CC BY
10Геология, поиски и разведка месторождений нефти и газа
УДК 556.38:556.013(571.1)
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПИТЬЕВЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД УРЕНГОЙСКОГО НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО РЕГИОНА (ЕСТЕСТВЕННЫЕ УСЛОВИЯ)
ECOLOGICAL AND HYGIENE ASSESSMENT OF UNDERGROUND DRINKING
WATERS IN URENGOY OIL PRODUCING REGION (NATURAL CONDITIONS)
В. А. Беженцев, Т. В. Семенова
V. A. Bechentsev, T. V. Semenova
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
Ключевые слова: качество подземных вод, предельно-допустимые концентрации, санитарные правила и нормы, техногенная нагрузка, водоподготовка
Key words: quality of groundwaters, maximum permissible concentration, sanitary rules and norms, anthropogenic impact, water treatment
Вода, являясь важнейшей составной частью окружающей среды, занимает особое положение среди используемых природных ресурсов, которое определяется ее огромной ролью в геологических и биологических процессах и значением в народном хозяйстве.
Пресные подземные воды, являющиеся основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения Уренгойского нефтегазодобывающего региона, приурочены к отложениям некрасовской серии (свиты) олигоцена. Водовмещающие породы представлены разнозернистыми кварцевыми песками. Средняя эффективная мощность составляет свыше 60 м. В кровле горизонта залегают водоносные, слабоводоносные и водоупорные четвертичные отложения полуйской, казымской, салехардской и казан-цевской свит. Вместе они образуют олигоцен-четвертичный водоносный комплекс. В пределах данного комплекса разведано и эксплуатируется Новоуренгойское месторождение пресных подземных вод. Месторождение было разведано в 1985 году, утвержденные эксплуатационные запасы в ГКЗ СССР составляют (по категориям, тыс. м3/сутки): А — 31,3, В — 34,5, С1 — 35,0, всего 100,8 [3]. Характерной особенностью пресных подземных вод этого региона является их низкая (ультрапресная) минерализация, редко превышающая 50 мг/дм [5]. Низкие концентрации отмечаются также для таких основных солеобразующих компонентов, как кальций и магний. Однако на фоне пониженных значений ионов кальция и магния наблюдаются высокие содержания ионов железа и марганца и кремнекислоты. Использование подземных вод такого состава для питьевых целей, даже при отсутствии техногенного загрязнения негативно влияет на здоровье населения [ 1, 4].
Данная статья посвящена эколого-гигиенической оценке питьевых подземных вод Уренгойского нефтегазодобывающего региона. В его основу положены результаты длительных авторских исследований в области изучения пресных подземных вод данной территории. Ниже приведены основные компоненты ионно-солевого состава подземных вод рассматриваемой территории.
В соответствии Европейскими стандартами качества питьевой воды Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) регламентирует верхний и нижний пределы допустимых концентраций (ПДК), а также дает рекомендации по концентрациям компонентов в питьевой воде (табл. 1). Исходя из этого авторы оценивали уникальные подземные воды Уренгойского нефтегазодобывающего региона (табл. 1, 2).
