Мониторинг подземных вод в зоне влияния Шкаповского и Туймазинского нефтяных месторождений

Абдрахманов Рафил Фазылович; Полева Александра Олеговна; Еранов Евгений Александрович

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 556.388 DOI 10.24412/1728-5283_2022_2_5_10

МОНИТОРИНГ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ШКАПОВСКОГО И ТУЙМАЗИНСКОГО НЕФТЯНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Институт геологии, Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

В статье приводятся обновленные данные наблюдений за состоянием подземных вод в районах нефтяных месторождений Башкирского Предуралья. Эти наблюдения проводятся нами с 1974 г. (более 50 лет). Большие изменения в природной гидрогеохимической зональности Волго-Уральско-го артезианского бассейна произошли в процессе эксплуатации этих месторождений под влиянием техногенных факторов. Минерализация природных вод повысилась и достигла 5-10, а в некоторых местах достигла 40 г/дм3. Химический состав воды трансформировался из гидрокарбонатного кальциевого в хлоридный натриевый и хлоридный кальциево-натриевый. Проведенный корреляционный анализ данных наших наблюдений минерализации подземных вод и количества атмосферных осадков в районе Шкаповского нефтяного месторождения показал, что степень минерализации

г~ „ , , , _ подземных вод обратно пропорци-

Ключевые слова: подземные воды, нефтяные месторождения, мониторинг, загрязняющие вещества, гидроге- онален количеству °садк°в и для охимическая трансформация. восстановления гидрогеохимиче-

_ _| ских условий местности необходи-

мо от 20-30 до 100-150 лет.

MONITORING OF GROUNDWATER IN THE AREA

OF INFLUENCE OF SHKAPOVSKOE AND TUYMAZINSKOE OIL FIELDS

The article provides updated data on observations of the state of groundwater in the areas of oil fields of the Bashkir Cis-Urals. These observations have been carried out by us since 1974 (more than 50 years). Major changes in the natural hydrogeochemical zonality of the Volga-Ural artesian basin occurred during the exploitation of these deposits under the influence of technogenic factors. The mineralization of natural waters increased and reached 5-10, and in some places reached 40 g/dm3. The chemical composition of the water was transformed from calcium bicarbonate to sodium chloride and calcium-sodium chloride. The correlation analysis of our observations of groundwater salinity and precipitation in the area of the Shkapovskoye oil field showed that the degree of mineralization of groundwater is inversely proportional to the amount of precipitation and it takes 20-30 to 100-150 years to restore

Key words: groundwater, oil fields, monitoring, pollutants, hydrogeochemical transformation.

the hydrogeochemical conditions of the area.

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

/

2022, том 43, № 2(106)

Абдрахманов Р.Ф., Полева А.О., Еранов Е.А. ///////////////////////М

Введение. Современное гидрогеодина-мическое и гидрогеохимическое состояние осадочного бассейна изучаемого региона сформировалось под воздействием эндогенных и экзогенных процессов.

В естественной обстановке региона гидрогеологические условия характеризуются прямым типом физико-химической зональности, характеризующимся снижением подвижности вод с глубиной, закономерной сменой пресных гидрокарбонатных (0,30,8 г/дм3) вод в неогеновых и верхнепермских (татарских, казанских) отложениях, солоноватыми (1-10 г/дм3) - 13 уфимс ких, солеными сульфатными и сульфатно-хлоридными (10-36 г/дм3) - в кунгурских - хлоридными рассолами в нижней Перми (рис. 1). Одновременно с этим наблюдается изменение состава водорастворенных газов от кисло-дородно-азотного до сульфидно-углекис-ло-метаново-азотногои азотно-метанового, рост температуры вод от +-5 до 30°С и выше. В соответствии с этимснижаются Eh (от плюс 300—100 до минус 430-250 мВ) и рН -от 8,8-8 до 7-5,4).

Рис. 1. Гидрохимический разрез зоны гипергене-з а Южного Предуралья [1, 4]

1-8 - хими чески й состав и минерализация подземных вод (г/дм3): 1 - гидрокарбонатные кальциевые (до 0,5), 2 - гидрокарбонатные натриевые (0,5-1), 3 - гидрокарбонатные, реже сульфатно-гидрокарбонатные и хлоридно-ги-дрокарбонатные разнообразного катионного состава (до 1), 4 - сульфатные кальциевые (1-3), 5 - сульфатные натриевые и кальциево-натрие-вые (3-10, редко более), 6 - сульфатно-хлорид-

ные кальциево-натриевые (3-10), 7 - сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые и хлоридные натриевые (10-36), 8 - хлоридные натриевые (>36), 9 - относительно водоупорные галогенные породы кунгурского яруса пермской системы; 10 - гидрогеохимические границы; 11 - стратиграфические границы; 12 - верхняя граница распространения сероводорода в водах, 13 - скважина: цифра справа - минерализация (г/дм3)

В последние годы техногенез нередко превосходит природные процессы по величине влияния и чаще всего он имеет необратимый характер. Очень сильное техногенное воздействие на природную среду региона оказала нефтедобывающая промышленность, вступившая в активную разработку месторождений с 1940-1950-х годов.

