CC BY
27
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. No2 (41)
УДК 551.345
ЭКОЛОГО-ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА «АЛТАЙ»
М.М. Шац
Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (ИМЗ), Якутск, E-mail: mmshatz@mail.ru
Показаны масштабы преобразования природной среды в зоне влияния проектируемой магистральной газотранспортной системы «Алтай» (ГТС) - «Новый Уренгой -Сургут - КНР», а также основные тенденции ее негативной динамики. Территории, на которые распространяется влияние трубопровода, характеризуются сложной ландшафтной структурой, имеют высокую сейсмичность и отличаются динамичностью мерзлотной обстановки. Многолетнемерзлые породы на большей части трассы имеют преимущественно островное, редко прерывистое распространение. Отмечено, что игнорирование имеющихся особенностей и недостаточное изучение последствий нарушения естественных процессов тепло-массообмена в горных породах могут привести к серьезным осложнениям при строительстве и эксплуатации объектов ГТС «Алтай», что в свою очередь ведет к нерациональным экономическим затратам.
Ключевые слова: проектируемый трубопровод, территория влияния трубы, природные среды, температура горных пород.
Дата поступления 24.05.2016
Специфика добычи и транспортировки углеводородов в Сибири ранее охарактеризована в ряде специальных работ [1-3]. Было показано отрицательное влияние объектов добычи, транспортировки и переработки жидких и газообразных углеводородов на окружающую среду, связанное с загрязнением атмосферы, почвенно-растительного покрова, природных вод, с изменением инженерно-геологических, геокриологических и гидрогеологических условий. Часть этих последствий носят региональный характер [4]. Игнорирование этих особенностей, недостаточное изучение последствий нарушения естественных процессов тепло-массообмена в горных породах с изменением их свойств вызывают серьезные осложнения при строительстве и эксплуатации линейных объектов нефтегазового комплекса - трубопроводов, сопровождающееся нарушением их устойчивости и нерациональными экономическими затратами на исправление ситуации. Цель
данной публикации - показать эколого-геокриологические условия территории и обратить внимание на необходимость учета их специфики на всех стадиях реализации проекта «Алтай», и показать некоторые пути минимизации ущерба.
Ранее [3-4] была показана непростая история борьбы за различные варианты про-кладки новых проектируемых магистральных газотранспортных систем (ГТС) Сибири. Еще весной 2006 г. в ходе визита в КНР В.В. Путин заявил, что в 2011 г. в эту страну из России будет построена экспортная ГТС, по которой в перспективе будет транспортироваться до 80 млрд. м3 природного газа в год. Газ пойдет в Китай по двум маршрутам: как из Восточной, так и Западной Сибири. В соответствии с предварительным проек-том общая протяженность газопровода составляет почти 2,7 тыс. км, он пройдет по Ямало-Ненецкому и Ханты-Мансийскому округам, Томской и Новосибирской областям, Алтайскому краю и Республике
Алтай, из которой должен перейти в Синьцзян-Уйгурский автономный район Китая.
Характеристика природных условий трассы
Анализ природных условий трассы, свидетельствует об ее сложных инженерно-геологических условиях. В первую очередь это высокая сейсмичность и динамичность мерзлотной обстановки. Являющиеся литогенной основой многолетнемерзлые породы (ММП) на большей части Горного Алтая имеют преимущественно островное, реже прерывистое распространение. Их мощность колеблется от нескольких до 300 м и более, а среднегодовые температуры на подошве слоя их сезонных колебаний (8-12 м) изменяются в среднем от 0 до -4°С. Глубины сезонного оттаивания грунтов в зависимости от их состава свойств и экспозиции участка изменяются от 1,5 м (во влажных мелкодисперсных) до 4,0 м (в сухих песчаных отложениях).
