CC BY
0УДК 502.5: 504.055: 504.3
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1527-1530
К АНАЛИЗУ СРЕДООБРАЗУЮЩИХ ФУНКЦИЙ СТЕПНЫХ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОСИСТЕМ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
TO THE ANALYSIS OF ENVIRONMENT-FORMING FUNCTIONS OF STEPPE NATURAL-TECHNICAL GEOSYSTEMS OF OIL FIELDS
Щавелев А.Н., Мячина К.В., Дубровская С.А., Ряхов Р.В.
Shchavelev A.N., Myachina K.V., Dubrovskaya S.A., Ryakhov R.V.
Институт степи УрО РАН, Оренбург, Россия Steppe Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia
E-mail: ditmark12rus@gmail.com
Аннотация. Цель исследования - определить особенности динамики средообразующих параметров в природно-техногенных геосистемах нефтегазовых месторождений Оренбургской области в сравнении с исходными степными геосистемами. Выполнялись инструментальные замеры температуры воздуха и почвы, относительной влажности воздуха и почвы, уровня шумового загрязнения. С помощью снимков спутников Ландсат определялись температура поверхности ландшафта, индекс содержания влаги в растительности и альбедо поверхности. Результаты полевых и дистанционных исследований показали, что на участках с техногенным воздействием наблюдаются изменения влагооборота, температурного баланса, радиационного баланса. Выявленные последствия свидетельствуют об изменении характеристик средообразующих параметров, способных, в свою очередь, вызвать трансформацию прямых и обратных связей в природно-техногенной геосистеме.
Ключевые слова: природно-техногенная геосистема нефтяного месторождения; изменение средообразующих параметров; степной регион.
Abstract. The purpose of the study is to determine the features of the environment-forming parameters dynamics in natural-technogenic geosystems of oil and gas fields in the Orenburg region in comparison with the original steppe geosystems. Instrumental measurements of air and soil temperature, relative humidity of air and soil, and the level of noise pollution were carried out. Landsat satellite images were used to determine landscape surface temperature, vegetation moisture content index, and surface albedo. The results of field and remote sensing studies showed that in areas with anthropogenic impact, changes in moisture circulation, temperature balance, and radiation balance are observed. The identified consequences indicate a change in the characteristics of environment-forming parameters, which can, in turn, cause a transformation of direct and feedback connections in the natural-technogenic geosystem.
Key words: natural-technogenic geosystem of an oil field; change in environment-forming parameters; steppe region.
Введение. В пределах степных регионов России расположено до 500 нефтегазовых месторождений различных размеров и возраста разработки. Масштаб данного промышленного комплекса определяет преобразование исходных геосистем с дальнейшим формированием природно-техногенных геосистем нефтегазовых месторождений. Трансформация вещественно-энергетических потоков приводит к изменениям характеристик, в том числе тех, которые призваны обеспечивать одну из ключевых геосистемных функций - средообразующую [1, 2]. Согласно классификации услуг наземных экосистем России, к элементарным средообразующим параметрам, в числе прочих, относят температуру и влажность воздуха и почвы и сбалансированные потоки парниковых газов [3]. Задачи данного исследования - получить количественные характеристики и выявить динамику указанных средообразующих параметров в природно-техногенной и исходной геосистемах.
Объект и методы исследования. Исследовались пять пар ключевых участков «природно-техногенная геосистема - эталон», где так называемый эталон - участок без техногенного воздействия за пределами инфраструктуры нефтепромысла, характеризующийся однородной формой рельефа и демонстрирующий условия исходного ландшафта. Все участки располагаются в пределах Волго-Уральской нефтегазовой провинции, а именно её восточной части. Согласно административно-территориальному делению участки расположены в Оренбургской области, на территории трех ее районов: Новосергеевского, Переволоцкого и Оренбургского.
1527
Пара участков № 1 расположена южнее г. Оренбург, близ пос. Пруды. Техногенный участок представлен природно-техногенной геосистемой скважины нефтегазоконденсатного месторождения и сопутствующей инфраструктурой. Располагается на пологом склоне (уклон 2°) водораздела в границах пашни, почвы - чернозем южный террасовый. Эталонная участок степной геосистемы находится на пологом склоне (уклон 2,5-3°) водораздела в границах залежной степи с умеренным выпасом, в 500 м от техногенного, почвы - чернозем южный террасовый.
