CC BY
583
УДК [550.8:528]:551.462.32
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 4
А. Ю. Опекунов, М. Г. Опекунова, С. Ю. Кукушкин, А. Г. Ганул
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ РАЙОНОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА В ЯНАО
Введение. В связи с активно ведущимся в регионе освоением месторождений углеводородов природно-территориальные комплексы (ПТК) Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) подвергаются многообразному воздействию, включающему как загрязнение компонентов среды, так и геомеханическое воздействие на почвы и растительность. В автономном округе открыто 234 месторождения углеводородов: 85 месторождений находятся в промышленной разработке или подготовлены к эксплуатации, на 149 месторождениях проводятся геологоразведочные работы. Площадь лицензионных участков (ЛУ) достигает 270 тыс. км2, т. е. 37% территории ЯНАО. Поэтому уровень техногенного воздействия при освоении недр становится определяющим в формировании экологической обстановки на всей территории округа. На севере Западной Сибири в последние десятилетия различными организациями активно проводятся геоэкологические исследования, однако оценки состояния Уренгойской тундры меняются от благоприятной до катастрофической [1-4 и др.].
Объект и методика исследований. Анализ экологического состояния природной среды районов нефтегазодобычи ЯНАО выполнен на основе многолетних исследований при проведении фоновой оценки и мониторинга территорий ЛУ (рис. 1). Работы охватили большую часть территории ЯНАО, включая северо-таежную, лесотундровую и тундровую природные зоны. Методология исследований основана на полевом обследовании территории, лабораторных анализах проб, систематизации и интерпретации эколого-географической информации по состоянию основных компонентов ландшафтов, к которым отнесены поверхностные воды, донные осадки, почвы, растительность и снежный покров. В основе выбора эталонных площадок лежало ландшафтное строение территории. Они закладывались с учетом гидрографической сети, как правило, вблизи водных объектов: озер, рек или ручьев. Наблюдения и отбор проб выполнялись на всех уровнях элементарного геохимического ландшафта: элювиальном, трансэлювиальном, субаквальном и аквальном. Исследования включали как зону воздействия геологоразведочных и эксплуатационных скважин, других хозяйственных объектов, так и участки, не подверженные техногенезу.
Поверхностные водные объекты, как нижний (аквальный) уровень в элементарном геохимическом ландшафте, представляют собой область сноса и наиболее уязвимы к химическому загрязнению. Среди основных путей поступления поллютантов в водоемы выделяются поверхностный и внутрипочвенный стоки, атмосферный перенос, прямой сброс сточных вод и захоронение отходов. Качество поверхностных вод позволяет судить об общем уровне воздействия на компоненты окружающей среды, однако их динамичность определяет высокую изменчивость гидрохимических показателей, что осложняет проведение мониторинга. Поэтому в объект исследований
© А. Ю. Опекунов, М. Г. Опекунова, С. Ю. Кукушкин, А. Г. Ганул, 2012 г.
Рис. 1. Схема расположения изученных лицензионных участков.
включены донные отложения, которые, являясь консервативной системой, накапливают и хранят информацию о состоянии и изменении геохимических и литодинамиче-ских условий, определяют интенсивность процессов массопереноса и вторичного загрязнения. Почвы рассматриваются в качестве индикатора химического загрязнения ПТК, дающего представление о состоянии связанных с почвами жизнеобеспечивающих сред — атмосферного воздуха и грунтовых вод. Механический состав почв, рН, ЕЬ, содержание органического вещества и другие свойства определяют подвижность химических элементов и интенсивность их вовлечения в биологический круговорот. Почвенный покров изучался на глубину сезонно-талого слоя с описанием и отбором проб из двух генетических горизонтов: аккумулятивного — А0А1 (АТ) и иллювиального — В. В болотных почвах образцы торфа отбирались с глубин 5-10 и 20-25 см. К надежным показателям процессов, происходящих в экосистеме, относится химический
состав растений, получающих элементы минерального питания, прежде всего, из почвенных растворов. Он зависит от содержания элементов в окружающей среде, степени доступности растениям, а также от избирательного поглощения в зависимости от систематической принадлежности видов. Химический состав растений изменяется в соответствии с уровнем загрязнения среды и позволяет проводить специфическую индикацию антропогенных воздействий. Наряду с растительностью, показателем состояния атмосферы служит химический состав снежного покрова. На территории Западной Сибири отбор снега производится во II-III декадах марта. Объединенная проба берется по всей глубине снежного покрова для определения суммарного выпадения поллютантов за рассматриваемый период и их содержание в талой снежной воде. Химическое загрязнение ПТК контролировалось по широкому кругу ингредиентов: тяжелые металлы (Cr, Ni, Pb, Co, Fe, Hg, Mn, Zn, Cu), As, металлы-индикаторы загрязнения при нефтегазодобыче (Ba, V) — во всех изученных компонентах среды; нефтяные углеводороды (НУ) — в почве, снеге, воде и донных осадках; полихлорбифенилы и полиароматические углеводороды — в почве и донных осадках; главные анионы и катионы, а также биогенные соединения (нитриты, нитраты, аммоний, фосфаты) — в воде и снежном покрове; радионуклиды — в почве.
