Прогноз влияния геологоразведочных работ на нефть и газ на геологическую среду южной части Волго-Ахтубинской поймы

Актуальность представленного исследования заключается в том, что на современном этапе развития происходит непрерывный рост потребности в углеводородном сырье, что естественно влечет за собой увеличение территорий вовлекаемых в поисково-разведочные работы на нефть и газ, и соответственно увеличивается потребность в информационном обеспечении экологических условий осуществления геологоразведочных работ, особенно информации по трансформации геологической среды уникальных, крайне чувствительных к техногенному влиянию, с малым потенциалом естественной устойчивости природных систем.

Изучение состояния и проблем функционирования геологической среды в условиях активно прогрессирующих процессов техногенного вмешательства при промышленном освоении природных ресурсов является насущной необходимостью в целях дальнейшего устойчивого развития.

Территория южной части Волго-Ахтубинской поймы в последние годы становится объектом повышенного интереса в плане проведения геологоразведочных работ на нефть и газ, в связи, с чем будет многократно возрастать роль техногенного фактора при формировании современного облика ее геологической среды.

Учитывая тот факт, что южная часть Волго-Ахтубинской поймы является уникальной, не характерной для данной природной зоны территорией и полностью зависящей от нормального функционирования водотоков ее составляющих, она очень уязвима и обладает достаточно низким естественным потенциалом устойчивости в условиях активного геотехноморфогенеза, техногенной трансформации геологической среды и изменения природного геохимического фона. Поэтому активизация геологоразведочных работ на территории южной части Волго-Ахтубинской поймы при уже существующей техногенной нагрузке без соблюдения необходимых экологических ограничений может привести к коллапсу ее геологической среды.

Однако современная экономическая ситуация требует активизации поисков, разведки и разработки новых месторождений углеводородного сырья. Следовательно, полная изоляция уникальной геологической среды Волго-Ахтубинской поймы от промышленного освоения невозможна и экономически нецелесообразна.

В данной ситуации абсолютно необходимым с позиций концепции устойчивого развития является выбор оптимального варианта промышленного освоения территории. При этом основными факторами, определяющими варианты промышленного использования территории, должны быть не экономическими, включающими лишь стоимостную оценку прямого ущерба из-за изъятия земель, а эколого-экономические, которые учитывают показатели устойчивости всех компонентов геосистемы к техногенному воздействию и те пределы воздействия, за которыми техногенная трансформация геологической среды станет необратимой и приведет к ее полной деградации.

Таким образом, для предотвращения деградации геологической среды, при ее активном вовлечении в процессы разведки месторождений углеводородного сырья, необходима разработка специальных геоэкологических требований и ограничений к проведению геологоразведочных работ и дальнейшей разработки нефтегазовых месторождений в условиях южной части Вол-го-Ахтубинской поймы.

Разработка экологических требований проведения геологоразведочных работ в условиях южной части Волго-Ахтубинской поймы должна включать в себя осмысление всех специфических уникальных особенностей геологических условий, ландшафтного и геоморфологического строения, гидрогеологических и гидрохимических особенностей функционирования поверхностных и подземных водных объектов, состава и структуры почвенного покрова, геохимического фона и состояния воздушного бассейна с целью минимизации техногенной трансформации геологической среды.

Для изучения всех особенностей строения, функционирования и взаимоотношений основных компонентов геологической среды Волго-Ахтубинской поймы необходимо их планомерное изучение во времени и пространстве по заранее составленной программе. Таким условиям слежения за состоянием геологической среды отвечает только геоэкологический мониторинг, как комплексный, интегрированный подход к изучению функционирования и состояния природной системы на всех ее иерархических уровнях.