При этом наиболее сложными и экстремальными в инженерно-геологическом плане являются высокогорные пространства, самое примечательное из которых - плоскогорье Укок. Чаще оно
именуется плато и находится в южной наиболее возвышенной части Алтая, на стыке границ России, Казахстана, Китая и Монголии, среди скалистых гор, достигающих высоты около 3 тыс. м. Особую известность оно получило после открытия в 1960-е гг. в его пределах разнообразных скифских курганов с замерзшими хорошо сохранившимися погребениями. Очень важно, что памятники дошли до исследователей в совершенно ненарушенном состоянии, когда суровые условия Укока сохранили в ряде курганов «мерзлоту». Этот природный консервант способствовал сохранности уникальных предметов эпохи раннего железного века из кожи, дерева, войлока и шерсти, которые в других условиях обычно разрушаются. Плато Укок включено в список всемирного природного наследия ЮНЕСКО, а та его часть, где находятся знаменитые курганы, объявлена «зоной покоя».
Сочетание природных условий плато обусловливает формирование обширных горных остепненных и опусты-ненных пространств, слабую инфильтрацию атмосферных осадков и сильное заболачивание.
Рис. 1. Криогенные процессы и образования высокогорья Алтая:
а - глубокие термокарстовые просадки, образовавшиеся в долине безымянного ручья, впадающего в р. Аккол (левый приток); б - морозобойное растрескивание и образование повторно-жильного льда на первой надпойменной террасе в долине р. Аккол (фото С.И. Серикова).
ВпПеИп АВ Я08 [^евйуа АО ЯОО]. 2016. N02 (41)
Рис. 2. Деструктивные процессы в высокогорье (фото С.И. Серикова)
Существовавшие представления о мерзлотных условиях Горного Алтая были существенно расширены и детализированы по результатам обзорных геокриологических исследований, проведенных сотрудниками Института мерзлотоведения СО АН СССР в 19701973 гг. в Алтае-Саянской горной стране, а в 1973 г. - непосредственно в пределах плато Укок [5], и работ 20142015 гг. в рамках формирования мерз-лотно-геотермической базы данных Сибири [6]. Уточнены пространственные закономерности изменения мерзлотной обстановки, соответствующие высотной поясности и меридиональной секторно-сти, и в меньшей степени - широтной зональности. ММП в основном имеют островной и прерывистый, а в высого-рье - слабо прерывистый характер распространения, отображенный на обзорной карте [5]. Мощность многолетне-мерзлой толщи горных пород, оцененная на основе ландшафтно-крио-
индикационного подхода, базирующегося на материалах непосредственных маршрутных наблюдений и инструментальных геотермических замеров, а также анализе дистанционных снимков слабо доступных площадей, варьирует от 30-50 м (на отметках 1900-2200 м) до 250-300 м (на высотах порядка 27002900 м) в зависимости от состава пород, растительности, экспозиции и т.д.
Среднегодовые температуры ММП на подошве слоя их сезонных колебаний изменяются в среднем от 0 до -5,6°С. Глубины сезонного оттаивания грунтов, являющиеся принципиальным параметром при выборе способа прокладки трубы, в зависимости от их состава, свойств и экспозиции участка изменяются от 1,0 м (во влажных мелкодисперсных) до 4,6 м в (сухих песчаных отложениях).
Рассматривая характер распространения мерзлых пород в пределах всего Горного Алтая в целом, следует отметить, что в основном он изменяется в соответствии с закономерностью высотной поясности. На наиболее низких отметках лежит пояс сезонного промерзания горных пород, который выше сменяется поясами многолетнемерзлых, имеющих островной, прерывистый и слабопрерывистый характер распространения. Вместе с увеличением отметок местности увеличивается и мощность мерзлой толщи горных пород. Например, на Чаган-Узунском месторождении мощность многолетнемерзлых пород составляет 25 м на высоте 1780 м и, по данным геологов Западно-Сибирского управления, 65 м - на высоте 1850 м, 160 м - на высоте 1930 м и около 400 м - на высоте 2920 м.
