Оценка эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации

Актуальность темы

исследований. Наращивание добычи нефти и газа, наблюдаемое в последнее время на месторождениях Западной Сибири, обеспечившее лидерство России на мировом рынке углеводородного сырья, сопровождается активизацией опасных процессов и явлений, приводящей к кризисному состоянию окружающей природной среды. Предупреждение опасных природных процессов и критических состояний инженерных объеюов может быть эффективным только при использовании современных технологий принятия решений на основе анализа причинно-следственных связей в системе «природная среда — человек — техногенный комплекс». В то же время практика государственного управления охраной окружающей среды показывает, что большее внимание традиционно уделяется не причинам, а следствиям. В результате продолжает снижаться качество среды обитания, сдерживается развитие нормативно-методической базы экологически сбалансированного природопользования, а с точки зрения среднеи долгосрочного планирования такие методы управления становятся экономически невыгодными.

Следствием стратегии, диктуемой стремлением к достижению скорейших экономических выгод, являются многочисленные аварии и катастрофы техногенного и природно-техногенного характера, происходящие в мире, и, в частности, в России. В этом отношении не является исключением и нефтегазовая отрасль, на объектах которой происходит около 50 тысяч аварий в год. До недавнего времени большинство аварийных ситуаций связывалось в основном с причинами технологического характера. И только в последнее время наметился пересмотр взглядов на роль геодинамического фактора при оценке рисков. Исследования в рамках нового научного направления — современной геодинамикиубедительно доказывают, что весьма опасными для человека и среды его обитания являются современные деформационные процессы, протекающие в зонах активных разломов. В настоящее время разрабатывается научно-методическая база, отвечающая современным требованиям государственной службы Ростехнадзора, и осуществляется пересмотр с новых геодинамических позиций устаревших нормативных документов на проектирование, строительство и эксплуатацию экологически опасных и особо ответственных промышленных объектов. Важной.

частью разработок является изучение возможностей использования аэрокосмической информации для оценки эколого-геодинамической опасности и обусловленного ею геоэкологического риска функционирования этих объектов на разных этапах освоения месторождений. Особую практическую значимость это имеет для изучения обширных и труднодоступных территорий ЗападноСибирского региона, в пределах которого развита густая сеть нефтеи газопроводов общей протяженностью свыше 100 тыс. км и разрабатывается около 500 месторождений углеводородного сырья — объектов высокой эколого-геодинамической опасности и геоэкологического риска.

Основой количественного определения степени опасности служат данные геодинамического (геодеформационного) мониторинга, получаемые методами повторных инструментальных наблюдений. При проектировании систем мониторинга широко используются имеющиеся геолого-геофизические и промысловые данные. Исследования, проведенные на ряде месторождений Западной Сибири, свидетельствуют об оптимальности комплексирования этих данных на основе аэрокосмической информации с использованием геоинформационных технологий (ГИС-технологий). Актуальность диссертационной работы, таким образом, обусловлена: необходимостью совершенствования методик дешифрирования и линеаментного анализа дистанционно-картографических материалов на основе современных научных представлений с целью рационального проектирования систем мониторинга, оптимального размещения промышленных объектов и правильного выбора режима их эксплуатации;

— требованием разработки структуры, технологии и специального содержания картографических баз данных оценки эколого-геодинамической опасности для практического использования ГИС-технологий при принятии решений;

— требованиями научно-методического обеспечения нормирования системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли.

Цель работы: Разработка и апробация основ аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа в условиях Западной Сибири.

Задачи исследований: оценка пространственно-временных взаимосвязей аварийности нефтепромысловых объектов и связанных с нею геоэкологических последствий с природными, в первую очередь геодинамическими процессами;

— научное обоснование особенностей самоорганизации геодинамических процессов в связи с дискретной структурой линеаментов и разработка системного подхода к ее оценке для совершенствования методики структурного дешифрирования и линеаментного анализа дистанционно-картографических материалов;

— разработка структуры и технологии геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

— разработка рекомендаций по совершенствованию системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли на основе аэрокосмической информации.

Фактический материал. Диссертация выполнена на кафедре природопользования и географии Московского государственного университета геодезии и картографии. Основу исследования составляют данные, собранные автором при проведении полевых (наземных и аэровизуальных) геоэкологических работ при выявлении линеаментно-блоковых структур на месторождениях Западной Сибири. В работе также использованы результаты, полученные при проведении камеральных работ, дешифрировании материалов дистанционного зондирования и картографировании результатов исследований. В ходе интерпретации полевых и лабораторных данных использовались фондовые геоэкологические, геолого-геофизические, ландшафтно-геоморфологические и др. материалы локального, регионального и обзорного уровней, а также данные аварийности нефтепромысловых сооружений.

Научная новизна:

— установлены взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений с природными (в первую очередь геодинамическими) процессами и линеаментно-блоковой структурой территории;

— разработан методический подход к выявлению объектов эколого-геодинамической опасности на основе системных принципов дешифрирования и линеаментного анализа нефтегазоносных территорий;

— разработана структура и содержание геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности функционирования инженерных сооружений на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений Западной Сибири;

— определены основные направления по совершенствованию системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли на основе аэрокосмической информации.