Загрязнение подземных вод и его масштабы зависят от многих геологических факторов: строения, литологии пород, подвижности вод верхней гидродинамической зоны, вида и состава загрязнителей, сроков эксплуатации месторождений и пр. В пределах изучаемого региона загрязнение произошло с первых лет эксплуатации нефтяных месторождений, однако особенно интенсивно оно наблюдалось с момента закачки сточных нефтепромысловых вод в продуктивные пласты девона (для поддержания пластового давления) и поглощающие горизонты палеозоя.

Объекты исследования и обсуждение результатов. На территории изучаемого региона разрабатываются крупные нефтяные месторождения. Нами рассматриваются два из них: Туймазинское и Шкаповское (рис. 2, 3).

В процессе эксплуатации этих месторождений гидрогеохимическая зональность местности была кардинально нарушена. Более значимые изменения произошли в верхней гидродинамической зоне, заключающей пресные воды в четвертичных и пермских отложениях.

н

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

' 2022, том 43, № 2(106) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

МОНИТОРИНГПОДЗЕМНЫХВОД ВЗОНЕВЛИЯНИЯ ШКАПОВСКОГО И ТУИМАЗИНСКОГО _НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

№ ^ Стегановка

^ :КНС-2 Г

|Щ1 В|гГ"р~1з| ф |4[~^|5

ЕЗ ? И0 ЕШ9 В10

Рис. 2. Карта влияния на зону пресных подземных вод Шкаповского нефтяного месторождения [2, 3]

1 - водоисточники: а - родник, б - скважина, в - колодец; 2 - пруд-накопитель сточных вод;

3 - карстовая воронка-накопитель сточных вод;

4 - водозабор; 5 - контур нефтяного месторождения; 6 - контур загрязненных вод на 1971 г. (Шка-повикое месторождение) и 1977 г. (Туймазинское месторождение); 7 - контур загрязненных вод в настоящее время; 85 -о местоположение родников мониторинговых иоследований; 9 - гидрострати-фафичемкая нраница; 10 - гидрстгеолпгичсский разрез (см. рис. 1)

За контуром нефтяных месторождений эти горизмшы заключают инфильтрогенные гидрокарбонатныые сальциевы1е( с1 ), ммгни-ево-кальциевыге и гидрмкарбонатные натриевые воды (с№ ), отнокящиеся по О. А.. Алн-кину [Р] к; типам II (сульфатный натрт-вый) и о (тидрокарбонатный натриевый ил и содовый) с минерализтциай 0,3-0,7 т/дма. К зк-гип сованным породам приурочены сульфатные кальциевые воды ( SfIa ) типа, II с минерализацией до 2-2,5 г/дм3. Они характеризуются величинами Eh от +100 до +350 мВ, рН 7,0-8,5, содержанием микроэлементов (мг/ дм3): брома - 0,05-0,3, йода - 0,001-0,005, бора - 0,01-0,5, стронция - менее 0,5, лития - менее 0,01. Формирование химического состава подземных вод верхнего этажа верхне-

л ° ' . \ Карат-Тамак^-1

/о-лрпарышево / V

:кий • Верх.Заитово ) Г

)/ Л / Вер.Бишинды*

V/

Рис. 3. Карта влияния на зону пресных подземных вод Туймазинского нефтяного месторожде-оия [2, 3]

Условные обозначения см. на рис. 2

со этажа бассейна в целом осуществлялось род воздействием комплекса природных вроцессов: выщелачивания и растворения, ионного обмена, оидролиза и др.

Разработка нефтяных месторождений, как отмечает Е.В. Лозин [5], происходила «без должного подкрепления инфраструктурой, за первые 12 лет (19Т5-3967 гг.) под давлением директивные органов «геыжимали» максимум добычи нефти, не обеспечив элементарного нефтепромоеслового обустройства».

