CC BY
18НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2007, №2
УДК: 543.74 (571.74)
Оценка уровня нефтезагрязнения почвогрунтов на территории Талаканского нефтепромысла*
И.Н. Зуева, Ю.С. Глязнецова, О.Н. Чалая, О.С. Карелина, С. Е. Ефимов
Геохимические исследования 2001 и 2005 гг. показали, что экологическая обстановка вдоль трассы нефтепровода Талакан-Витим оставалась удовлетворительной за исключением отдельных небольших утечек на местах стыков труб, носящих локальный характер. В результате аварии 2006 г. нефтезаг-рязнение почв и грунтов распространилось на большую территорию (более 1,5 к.м) вплоть до р.Пеледуй. Содержание нефти в отдельных пробах достигло 85 %. Необходимы продолжение очистных работ на загрязненных участках и дальнейшее проведение мониторинга территорий нефтепровода и нефтепромысла.
According to geochemicaI investigations of 200l'h and 2005lh years an ecological situation along the Ta-lakan-Vitim oil-pipe was estimated as normal besides some local leakages near pipe joints. The oil pipe emergence in 2006lh year became the reason of oil pollution spread on large territory (about 1,5km) up to r. Peleduy. The content of oil pollutants was high about 85% for some samples of soil. There for it is necessary to continue cleaning works and to prolong of monitoring of oil pipe and oil filed territories.
Опытно-промышленная эксплуатация Талаканского нефтяного месторождения ведется с 1994 г., что предполагает изменение экологического состояния окружающей среды. В связи с этим различными организациями проводились исследования по изучению состояния территории Талаканского нефтепромысла и нефтепровода для выяснения характера возможных утечек и разливов нефти и оценки нефтезагрязнения. Результаты исследований 1998. 1999, 2(Ю1 гг.. выполненные на нефтепромысле, однозначно показали, что при добыче нефти и эксплуатации нефтепровода имело место незначительное загрязнение почв, носящее локальный характер и не ухудшающее в целом экологическое состояние окружающей среды [1 ].
В 2005 г. объединенным полевым отрядом ИПНГ СО РАН и ИМЗ СО РАН были отобраны пробы почвогрунтов на различных участках Талаканского нефтепромысла: вблизи скважин, насосных станций, буровых амбаров, межпромы-словых трубопроводов и вдоль трассы
ЗУЕВА Ираида Николаевна - к.г.-м.н.. в.н.с. ИПНГ СО РАН: ГЛЯЗНЕЦОВА Юлия Станиславовна -м.н.с. ИПНГ СО РАН; ЧАЛАЯ Ольга Николаевна -к.г.-м.н., с.н.с. ИПНГ СО РАН; КАРЕЛИНА Ольга Семеновна - вел. инженер ИПНГ" СО РАН; ЕФИМОВ Сергей Еюрович - вед. инженер ИПНГ СО РАН;
*Статья принята к печати 29 ноября 2006 г.
нефтепровода Талакан-Витим. Пробы отбирались на разном удалении от источников загрязнения и на различной глубине. Контрольные пробы были взяты на значительном удалении от нефтепромысла. В целом в лаборатории геохимии каустобиолитов ИПНГ СО РАН проанализировано 45 проб почв и грунтов.
Как известно, 25 мая 2006 г. в двух местах трассы нефтепровода Талакан-Витим при закачке нефти произошла авария: на пикете № 164 (в 2 км от передвижной насосной станции №5 в сторону п. Витим), где вылилось около 11 т нефти, и на пикете №133, который был сразу локализовал [2]. Водная поверхность р. Пелсдуй была покрыта нефтяной пленкой на протяжении 20 км.
Пятно нефти двигалось в сторону р. Лена и 30 мая на ней появились нефтяные пятна. 11о результатам химического анализа проб воды, отобранных с поверхности в створе реки в 700 м выше г. Ленска, концентрация нефтепродуктов составила 0.02 мг/л, или 0,4 ПДК |2]. Нефтяные пятна наблюдались также в ручьях Улахан и Безымянный, сильно загрязнено оз. Талое. Причиной этой экологической катастрофы послужило нарушение технологического процесса. Для ликвидации последствий аварии были установлены боновыс заграждения, проведена обработка сорбентом для сбора и дальнейшей утилизации разлитой нефти (2|.