Наряду с высотной поясностью, в Горном Алтае четко прослеживается закономерность меридианальной сектор-ности, т.е. изменение мерзлотных условий с запада на восток [5]. Изменение высотного положения границ геокриологических поясов в этом направлении, свидетельствует о зависимости от мест-
ных природных условий. Так увеличение количества осадков, выпадающих на склонах западной экспозиции Алтая, приводит к тому, что по сравнению со склонами, обращенными к востоку, ММП встречаются здесь на более низких отметках. Та же закономерность прослеживается и в Восточных и Западных Саянах, а вот в пределах хр. Кузнецкий Алатау наблюдается обратная картина. Мощный снежный покров, формирующийся на западных склонах, препятствует глубокому промерзанию горных пород, поэтому острова многолетнемерз-лых пород отмечаются лишь с восточной стороны. Подобное многообразие мерзлотных условий характерно для всей Ал-тае-Саянской горной страны [5] и находит четкое отражение в изменении высотного положения границ геокриологических поясов. Широкое развитие в регионе имеют криогенные явления, в том числе нередко обнажающиеся летом в обрывах небольших рек и термокарстовых озер подземных пластовых и жильных льдов (рис. 1-2).
Ландшафтообразующая роль еще одного вида природных льдов - наледей заключается, главным образом, в перераспределении поверхностного стока с осени на весну и лето, а в ряде случаев -на наиболее засушливые июль - начало августа. В Юго-Восточном Алтае наледи часто связаны с новейшими разломами, через которые может происходить разгрузка подземных вод. Именно так формируются и наледи западной части котловин плато Укок, имеющие важное ре-льефообразующее значение, усиливая интенсивность морозного выветривания и активности текучих вод. Кроме этого, за счет наледей происходит увлажнение и прилегающих снизу к наледям участков, на которых в результате создаются условия для развития более влаголюбивой растительности, выпаса скота, широко развиты криогенные процессы: термокарст (рис. 2) и пучение.
В целом природные условия плоскогорья Укок суровы, и там развиты
практически все присущие внутрикон-тинентальному высокогорью катастрофические и особо опасные экзогенные процессы и явления: «лавинная» со-лифлюкция, оползни и обвалы, «лавинный» термокарст, высокая сейсмичность и т.д. Более детально и комплексно природные условия плато освещены в монографии [7].
Геоэкологические и геотехнические условия проекта
Начальная стадия проектирования ГТС пока не позволяет высказать конкретные соображения по компенсационным геоэкологическим и геотехническим мероприятиям, необходимым для наиболее сложных, существенно отличающихся по особенностям прокладки трубы, участков трассы. В общем виде более благоприятны в этом отношении площади с близким к поверхности залеганием пород коренной основы, серьезно упрощающим условия строительства. Наиболее сложными являются участки развития каменных развалов - курумов, пучения, подземных льдов иньекционно-го и сегрегационного характера, термокарста и термоэрозии, где строителей могут ожидать значительные трудности технологического характера.
Избежать проблем там возможно лишь при условии систематического контроля как за состоянием трубы, так и вмещающих ее пород, т.е. геотехнического и геоэкологического мониторингов, реализуемых на всех этапах: изыскательском, строительном и эксплуатационном. При этом на начальном, входящем в состав изысканий, этапе основным видом работ должно стать комплексное изучение современного, т.е. близкого к естественному состоянию природной среды в сочетании с прогнозом ее возможных техногенных изменений.
Принципиально совершенно верным в плане уменьшения негативных последствий освоения может стать решение создателей газопровода прокладывать его подземным способом, пред-
ВпПеИп АВ Я08 [^евйуа АО ЯОО]. 2016. N02 (41)
ложенным и обоснованным в Институте мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (ИМЗ), который подтвердил свою надежность на ряде важнейших объектов Якутии и Сибири в целом, в т.ч. на нефтепроводе ВС-ТО [1]. На начальных стадиях его проектирования высказывались вполне обоснованные опасения по безопасности объекта в связи с недостаточной изученностью природных и технологических условий трассы [4]. И действительно, в самом начале эксплуатации нефтепровода произошли несколько протечек нефти, не имеющих катастрофических последствий, но послуживших серьезным предостережением. И надо отдать должное специалистам «Транснефти», предпринявшим значительные усилия и реализовавшим мероприятия по выявлению и исправлению допущенных недостатков. В результате в дальнейшем и по сегодняшний день значительных осложнений при эксплуатации нефтепровода не допускалось.