В дальнейшем, начиная с семидесятые -восьмидесятых годов 20 века, для увеличения нефтеотдачи началась активная закачка попутных рассолов и сточных вод в нефтеносные пласты, а также строительство прудов-накопителей и пр. В результате происходило проникновение пластовых рассолов в верхние водоносные горизонты, утратились естественные связи ионно-солевого состава

а

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __

I 2022, том 43, № 2(106)^^^^ИППППППП 7

Zu, мг-экв/л

О ' 20 ' 40 ' 60 80 100%

Пропорции смешения

Рис. 4. График смешения гидрокарбонатных маг-ниево-кальциевых и хлоридных натриево-каль-циевых вод в верхнепермских отложениях Шка-повского нефтяного месторождения

подземных; вод с литолого-минералогиче-скими особенно сетями водовмещающей среды, появились новые, ранее не свойственные отложениям, геохимические типы вод. Минерализация вод во многих случаях повыси-лась и достигла 5-10 и даже 40 г/дм3. Однв-временно воды стали хлоридными натриевыми и хлоридными кальциево-натриевыми типа Ша (хлормагниевого) и Шб (хлоркаль-циевого). В солевом составе вод появились №С1, СаС12, и МgС12. На один - три порядка возросли концентрации микроэлементов (мг/дм3):брома-0,5-66,5,йода-0,7-2,2, бора-0,5-2,85, стронция - 1,0-8,5, лития - 0,030,75. Снизилось содержание 02 (от 8-10 до 0,1-0,5 г/дм3), в отдельных водопунктах появился Н^ (до 0,5-3,0 иногда 112 мг/дм3), в связи с чем значение Еh уменьшилось до -340 мВ, а рН - до 6,2. Отмечается присутствие в подземных водах нефтепродуктов (от 0,1-0,25 до 3,7-4,5 мг/дм3, иногда и более) [4].

Эти воды сформировались в результате смешения пластовых рассолов карбона-девона с маломинерализованными водами неогеново-четвертичных и пермских отложений. Подтверждением этого факта выступают графики смешения, из которых видно, что характер этого процесса соответствует

1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2018 2021

EZÜ1 rrri2lvr7l3E^4rrrn5F^6[ZBIl7F=^l8[==l9

Рис. 5. Мониторинг химического состава и минерализации подземных вод в зоне влияния Шка-по вского иефтяного месторождения 1-6 - ионы: 1 - гидрокарбонатный, 2 - сульфатный, 3 - хлоридный, 4 - кальциевый, 5 - магниевый, 6 - натриевый и калиевый; 7 - минерализация (г/дм3); 8 - 9 - гидрогеохимические границы: 8 - анионного состава, 9 - катионного состава

линейной зависимости (рис. 4). Также нужно обратить внимание на то, что в серии промежуточных вод пермских отложений с минерализацией 2,5-10 г/дм3 доля рассолов глубинного происхождения не превышает 1-3%. Это явление подтверждает сильную уязвимость верхней гидрогеохимической зоны по отношению к загрязнению: в настоящих условиях вполне достаточно даже небольшого количества рассолов попадающих в пресные воды для того, чтобы вода стала непригодной для хозяйственно-питьевых целей [4].

На рис. 5, 6 приведены графики минерализации подземных вод и содержания в них основных ионов за период наблюдений около 50 лет. Местоположение источников с гидро-

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

' 2022, том 43, № 2(106) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

МОНИТОРИНГ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ШКАПОВСКОГО И ТУИМАЗИНСКОГО _НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

осадков, выпадающих в этом районе (по данным метеостанции Аксаково) показал, что эти показатели тесно связаны и минерализация подземных вод обратно пропорциональна количеству осадков (рис. 7).

1974 1979 1984 1939 1994 1999 2004 2009 (12) 175

2014 201В 2021

8оо-| Осадки, мм

700600500400-

300

у = -0,2247х2 + 11,262х + 448,2

у = 0,0046х2 - 0,2209х + 9,8143 \

^^^ у = 0,0078х2 - 0,551х +10,547

-4

1974

1984

1994

2004

2014 годы 2021

1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 2018 2021

Рис . 6. Мониторин г хими ческого состава и минерализации подземных вод в зоне влияния Туйма-зинского нефтяного месторождения Условны е обозначен ия см. на р исунке 6

Рис. 7. Сопоставление линий тренда количества атмосферных осадков и минерализации подземных вод в районе Шкаповского нефтяного месторождения

1 - линия тренда количества атмосферных осадков 2, 3 - линии тренда по данным анализов минерализации воды

химическими разрезами приведено на рис. 2, 3. Из графиков видно, что произошло резкоа увеличение минерализации природных вод (на Шкаповском месторождении до 10,4-14,6 г/дм3, на Туймазинском до 17,5-28,1 г/дм3). В результате принятых природоохранных мер в 80-90-е годы поступление загрязняющих веществ в подземные воды уменьшилось и гидрохимическая обстановка подземных вод стала нормализоваться. Результаты наблюдений последнего отрезка времени (с 2014 по 2021 гг.) особенно на Шкап овсклм месторождении показали некоторое повышение минерализации подземных вод. Такие изменения, наряду с техногенными, могут быть связаны с природными процессами (например, изменением количества осадков).