Полевые работы, проведенные сотрудниками
ПАУКА II ОБРАЗОВАНИЕ. 2007. №2
ОЦЕНКА УРОВНЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ
ИПНГ СО РАН в августе 2006 г., то есть почти через 3 месяца после аварии, совпади по времени с завершением механической рекультивации земель и началом обработки зафязненных участков биопрепаратом «Дестройл».
Пробы почв для анализа были отобраны (рис.1) на месте прорыва нефтепровода (участок I) и на расстоянии около 1,5 км от места прорыва вблизи впадения руч. Исток в р. Пследуй (участок II). В целом проанализировано 27 проб.
Рис. 1. Схема отбора геохимических проб. Условные обозначения: вующий нефтепровод; 4 - участки отбора проб
- насосная станция; 2 - границы болот; 3 - дейст-
Уровень загрязнения проб почв нефтепродуктами (НП) (в данном случае нефтью) оценивался по отношению к естественному геохимическому фону (ЕГФ) [3, 4]. За геохимические параметры ЕГФ были приняты данные изучения состава контрольных проб почв, взятых на удалении от нефтепровода.
В проведенных исследованиях были использованы аналитические методы органической геохимии, позволяющие оценить вклад нативной (ЕГФ) и техногенной (нефтезагрязнение) составляющих в состав экстрактов изученных проб почв и грунтов. Извлечение органических веществ из проб почв и грунтов выполнено методом холодной экстракции хлороформом без осаждения полярных компонентов на хромато-графичсских колонках с окисью алюминия, что позволяет учесть вклад асфальтово-смолистых компонентов нефти. При оценке старых разливов нефти роль последних в составе нефтезагрязне-
НЛУКЛ И ОЬРАЗОВЛНШ:. 2007. №2
ния возрастает в результате испарения легких углеводородных фракций. Поэтому при мониторинге территорий данная методика является наиболее оптимальной, поскольку позволяет проводить оценку нефтезагрязнения почв и грунтов как результат процесса накопления НП почвог-рунтами.
Полученные экстракты - хлороформенные битумоиды (ХБ) - изучались методом ИК-Фурьс спектроскопии для определения структурно-группового состава.
Количественную оценку загрязнения проводили по выходу ХБ в изученных пробах по «Классификации уровней загрязнения почвог-рунтов нефтепродуктами» [5].
Исследования проб 2005 г. Полученные данные показали большой разброс концентраций ХБ в пробах почв: от следов (<1мг/кг) до значений, соответствующих очень высокому уровню загрязнения (99,4 г/кг). В контрольных пробах со-
ЗУЕВА. ГРЯЗНЕЦОВА, ЧАЛАЯ. КАРЕЛИНА. ЕФИМОВ
держание ХБ было на уровне ЕГФ. Анализ распределения проб с различным уровнем загрязнения показал следующее.
На участке вдоль трассы нефтепровода Та-лакан-Витим протяженностью 18 км 5 проб почв из 6 характеризуются фоновым и низким уровнями загрязнения, содержание ХБ в них варьирует от следов <1мг/кг до 1,0 г/кг. Лишь в одной точке на стыке труб обнаружена капельная утечка нефти, вызвавшая накопление нефти в почве. Концентрация нефтепродуктов составила здесь 16,7-45,7 г/кг, что соответствует высокому уровню загрязнения. На данном участке необходимо проведение очистных работ, поскольку установленный уровень намного превышает допустимый порог, оцениваемый в 5,0 г/кг, выше которого утрачивается способность почв к самовосстановлению |6|.
Вблизи скважин, шламовых амбаров и межпромысловых трубопроводов были выделены локальные участки с очень высоким >50,0, высоким >10,0 и средним >5,0 г/кг уровнями нефте-загрязнения. Пробы с такими уровнями загрязнения составляют около 50 % от числа всех проанализированных проб почв. На этих локальных участках требуется проведение специальных мероприятий по очистке и восстановлению поч-вогрунтов от нефтезагрязнения.