Результаты и их обсуждение. Инфраструктура геологоразведки, нефтегазодобычи и транспортировки углеводородов очень дифференцирована в пространстве. Исходя из этой специфики, оценка экологического состояния природной среды ЯНАО (по химическому загрязнению компонентов ландшафта, нарушенности ПТК) выполнена по трем уровням: локальному (десятки и первые сотни метров от хозяйственных объектов); территориальному (в масштабе ЛУ); региональному (с охватом всей территории ЯНАО).
Локальный уровень отражает результаты хозяйственной деятельности на конкретных объектах, к которым, в первую очередь, относятся геологоразведочные и эксплуатационные скважины, УКПГ — установка комплексной подготовки газа, карьеры, линейные объекты и др. Ландшафты, находящиеся в непосредственной близости от промышленных объектов, характеризуются максимальным уровнем техногенных нагрузок. Это приводит к химическому загрязнению, нарушению растительного и почвенного покровов, тепловому загрязнению.
На активно осваиваемых ЛУ вблизи некоторых эксплуатационных и разведочных скважин в водных объектах отмечается превышение фоновых содержаний Ba, Zn, Pb и Co. Однако к наиболее распространенному виду химического воздействия следует отнести загрязнение НУ воды, донных осадков и почв, вызванное разливами нефти и газоконденсата при авариях на внутрипромысловых трубопроводах, при обустройстве месторождения, а также складированием бурового шлама и сбросом межпластовых вод. Содержание НУ в воде озер вблизи скважин, подвергшихся загрязнению нефтепродуктами, по прошествии 1-3 лет составляет, как правило, 0,020-0,050 мг/л, т. е. в большинстве случаев — ниже ПДК. Существенно, что в загрязненных водных объектах донные осадки становятся источником вторичного загрязнения воды. Это проявляется во всплытии фрагментов НУ и образовании пленки на поверхности воды. При этом концентрации НУ в осадках достигают очень высоких значений (до 0,1-0,5%), но это не отражается на содержании ТМ (тяжелые металлы), которое, как правило, находится на уровне фона. Исключение составляет Ba, концентрации которого повышаются пропорционально росту содержания НУ, что обусловлено составом буровых растворов, содержащих сульфат этого металла.
Особо при характеристике локального уровня воздействия следует отметить состояние нерекультивированных амбаров (и искусственных водоемов), которые использовались для складирования буровых шламов (или как источник воды) на стадии поисково-разведочного бурения в 80-е годы прошлого века. В настоящее время они представляют собой небольшие водоемы с высоким уровнем загрязнения донных осадков НУ (0,5% и более) и ТМ. Ряд концентрации металлов и нефтяных углеводородов к региональному кларку в отложениях одного из амбаров на территории Пырей-ного месторождения представляет последовательность: НУ (23,1) > РЬ (14,2) > Fe (5,2) > Си (4,2) > Zn (3,0) > V (2,6) > N1 (2,5) > Со (2,2). При этом выраженного загрязнения воды, которая в настоящее время образуется в основном за счет атмосферных осадков, не отмечается. В редких случаях сброс межпластовых вод в небольшие озера, расположенные вблизи буровых скважин, становится причиной изменения гидрохимического типа воды с гидрокарбонатно-натриевого на хлоридно-кальциевый, типичный для глубоко залегающих подземных вод.
Загрязнение снежного покрова ЛУ (Северо-Пуровский, Западно-Песцовый, Сам-бургский, Яро-Яхинский, Береговой и Пырейный), вызванное атмосферным поступлением поллютантов, изучалось по их содержанию в талой воде. Полученные результаты сравнивались с химическим составом природных вод. В результате было установлено, что в снеге повышены содержания РЬ, Сг, Со, N1, N0^, N0^ и особенно Zn и нефтяных углеводородов. По характеру распространения эти поллютанты можно разделить на две группы: вещества ближнего и дальнего переноса. К первой группе относятся РЬ, Zn, НУ, а также соединения азота, которые характеризуют локальный и территориальный уровни загрязнения, так как приурочены к источникам выбросов в пределах лицензионных участков: факелы сжигания попутного газа, прожигание скважин (НУ, окислы азота), автотранспорт и дизельные установки (РЬ, Zn, НУ). На локальном уровне выражено загрязнение снежного покрова НУ в результате неполного сгорания. Их концентрация в талой воде составляет 0,05-0,08 мг/л (Яро-Яхинский и Пырейный ЛУ), достигая 0,1-0,2 мг/л (Береговой участок), что на порядок выше содержания в водных объектах. Концентрация Zn в талой воде достигает 0,080-0,096 мг/л (Самбургский и Береговой ЛУ). Вторая группа — Сг, Со и N1 — накапливается повсеместно, включая ЛУ на которых хозяйственная деятельность в период исследований не осуществлялась (Северо-Пуровский). Вероятно, основной механизм переноса этих металлов — в составе тонкодисперсных аэрозолей. При этом их концентрация в талой воде лишь ненамного превышает содержание в поверхностных водах. Не исключено, что главный источник загрязнения этими металлами — ОАО «Норильский никель». Если это так, то можно говорить о региональном уровне загрязнения атмосферного воздуха территории ЯНАО.
