CC BY
12Ученые записки Таврического национального университета имени В.И.Вернадского Серия «География». Том 26 (65). 2013 г. № 1, С. 55-61.
УДК 504.53.054:504.064:62/69
ОЦ1НКА ТЕХНОГЕННО1 ТРАНСФОРМАЦП ГРУНТ1В НА РЕКУЛЬТИВОВАНИХ Д1ЛЯНКАХ СВЕРДЛОВИН
Журавель М. Ю.1, Клочко Т. О.2, Яременко В. В. 3 1Пiвнiчно-схiдний науковий центр «1нтелект-сервк», Хартв, Украта
2Нащональний аерокосмiчний ушверситет 1м. М.€. Жуковського «Харшвський авiацiйний
тститут», Хартв, Украта
3СП Полтавська нафтогазова компашя
2Е-таИ: klochko.ta@gmail.com2
У робой розглянуто питання дослщження стану територй родовищ вуглеводшв, вплив на Грунти процеав розробки та оцшка якост рекультивацй Грун™.
Ключовi слова: нафтогазовидобуток, Грунти, дослщження, порушення, рекультиващя, космiчнi зшмки, Г1С.
ВСТУП
Розвиток територш залежить вщ природно-ресурсного потенщалу. П1вшчно-схщний репон Украйни здавна славився наявшстю р1зних галузей та сфер д1яльносп (шдприемства з видобування корисних копалин, виробництва р1зних вид1в промислово! 1 с/г продукци тощо). З огляду на довготривале використання стан довкшля у межах регюну { на шдприемствах е незадовшьним.
В Укра!ш ще наприкшщ 90-х XX ст. було найвище серед европейських кра!н антропотехногенне навантаження на природне середовище, а на бшьшш частиш И територп яюсть довкшля була загрозливою для здоров'я людей. Еколопчна безпека залежить вщ р1вня розвитку технолопчного способу виробництва. Еколопчна небезпека Укра!ни значною м1рою успадкована вщ колишнього СРСР. В Укра!ш, яка займала лише 2% його територи, було зосереджено 25% всього промислового потенщалу й аналопчну кшьюсть забруднення природного середовища Союзу. Пюля проголошення незалежност Укра!на, втративши бшьшу частину колишшх дешевих енергоносив, у 90-х продовжувала нарощувати арха!чну для не! структуру виробництва, майже шчого не зробила для трансформаци ресурсо- I енергозатратно1 економши. Так, незважаючи на майже двократне зниження обсяпв ВВП за перюд 1990-96 р.р., енергомютюсть ВВП внаслщок зростаючого зношування застарших основних фонд1в зросла на 40%. Реал1защя 1 кг умовного палива в Укра!ш приносить 0,5 дол. ВВП, тод1 як у Японп - 9,3 дол. /1/.
Нов1тня ютор1я Укра!ни продовжила традици розробки нафтогазових родовищ, з додаванням шших аспекпв впливу на довкшля. Це наприклад впровадження технологш видобутку газу засобом пдророзриву. Технолопчний процес включае зняття Грунту та наступну рекультиващю значно бшьших за розм1ром майданчиюв.
Основним напрямком попередження негативного впливу на Грунти е постшно д1юча система контролю технолопчного процесу освоення та повернення земель власникам, як елемент системи еколопчного управлшня шдприемства газового комплексу. Попередшми дослщженнями Грунт1в на майданчиках «радянського»
перюду виявлеш комплексш аномали важких мет^в. Ураховуючи, що по космiчним зшмкам старi майданчики вирiзняються площинними аномалiями рiзних тонiв, i вони займають досить значну площу в аграрних ландшафтах регiону, постае необхiднiсть детального вивчення вмюту важких металiв на старих майданчиках.
1. ВПЛИВ РОЗРОБКИ НАФТОГАЗОВИХ РОДОВИЩ НА ГРУНТОВИЙ ПОКРИВ ТА ОСОБЛИВОСТ1 РЕКУЛЬТИВАЦП
Грунт - верхнш тонкий шар континентально! земно! кори, утворений шд впливом рослин, тварин, мiкроорганiзмiв з материнських прських порiд та знаходиться в умовах сталого (на певному промiжку часу) клiмату. Цей компонент бiосфери взаемозв'язаний (взаемообумовлений) з шшими 11 частинами. В цшинних умовах екологiчнi чинники функщонування грунтового покриву стабiльнi. Але в сучасних умовах сiльськогосподарського використання проходить перебудова вiд складно! системи вище перерахованих взаемопов'язаних компонентiв до спрощено! системи - агроландшафт. Територiя Полтавсько! низовини, де знаходяться гiрничi вiдводи нафтогазових пiдприемств, налiчуе бшьше двох вiкiв iсторi! сiльськогосподарського використання земель. У сталих умовах землеробства ус процеси, якi вiдбуваються в грунт1, знаходяться в рiвновазi. Тимчасове вилучення земель iз сiльськогосподарського об^у для будiвництва або капiтального ремонту свердловин i прокладки трубопроводiв може мати таю негативш наслiдки, як попршення агрофiзичних, агрохiмiчних властивостей та забруднення важкими металами рекультивованих земель штучно функщонуючо! системи агроландшафт.