Для трассы «Алтая», наметить способ заложения трубы на конкретных участках проявления опасных геоэкологических и геотехнических проблем пока преждевременно, но полностью исключить их негативные последствия было бы неразумно.
Перспективы проекта
Реализация проекта «Алтай» позволит повысить надежность газоснабжения региона, создать новые рабочие места, существенно пополнить региональный и местные бюджеты за счет налоговых отчислений. Трасса проектируемого магистрального газопровода «Алтай» пройдет по территории шести выше упомянутых субъектов РФ и повысит их инвестиционную привлекательность, позволит организовать ряд новых высокоэффективных производств и отраслей промышленности, повысит конкурентоспособность выпускаемой продукции. Нормативной базой сотрудничества регионов с ОАО «Газпром» слу-
жат подписанные ранее соглашения о сотрудничестве, в рамках которых в соответствии с действующим законодательством будут осуществляться природоохранные и компенсационные мероприятия.
21 мая 2014 г. между «Газпромом» и Китайской национальной нефтегазовой корпорацией (CNPC) был подписан долгосрочный контракт на поставку российского газа в Китай сроком на 30 лет. По словам А. Миллера, переговоры по западному маршруту начались сразу после подписания в мае исторического 30-летнего контракта с КНР на поставку 38 млрд м3 газа из Восточной Сибири. А недавно было достигнуто соглашение на поставку в Китай еще 30 млрд м3 газа в год по западному маршруту через «Алтай» [8].
Особо следует отметить, что инвестиции в строительство газопровода «Алтай», сопутствующую инфраструктуру и разработку месторождений для газовых поставок по западному маршруту будут значительно меньше, чем по восточному. Газопровод «Алтай» в Западной и Южной Сибири в два раза короче «Силы Сибири» в Восточной Сибири. Сопутствующая инфраструктура в Западной Сибири также более развита, чем в Восточной. И наконец, в Западной Сибири не требуется разрабатывать совершенно новые месторождения, как в Восточной. Все это в совокупности обусловливает дискуссионность вопросов приоритетности проектов. Пока идет детальное проектирование трассы газопровода с привязкой к местности, при этом, разумеется, «выбирается такой маршрут, который бы никоим образом не повредил памятники истории» [9]. Аналогичные работы ведутся и с китайской стороны, в Алтайском округе Синьцзян-Уйгурского автономного района Китая.
Заключение
Реализация столь значимого для страны в целом проекта должна базиро-
ваться на ряде особых, специально разработанных и адаптированных к местным условиям, технических решениях. Существенно упрощает ситуацию факт, что значительная часть этих решений для восточного варианта была ранее подготовлена проектировщиками в тесном взаимодействии с ведущими НИИ Сибири и Дальнего Востока еще при создании нефтепровода ВС-ТО и вполне может быть использована для «Алтая» [4]. Создание новой мощной ГТС «Алтай» включает ряд положительных и негативных моментов. Так наработки, сделанные еще для трасс ВСТО и «Силы Сибири», позволят уже на стадии проектирования учесть сложную инженерно-геологическую структуру с высокой сейсмичностью и динамичностью мерзлотной обстановки и предусмотреть специальные мероприятия, существенно уменьшающие ущерб от освоения.
В то же время, геокриологические условия западного варианта, особенно его наиболее высокогорного и труднодоступного района плато Укок, пока изучены недостаточно, и это может создать проблемы при завершении проектирования и, особенно, при строительстве и эксплуатации «Алтая». При его создании особо следует учитывать, что согласно предварительному проекту планируется провести трассу через территорию природного парка - уникального высокогорного плато Укок. По мнению ряда экспертов строительство газопровода может нарушить уникальный природно-исторический комплекс этих мест:- вдоль трассы в период строительства будет полностью разрушен почвенно-растительный покров; в суровых условиях Укока, где биологический круговорот веществ замедлен, процессы самовосстановления природных комплексов могут занимать довольно значительное время, а для ряда уникальных геосистем просто невозможны;
- предполагаемая трасса пересечет участки с ММП, нарушение которых вы-
зовет общую дестабилизацию пород, а также усиление деструктивных процессов (термокарста, термоэрозии и т.д.);
- часть территории, по которой может пройти газопровод (горное обрамление плато Укок), расположена в зоне 8-9-балльной сейсмичности, и бурение там может активизировать сейсмотектонические процессы.