Среднее содержание НУ в почвах лицензионных участков не превышает фоновые значения по региону. В органогенном субстрате почв содержание НУ в период таяния снега, в разгар летнего сезона и в конце вегетации существенно различается. В автономных и трансэлювиальных фациях отмечается смыв и вызванное этим резкое снижение количества НУ в почвах после схода снега. В слабодренированных понижениях с преобладанием торфяников происходит увеличение концентрации поллютантов в середине лета за счет привноса вещества с сопряженных элементов геохимического ландшафта. После таяния снега НУ просачиваются вглубь торфяной залежи и аккумулируются в нижней части сезонно-талого слоя. Осенью концентрация НУ в торфе
резко увеличивается в связи с опадом смолосодержащей органики. В минеральных горизонтах почв существенного сезонного изменения концентрации НУ не обнаружено. Вместе с тем, уровень их концентрации во многом определяется методом химического анализа. Так, по результатам ИК-спектрофотометрии, широко используемой в экологических исследованиях, в поверхностном слое почв средняя концентрация НУ достигает 318-598 мг/кг, в иллювиальном горизонте В — 16-161 мг/кг. Высокие концентрации НУ в органических горизонтах связаны с закреплением их в составе органомине-ральных комплексов, а в изученных ПТК повышенная концентрация НУ обусловлена содержанием веществ естественного происхождения (кустарнички обогащены смолами с высоким содержанием углеводородов). Их природные соединения возникают при торфообразовании. Этот вывод подтверждается результатами сравнительного анализа аккумулятивных и иллювиальных горизонтов почв, проведенного разными авторами [4-7]. На фоновых участках в минеральных горизонтах средняя концентрация НУ не превышает 50 мг/кг. Как показал сопряженный анализ характера местообитаний и изменения накопления НУ в почвах, основным источником смолосодержащего опада служит багульник Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Steud. В природных комплексах при доминировании этого вида отмечается увеличение НУ в аккумулятивном горизонте до 1500-2000 мг/кг. Для сравнения в почвах ПТК, где багульник отсутствует, содержание его составляет 110-270 мг/кг.
Применение флуориметрического метода определения НУ позволяет снять влияние веществ естественного происхождения и дает в основном содержание собственно нефтепродуктов в почвах. Результаты экологического мониторинга свидетельствуют о том, что как в минеральных, так и органогенных горизонтах почв на большинстве ЛУ значительная концентрация НУ, превышающая нормативные показатели, не отмечается. В органических горизонтах почв среднее содержание НУ в зависимости от стадии освоения месторождения и интенсивности антропогенной нагрузки составляет от 23 мг/кг (Береговое месторождение) до 153 мг/кг (Самбургское месторождение), в минеральных горизонтах оно изменяется соответственно от менее 5 мг/кг до 57 мг/кг. Низкое значение коэффициента вариации свидетельствует о незначительном разбросе значений в горизонтах почв. Однако такая стабильность содержания НУ в почвах сохраняется только на фоновых участках. При антропогенном загрязнении наблюдается увеличение содержания НУ, в том числе в иллювиальных горизонтах подчиненных фаций. Загрязнение почв с превышением допустимого уровня (1000 мг/кг) отмечается на локальных участках разлива нефти и ГСМ вблизи поисково-разведочных скважин, на территории вахтовых поселков, вдоль линий продуктопро-водов и автодорог. Максимальные содержания НУ в пробах почв на ЛУ составляют 1088-4115 мг/кг. Иногда увеличение содержания углеводородов обнаруживается только в иллювиальном горизонте почв. В условиях промывного режима загрязняющие вещества со временем вмываются на глубину сезонно-талого слоя и при низкой микробиологической активности сохраняются там долгое время.
При изучении индивидуального состава ПАУ — полиароматических углеводородов (16 соединений) максимальные содержания установлены у нафталина, аценафте-на, фенантрена, бенз/Ь/флуорантена, бенз/а/пирена и пирена. Нафталин содержится в высоких концентрациях в пластовых водах нефтяных и газоконденсатных месторождений и является индикатором их сброса в окружающую среду. В определенной мере это относится к пирену и бенз/Ь/флуорантену [8]. Бенз/а/пирен и бенз/Ь/флу-
орантен входят в группу кинетических изомеров ПАУ, имеющих преимущественно техногенное происхождение. Проведенный анализ позволяет рассматривать концентрацию 55 мкг/кг для 16-ти приоритетных веществ группы ПАУ как средний уровень загрязнения Уренгойской тундры. В почвах вблизи поисково-разведочных скважин наблюдается увеличение содержания нафталина, флуорантена, бенз/а/антрацена, бенз/к/флуорантена, суммы бенз/Ь/флуорантена и перилена. В некоторых пробах на долю нафталина приходится до 80-95% суммы по 16-ти соединениям. Повышенные содержания бенз/а/пирена и антрацена указывают на поступление поллютантов от автомобильного транспорта или дизель-генераторов. При этом преимущественное накопление веществ наблюдается в аккумулятивных горизонтах Ат и Т. Такое распределение может быть связано с закреплением ПАУ в составе органического вещества и образованием аддуктов.