В рамках проведения геоэкологической оценки состояния южной части Волго-Ахтубинской поймы возможен анализ техногенной трансформации ее геологической среды при различных вариантах промышленного освоения. В том числе, возможно проведение исследований направленных на изучение техногенной трансформации компонентов геологической среды на различных этапах проведения геологоразведочных работ. Каждый, из которых отличается видами, интенсивностью, уровнями воздействия и степенью трансформации определенных компонентов геологической среды. Если для стадии обустройства территорий разведочных скважин больше характерно техногенное механическое нарушение поверхностных компонентов, то стадии бурения и испытания скважин характеризуются трансформаций естественных вещественно-энергетические потоков и нарушением геодинамической стабильности массива горных пород. Таким образом, необходим комплексный анализ техногенной трансформации всех компонентов геологической среды как на стадии подготовки и обустройства территории с целью проведения разведочного бурения, так и на стадиях бурения и испытания разведочных скважин, с целью максимально полного изучения процессов происходящих при проведении геологоразведочных работ.

Целью данного исследования является прогноз техногенной трансформации, и разработка системы геоэкологического мониторинга, геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы на основе геоэкологической оценки современного состояния основных ее компонентов и их изменения на различных этапах проведения геологоразведочных работ на нефть и газ на примере Пойменного серогазоконденсатного месторождения (СГКМ).

В связи с указанной целью решались следующие задачи:

1. провести комплексную геоэкологическую оценку современного состояния основных компонентов геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы;

2. оценить техногенную трансформацию компонентов геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы при осуществлении геологоразведочных работ на нефть и газ на их основных этапах (на примере Пойменного СГКМ);

3. провести сравнительный анализ влияния на геологическую среду южной части Волго-Ахтубинской поймы основных этапов геологоразведочных работ на нефть и газ (на примере Пойменного СГКМ);

4. дать прогноз развития и возможности функционирования геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы в условиях проведения геологоразведочных работ на нефть и газ;

5. составить схему проведения комплексного геоэкологического мониторинга территорий проведения геологоразведочных работ на нефть и газ в условиях геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы.

Научная новизна. Автором впервые проведена комплексная геоэкологическая оценка современного состояния основных компонентов геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы и оценка их техногенного изменения при осуществлении поисково-разведочного бурения на нефть и газ.

Представлен прогноз развития геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы в условиях проведения геологоразведочных работ на нефть и газ.

Составлена схема комплексного геоэкологического мониторинга геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы при осуществлении в ее пределах геологоразведочных работ на нефть и газ.

Указан ряд мероприятий направленных на снижение техногенной нагрузки на геологическую среду Волго-Ахтубинской поймы при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ.

Защищаемые положения.

1. Высокая активность процессов экзогенной геодинамики, литологиче-ская неоднородность и наличие прямых гидродинамических связей внутри гидрогеологической системы комплекса четвертичных отложений предопределяют незащищенность геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы от техногенного вмешательства.

2. Основная часть техногенной нагрузки при поисково-разведочном бурении в пределах южной части Волго-Ахтубинской поймы приходится на комплекс четвертичных отложений вплоть до бакинского яруса, что необходимо учитывать при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ.

3. Увеличение потока техногенного загрязнения происходит от этапа обустройства территории разведочных скважин к этапу бурения, с максимумами концентраций большинства загрязняющих веществ на данном этапе, и снижением к этапу испытания разведочных скважин.

4. Прогноз развития геологической среды изучаемой территории при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ, возможно, обеспечить на основе предлагаемой схемы геоэкологического мониторинга, который учитывает все особенности ее строения и функционирования.

Практическая значимость. Представленное исследование содержит анализ современного состояния основных компонентов геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы и их техногенной трансформации в условиях проведения геологоразведочных работ на нефть и газ, в связи, с чем может, является основой для прогноза ее развития и функционирования при освоении месторождений углеводородного сырья.

Данная работа может служить основой для создания локального геоэкологического мониторинга территорий в пределах геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы, на которых осуществляются поиски и разведка нефтегазовых месторождений.