Рекультиващя земель е обов'язковою складовою технолопчних процесiв, пов'язаних з вiдновленням порушених земель. Рекультивацiя повинна здiйснюватися в два послщовних етапи: технiчний i бiологiчний. Згiдно ГСТУ 41-00032626-00-023-2000 [12], техшчний етап рекультивацi! включае тдготовку дiлянки для наступного цiльового використання, а бюлопчний етап, що фшансуеться промисловим пiдприемством, складаеться з комплексу агротехшчних i фiтомелiоративних заходiв з вщновлення родючостi порушених земель. Земельт дiлянки в перiод здiйснення бюлопчно! рекультивацi! у сiльськогосподарських цiлях повинш проходити стадiю мелiоративно! пiдготовки з вирощуванням однорiчних, багаторiчних злакових i бобових культур для вiдновлення i формування кореневмiсного шару та його збагачення оргашчними речовинами (ГОСТ 17.5.3.0483, п.1.13, п.6.1).
Основними очшуваними негативними наслiдками проведення робiт з будiвництва трубопроводiв та нафтогазових свердловин, яю, як правило, з'являються тсля рекультивацi! та повернення земельних дшянок власникам, е:
• ущiльнення грунту;
• зменшення вмiсту гумусу у верхнш частиш родючого шару грунту;
• зменшення вмюту мшерального азоту та рухомих сполук фосфору i калiю;
• змiна кислотностi грунту, за рахунок розшяння компонентiв бурових розчишв;
• аномальне накопичення важких металiв (РЬ, Ва, 2п, Мо та iнших);
• локальне засолення грунту компонентами бурових розчинiв.
Ущшьнення вiдбуваеться внаслiдок надмiрного тиску на грунт ходовими
системами транспортних засобiв та шшо! технiки i значно посилюеться при
виконаннi земляних робiт за пiдвищено! вологостi грунту. Ущiльнюеться не тшьки верхнiй, кореневмiсний шар грунту, але й нижш глибокi горизонти. Щшьний грунт у сухому станi чинить великий ошр розвитку коренево! системи рослин, погано фшьтруе воду, для обробки потребуе додаткових витрат. Вологоемкють ущшьненого грунту е гiршою, шж у природному розпушеному станi. У зв'язку з цим рослини постшно вщчувають дефiцит необидно! !м вологи.
Зменшення вмiсту гумусу i поживних речовин у верхнiй частинi родючого грунту виникае через перемiшування з нижньою частиною шару (у природному сташ цi показники поступово знижуються з глибиною), i обумовлюе дискомфорт росту рослин при недостатнш забезпеченосп основними поживними елементами.
Змiна кислотного стану грунту може бути наслщком розсдавання компонентiв бурових розчинiв в процес !х приготування та використання в технологiчних процесах бурiння. Це призводить до порушення фiзичного, хiмiчного та мiкробiологiчного режиму грунтiв i може знизити доступнiсть поживних елеменпв рослинам.
Окремо слiд зазначити, що при будiвництвi об'ектiв газовидобувного комплексу юнуе можливiсть втручання в природний процес перерозподiлу поверхневого стоку. При цьому рiзко пiдвищуеться вiрогiднiсть розвитку ерозшних процесiв.
2. МЕТОДИКА ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
Об'ектами дослiджень були вибраш рекультивованi дiлянки сiльськогосподарських полiв тсля бурiння свердловин на територi! родовищ. Точки дослiдження розташованi в межах поширення чорноземiв звичайних Для вивчення фiзичних та хiмiчних властивостей грунту проаналiзовано проби на рiзних глибинах родючого шару. На кожнш з обстежуваних дшянок закладенi пробнi площадки, на яких вщбраш точковi проби грунту з орного (0-25 см) та тдорного шарiв (25-50 см) для встановлення водно-фiзичних (вологiсть, щшьнють), агрохiмiчних (вмiст гумусу, рН, вмют азоту, фосфору i калiю), фiзико-хiмiчних (склад водних екстрактiв) та агроеколопчних показникiв.