На территории практически любого месторождения выделяются участки локального загрязнения почв металлами, концентрации которых превышают ОДК (ориентировочно допустимые концентрации). Минеральные почвы загрязнены преимущественно Ni (более 20 мг/кг), на отдельных площадках отмечены повышенные содержания Cd (выше 0,52 мг/кг). Почвы вблизи разведочных скважин часто обогащены Ва, что обусловлено влиянием буровых шламов. В торфяных почвах в горизонте Ат установлено превышение нормативов для Pb (до 50 мг/кг). Загрязнение свинцом отмечается в поверхностных горизонтах Ат и Т вблизи разведочных скважин, кустов эксплуатационных скважин и отсыпки дорог, что указывает на влияние автотранспорта. Расчет показателя суммарного загрязнения почв (Zc) позволил установить локальные участки со средним и сильным загрязнением ТМ (Zc = 17-36). Это вызвано поступлением поллютантов с площадок разведочных или эксплуатационных скважин. Слабое загрязнение (Zc = 9-16) почв обычно происходит в ходе буровых работ, строительстве объектов инфраструктуры промыслов, ВЖК (вахтовый жилой комплекс), УКПГ и др. Рост Zc отмечается вблизи действующих и отработанных карьеров. Почвы вдоль автодорог относятся чаще всего к категории слабого загрязнения.
Химический состав растений зависит от биологических особенностей организмов и относится к важному систематическому признаку. Сравнение содержания ТМ в изученных видах показало, что в фоновых условиях брусника Vaccinium vitis-idaea L. отличается повышенными концентрациями Mn, Zn и Ba, багульник Ledum decum-bens — Mn и Ba, лишайник Cladonia alpestris (L.) Rabenh. и корка лиственницы Larix sibirica Ledeb. — Pb. Наиболее показательны в этом отношении содержания Mn и Ba в багульнике, в 15-77 раз превышающие соответствующие показатели в лишайнике. Концентрация Mn в бруснике — в 7-14 раз выше, чем в корке лиственницы и в 8-39 раз выше, чем в лишайнике. Содержание Pb в лишайнике в 2-12 раз выше, чем в багульнике и бруснике, но в 2 раза ниже, чем в лиственнице.
Большое влияние на содержание ТМ в растениях изученной территории оказывают особенности местообитаний. В элювиальных фациях концентрации Ba, Mn, Ni и Си в багульнике и бруснике выше, чем в нижних частях склонов или у подножия холмов. Причем содержание Mn и Cu местами превышает фоновые значения, что объясняется преимущественным нахождением их в составе органоминеральных комплексов. Специфические условия накопления ТМ в растениях создаются в долинах рек, где велика степень оттаивания грунтов. Для них типично увеличение подвижности Mn, Cu, Zn, Ni при аккумуляции Pb. Этот вывод подтверждается изменением химического состава
брусники, произрастающей по берегам рек и ручьев. Здесь отмечается накопление Mn, Cu, Zn и Ni на уровне средних показателей по региону при низком содержании Ba и V.
Локальное загрязнение ПТК при проведении буровых работ отражается в повышенной аккумуляции Cu и Cd в лишайнике, а также Ba, Cd, As и Pb в надземной массе кустарничков — багульника, брусники и голубики Vaccinium uliginosum L. Их аномально высокие концентрации установлены в ПТК вблизи карьеров, кустов скважин, перекрестков дорог и указывают на преимущественно аэротехногенное поступление загрязняющих веществ. Высокой индикаторной значимостью состояния ПТК обладает багульник. Аномальные концентрации Ba, Cr, V, Pb, Mn и Cu в его надземной массе коррелируют с загрязнением почв и донных осадков. Установлена связь концентраций Cr и Mn в багульнике и в поверхностных водах.
Ландшафтно-деструктивные нарушения ПТК выражаются в трансформации почв и растительности. На локальном уровне — это захламление территорий и акваторий бытовым и строительным мусором. В большинстве случаев оно типично для законсервированных ЛУ (Северо-Пуровский, Северо-Самбургский, Северо-Часельский, Ево-Яхинский, в меньшей степени — Северо-Парусовый, Парусовый, Южно-Парусовый), где выполнены геологоразведочные работы и не проводилась рекультивация нарушенных земель. Площадь локальных изменений, сопровождающих временные поселки, стоянки автотранспорта, площадки бурения, может достигать до 1 км в диаметре, но не превышает 1-2% всей площади лицензионного участка. Нарушение термоизолирующего органогенного почвенного горизонта и напочвенного растительного покрова приводит к увеличению оттаивания и развитию вторичного заболачивания. На таких участках формируются относительно устойчивые производные пушицево-осо-ковые и осоково-злаковые сообщества. Наибольшее распространение имеют пушицы Eriophorum brachyantherum Trautv.et Mey., E. russeolum (Fries) T. Koyama, осока Carex aquatilis L. и др. Значительная трансформация почвенного и растительного покровов наблюдается при опустынивании ПТК в долинах малых и средних рек (Табъяха, Ево-Яха, Пыринзьтояха и др.) и идет с развитием разреженной разнотравной (иван-чай Chamaenerion angustifolium (L.) Scorp., ромашка Tripleurosprmum inodorum и др.) и злаковой (вейники Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin. и C. holmii Lange, щучка Deschamp-sia borealis (Trautv.) Roshev. и др.) растительности. Сходные условия типичны для заброшенных песчаных карьеров. Но чаще всего опустынивание ландшафтов обусловлено пожарами различной давности и может иметь как локальный, так и территориальный масштабы. На ЛУ после обустройства месторождений в результате рекультивации земель наиболее типичные нарушенные участки представлены вторичной злаковой растительностью или кустарниками. Полная трансформация почвенного и растительного покровов наблюдается в местах отсыпки минерального грунта под строительство кустов эксплуатационных скважин, объектов инфраструктуры промыслов, на месте действующих и отработанных карьеров. На их долю приходится в среднем 2-5% площади ЛУ На берегах некоторых озер и рек под влиянием природных факторов развиваются термоабразия и термоэрозия, сопровождающиеся оползневыми процессами. Антропогенный фактор приводит к активизации и расширению участков размыва берегов, особенно на переходах зимников через реки. С разработкой песчаных и торфяных карьеров связана антропогенно обусловленная активизация дефляции и оползневых процессов, приводящих к расширению нарушенных земель. После обустройства месторождения, как показали результаты исследований, его эксплуатация не ведет к су-
щественному изменению экологического состояния ПТК и увеличению площади нарушенных земель.