Представленная работа может являться одной из составляющих проведения регионального комплексного геоэкологического мониторинга направленного на оценку техногенной трансформации геологической среды в условиях ее промышленного освоения.

Фактическим материалом, послужившим основой для создания представленной работы являются исследования состояния геологической среды территории Астраханской области проводившиеся с 1998 по 2001 год в рамках следующей темы: «Геодинамический мониторинг геологической среды зоны влияния: Астраханского серогазоконденсатного месторождения и Бас-кунчакского месторождения поваренной соли и гипса» и комплексные исследования территорий проведения геологоразведочных работ на нефть и газ в пределах Волго-Ахтубинской поймы и северной части дельты р. Волги в рамках программы геоэкологической оценки территорий месторождений углеводородного сырья проводимого Астраханским отделением Российской академии естественных наук и кафедрой геологии нефти и газа Астраханского государственного технического университета (2001 — 2005).

При выполнении работы автор использовал первичные данные локального мониторинга территории Пойменного серогазоконденсатного месторождения (СГКМ) полученные ФГУ «Астраханским территориальным фондом геологической информации. Специализированной инспекцией аналитического контроля» («АстТФГИ СИАК»), режимных гидрогеологических исследований проводимых Приволжской гидрогеологической экспедицией и исследований соляного тектогенза Астраханского свода выполненных Астраханской геофизической экспедицией (АГЭ).

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались на научных конференциях Астраханского государственного технического университета (2002 — 2006 гг.), Международной научной конференции посвященной 75-летию Астраханского государственного технического университета (2005 г.) и Международной научной конференции «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики» (Россия, Москва, геологический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, 2006 г.). По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из «введения», 5-и глав, «заключения» и графических приложений, изложена на 176 страницах, содержит 30 таблиц, 11 диаграмм, 33 графических приложения и список литературы из 114 источников.

Автор выражает благодарность научному руководителю д. г.-м. н., профессору Воронину Н. И. за ценные советы и помощь при выполнении работык. г.-м. н., доценту Гольчиковой Н. Н. за постоянное внимание и консультации по содержанию работы, к. г.-м. н., доценту Калягину С. М., к.т.н, доценту Пыхалову В. В., Судиной Т. М, сотрудникам кафедры геологии нефти и газа Астраханского государственного технического университета за помощь в создании и оформлении диссертации.

Заключение

.

Активное вовлечение территории южной части Волго-Ахтубинской поймы в круг интересов нефтегазодобывающей отрасли промышленности должен иметь необходимый отклик в сфере обеспечения геоэкологической безопасности проведения геологоразведочных работ на нефть и газ. Прежде всего, обеспечение необходимой экологической безопасности при проведении поисков и разведки нефтегазовых месторождений и прогноз техногенной трансформации возможен только при максимально полной информационной базе о процессах происходящих на всех уровнях геологической среды поймы при воздействии на нее техногенных факторов.

Именно этой основной цели и было посвящено представленное исследование. Основываясь на более чем пятилетних исследованиях техногенных процессов происходящих в Волго-Ахтубинской пойме автор попытался наиболее полно представить процессы, происходящие при техногенном вмешательстве в функционирование геологической среды, которое происходит при осуществлении геологоразведочных работ на нефть и газ.

В связи с этим был решен ряд задач, направленных на создание информационной базы по геоэкологической оценке состояния геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы.

Проанализировано геологическое строение Волго-Ахтубинской поймы и современное состояние геологической среды в связи с воздействием на нее различных техногенных факторов, и, прежде всего, геологоразведочных работ на нефть и газ. Указаны основные направления непосредственного техногенного нарушения геологической среды в связи с производством буровых работ, которые при осуществлении поисково-разведочного бурения на нефть и газ локализуются преимущественно в приповерхностных частях литосферы, и проявляются в изменении гидрохимического режима подземных вод первых водоносных горизонтов, вплоть до бакинского яруса (региональный водоупор) и нарушении ландшафтных комплексов. Воздействие на более глубокие горизонты единичных поисково-разведочных скважин сводится практически к нулю, так как продуктивный пласт данного располагается на глубине свыше 4000 м, и воздействие на равновесное состояние массива горных пород крайне незначительно. Так как, в представленной работе прогнозируется (и рассматривается на примере) техногенное воздействие только поисково-разведочного бурения, говорить о деформации массива горных пород в результате разрушения залежей углеводородов при отборе флюидов не возможно. Техногенное загрязнение более глубоких водоносных горизонтов может проходить, только в результате аварийных ситуаций.