По мнению автора, все эти опасности несколько преувеличены, а последнее положение вообще неверно, и его сторонники безусловно ошибаются, ставя в один энергетический ряд явления разного уровня - тектонические и техногенные. В то же время необходимо учесть, что прямой без транзитных стран маршрут газопровода может пройти только по плато Укок и в окрестностях озера Канас, расположенного в Синьцзяне (КНР).
Как известно, сопутствующая инфраструктура в Западной Сибири более развита, чем в Восточной. И наконец, в Западной Сибири не требуется осваивать совершенно новые месторождения как в Восточной, а ресурсная база для газопровода «Алтай» - это традиционные разрабатываемые с советских времен месторождения Западной Сибири. Все это в совокупности в современной экономической ситуации обусловливает дискусси-онность вопросов приоритетности проектов «Сила Сибири» и «Алтай».
Таким образом, важным условием достоверной оценки целесообразности и эффективности создания ГТС «Алтай» является комплексный анализ специалистов, учитывающий как экологическую, так и геокриологическую специфику региона. В этом плане автор настоящей статьи полностью солидарен с мнением Д.В. Черных с соавторами [10] о необходимости продолжения получения информации по природным условиям осваиваемых территорий Горного Алтая. На последующих стадиях проекта следует пополнять информационную базу материалов, необходимых для выработки мероприятий по минимизации ущерба от освоения.
Bulletin AB RGS [Izvestiya AO RGO]. 2016. No2 (41)
Список литературы
1. Шац М.М. Геоэкологические проблемы нефтегазовой отрасли Якутии // Промышленная безопасность и экология. - 2009. - №10 (43). - С. 36-42.
2. Макаров В.Н., Шац М.М. Геоэкологический мониторинг районов добычи и транспортировки углеводородов Якутии // Матер. междунар. конф. «Мониторинг крио-сферы». Пущино, 20-23 апреля 1999 г. - Пущино, 1999. - С. 185-189.
3. Макаров В.Н., Шац М.М. Масштабные изменения среды Якутии, связанные с промышленной деятельностью // Наука и образование. - 2001. - № 1. - С. 109-114.
4. Шац М.М. ВСТО: проблемы реальные и мнимые // Трубопроводный транспорт: теория и практика. - 2011. - № 2. - С. 32-37.
5. Шац М.М. Геокриологические условия Алтае-Саянской горной страны. - Новосибирск: Наука, 1978. - 78 с.
6. Железняк М.Н., Сериков С.И., Шац М.М. Мерзлотно-геотермический мониторинг южной части магистрального газопровода «Алтай» // Трубопроводный транспорт: теория и практика. - 2014. - № 3-4. - С. 61-68.
7. Рудой А.Н., Лысенкова З.В., Рудский В.В., Шишин М.Ю. УКОК (прошлое, настоящее, будущее): монография. - Барнаул: Изд-во Алт. гос. университета, 2000. -209 с.
8. Газпром анонсировал новый крупный контракт с КНР [Электронный ресурс]. -URL: http://news.ykt.ru/article/22454.
9. «Газпром» ведет на Укоке изучение трассы газопровода «Алтай» [Электронный ресурс]. - URL: http://www.regnum.ru/news/1443174.html#ixzz2x7kz6aiY.
10. Черных Д.В., Золотов Д.В., Бирюков Р.Ю., Петров В.Ю. Некоторые выводы по итогам инженерно-экологических изысканий на заключительном отрезке проектируемого газопровода «Алтай» // Природоохранное сотрудничество в трансграничных экологических регионах: Россия-Китай-Монголия: матер. Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием «Социально-экономические и экологические проблемы и перспективы международного сотрудничества России-Китая-Монголии». Чита, 20-23 ноября 2012 г. - Чита, 2012.- С. 172-179.