На территориальном уровне химическое загрязнение компонентов ландшафтов проявлено слабо. Солевой состав природных вод соответствует сульфатно-натриевому или гидрокарбонатно-натриевому типам, по составу — преобладает гидрокарбо-натно-кальциевый. По значениям рН водные объекты делятся на две группы. Речные воды преимущественно имеют величину рН от 6,00 до 7,15, что соответствует слабокислым и нейтральным водам. В эту же группу попадают некоторые озера, особенностью которых является развитие биотических комплексов (ихтиофауны, сине-зеленых водорослей, рачков и др.). Однако большинство озер имеют кислые и слабокислые воды со значениями рН 4,90-5,70. Величина ЕЬ меняется в пределах от 130 до 350 мВ. Соотношение рН-ЕЬ в природных водах лучше всего описывается полиномиальной зависимостью (рис. 2). Микроэлементный состав поверхностных вод характеризуется высокой дисперсией значений (табл. 1), а различия в составе речных и озерных вод отмечаются только по железу и марганцу.
рн
8,0 г
7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0
у=-2Е-05х2+0,0015х+6,9238 Я2=0,5776
0 50 100 150 200 250 300 350 400
ЕЬ, мВ
Рис. 2. Зависимость рН-ЕЬ в поверхностных водах ЯНАО.
При отсутствии должного экологического контроля на отдельных ЛУ уровень химического воздействия при обустройстве месторождений может быть столь значителен, что последствия этого проявляются на территориальном уровне. Примером служит лицензионный участок Юрхарово, где даже на удалении от действующих промыслов и геологоразведочных скважин зафиксировано загрязнение поверхностных вод и донных осадков нефтяными углеводородами. Так, концентрации НУ в речных водах в пределах участка достигают 0,160 мг/л (3,2 ПДК), одновременно установлены повышенные содержания Си, Ва и Zn. На территориальный характер загрязнения участка указывают повышенные относительно регионального фона содержания Си, Zn и N1 в почвах.
Содержание металлов и НУ в донных осадках имеют четкую связь с гранулометрическим составом отложений, что отражает ведущую роль природных факторов дифференциации осадочного материала (табл. 2). Если в общей выборке разброс значе-
Таблица 1. Содержание микроэлементов и нефтяных углеводородов в поверхностных водах ЯНАО ^ — средние, S — стандартные отклонения)
Ингредиенты Реки и ручьи Озера и старицы
X 8 X 8
Бе, мкг/л 113 98 103 83
Ва, мкг/л 13,2 22,6 13 25
Мп, мкг/л 21,5 21,3 13,9 15,2
2п, мкг/л 12,9 15,6 13,4 23,6
Си, мкг/л 13,5 19,2 12,6 20,3
N1, мкг/л 2,1 3,3 2,26 7,84
Со, мкг/л 0,6 0,7 0,51 0,45
РЬ, мкг/л 2,7 5,0 3,12 4,96
Са, мкг/л 0,30 0,27 0,28 0,26
Сг, мкг/л 1,7 1,5 1,7 1,4
мкг/л 0,040 0,043 0,031 0,034
Л8, мкг/л 1,3 1,3 1,2 1,2
V, мкг/л < 0,25 — < 0,25 —
НУ, мкг/л 21 22 26 33
Таблица 2. Средние и стандартные отклонения содержания металлов и нефтяных углеводородов в гранулометрических типах донных осадков водных объектов ЯНАО
Ингредиенты Глины озерно-ледниковые Илы, торфянистые илы Илистые пески Мелкозернистые пески
X 8 X 8 X 8 X 8
V, мг/кг 110,1 82,8 31,6 17,7 16,3 8,60 7,85 3,26
Сг, мг/кг 60,4 20,5 31,3 15,8 14,4 9,1 5,41 2,01
Мп, мг/кг 476 300 289 238 124 116 33 22
Со, мг/кг 9,89 4,05 5,07 3,22 2,03 1,23 0,86 0,34
N1, мг/кг 22,4 6,8 14,4 11,0 4,48 2,71 1,90 0,68
Си, мг/кг 13,1 3,16 7,34 2,88 3,27 1,43 1,61 0,41
2п, мг/кг 59,4 18,2 24,6 10,9 13,4 8,75 6,00 2,09
Са, мг/кг 0,16 0,10 0,12 0,08 0,06 0,03 0,05 0,00
Ва, мг/кг 481 114 348 160 298 156 117 44,4
РЬ, мг/кг 11,8 2,61 7,6 3,2 5,42 2,20 2,38 0,79
мг/кг 0,023 0,008 0,022 0,019 0,009 0,003 0,012 0,006
Бе, % — — 2,29 1,18 0,69 0,49 0,19 0,11
НУ, мг/кг 7,0 5,0 78 104 27 46 18 22
ний очень велик, то в выборках, сформированных по литологическим типам осадков, дисперсия содержаний резко снижается. Для всех изученных микроэлементов и железа отмечается хорошо выраженный рост концентраций в ряду: песок — илистый песок — илы — глины (поздненеоплейстоценовые). Максимальное содержание НУ отмечено в пелитах и торфянистых осадках. Отношение содержания крайних членов ряда современных осадков (илы / пески) имеет следующие значения: Fe (12,1) > Мп (8,8) > N1 (7,6) > Со (5,9) > Сг (5,8) > Си (4,6) > Zn (4,1) > V (4,0) > РЬ (3,2) > Ва (3,0) > Са (2,4) >
С1а<1оша Ledшn Уассшшт Уассшшп Ьапх зШтса Кларк а^еэМв decumbens уШв^аеа и^товит растений
Cladonia alpestris
Ledum Vaccinium Vaccinium decumbens vitis-idaea uliginosum
Larix sibirica
Salix lanata
Кларк растений
Рис. 3. Среднее содержание ТМ в растениях лицензионных участков.