В работе приводится анализ неотектонической активности связанной с соляным диапиризмом, и его влиянием на рельеф исследуемой территории и геодинамическую стабильность массива горных пород располагающихся выше галогенной толщи кунгурского яруса. В результате работ проведенных Астраханской геофизической экспедицией по собственной методике было произведено геодинамическое районирование северо-восточного борта Астраханского свода. В результате, которого были выделены активно растущие соляные купола, а, следовательно, и зоны наиболее напряженного состояния массива горных пород, что естественно повышает риск возникновения техногенных аварий. Учет влияния соляного тектогенеза при осуществлении поисково-разведочного бурения, является достаточно существенным фактором снижения техногенного риска его проведения в условиях геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы.

В представленной работе большое внимание было уделено защищенности современного пойменного аллювиального водоносного горизонта от техногенного воздействия геологоразведочных работ, как одной из наиболее уязвимых частей геологической среды изучаемой территории. Составлена гидрогеологическая карта защищенности первого водоносного горизонта южной части Волго-Ахтубинской поймы, согласно которой основная часть ее относится к I и II категориям защищенности по Гольдбергу В. М., то есть являются практически не защищенными от техногенного воздействия, что является одним из основных факторов, крайне осложняющих проведение геологоразведочных работ на нефть и газ на рассматриваемой территории. Указанные гидрогеологические условия являются прямым фактором перехода локального загрязнения территории и определенных компонентов геологической среды в региональное, затрагивающее большую территорию и все уровни геологической среды.

Анализ изменения гидрогеохимических характеристик подземных вод при осуществлении поисково-разведочного бурения выявил, незначительную трансформацию фоновых параметров. Большинство нормируемых компонентов в грунтовых водах оставались в пределах допустимых концентраций. Их превышение наблюдалось только по содержанию нефтепродуктов, легко-окисляемой орагники и марганца. Однако, непосредственный вклад в повышение концентраций указанных компонентов, проводимых буровых работ незначителен и нивелируется высокими фоновыми показателями для этих же загрязняющих веществ в поверхностных водотоках, с которыми существует прямая связь данного водоносного горизонта. Уровень минерализации грунтовых вод, также остается в пределах фоновых значений, а значительные колебания ее значений в гидрогеологических скважинах, скорее объясняются расположением Пойменного СГКМ на границе территории с различной минерализацией грунтовых вод, что, однако не исключает попадание высокоминерализованных стоков в данный водоносный горизонт.

Выявлены различные аспекты техногенного воздействия на наиболее уязвимую, поверхностную часть пойменной геологической среды, а именно техногенную трансформацию рельефа, ландшафтной системы, гидрологического компонента, и приземную часть атмосферы в условиях проведения геологоразведочных работ.

Анализ воздействия техногенного фактора на рельеф и ландшафтный комплекс геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы выявил достаточно сильное его влияние, как существующей, фоновой к геологоразведочным работам, так и непосредственно при их осуществлении. Техногенная трансформация рельефа, прежде всего, заключается в его нивелировке и возникновении новых, либо усилении существующих геодинамических процессов. Так в результате активной деятельности человека произошло увеличение скорости разрушения береговых линий водотоков входящих в состав Волго-Ахтубинской поймы (на некоторых участках до 2 м в год). Строительство оросительной системы, различных дамб и других водозащитных сооружений, последнее характерно для территорий проведения геологоразведочных работ, приводит к развитию вторичного засоления и как следствие активизация суффозионных процессов — образуются просадки, промоины, происходит снос плодородного почвенного горизонта.