Пара участков № 2 распложена в 10 км южнее пос. Претория Переволоцкого района. Техногенный участок представлен природно-техногенной геосистемой скважины нефтегазоконденсатного месторождения и сопутствующей инфраструктурой, расположен на крутом склоне (уклон 10-15°), почвы - чернозем обыкновенный карбонатный неполноразвитый тяжелосуглинистый. Эталонная степная геосистема находится в 110 м в южном направлении, на крутом склоне (уклон 10-15°) в пределах ландшафтно-экологического памятника природы Кувайская степь (сохранившийся участок естественной степи), почвы представлены черноземом обыкновенным карбонатным неполноразвитым тяжелосуглинистым.
Пара участков № 3 расположена близ пос. Сырт Переволоцкого района. Техногенный участок представлен природно-техногенной геосистемой скважины нефтегазоконденсатного месторождения и сопутствующей инфраструктурой, расположен на пологом склоне (уклон 1-2°) водораздела, почвы - черноземы обыкновенные карбонатные тяжелосуглинистые. Эталонная степная геосистема находится в 200 м на запад, на пологом склоне (уклон 1-2°) водораздела в границах залежной степи, почвы - черноземы обыкновенные карбонатные тяжелосуглинистые.
Пара участков № 4 расположена западнее ландшафтно-ботанического памятника «Платовская дача» Новосергеевского района. Техногенный участок представлен природно-техногенной геосистемой скважины нефтегазоконденсатного месторождения и сопутствующей инфраструктурой, расположен на равнинной части водораздела, почвы - чернозем южный маломощный среднесуглинистый. Эталонная степная геосистема находится в 1 км восточнее, на равнинной части водораздела в границах пастбища с умеренным выпасом, почвы - чернозем южный маломощный среднесуглинистый.
Пара участков № 5 расположена восточнее пос. Татищево Переволоцкого района. Техногенный участок представлен природно-техногенной геосистемой, сформированной комплексом объектов дожимной компрессорной станции нефтегазоконденсатного месторождения. Расположен на равнинной части водораздела, почвы - черноземы южные тяжелосуглинистые. Эталонная участок степной геосистемы находится в 790 м на северо-западе, расположен на равнинной части водораздела в границах маловозрастной степной залежи, почвы - черноземы южные тяжелосуглинистые.
С помощью инструментальных замеров фиксировались следующие параметры: температура воздуха на высоте 2 м, температура почвы на глубине 10 см, относительная влажность воздуха на высоте 2 м, относительная влажность почвы на глубине 10 см, уровень шума с учетом направления ветра. Обследования природно-техногенных и парных им эталонных геосистем проводились в одно и то же время суток. Выбирались произвольные площадки размером 2*2 м, каждый инструментальный замер выполнялся в пяти точках («метод конверта»), после чего высчитывалось среднее значение анализируемого параметра.
На основе серии снимков спутников Ландсат за период с 2013 по 2022 гг. фиксировались такие дополнительные параметры как:
- температура поверхности ландшафта, средняя ежемесячная за вегетационный период;
- индекс содержания влаги в растительности (NDMI), средний ежемесячный за вегетационный период;
- альбедо поверхности, среднее ежемесячное за вегетационный период.
Результаты и их обсуждение. На основе проведённых измерений можно выявить
определённые закономерности. На участках природно-техногенных геосистем в трех случаях из пяти (2, 4, 5 пары) наблюдается пониженная относительно эталонов влажность воздуха. Разница в показателях относительной влажности воздуха на каждой паре участков находится в диапазоне от 4,5 до 12%, за исключением пары № 1, где влажность на эталонном участке ниже, чем на участке с техногенным воздействием. В паре № 3 относительная влажность воздуха одинакова на двух участках. На участках техногенных геосистем наблюдается пониженная относительно эталонов влажность почвы. Разница в показателях влажности на каждой паре участков колеблется в диапазоне от 1,2 до 6%, за исключением пары № 3, где относительная влажность
1528
почвы одинакова на двух участках. Согласно спутниковым данным разница значений содержания влаги в растительности для большей части исследуемого периода в среднем составляет 0,02 (значение индекса NDMI), где эталоны более влажные.
Можно утверждать, что увлажненность как поверхности, так и воздушной массы в большинстве случае на участках с природно-техногенными геосистемами в среднем ниже, чем на парных им эталонных участках.
Похожая тенденция отмечается при анализе результатов измерения температуры почвы. Разница температур на каждой паре участков колеблется в диапазоне от 0,14 до 3,8°С. Средняя разница температур поверхности ландшафта в каждой паре, согласно спутниковым данным, для большей части исследуемого периода составляет 0,6°С. Более нагретые участки в данных случаях являются техногенными.