Н (1,8). Накопление элементов в пелитовой фракции осадков особенно хорошо выражено у металлов группы железа и в меньшей степени — у халькофилов. Это дает основание говорить о более высокой подвижности сидерофилов на всех уровнях элементарного геохимического ландшафта.
Почвы ЛУ в целом характеризуются низким содержанием микроэлементов. Концентрация большинства ТМ ниже кларковых в 3-9 раз. Исключение — близкие к кларку количества Си и N1, что обусловлено свойствами почвообразующих пород. Боль-
шинство ТМ накапливается в органогенном горизонте в составе органоминеральных комплексов. В почвах тундр наблюдается связывание и концентрация гумусом в равной мере Мп, Си, Zn в противовес Лб, Ва, V и РЬ. Характерное увеличение ТМ отмечается также в глеевых и иллювиальных горизонтах почв. В естественных условиях Уренгойской тундры выделяются две основные группы элементов, различающиеся особенностями накопления в почвах. К первой наиболее многочисленной относятся V, Сг, Мп, Си, Zn Лб. Для нее типично преимущественное накопление в поверхностных горизонтах почв автономных фаций и снижение содержаний в подчиненных. Вторая группа объединяет Ва, Сг, РЬ и Со, концентрация которых, напротив, выше в почвах подчиненных фаций.
В индикаторных видах растений уровень содержания Zn, Си, N1, Со, Са, Лб, V и Н в целом соответствует фоновым показателям и ниже кларка по В. В. Добровольскому [9] (рис. 3). Только концентрация РЬ близка к кларку, а содержание Ва в бруснике, багульнике и лиственнице в 2,4-4, а также Мп в багульнике, голубике и в бруснике — в 5-8 раз превышают его. Во всех ПТК химический состав брусники, голубики и багульника стабилен.
Уровень активности радионуклидов и величина ^-излучения в почвах и донных осадках на всех уровнях находятся в пределах фона. Даже на территории Яро-Яхин-ского участка, где в 1988 г. в скважине на глубине 829 м проведен подземный ядерный взрыв мощностью 16 кт в геофизических целях («Рубин-2»), увеличения -у- и в-излучений, а также активности искусственных радионуклидов в компонентах ландшафта не установлено.
Анализ содержания ПХБ (полихлорбифенилы) свидетельствует о незначительном загрязнении почв исследованного района на уровне 0,09-0,74 мкг/кг (ПДК в почвах — 60 мкг/кг). Все обнаруженные концентрации суммы 7, 9 и 15 ПХБ значительно ниже ПДК. Преимущественно поверхностный характер распределения поллютанта свидетельствует об аэротехногенном происхождении загрязнения и трансграничном переносе воздушных масс. Покомпонентный анализ ПХБ выявил преобладание в составе загрязнения легких фракций.
Негативное воздействие нефтегазодобычи на территориальном уровне отражается, в первую очередь, в ландшафтно-деструктивном нарушении ПТК, вызванном строительством линейных и площадных отсыпок под дороги и других хозяйственных объектов, образованием карьеров. Прокладка линий электропередач, автомобильных и железных дорог, пересекающих территорию ЛУ, приводит к частичному или полному блокированию поверхностного и подземного стока. Вследствие этого формируются антропогенные аквальные комплексы, наблюдается деградация почвенного и растительного покровов, изменяются условия местообитания животных и т. д. Разъезды гусеничного транспорта, ведущие к растеплению грунта, индицируют вторичное заболачивание и развитие криогенных процессов. Растительный покров представлен производными пушицево-осоково-злаковыми и разнотравно-злаковыми сообществами. Видимые нарушения почвенно-растительного покрова наблюдаются в пределах действующих карьеров.
Широкое развитие получило опустынивание территории, обусловленное раздувами и возникновением послепожарных сукцессий растительности. На таких участках полностью деградирует почвенный покров, изменяется растительность. Подобные явления обнаружены на всех изученных месторождениях, но наибольшие массивы вы-
горевших земель разных стадий восстановительных сукцессий сосредоточены на Та-зовско-Заполярном, Береговом, Самбургском, Западно-Ярояхинском, Яро-Яхинском, Надымском ЛУ Общая площадь нарушенных земель в пределах таких участков составляет 15-25%. На территории других месторождений развит естественный почвенно-растительный покров (до 95% площади).