Рассматривая техногенное изменение ландшафтов южной части Волго-Ахтубинской поймы, как в целом, так и территорий, непосредственно задействованных в геологоразведочных работах на нефть и газ, отмечается локальный характер их трансформации. Заключающийся, прежде всего, в развитии ландшафтов не характерных для рассматриваемой территории, и изменении естественного геохимического фона вследствие увеличения потока загрязняющих веществ поступающих в поверхностную часть геологической среды.

Анализ содержания основных загрязняющих веществ в почвенном покрове исследуемой территории выявил ряд закономерностей. На территории проведения геологоразведочных работ содержание практически всех нормируемых загрязнителей находится в пределах нормативов ПДК, исключение составляет лишь повышение уровня общей минерализации почвы, что свидетельствует о возможном попадании высокоминерализованных сточных вод на поверхность. Кроме того, проведенный анализ содержания различных загрязняющих веществ в почвенном покрове на разном удалении от поисково-разведочной скважины и на изучаемых этапах проведения геологоразведочных работ выявил следующее: 1. уровень загрязнения почвенного покрова как на территории буровой площадки поисково-разведочной скважины, так в пределах ее СЗЗ практически не отличается, что свидетельствует о выполнении большинства экологических требований и ограничений производства буровых работ, 2. отмечено закономерное увеличения уровня загрязнения почвенного покрова от этапа обустройства буровой площадки к этапу бурения, и снижение к этапу испытания поисково-разведочной скважины, что свидетельствует об увеличении потока загрязняющих веществ именно при непосредственном проведении буровых работ. Однако, несмотря на явное увеличение общего уровня загрязнения почвенного покрова при осуществлении геологоразведочных работ, категория загрязнения согласно санитарно-гигиеническим нормативам (по показателю суммарного загрязнения и коэффициентам концентрации) оставалась в пределах «допустимой».

Рассматривая состояние приземной атмосферы в пределах территории проведения геологоразведочных работ на нефть и газ, прежде всего, отмечается тот факт, что большинство нормируемых компонентов загрязнения воздушного бассейна находится в пределах их фоновых значений для территории Астраханской области, что немаловажно в неблагоприятных аэросиноптических условиях рассеивания вредных примесей характерных для Волго-Ахтубинской поймы. За рамки нормативов ПДК выходит лишь ограниченный перечень загрязняющих веществ на этапе бурения поисково-разведочной скважины, а именно, концентрация взвешенных веществ (2,18 ПДК), диоксида азота (1,21 ПДК) и веществ обладающих эффектом суммации (диоксид азота, оксид азота, диоксид серы — 1,42 ПДК). Анализ загрязнения приземной атмосферы в пределах территории проведения геологоразведочных работ выявил закономерность, отмеченную и для уровня загрязнения почвенного покрова — увеличения степени загрязнения на этапе бурения поисково-разведочной скважины.

Гидрохимический режим поверхностных водных объектов южной части Волго-Ахтубинской поймы находящихся в пределах территории проведения геологоразведочных работ на нефть и газ, остается аналогичным фоновому для региона. Отмечено, что уровень загрязнения поверхностных водотоков южной части Волго-Ахтубинской поймы основными нормируемыми загрязняющими веществами находится на уровне фоновых значений, либо ниже, исключение составляют лишь показатели содержания легкорастворимой органики по БПКполн, что, однако, не является характерным для промышленного загрязнения при проведении геологоразведочных работ. Зафиксирован ряд превышений уровня ПДКр.х. некоторых веществ, например меди от 4,1 до 5,3 ПДК, марганца 1,7 ПДК, однако данные концентрации сравнимы с фоновыми значениями, то есть не являются результатом локального загрязнения при осуществлении геологоразведочных работ. Содержание нефтепродуктов ни в одном из исследуемых водотоков не превышало нормативы ПДКр.х., в то время как фоновое содержание в р. Волге составляет 8,6 ПДК. Кроме того, отмечено, что более загрязненными промышленными стоками оказались водотоки непосредственно связанные с руслом р. Волги, что явно указывает на транзитный характер загрязнения. Проводя анализ содержания загрязняющих веществ в поверхностных водных объектах расположенных в пределах территории геологоразведочных работ на основных этапах их осуществления, каких-либо аномалий повышения концентраций выявлено не было, что свидетельствует об ограниченном попадании промышленных стоков, образующихся при обустройстве буровой площадки и непосредственно в процессе бурения. Было отмечено, лишь общее незначительное повышение концентрации основных загрязняющих веществ в поверхностных водотоках на этапе бурения разведочной скважины.