Геохимические исследования состава и химической структуры экстрактов - ХБ проб почв были выполнены с целью изучения характеристики геохимического (природного) фона территории и его изменения как следствие воздействия техногенных факторов функционирования нефтепромысла.
Одним из информативных при решении подобных задач является метод ИК-Фурье спектроскопии, потому что в ИК-спектрах ХБ в области 400-4(ХХ) см"1 присутствуют четко выраженные полосы поглощения различных классов органических соединений.
На рис. 2 приведены ИК-спектры ХБ контрольной пробы почвы (ЕГФ), взятой на удалении от источника загрязнения; пробы, взятой на месте капельной утечки из нефтепровода; и спектр талаканской нефти.
В спектре ХБ контрольной пробы доминируют полосы поглощения (п.п.), указывающие на высокое количество кислородсодержащих групп и связей (1700-1740 и 1170 см'1). В химической структуре ХБ значительно участие длинных мс-тиленовых цепей (дублет 720 и 730 см'1) и очень низкое - соединений с ароматическими циклами (750 и 1600 см '). Всё это позволяет рассматри-
Рис. 2. ИК-спсктры поглощения талаканской нефти (petroleum), ХБ пробы вблизи нефтепровода (pollut), ХБ контрольной пробы на удалении от нефтепромысла (geoch f.-геохимичсский фон)
вать данный экстракт как составляющую ОВ (органических веществ) современных осадков (или почв), то есть ЕГФ. В составе ХБ пробы, взятой вблизи нефтепровода, значительно меньше роль кислородсодержащих групп и связей (п.п. 1700 и 3300 см'1) и наблюдается появление ароматических структур по поглощению в области 810, 880, 1600 см"1. По конфигурации п.п. данный спектр обнаруживает большое сходство с ИК-спектром талаканской нефти, что указывает на преобладание в составе ХБ техногенной составляющей. Из практики наших исследований следует отмстить, что тип ИК-спсктров подтверждает техногенный характер полученных экстрактов не только в пробах с высокими выходами ХБ, достигающими среднего и высокого уровней загрязнения почв нефтью, но и в пробах с низким выходом ХБ - на уровне значений ЕГФ.
Как уже было сказано выше, на участках размещения объектов, вовлеченных в производственный процесс, были отмечены самые высокие концентрации нефти в пробах почв.
Пробы почв с территории нефтепромысла вблизи скважин характеризуются средним, высоким и очень высоким уровнями загрязнения. Концентрация НП в пробах изменяется от следов до 99,4 г/кг (очень высокий уровень загрязнения). На это указывает и характер ИК-спсктров ХБ. Установлено, что тип ИК-спектров ХБ практически для всех изученных проб носит техногенный характер независимо от уровня загрязнения.
Пробы почв вблизи шламовых амбаров также характеризуются средним, высоким и очень высоким уровнями загрязнения. Содержание ХБ варьирует от 5,3 до 87,3 г/кг. ИК-спсктры ХБ проб почв с этих участков с различными уровнями загрязнения близки к спектрам нефти, что позволяет сделать вывод о том, что основной вклад
НАУКА И ОБРАЗОВАЛИ!; 2007. №2
ОЦЕНКА УРОВНЯ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ
в битумоидную часть проб вносят НП-загряз-нитсли. С глубиной отбора прослеживается уменьшение содержания нефти в пробах почвог-рунтов от 87,3 г/кг (0-1()см) до 16,4 г/кг (1 (>—20 см).
Пробы почв с участков межпромысловых трубопроводов в местах стыков и около задвижек. Все они характеризуются средним и высоким уровнями загрязнения. Содержание ХБ составляет от 9,7 до 42,8 г/кг. Тип ИК-спектров типично техногенный.
Изучение распространения загрязнения на глубину от поверхности до 10, от 10 до 20 см, а в ряде точек до 1(Х) см показало, что с глубиной содержание нефти в почвогрунтах уменьшается от 9,94 до 0,0001 % (рис. 3). Характер загрязнения почв нефтью по глубине носит сложный характер и требует проведения специальных исследований.
Вместе с тем наши исследования показали, что чаще всего большая часть разлитых НП концентрируется именно в поверхностном слое почв до 10 см. Этот вывод хорошо согласуется с результатами других исследователей, занимающихся изучением распространения нефтяных загрязнений в мерзлотных почвах [7].