Региональный уровень воздействия оценивается по состоянию главных рек и водотоков первого порядка, нарушенности почв и растительного покрова в регионе, устойчивости границ природных зон и подзон. Исследования крупных рек на территории ЯНАО показали повышенный уровень содержания НУ, но ниже нормативов для водоемов рыбохозяйственного назначения (0,05 мг/л): Обская губа — 0,009-0,021; р. Таз — 0,006-0,025; р. Надым — 0,002; р. Пур — 0,027-0,035 мг/л. Содержания металлов и биогенных веществ находятся в пределах фоновых показателей. Следует подчеркнуть, что типичное для всех поверхностных вод территории ЯНАО повышенное (относительно существующих в настоящее время нормативов) содержание Fe и Мп обусловлено природными факторами формирования химического состава вод в связи с высокой подвижностью этих металлов в тундровых ландшафтах. Различия в содержании главных анионов и катионов, отмечаемые в северной и южной частях района исследований, продиктованы генезисом и степенью засоленности поздненеоплейсто-ценовых и раннеголоценовых отложений. Отражение регионального уровня воздействия в донных осадках — техногенная ассоциативность и повышенные содержания НУ, ПАУ и ПХБ на литолого-геохимических барьерах р. Таз и Обской губы [10] в связи с активной разработкой месторождений нефти и газа на территории Пуровско-Тазов-ского междуречья.
Видимые изменения почвенного и растительного покровов на региональном уровне отсутствуют. В структуре почвенного покрова преобладают выделы почвенных разностей и их микро-, мезо- и макросочетаний, обусловленные естественной гетерогенностью природной среды. Среднее содержание микроэлементов в почвах не превышает нормативных и фоновых показателей (рис. 4). Площадь почв, загрязненных НУ, составляет не более 1% от общей площади ЛУ Во всех почвах обнаружены значимые величины ПХБ, что свидетельствует о региональном уровне загрязнения, вызванном трансграничным переносом загрязненных воздушных масс. Вместе с тем, содержание их существенно ниже ПДК. Региональный кларк содержания элементов в растениях значительно ниже средних показателей для растительности суши по В. В. Добровольскому, что указывает на отсутствие загрязнения в региональном масштабе. Существенных изменений состава и структуры фитоценозов, а также их пространственного распределения не установлено. Вместе с тем обращает на себя внимание высокая доля растительности послепожарных сукцессий, что связано в основном с ростом плотности населения в регионе. На это указывают и другие работы [11]. Однако результаты экологических исследований в районах нефтегазодобычи ЯНАО показывают отсутствие изменений границ ПТК, ландшафтных зон и подзон под влиянием техногенеза.
Выводы. Комплексные геоэкологические исследования ЛУ севера Западной Сибири позволяют сделать предварительное заключение о состоянии окружающей среды на разных уровнях организации ПТК в пределах ЯНАО (табл. 3).
1. В локальном масштабе вблизи скважин и объектов промысловой инфраструктуры отмечается сильный и умеренный уровни загрязнения снежного покрова (НУ, РЬ, Zn, окислы азота), природных вод (НУ Ва, Zn, РЬ и Со) и особенно почвенного
Северо-Парусовое
П тз
П>
3=1
a
►a
к s
E £
X ti
s J=¡
s o к к Й
x ^
л
E 2 o
H *
o td
Парусовое Южно-Парусовое Юрхаровское Тазовско-Заполярное Северо-Самбургское Западно-Песцовое Самбургское (2008) Самбургское (2011) Северо-Пуровское Западно-Ярояхинское Надымское Яро-Яхинское (2008) Яро-Яхинское (2011) Северо-Часельское (2008) Северо-Часельское (2011) Береговое Пырейное Кынско-Часельский участок
ОДК
Содержание ТМ, мг/кг
I— ю и) ^
о о о о о
Северо-Парусовое Парусовое ГКМ оч Южно-Парусовое
Юрхаровское Тазовско-Заполярное Северо-Самбургское Западно-Песцовое Самбургское (2008) Самбургское (2011) Северо-Пуровское Западно-Ярояхинское Надымское Яро-Яхинское (2008) Яро-Яхинское ГК (2011) Северо-Часельское (2008) Северо-Часельское (2011) Береговое Пырейное Кынско-Часельский участок ОДК
□ □ ■ □
5 2 П N
Таблица 3. Интенсивность и характер техногенного воздействия нефтегазодобычи в пределах ЯНАО на разных уровнях организации ПТК
Компоненты Уровни организации ПТК
Локальный Территориальный Региональный
Атмосфера (снежный покров) Высокие концентрации НУ РЬ, 2п, окислов азота Повышенные содержания НУ 2п, РЬ Мало проявленное загрязнение Сг, Со, N1
Поверхностные воды Техногенная метаморфизация вод по анионно-катионному составу — редко; высокие содержания НУ (в течение 1-3 лет с момента воздействия); иногда повышенные содержания Ва, 2п, РЬ и Со Превышение нормативов по содержанию НУ — на отдельных ЛУ Повышенные (ниже нормативных) содержания НУ