Таким образом, было выявлено изменение геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы локализованное в приповерхностной части литосферы при проведении разведки нефтегазовых месторождений, которое увеличило уже существующий техногенный пресс на все ее компоненты. Однако, проведенные исследования указывают на следующий факт — концентрация большинства нормируемых загрязняющих веществ во всех компонентах геологической среды не превышает нормативов ПДК/ПДН, либо находится в пределах фоновых значений для территории южной части Волго-Ахтубинской поймы. Следовательно, при учете всех экологических требований и ограничений осуществления геологоразведочных работ на нефть и газ возможно сведение к минимуму техногенного воздействия на пойменную геологическую среду. Помимо, учета существующих нормативных показателей по содержанию загрязняющих веществ в различных средах, необходим анализ всех специфических особенностей функционирования как геологической среды Волго-Ахтубинской поймы в целом, так отдельных ее компонентов. Отсутствие внимания к данному аспекту осуществления поисков, разведки и разработки нефтегазовых месторождений, в условиях пойменной геологической среды может привести к ее полной деградации. Такой анализ функционирования геологической среды Волго-Ахтубинской поймы в целях ее устойчивого развития в условиях освоения месторождений углеводородов возможен в рамках предложенной системы комплексного локального геоэкологического мониторинга.

В результате проведенных исследований можно сделать ряд основных выводов: геологическая среда южной части Волго-Ахтубинской поймы характеризуется высокоактивными процессами экзогенной геодинамики, напряженным состоянием надсолевого комплекса пород, большой лито-логической неоднородностью четвертичных отложений и прямыми гидродинамическими связями в комплексе этих отложений, что является непосредственными причинами незащищенности ее от техногенного загрязнения. подземные водоносные горизонты южной части Волго-Ахтубинской поймы вплоть до бакинского яруса (региональный водоупор) характеризуются большой проницаемостью, что является основным параметром локализации техногенного загрязнения в комплексе четвертичных отложенийтехногенное изменение ландшафтной системы южной части Волго-Ахтубинской поймы носит локальный характер и проявляется, в основном в местах непосредственного строительства промышленных объектов, в том числе и разведочных скважин, в виде активизации различных процессов геотехноморфогенеза, особенно процессов экзогенной геодинамики, изменении геохимического состояния почвенного покрова, изменении видового состава растительных сообществанализ геохимических параметров основных компонентов пойменной геологической среды, указывает на незначительную их трансформацию при бурении единичных разведочных скважин — концентрация большинства загрязняющих веществ остается ниже ПДК, либо на уровне фоновых значений, однако, фиксируется значительное увеличение техногенного загрязнения на этапе бурения разведочной скважиныдальнейшее устойчивое развитие геологической среды южной части Волго-Ахтубинской поймы, в условиях проведения геологоразведочных работ на нефть и газ, будет определяться полнотой учета всех ее специфических параметров функционирования, прежде всего, гидрогеологических и гидрологических, процессов экзогенной геодинамики и соляного тектогенеза, что возможно в рамках предложенной системы геоэкологического мониторинга.