных компонентов углеводородами.

Глава 6. ОЦЕНКА И АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПОСЛЕДСТВИЙ НА ТЕРРИТОРИЯХ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТОКСООПАСНЫМ УВ СЫРЬЕМ, И ОСНОВЫ СТРАТЕГИИ ПРЕВЕНТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Одна из основных задач этого раздела работы – дифференциация УВ сырья по его реальным токсическим свойствам. Именно здесь сталкиваются две принципиально противостоящие тенденции по решению проблемы защиты окружающей среды от загрязнения – экологическая и экономическая.

Первая начинает обсуждаться лишь в регионах с резко выраженной угрозой здоровью и генофонду человека, т.е. когда медицинская статистика приобретает угрожающие черты. Вторая, в условиях рыночной экономики, главенствует над первой, особенно учитывая значимость углеводородов в современной мировой экономике. В этом противостоянии подходов к законодательной защите прав человека на его жизнестойкость мы должны обозначить те границы параметров токсо-опасности углеводородов, обогащенных ПТЭ, которые позволят избежать неоправданных ограничений при освоении сырья, чреватых, как правило, экономическими потерями, но, одновременно, предотвратить обширные и устойчивые поражения окружающей среды, особенно в густонаселенных промышленно перегруженных регионах.

Из-за недостаточной степени изученности общего микрокомпонентного состава УВ сырья мы вынуждены ограничить оценку его токсоопасных свойств только по наиболее распространенным и изученным в составе углеводородов ПТЭ. Поэтому даже такие высокотоксичные элементы, как Tl, Sn, Sb, In, Мо и другие, остаются за пределами возможностей количественных характеристик, что на данном этапе времени неизбежно. По прямо противоположной причине - высокой степени изученности, вплоть до наличия нормативной базы для оценки рисков, мы не оценивали токсичность отдельных серосодержащих углеводородных соединений.

Проведенные SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry, USA) в середине 2000 года в США исследования главных составляющих техногенной нагрузки за 1980-1990-е годы показали, что в основе это тяжелые металлы, полициклические ароматические углеводороды (бенз-а-пирены и пр.) и пестициды. За исключением последних, все они в значительной мере связаны с освоением углеводородного сырья и ТЭК и преобладают поныне.

Как правило, это источники длительного действия и их трудно устранить. Главные объекты поражения среды - почвы, донные осадки, реки, поверхностные и более глубокие воды. К тому же наиболее крупные промышленные предприятия по переработке УВ и их утилизации располагаются в промышленно развитых густонаселенных регионах и их воздействие на среду оказывается смешанным, с широким развитием процессов синергизма, что затрудняет пообъектную дифференциацию их воздействий.

И все же, без идентификации каждого конкретного загрязнителя трудно принимать меры по защите среды и биоты, ее населяющей. Именно в такой комплексной оценке результатов действий разных промышленных объектов в пределах конкретных территорий и состоит анализ рисков.

Среди населенных и промышленно развитых территорий ныне осталось столь мало экологически чистых земель, отвечающих понятию естественного фона, что в последнее десятилетие по технико-экономическим мотивам изменились даже требования к полноте рекультивации земель. Нередко ее ограничивают достижением границы риска, а не природного фона. Необходимо также учитывать, что в регионах активных техногенных загрязнений земель возможно развитие близких к ним естественных биохимических аномалий природного генезиса.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.