References
1. Shats M.M. Geoekologicheskiye problemy neftegazovoy otrasli Yakutii // Promysh-lennaya bezopasnost i ekologiya. - 2009. - №10 (43). - S. 36-42.
2. Makarov V.N., Shats M.M. Geoekologichesky monitoring rayonov dobychi i trans-portirovki uglevodorodov Yakutii // Mater. mezhdunar. konf. «Monitoring kriosfery». Push-chino, 20-23 aprelya 1999 g. - Pushchino, 1999. - S. 185-189.
3. Makarov V.N., Shats M.M. Masshtabnye izmeneniya sredy Yakutii, svyazannye s promyshlennoy deyatelnostyu // Nauka i obrazovaniye. - 2001. - № 1. - S. 109-114.
4. Shats M.M. VSTO: problemy realnye i mnimye // Truboprovodny transport: teoriya i praktika. - 2011. - № 2. - S. 32-37.
5. Shats M.M. Geokriologicheskiye usloviya Altaye-Sayanskoy gornoy strany. - Novosibirsk: Nauka, 1978. - 78 s.
6. Zheleznyak M.N., Serikov S.I., Shats M.M. Merzlotno-geotermichesky monitoring yu-zhnoy chasti magistralnogo gazoprovoda «Altay» // Truboprovodny transport: teoriya i praktika. - 2014. - № 3-4. - S. 61-68.
7. Rudoy A.N., Lysenkova Z.V., Rudsky V.V., Shishin M.Yu. UKOK (proshloye, nasto-yashcheye, budushcheye): monografiya. - Barnaul: Izd-vo Alt. gos. universiteta, 2000. - 209 s.
8. Gazprom anonsiroval novy krupny kontrakt s KNR [Elektronny resurs]. - URL: http://news.ykt.ru/article/22454.
H3eecmun AO PW. 2016. № 2 (41)
9. «Gazprom» vedet na Ukoke izucheniye trassy gazoprovoda «Altay» [Elektronny resurs]. - URL: http://www.regnum.ru/news/1443174.html#ixzz2x7kz6aiY.
10. Chernykh D.V., Zolotov D.V., Biryukov R.Yu., Petrov V.Yu. Nekotorye vyvody po itogam inzhenerno-ekologicheskikh izyskany na zaklyuchitelnom otrezke proyektiruyemogo gazoprovoda «Altay» // Prirodookhrannoye sotrudnichestvo v transgranichnykh ekologicheskikh regionakh: Rossiya-Kitay-Mongoliya: mater. Vseros. nauchno-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiyem «Sotsialno-ekonomicheskiye i ekologicheskiye problemy i perspek-tivy mezhdunarodnogo sotrudnichestva Rossii-Kitaya-Mongolii». Chita, 20-23 noyabrya 2012 g. - Chita, 2012.- S. 172-179.
ECOLOGICAL-PERMAFROST CONDITIONS DESIGNED THE MAIN GAS PIPELINE «ALTAI»
M.M. Shatz
Permafrost Institute P.I. Melnikova, SB RAS (IMZ), Yakutsk, E-mail: mmshatz@mail.ru
The article shows the extent of the natural environment transformation in the area of influence of the planned gas transmission system «Altai» - «Novy Urengoy - Surgut - China», as well as the main trends of its negative dynamics. Areas covered by the impact of the pipeline, are characterized by complex structure of the landscape, are of high seismicity and and have dynamic permafrost conditions. Permafrost on most of the track have predominantly island, rarely faltering location. It is noted that ignoring the present features and the lack of study of the consequences of violation of the natural processes of heat and mass transfer in rocks may lead to serious complications in the construction and operation of the gas transportation system «Altai», which in turn leads to inefficient economic costs.
Keywords: projected pipeline; area of influence of the pipe; the natural environment; temperature of rocks.
Received May 24, 2016