№ 6, 2014
Нефть и газ
9
Таблица 1
Некоторые показатели компонентного состава питьевых вод
Показатели Концентрации компонентов, мг/дм3
ВОЗ СанПиН 2.1.4.107401 Уренгойского НГКМ (от - до)
Минимальные Рекомендуемые Допустимые
Сухой остаток 100^200 1 000 1 500 1000 17,82+161,87
Кальций 60 75 200 - 0,80+10,2
Магний 6,0 30 150 - 0,12+6,08
Хлор - 200 600 350 1,42+2,13
Сульфаты - 200 400 500 0,0
Фтор 0,5 0,6+0,9 0,8+1,7 1,2 0,1+0,3
Железо - 0,1 1,0 1 0,04+6,5
Марганец - 0,05 0,5 0,1 0,01+2,17
Фенолы - 0,001 0,002 0,001 0,0+0,02
рн - 7+8,5 6,5+9,2 6,0+9,0 5,10+7,72
Таблица 2
Химический состав подземных вод Уренгойского газоконденсатного месторождения
Место отбора ррн М мг/дм3 Состав подземных вод, мг/дм3
С1 НСО3 К № Mg Са Ш4 8О2
УКПГ-1 7,16 25,11 2,13 5,49 0,60 0,80 1,09 1,00 н/об -
УКПГ-1 6,00 21,56 1,77 6,10 0,60 0,80 1,09 1,20 н/об -
УКПГ-1 6,70 111,3 1,42 36,00 1,00 4,50 2,07 5,41 0,40 -
УКПГ-2 6,90 86,35 1,42 19,53 0,70 3,50 2,19 3,81 0,40 20,8
УКПГ-2 6,60 101,2 1,42 33,56 0,90 3,90 2,80 5,21 0,40 -
УКПГ-2 7,03 64,82 1,77 27,46 0,60 2,90 2,68 4,41 н/об -
УКПГ-3 6,35 30,18 1,42 6,71 0,40 1,40 1,95 1,20 н/об -
УКПГ-3 5,80 27,21 1,42 4,88 0,40 1,40 2,31 1,00 н/об -
УКПГ-3 6,03 28,05 1,77 5,49 0,30 1,10 1,09 2,20 н/об -
УКПГ-4 6,15 41,83 1,42 9,76 0,40 1,40 0,24 3,01 н/об -
УКПГ-4 6,53 59,40 1,42 18,31 0,65 1,90 1,22 2,00 0,20 -
УКПГ-5 6,25 39,52 1,42 7,93 0,50 1,40 2,07 1,00 н/об 15,4
УКПГ-6 6,90 60,72 1,77 19,53 0,95 4,05 2,31 2,81 0,40 -
УКПГ-6 7,15 61,65 1,77 20,75 0,95 3,80 2,07 3,01 0,,50 10,0
УКПГ-7 6,31 41,94 1,42 4,25 0,65 2,90 1,82 2,20 0,40 -
УКПГ-7 5,10 43,37 1,42 6,10 0,50 1,90 1,58 1,80 0,30 -
УКПГ-7 6,74 49,70 1,77 12,81 0,50 2,90 2,31 3,41 н/об -
УКПГ-8 7,72 161,9 1,42 89,70 2,40 18,25 6,08 9,42 1,50 -
УКПГ-8 7,35 106,0 1,42 51,87 1,50 5,60 5,59 10,0 н/об -
УКПГ-9 6,72 16,02 2,13 3,05 0,25 1,15 1,34 0,80 н/об -
УКПГ-9 6,25 17,82 1,42 4,88 сл. 0,70 0,12 1,40 н/об -
Водозабор 6,15 56,10 3,50 18,30 0,70 1,40 1,30 3,40 0,70 23,4
10
Нефть и газ
6, 2014
Общий природный гидрогеохимический облик подземных вод определяют следующие компоненты: гидрокарбонаты, кремнекислота, кальций, магний, а также общая минерализация.
Как видно из таблицы 1, по скважинам Уренгойского газоконденсатного месторождения (согласно СанПИН 2.1.4.1074-01) отмечаются повышенные и пониженные ПДК компонентов: железа — превышение в 6 раз, марганец — превышение в 20 раз, фтор — ниже в 4 раза, кальций — ниже в 7,5 раз, магний — ниже в 5 раз.
Минерализация. Как уже отмечалось ниже, отличительной особенностью подземных вод Уренгойского нефтегазодобывающего региона является их крайне низкая, ультрапресная минерализация. Согласно рекомендациям ВОЗ, минимальная рекомендуемая минерализация вод 100^200 мг/дм3. По региону она составляет менее 100 мг/дм3. Низкая минерализация питьевых вод может привести к нарушению водно-солевого баланса организма, депрессивно воздействует на функциональное состояние желудочно-кишечного тракта и иногда вызывает сердечно-сосудистые заболевания [2].
Водородный показатель (рН). Диапазон значений рН, определяемый СанПиН и ВОЗ, составляет интервал от 6 до 9. Наличие болот и повышенного содержания органических веществ в водоносных горизонтах четвертичных и мел-палеогеновых отложений бассейна в ледово-гумидной и гумидной макрозонах способствует созданию преимущественно кислой, восстановительной обстановки, благоприятной для миграции железа, марганца и других элементов. По результатам опробования на территории региона было определено, что в основном подземные воды имеют слабокислую реакцию.