Найбiльш актуальними при проведенш монiторингу робiт з рекультивацi!, на наш погляд, з вище перелiчених показникiв,е щiльнiсть складення грунту, вмют гумусу, та значення рН. Вмют поживних елеменпв (азоту, фосфору, калда) у грунтi контролюеться за допомогою внесення мiнеральних i органiчних добрив, тому вщокремлення фактору використання дшянки пiд свердловину за цими показниками може бути швельовано з початку !! цiльового використання, протягом одного або декшькох вегетацiйних сезонiв, о^м одиничних випадкiв. Сдине, що звертае на себе увагу, - це одночасне тдвищення вмюту рухомих сполук калда та значення рН.
На вшх дiлянках iз рiзним ступенем проявлено вщносне ущiльнення грунту орного i пiдорного горизонтiв вiдносно фонових значень, тобто проявлено певний вплив на структурно-агрегатний склад унаслщок рекультивацшних робт Значення щiльностi складення грунту перебувало у межах 0-20 % гранищ вщ фонового значення, як для орного так i пiдорного шарiв. На всiх свердловинах видно, що бшьшого ущiльнення вiдносно фону зазнав шдорний горизонт, оскiльки фактично вш був основою бурового майданчика.
Вмют гумусу в орному { тдорному горизонтах на вс1х дшянках виявився нижчим за фонов1 значення - в орному шар1 на 9-17%, у тдорному - на 20-30%. Пщорний шар за вмютом гумусу бшьш пом1тно вщр1зняеться вщ фонових значень, шж орний. Очевидно, вш зазнав бшьшо! трансформаци та його вщновлення вщбуваеться повшьтше, шж в орному шарь
Значення кислотно-лужного показнику Грунт1в (рН) вардае у межах 5,55 - 7,29, що вщповщае нейтральнш та слабко лужнш категори. На рекультивованих дшянках середне значення рН виявилося до 25 % вище вщ фонового. Поясненням цього може бути розшяння залишюв лужних бурових розчишв та змшування бшьш глибоких шар1в, яю мютять карбонати, з поверхневими шарами Грунтового профшю.
Дшянки старих свердловин пом1тно вщр1зняються вщ рекультивованих у сучасний перюд ступенем вар1аци вмюту елеменпв. Коефщенти вар1аци певного набору елеменпв - Ag, Ва, РЬ - сягають 120-150%, що свщчить про вкрай нер1вном1рний розподш сполук цих елеменпв у Грунтах. Таю коливання е наслщками концентраци залишюв бурових вщход1в на д1лянках буршня деяких свердловин.
За рядом показниюв встановлено, що стутнь перетвореност х1м1чного складу мшерально! частини Грунт1в на сучасних рекультивованих дшянках свердловин е незначним. Стан Грунту на цих свердловинах р1зко контрастуе з дшянками рекультиваци до 1994 року, де спостер1гаються перевищення у 1-10 раз1в фонових концентрацш та ГДК вмютом низки метал1в - РЬ, Ва, Ag, 2п, Си, Мо.
У результат л1толого-мшералопчного вивчення Грунпв навколо свердловин можна зробити таю висновки:
• забруднення такими елементами, як Ва 1 РЬ законом1рно прослщжуеться у пробах орного I тдорного шару, що представлен техноземами (проби неоднорщш з великою юльюстю домшок); в пробах, що основ1 свого складу мають суглинок; { вс проби, яю мають велику кшьюсть включень р1зно! розм1рност1, але основою проб е чорнозем.
• стутнь забруднення в цшому пропорцшно залежить вщ ступеня неоднорщ-ност Грунт1в та юлькост мехатчних домшок в них;
• також вс незабруднеш проби Грунту без винятку мають силшатний тип, а забруднеш проби - змшаний, силштно-карбонатний або карбонатно-силшатний;
• мехашчш домшки у пробах свщчать про забруднення не лише в результат збер1гання бариту, монтморилошту та шших матер1ал1в на бурових майданчиках, а й через шлам пробурених порщ, який потрапив до Грунту в результап буршня;
• у результап л1толого-мшералопчного анатзу також було виявлене забруднення Грунпв на деюлькох бурових майданчиках граф1товими змазками.
3. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТ1В Х1М1ЧНИХ АНАЛ1З1В ГРУНТ1В
З метою бшьш глибокого осмислення процешв, що формують сучасний стан Грунпв райотв нафтогазових родовищ для обробки отриманого фактичного матер1алу були застосоваш методи математично! статистики.
При одном1рному статистичному анал1з1 у виб1рках даних розраховувалися: середне значення компонента, похибка середнього, середньоквадратичне вщхилення, похибка середньоквадратичного вщхилення, мшмальне 1 максимальне значення компонента, розмах, коефщент вар1аци (%), коефщент асиметрп нормал1зований, коефщент ексцесу нормал1зований. За двома останшми
xapaктеpистикaм pобився висновок пpо вщповщшсть або невiдповiднiсть вибipки ноpмaльномy pозподiлy, що в свою чеpгy визначало подaльшy пpоцедypy обpобки дaниx.