Донные осадки Аномальные содержания НУ — редко; высокие содержания НУ и ТМ — в нерекультивированных амбарах; источник вторичного загрязнения воды. Мало проявлен Слабое загрязнение органическими пол-лютантами (НУ, ПАУ, ПХБ) на литолого-геохимических барьерах рек I порядка
Почвы Аномальные содержания Ва, N1, Сс1 и НУ, сильное загрязнение по 2с — редко; высокие содержания НУ, ПАУ и 2п, Си, Сг, полная или частичная трансформация на участках, примыкающих к объектам нефтегазового комплекса. Источник вторичного загрязнения компонентов ПТК. Загрязнение НУ и частичная нарушен-ность — до 1% площади ЛУ Слабое загрязнение ПХБ
Растительность Формирование вторичных фитоце-нозов послепожарных восстановительных сукцессий. Вторичное заболачивание или опустынивание после геомеханических нарушений Частичная нарушен-ность (1-2% площади ЛУ), на отдельных участках — опустынивание вследствие раздувов (до 15-25% территории) Мало проявлен
Ландшафты Полная или частичная трансформация на фациальном уровне Частичная нарушен-ность (1-2% площади ЛУ), на отдельных участках — опустынивание вследствие раздувов (до 15-25% территории) Мало проявлен
покрова (НУ, ПАУ, Ва, N1, С^. Проблему представляют нерекультивированные амбары с аномальным загрязнением донных осадков (НУ РЬ, Fe, Си и Zn). Происходит формирование вторичных фитоценозов послепожарных восстановительных сукцессий, вторичное заболачивание. После геомеханического воздействия наблюдается полная или частичная трансформация ландшафтов на фациальном уровне или опустынивание территории.
2. На территориальном уровне в масштабе лицензионного участка установлено небольшое превышение содержания НУ, Zn и РЬ в снежном покрове. На отдельных ЛУ выявлен повышенный фон содержания НУ в воде и почвах. В наибольшей степени проявлено геомеханическое воздействие, которое отражается через нарушенность территорий (1-2% площади ЛУ). На некоторых участках наблюдается опустынивание вследствие раздувов (до 15-25% территории ЛУ) и возникновение послепожарных сукцессий растительности.
3. На региональном уровне (в пределах ЯНАО) выявлены небольшое повышение фона содержания Сг, Со, N1 в снежном покрове, НУ — в природных водах, мало проявленное загрязнение органическими поллютантами (НУ, ПАУ, ПХБ) на литолого-гео-химических барьерах рек I порядка — в донных осадках, а также — низко интенсивное загрязнение почв ПХБ. Повышенный химический фон в снежном покрове, почвах и отчасти в природных водах обусловлен трансграничным переносом загрязняющих веществ. Изменения в растительном покрове и геомеханические нарушения ландшафтов выражены слабо.
4. Выявленный уровень загрязнения и трансформации компонентов ландшафтов существенно ниже по сравнению с более южными районами нефтедобычи (ХМАО), интенсивное освоение которых было начато в 60-х годах прошлого века. Одна из причин этого — рациональный комплекс превентивных мер (фоновая оценка, экологический мониторинг) и функционирующая система государственного экологического контроля.
Литература
1. Загрязнение Арктики: Доклад о состоянии окружающей среды Арктики. СПб, 1998. 188 с.
2. Евсеев А. Г. Аэротехногенные металлы-поллютанты в ландшафтах Российской Арктики / Доклады научн. конф-ции / под ред. Н. С. Касимов. М.; Смоленск: Ойкумена, 2006. С. 130-131.
3. Московченко Д. В. Геохимия ландшафтов севера Западно-Сибирской равнины: структурно-функциональная организация вещества геосистем и проблемы экодиагностики: автореф. дис. ... д-р геогр. наук. СПб: СПбГУ, 2010. 42 с.
4. Солнцева Н. П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1998. 376 с.
5. Оборин А. А., Калачникова И. Г., Масливец Т. А. и др. Самоочищение и рекультивация не-фтезагрязненных почв Предуралья и Западной Сибири // Восстановление нефтезагрязненных почвенных экосистем / под ред. М. А. Глазовская. М.: Наука, 1988. С. 140-158.
6. Опекунова М. Г., Арестова И. Ю., Щербаков В. М., Ганул А. Г. Загрязнение нефтепродуктами почв Уренгойского Севера // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 1996. Вып. 3 (№ 21). С. 87-90.
7. Углеводородное состояние почв на территории нефтедобычи с карстовым рельефом / Пи-ковский Ю. И., Геннадиев А. Н., Оборин А. А., Пузанова Т. А., Краснопеева А. А., Жидкин А. П. // Почвоведение. 2008. № 11. С. 1314-1323.
8. Патин С. А. Нефть и экология континентального шельфа. М.: Изд-во ВНИРО, 2001. 247 с.
9. Добровольский В. В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998. 413 с.
10. Мотычко В. В., Опекунов А. Ю., Константинов В. М., Андрианова Л. Ф. Основные черты морфолитогенеза в северной части Обской губы // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7. 2011. Вып. 1. С. 67-80.
11. Корниенко С. Г. Оценка трансформаций природных ландшафтов Тазовского полуострова по данным космической съемки // География и природные ресурсы. 2011. № 1. С. 67-73.
Статья поступила в редакцию 29 июня 2012 г.