Аналогично результатам предыдущих измерений, пара участков №1 не поддаётся общей закономерности. Температура почвы на эталонном участке выше, чем на участке с техногенным воздействием. Несоответствие, видимо, связано с расположением природно-техногенной геосистемы в границах распаханного поля. Такая локализация, несомненно, оказывает влияние на показатели температуры и влажности воздуха и почвы, т.к. состояние растительного покрова является одним из факторов, провоцирующих изменения температуры и влажности воздуха и почвы, наряду с непосредственным воздействием техногенных объектов (горение факельной установки по сжиганию газовых смесей, работа трансформаторных подстанций, систематическое движение техники и пр.) [4, 5].
В каждой из пяти пар отмечается существенное превышение уровня шума на участках природно-техногенных геосистем по сравнению с эталонами. Разница составляет 8-39,5 децибел. Именно на открытых степных пространствах негативное влияние шумового воздействия усиливается безлесностью. При этом доказано, что постоянное акустическое воздействие приводит к многочисленным нарушениям в функционировании эндокринной и вегетативной нервных систем млекопитающих [6]. Шум работающих агрегатов нефтегазодобычи действует как значительный стрессовый фактор, способствуя потере условий обитания и локального снижения биоразнообразия.
Не прослеживается явных закономерностей в изменении температуры воздуха на участках с техногенным воздействием относительно эталонов. Тем не менее значения альбедо поверхности для большей части исследуемого периода на участках техногенных геосистем ниже в среднем на 3,3%. Такое изменение альбедо ожидаемо и отражает изменение почвенно-растительного покрова техногенной геосистемы в сравнении с исходной. Показатель альбедо поверхности напрямую воздействует на температуру воздуха, поэтому в данном направлении требуются дальнейшие исследования для пополнения базы данных измерений.
Результаты полевых и дистанционных исследований показали, что на участках с техногенным воздействием наблюдаются изменения главных составляющих функционирования исходных геосистем. Кроме того, на участках природно-техногенных геосистем происходит внедрение новых энергетических потоков.
В нашем исследовании в четырех случаях из пяти рассматривались природно-техногенные геосистемы месторождений низшего иерархического уровня - геосистемы скважин. А как известно, локальные изменения климатообразующих параметров и биоразнообразия способны выстраиваться в цепочку, вызывая более масштабные последствия на более высоких геосистемных уровнях [7].
Более подробно результаты представленного исследования изложены в других публикациях авторов [8].
Заключение. Оценка средообразующих параметров является важнейшей частью современного актуального геоэкоголического исследования. Представленные в данной работе закономерности изменения средообразующих параметров в пределах природно-техногенной геосистемы могут быть развернуты с учётом иных характеристик геосистемы, в т.ч. - вариантов изменения почвенно-растительного покрова, уровня газохимических потоков и пр. Предлагаемые результаты исследования предоставляют первичную информацию и могут быть задействованы при принятии решений по планированию хозяйственной деятельности на нефтегазоносных территориях.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ (грант №23-27-00193, №ГР 123012000040-7).
1529
Список литературы
1. Тишков А.А. Биосферные функции и экосистемные услуги ландшафтов степной зоны России // Аридные экосистемы. 2010. Т. 16. № 1 (41). С. 5-15.
2. Тишков А.А. Биогеографические последствия природных и антропогенных изменений климата // Успехи современной биологии. 2011. Т. 131. № 4. С. 356-366.
3. Экосистемные услуги России: Прототип национального доклада. Услуги наземных экосистем. Т. 1. / Ред.-сост.: Е.Н. Букварёва, Д.Г. Замолодчиков. М.: Изд-во Центра охраны дикой природы, 2016. 148 с.
4. Ozkan U., Gokbulak F. Effect of vegetation change from forest to herbaceous vegetation cover on soil moisture and temperature regimes and soil water chemistry // Catena. 2017. Vol. 149. P. 158-166.
5. Sandholt I., Rasmussen K., Andersen J. A simple interpretation of the surface temperature/vegetation index space for assessment of surface moisture status // Remote Sensing of environment. 2002. Vol. 79. No 2-3. P. 213-224.
6. Goines L., Hagler L. Noise pollution: a modern plague // Southern medical journal-Birmingham Alabama. 2007. Vol. 100(3). P. 287-294.
7. Тишков А.А. Биогеографические последствия природных и антропогенных изменений климата // Успехи современной биологии. 2011. Т. 131. № 4. С. 356-366.
8. Мячина К.В., Дубровская С.А., Ряхов Р.В., Щавелев А.Н. Изменения средообразующих параметров степных геосистем в условиях нефтедобычи (на примере Волго-Уральского региона) // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле. 2023. Т. 46. С. 114-127.
1530