Кремний — SiO2. Одним из основных солеобразующих компонентов подземных вод рассматриваемого региона является кремний — 25^40 % общей минерализации. При ПДК по силикатам 22 мг/дм3 его содержание составляет от 10 (УКПГ-6) до 23,40 (городской водозабор) мг/дм3. Кремний играет в организме важную защитную роль, повышая его самозащитные функции и способствуя дезинтоксикации. Человеку ежедневно требуется 20^30 мг 8Ю2. Кремний облегчает удаление из организма метаболитов, чужеродных и токсичных веществ, служит барьером для распространения дегенеративных процессов, рака. Как показывают исследования, оптимальное содержание кремния в воде определяется значением 5 мг/дм3. При более низких или более высоких концентрациях происходит нарушение саморегуляционных свойств организма, что может вызвать ряд заболеваний, таких как рак, зоб, дерматиты, туберкулез и т. д. Избыточные концентрации кремния, выше 5^30 мг/дм3, приводят к эндемическим заболеваниям.
Кальций и магний. Основными солеобразующими компонентами подземных вод являются ионы кальция и магния. Низкие содержания именно этих ионов и определяют пониженную минерализацию подземных вод в рассматриваемом регионе. Эти ионы иногда называют «металлами жизни» ввиду их значения для нормального развития организма. Согласно рекомендациям ВОЗ, в питьевой воде должно быть не менее 60 мг/дм3 кальция и 6 мг/дм3 магния [2]. При малом содержании кальция и магния происходит ослабление иммунной системы организма, нарушение обмена веществ, развитие многочисленных заболеваний и патологий, вызванных конкурирующим действием ионов тяжелых металлов. Неполучение кальция и магния приводит к уязвимости организма и к заболеваниям. Вода, содержащая же их в достаточном количестве, способствует повышению сопротивляемости организма человека воздействию отрицательных факторов внешней среды, так как на уровне клетки кальций и магний блокируют губительное для нее действие ионов тяжелых металлов.
Железо и марганец. Почти повсеместно в рассматриваемом регионе содержание железа находится в пределах от 0,04 до 6,5 мг/дм3, что превышает ПДК. В то же время железо является жизненно необходимым элементом, активно участвующим в окислительно-восстановительных процессах в организме и реакциях, необходимых для процессов роста и кроветворения [2]. Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к эндемическому заболеванию печени (гемосидерит). Максимальное содержание ионов марганца в питьевых водах Уренгойского НГКМ составляет 2,17 мг/дм3. Марганец оказывает значительное влияние на рост, размножение, кроветворение, на обмен веществ, участвуя в биологическом катализе. В марганцевых субрегионах содержание его в питьевых водах высокое
2014
Нефть и газ
11
(0,1+0,54 мг/дм3), что отрицательно влияет на обмен йода в организме, приводит к эндемическому зобу, высокому распространению кариеса у детей.
Фтор. Подземные воды рассматриваемого региона отличаются пониженным содержанием фтора. Его недостаток, как известно, вызывает кариес зубов. При рекомендуемых концентрациях не менее 0,5 мг/дм3 (ВОЗ) и ПДК не менее 0,7 мг/дм3 его значения для подземных вод округа не превышают 0,2+0,3 мг/дм3.
Фенолы. Последние исследования, проводимые в данном направлении, указывают на двойственный характер происхождения фенолов в подземных водах — как естественное, так и за счет техногенного загрязнения [2]. При интенсивном насыщении гумусовой органикой водовмещающих пород региональное распространение в пресных водах получают фенолы природного происхождения, являющиеся вместе с хионами и аминовыми соединениями главными составными частями гумусовых веществ. Даже при среднем содержании количество фенолов в пресных подземных водах региона часто превышает тот предел, при котором начинают явно ощущаться неприятные хлор-фенольные запахи при хлорировании воды. Фенолы токсичны, однако не обладают кумулятивными свойствами в организме человека.
При пределе содержания, определяемом ВОЗ и ГОСТ не более 0,001 мг/дм3, средние фоновые значения, полученные для районов, не затронутых нефтедобычей, составляют от 0,1 до 0,3 мг/дм3. Следовательно, даже в районах, не имеющих техногенной нагрузки, концентрации фенолов в подземных водах превышают ПДК в два раза.