Скважина 179-005
10 20 60 100 Глубина отбора, см
Рис. 3. Изменение выхода ХБ с глубиной отбора проб почвогрунтов (вблизи скважины 179-005)
По отдельным участкам нефтепромысла были проанализированы пробы почв и грунтов полевого сезона 2001 г., отобранные сотрудниками ИМЗ СО РАН и любезно предоставленные нам В.В.Макаровым. Сравнительный анализ результатов исследований проб отбора 2001 и 2005 гг. показал, что в отдельных пробах, взятых вблизи скважин, установлено уменьшение выхода ХБ от 2,76 г/кг в 2001 г. до 0,13 г/кг в 2(Ю5 г., что соответствует снижению загрязнения с умеренного уровня до состояния ЕГФ. Такое изменение можно объяснить отсутствием новых поступлений НП в связи с тем. что данная скважина в последние годы была законсервирована. Приближение состояния почв на данном участке к показателям ЕГФ указывает на то, что почвы с
концентрацией НГ1, равной 2,7-2,8 г/кг, ещё сохранили способность к самовосстановлению.
В то же время в ряде точек наблюдается противоположная тенденция. Было зафиксировано увеличение концентрации от 2,77 г/кг в 2001 г. до 4,12 г/кг в 2005 г., что, возможно, обусловлено тем, что скважина, вблизи которой отбирались эти пробы, находилась в эксплуатации.
Таким образом, выполненные исследования но результатам полевых сезонов 2001 и 2005 гг. показали, что загрязнение изученной территории Талаканского нефтепромысла носит неравномерный характер:
- на участках вблизи нефтепровода загрязнение не превышает фонового и низкого уровней;
- локальные участки с превышением среднего уровня загрязнения расположены вблизи скважин, шламовых амбаров, межпромысловых трубопроводов; все они представляют экологическую опасность для окружающей среды и требуют проведения мероприятий по восстановлению почв и грунтов.
Полученные результаты приобретают особое значение в связи с аварией 2006 г. До этого события экологическая обстановка вдоль трассы нефтепровода Талакан-Витим оставалась удовлетворительной за исключением отдельных небольших утечек на местах стыков труб, носящих локальный характер. По геохимическим параметрам проанализированные пробы почв были близки к характеристике контрольных проб, соответствующих ЕГФ, что подтверждается как выше приведенными данными, так и результатами более детальных аналитических исследований на уровне ГЖХ и ПКХ/МС.
Исследования проб 2006 г. Полученные результаты также показали большой разброс концентраций ХБ в пробах почв: от следов (<1мг/кг) до значений, соответствующих очень высокому уровню загрязнения - 850,8 г/кг, или 85,1 %. Столь высокие значения свидетельствуют о разливе нефти и распространении по поверхности земли. Большой разброс значений указывает на неравномерный характер распространения неф-тезагрязнения. В контрольных пробах содержание ХБ было на уровне ЕГФ. Анализ распределения проб почвофунтов с различным уровнем загрязнения позволил установить следующую картину.
Участок I - место прорыва нефтепровода Талакан-Витим. В пробах, взятых на расстоянии 50 см от нефтепровода, выход ХБ в поверхностном слое (0-5 см) составляет 5,0 г/кг, что соответствует среднему уровню загрязнения; на глу-
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. 2007. №2
ЗУЕВА, ГРЯЗНЕЦОВЛ, ЧАЛАЯ, КАРЕЛИНА, ЕФИМОВ
бине от 5 до 20 см - 0,62 т/кг и соответствует низкому уровню загрязнения. На удалении 30 м уровень загрязнения пробы на глубине 0-5 см определяется как низкий - 0,53 г/кг, а на глубине 5-20 см выход ХБ составляет уже менее 1 мг/кг. Невысокий уровень загрязнения проб на месте прорыва обусловлен тем, что они были отобраны после рекультивационных работ на данном участке, которые привели к положительным результатам. Но следует отмстить, что полученные значения в 5,0 г/кг указывают на необходимость дальнейшего проведения рекультивационных работ для достижения относительно безопасного уровня, который для грунтов составляет значение 1,0-1,5 г/кг [5,8].