Основные защищаемые положения:

1. Экологическое состояние территорий нефтегазодобычи связано с аварийностью промысловых объектов, обусловленной активизацией современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Линеаментно-блоковая структура современных ландшафтов Западной Сибири является иерархически построенной и образует морфометрический ряд из 8 рангов размерностей блоков и разделяющих их линеаментов с кратностью около 3;

3. Элементы линеаментно-блоковой структуры (линеаменты, узлы их пересечений, блоки) являются основой аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

4. Пространственное распределение аварийных объектов зависит от размерностей элементов линеаментно-блоковой структуры и ориентировки систем линеаментов.

Практическая значимость определяется новизной методического подхода к анализу аварийности нефтепромысловых сооружений, контролируемой элементами линеаментно-блоковой структуры. Данный подход обеспечивает уточнение физико-геологических моделей месторождений с учетом геодинамического и геоэкологического факторов, обладает прогнозными возможностями, позволяющими предвидеть аномальные проявления аварийности сооружений, осложнения при бурении скважин и т. п., способствует оптимальному проектированию системы эколого-геодинамического мониторинга разных уровней.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: 3-х Всесоюзных конференциях «Системный подход в геологии» (Москва, 1983, 1986, 1989) — Региональной научно-практической конференции «Проблемы локального прогноза и разведки нефти и газа в Западной Сибири» (Тюмень, 1987) — II и III Всесоюзных совещаниях «Космо-аэрогеоиндикация» (Свердловск, 1986, Киев, 1989) — Всероссийской научно-технической конференции «Экология и геофизика» (Дубна, 1995) — Международной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии». (Тверь, 2002) — Пятой международной научно-практической конференции «Пилотируемые полеты в космос» (Звездный городок, 2003) — Международной конференции «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья» (Москва, 2004).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Ее объем составляет 117 страниц текста, включая 13! рисунков и 2 графических приложения.

Список литературы

содержит 114 наименований.

Основные выводы:

1. Оценка эколого-геодинамической опасности районов развитой нефтедобычи Западной Сибири показала, что на участках пионерного освоения Широтного Приобья вокруг городов Нефтеюганск, Сургут, Лангепас, Мегион, Нижневартовск и других подрабатываемых территорий, где проживает основная часть населения, требуется научно обоснованные организация и проведение специализированной системы мониторинга.

2. На основе полученных результатов предлагается технологическая схема геоинформационного обеспечения прогнозных оценок (Приложение 2) как единая система многопараметрического анализа показателей эколого-геодинамической опасности и обусловленного ею геоэкологического риска освоения нефтегазоносных территорий. Качество проводимого мониторинга существенно возрастает, если его проектирование проводить с опорой на минимально необходимый комплекс работ, выполняемых по указанной схеме.

3. Первоочередной задачей создания в регионе системы эколого-геодинамической безопасности является инвентаризация и ранжирование наиболее опасных природно-техногенных объектов и их окружения по степени уязвимости экосистем от опасных геодинамических воздействий, прежде всего на месторождениях с длительным сроком эксплуатации и подрабатываемых территориях. Результатом этого этапа должна стать разработка методического руководства по созданию комплексных геодинамических полигонов и проведению мониторинга регионального, зонального и локального уровней.

Заключение

.

В ходе проведенных исследований разработаны научно-методические основы оценки эколого-геодинамической опасности освоения нефтегазовых месторождений с использованием аэрокосмической информации, проведена их апробация на эталонных участках Западной Сибири. Результаты работы сводятся к следующему:

1. Анализ динамики аварийности нефтепромысловых сооружений и вариаций природных процессов на месторождениях Широтного Приобья выявил высокую степень согласованности многолетнего и внутригодового хода аварийности с периодическим изменением угловой скорости вращения Земли и расхода воды в р. Обь, оказывающим влияние на активизацию современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Изучение причин аварийности нефтепромысловых сооружений позволило сделать вывод о решающей роли современных геодинамических процессов в зонах разломов и их аномального проявления в особенностях линеаментных структур при оценке эколого-геодинамической опасности;

3. Обобщение существующих моделей самоподобия геосреды, отражающих ее закономерно упорядоченную трещинно-блоковую структуру с кратностью дискретности около 3, положенное в основу комплексного анализа дистанционно-картографических, геолого-геофизических и промысловых материалов, обеспечило разработку методического подхода к построению иерархической модели линеаментно-блоковых структур, что позволило установить морфометрический ряд из 8 рангов фиксированных размерностей их основных элементов;

4. Анализ полученной модели на эталонных месторождениях выявил пространственно-временные взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений и ее геоэкологических последствий с характерными особенностями самоорганизации линеаментно-блоковых структур и их элементов, определив последние в качестве основы аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности и указав на связь возрастания аварийности с диагональной системой линеаментов-.

5. Установленные закономерности вместе с разработанной на их основе технологической схемой геоинформационного обеспечения оценки геодинамически обусловленной экологической опасности определили перспективы их использования на предпроекгном, предэксплуатационном и предреконструкционном этапах освоения месторождений, а также основные направления совершенствования системы эколого-геодинамического сопровождения хозяйственной деятельности с использованием аэрокосмической информации.