Выполненный корреляционный онализ между общей минерализацией вод зоны активного водообмена Шкаповскоео нефтяного месторождения и количеством атмосферных

Заключение. По данным нашего почти полувеаового мониторинга в зоне воздействия нефтяных месторождений на природную сраду, даже при устранении исвочника поступления загрязняющих веществ в зону аэрации и в водонтсные горизонты, дно-тельность периода самоочищения и восстановления гидрогеохимических условий, до природных показателей составляет десятки и даже сотни лет. Это связано с тем, что для полного вывода загрязнения из горизонта нужно несколько циклов полного водообмена, в то время как продолжительность тоовко одного цикла для верхнепермских карбонат-но-терригенных пород при расчете по наиболее оптимиатической «поршневой» модели (без учета сорбцьй) изменяется от 20-30 до 100-15 0 лет.

Работа выполнена по теме ЕМЯ8-2022-0013

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУКРБ / __

' 2022, том 43, № 2(106) |||||||||||||||||||||||||| 1111111В

Л ИТЕРАТУРА

1. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. Гидрогеология Южного Предуралья. Уфа: БФАН СССР, 1985. 124 с.

2. Абдрахманов Р.Ф. Техногенез в подземной гидросфере Предуралья. УНЦ РАН. Уфа, 1993. 208 с.

3. Абдрахманов Р.Ф. Гидрогеоэкология Башкортостана. Уфа: Информреклама, 2005. 344 с.

4. Абдрахманов Р.Ф., Лешан И.Ю., Ахметов Р.М. Мониторинг подземных вод зоны активного водообмена в нефтедобывающих районах Башкортостана // Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19. № 4. С. 1242-1248.

5. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 442 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Лозин Е.В. По поводу уроков разработки Шкаповского нефтяного месторождения // Георесурсы. 2019. Т. 21. № 4. С. 119122.

REFERENCES

1. Abdrakhmanov R.F., Popov V.G. Gidroge-ologiya Yuzhnogo Preduralya [Hydrogeology of the Southern Cis-Urals]. Ufa: BFAN SSSR, 1985. 124 p. (In Russian).

доктор геолого-минералогических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт геологии,

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН, 450077, г Уфа, Российская Федерация, ул. К.Маркса, 16/2, эл. почта: hydro@ufaras.ru

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии,

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН,

450077, г. Уфа, Российская Федерация,

ул. К.Маркса, 16/2,

эл. почта: hydro@ufaras.ru

инженер,

Институт геологии,

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН,

450077, г. Уфа, Российская Федерация,

ул. К.Маркса, 16/2,

эл. почта: hydro@ufaras.ru

2. Abdrakhmanov R.F. Gidrogeoekologija Bash-kortostana [Hydrogeoecology of Bashkortostan]. Ufa, Informreklama Publ., 2005. 344 p. (In Russian).

3. Abdrakhmanov R.F. Tehnogenez v podzemnoj gidrosfere Predural'ja (Technogenesis in subsurface hydrosphere of the Urals) Ufa: USC RAS (Publ.), 1993, 208 p. (In Russian).

4. Abdrakhmanov R.F., Leshan I.Yu., Akh-metov R.M. Monitoring podzemnykh vod zony aktivnogo vodoobmena v neft-edobyvayushchikh rayonakh Bashkorto-stana (Monitoring of groundwater in the zone of active water exchange in the oil-producing regions of Bashkortostan) // Vestnik Bashkirskogo universiteta. 2014. T. 19. № 4. Pp. 1242-1248. (In Russian).

5. Alekin O.A. Principles of Hydrochemistry. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1970. 442 p. (in Russian).

6. Lozin E.V. Po povodu urokov razrabotki Shka-povskogo neftjanogo mestorozhdenija (About the lessons of the development of the Shkapovskoye oil field) // Georesursy. 2019. T. 21. N 4. Pp. 119-122 (in Russian).

doctor of geological and mineralogical sciences,

professor,

Chief Researcher,

Institute of Geology,

Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences,

450077, Ufa, Russian Federation, st. K. Marx, 16/2, e-mail: hydro@ufaras.ru

candidate of biological sciences, Senior Researcher, Institute of Geology,

Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences,

450077, Ufa, Russian Federation, st. K. Marx, 16/2, e-mail: hydro@ufaras.ru

engineer,

Institute of Geology,

Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences,

450077, Ufa, Russian Federation, st. K. Marx, 16/2, e-mail: hydro@ufaras.ru

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /

' 2022, том 43, № 2(106) lllllllllllllllllllllllllllllllll

Monitoring of groundwater in the area of influence of Shkapovskoe and Tuymazinskoe oil fields

Текст научной работы на тему «Мониторинг подземных вод в зоне влияния Шкаповского и Туймазинского нефтяных месторождений»