Участок II вблизи впадения руч. Исток в р. Пеледуй. Место отбора расположено вниз по ручью в 1,5 км от места прорыва нефтепровода. Здесь были отобраны 18 проб почв на разном удалении от ручья (рис. 1). Полученные данные характеризуются большим разбросом концентраций ХБ в пробах от следов до 850,8 г/кг, т.е. до очень высокого уровня загрязнения. Анализ распределения концентраций ХБ в пробах показал, что пробы с высокими концентрациями расположены в интервале от 5 до 17 м на удалении от русла ручья. Ближе к ручью и на удалении от него более чем на 17 м зафиксированы низкие концентрации ХБ: на уровне ЕГФ (вблизи русла) и низкого уровня загрязнения (на расстоянии 17 м).
Среди проб с высоким содержанием ХБ условно можно выделить 2 группы по особенностям ландшафта местности. Группа проб почв (III—"VI; рис. 1) с максимальными концентрациями ХБ (от 65,8 до 850,7 г/кг) отобрана в лесной полосе. Поверхность почвы представляла собой моховой покров, сильно загрязненный нефтью. Пробы охарактеризованы как вязкая, маслянистая масса с резким запахом нефти. Другая группа проб (А, В, С, D и VII) отобрана на открытом склоне (35-40°). Концентрации ХБ в этой группе проб значительно ниже - от 1,0 до 37,2 г/кг.
Все пробы почв со средним, высоким и очень высоким уровнями загрязнения по особенностям конфигурации полос поглощения обнаруживают практически полную идентичность со спектром талаканской нефти. В ИК-спектрах ХБ проб с умеренным уровнем загрязнения еще прослеживаются характерные признаки, отражающие вклад нагивной составляющей на фоне преобладания нефтяных углеводородов.
Полученные результаты свидетельствуют о большом масштабе аварии, на что указывает распространение нефти от места прорыва вниз по течению ручья вплоть до р. Пеледуй. Распространение нефтезагрязнения происходило не только по водной поверхности ручья, но и захватило прибрежную полосу шириной около 17 м.
Полученные результаты показали, что на месте аварии нефтепровода и прилегающей территории необходимы:
1. продолжение очистных рекультивационных работ;
2. дальнейшее проведение мониторинга:
- для уточнения масштаба и границ распространения нефтезагрязнения в почвах и донных отложениях водных объектов;
- для контроля эффективности проводимых очистных рекультивационных работ на выявленных загрязненных участках для достижения относительно безопасного уровня.
На территории нефтепромысла и вдоль трассы нефтепровода Талакан-Витим также необходим дальнейший мониторинг для контроля за состоянием почв и грунтов.
Литература
1. Макаров В.Н., Шац М.М., Слепцов А.Н. Геоэкологические условия территории нефтяного комплекса Талакан-Витим // Наука и образование. - 1998. - №. 2. -С. 100-107.
2. Обедин В. Нефть убила реку Пелядуй // Якутск вечерний. - 2006. - 2 июня.
3. Алексееико В.А. Экологическая геохимия. - М.: Логос, 2000. - 627 с.
4. Справочник инженера-эколога нефтегазодобывающей промышленности по методам анализа окружающей среды. Ч. 2. Почвы / Булатов А.И., Макаренко П.П., Шемегов В.Ю. - М.: Недра, 1999. - 634 с.
5. Гольдберг В.М.. Зверев В.П., Арбузов А.И. и др. Техногенное загрязнение природных вод уг леводородами и его экологические последствия. - М.: Наука, 2001.-125 с.
6. VROM, Concept Leidraad Bodemsanering. Leid-schenden, afl.4. 1988. p.II-4.
7. Гильдеева И.М. Влияние сезонных процессов промерзания-опаивания фунта на эволюцию нефтяных зафязнений в Арктических районах / Под ред. В.К. Шиманского. - Сиб.: Недра, 2003. - 122 с.
8. Лифшиц С.Х., Чалая О.Н., Зуева И.Н.и др. Способность мерзлотных почв Якутии к самовосстановлению при зафязнении их нефтью // Наука и образование. - 2006. - №4. - С. 69-74.
НАУКА И ОВРАЗОВАНИЕ. 2007. №2