Важную роль в формировании качества пресных подземных вод играют тяжелые металлы, такие как РЬ, Си, гп, Са, N1, Со, БЬ, Бп, В1, Н^. Иногда в этот ряд включают
Ре, Аи, Мп, Ва, Бг, Мо, Л8 и другие. Авторские исследования позволили определить концентрацию некоторых их них (табл. 3).
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в пресных подземных водах Уренгойского нефтегазодобывающего региона (мг/дм3)
Место отбора РЬ As са Си гп
УКПГ-8 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ-9 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ- 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ-4 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ-6 0,0050 0,0050 0,0002 0,01 0,01
УКПГ-10 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ-5 0,0050 0,0050 0,0002 0,01 0,01
УКПГ-3 0,0050 0,0050 0,0002 - -
УКПГ-1 0,0050 0,0050 0,0002 0,02 0,02
Городской водозабор скв. 2-3А 0,0050 0,0050 0,0002 - -
Городской водозабор скв. 2-6 0,0050 0,0050 0,0002 0,01 0,01
Городской водозабор скв. 2-12А 0,0050 0,0050 0,0002 0,01 0,01
Тяжелые металлы являются токсичными по отношению к организму человека и вызывают у него различные заболевания. Ниже приводится воздействие этих компонентов на организм.
Свинец (РЬ). Организмом человека свинец поглощается при вдыхании пыли и испарений. Токсичность его отражается в поражении различных органов (почек, параличе конечностей и др.).
Мышьяк (Лл). В организм попадает вдыханием пыли и испарений, неблагоприятно влияет на нервную систему, желудок, легкие и кожу, вызывает интоксикацию, дерматит, рак кожи и легких.
12
Нефть и газ
6, 2014
Кадмий (Cd). Вызывает такие заболевания, как протеинурия, почечные болезни, итай-итай, остеомаляция, рак предстательной железы и др.
Медь (Cu). Концентрация меди в организме человека контролируется гомеостазом. Вызывает интоксикацию и такие заболевания, как анемия, гепатиты.
Цинк (Zn). В организме человека уровень цинка находится под контролем гомеоста-за. Одинаково вреден как избыток, так и недостаток этого металла. В организм попадает путем вдыхания пыли и испарений, с пищей. Вызывает «металлическую лихорадку», интоксикацию, озноб и др.
Таким образом, качество подземных вод на территории Уренгойского нефтегазодобывающего региона в основном не соответствует нормам СанПиН 2.1.4.1074-01. Неполное соответствие качества подземных вод требуемым стандартам предопределяет специальную водоподготовку при их использовании для питьевого водоснабжения.
Список литературы
1. Бешенцев В. А. Характеристика качества пресных подземных вод некоторых водозаборов Ямало-Ненецкого автономного округа // Горные ведомости. ОАО «СибНАЦ». - 2006. - № 3. - С. 78-84.
2. Бешенцев В. А. Эколого-гигиеническая оценка питьевых подземных вод Ямало-Ненецкого автономного округа // Горные ведомости. ОАО «СибНАЦ».- 2007. - № 8. - С. 70-74.
3. Бешенцев В. А. Техногенез подземных вод и формирование техногенных гидродинамических систем в Уренгойском нефтегазодобывающем регионе // Горные ведомости. ОАО «СибНАЦ». -2008. - № 1.-С. 52-61.
4. Торопов Г. В., Бешенцев В. А. Особенности формирования химического состава природных вод на территории Уренгойского нефтегазодобывающего региона (на примере Уренгойского НГКМ) // Вестник Тюменского государственного университета. Тюмень, Изд-во ТГУ. 2013. - С. 115-124.
5. Бешенцев В. А. Семенова Т. В. Криогенез пресных подземных вод Западно-Сибирской равнины (в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона) // Известия вузов. Нефть и газ. - 2014. - № 1. - С. 6-11.
Сведения об авторах
Бешенцев Владимир Анатольевич, д. г.-м. н., профессор кафедры «Геология месторождений нефти и газа», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390346, e-mail: [email protected]
Семенова Татьяна Владимировна, к. г. -м. н, доцент кафедры «Геология месторождений нефти и газа», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)390346, e-mail: t_v_semenova@list. ru
Beshentsev V. A., Doctor of Geology and Mineralogy, professor of the chair «Geology of oil and gas fields», Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)390346, e-mail:[email protected]
Semyonova T. V., Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(3452)390346, e-mail: [email protected]