З метою виявлення статистично1' близькостi чи вщдаленосп piзниx типiв пpиpодниx та теxногенно-змiнениx Гpyнтiв i виявлення ^уп об'eктiв нaйбiльш подiбниx (чи навпаки - вiддaлениx) за xapaктеpом зaбpyднення та геоxiмiчними пpоцесaми був застосований клaстеpний aнaлiз, який, викоpистовyючи фоpмaльнi мaтемaтичнi методи, клaсифiкye об'екти з бaгaтовимipними показниками на одноpiднi ^упи.
Спочатку клaстеpний aнaлiз виконувався iз застосуванням aгломеpaтивноï iepapxiчноï пpоцедypи з побудовою дендpогpaми - одномipного ^афа, що зобpaжye взaeмнi зв'язки мiж об'ектами. Дендpогpaмa дозволяе вiзyaльно ощнити кiлькiсть yтвоpениx клaстеpiв та ïx якiсний склад.
Стaндapтизaцiя дaниx дозволяе вpaxовyвaти всi пapaметpи з однаковою вагою, незалежно вiд ïx aбсолютниx значень. Haдaлi пpоводилося автоматичне pозбиття всieï сyкyпностi точок на задане число ^уп (клaстеpiв), з пеpеpaxyнком центpaльноï точки клaстеpy i повтоpенням пpоцедypи до отpимaння стiйкого piшення (метод k-сеpеднix).
Для математичного обгpyнтyвaння пpичинно-нaслiдковиx зв'язкiв пpоцесiв тpaнсфоpмaцiï Гpyнтового покpивy, був застосований фaктоpний aнaлiз. Цей статистичний метод е одним з нaйефективнiшиx зaсобiв виявлення зaкономipностей, пpиxовaниx в мaсивax данж, для якиx вiдсyтня можливiсть безпосеpеднього спостеpеження i вимipювaння геоxiмiчниx ^оце^в - фaктоpiв. Пpо ниx можна судити лише за кiнцевими pезyльтaтaми, що вiдобpaжaються y знaченняx piзниx xapaктеpистик.
Пpоцеси фоpмyвaння теxноземiв на мaйдaнчикax paдянського пеpiодy та на сучаснж pекyльтивовaниx мaйдaнчикax абсолютно piзнi за xiмiзмом гpyнтiв. Рaдянськi майданчики, що pекyльтивовaнi зi значними поpyшеннями, мають пеpевaжно кaльцито-бapитовий тип теxноземiв з аномальним накопиченням вaжкиx метaлiв. Рекyльтивовaнi сyчaснi майданчики з додеpжaнням теxнологiй xapaктеpизyються гpyнтaми дуже близькими з xiмiзмом до фоновиx чоpноземiв.
Зазначити викоpистaння теpитоpiï гipничого вщводу, пpилеглиx теpитоpiй пiдпpиeмством та населенням; динaмiкy, досягнення та пpоблеми pеaлiзaцiï зaxодiв pекyльтивaцiï земель дозволило викоpистaння мaтеpiaлiв космiчниx зйомок. За космiчними знiмкaми визначаються змiни стану pослинностi, Гpyнтового покpивy, поява новиx теxнологiчниx об'eктiв та лiквiдaцiя стapиx, змши y викоpистaннi земель гipничого вщводу та за його межами. Всього за зшмками на теpитоpiï сучасно1' виpобничоï дiяльностi видiлено бiльше 20 дшянок з ознаками дегpaдaцiï фун^в та pослинностi, визнaченi дiлянки фоновж дослiджень.
BИCHOBKИ
Оцiнкa pезyльтaтiв дослщження aгpоекологiчниx та фiзико-xiмiчниx покaзникiв ipyrny на добpе pекyльтивовaниx мaйдaнчикax свеpдловин показуе високу якiсть теxнiчноï pекyльтивaцiï гpyнтiв, що пiдтвеpджyeться:
• Близькими показниками вмюту гумусу i поживниx pечовин (N, P, K) на фоновж i pекyльтивовaниx дiлянкax;
• Низьким вмютом токсичних солей на р1вш 0,2 ГДК { вщсутшстю ореол1в засолення Грунт1в;
• Вщсутшстю аномалш вмюту важких метатв та перевищень ГДК для Грунтв сшьськогосподарського призначення.
Техногенна трансформащя Грунтового покриву внаслщок рекультиваци бурових майданчиюв у минул1 роки (до 1994 р.) та на сучасних рекультивованих майданчиках абсолютно р1зна за х1м1змом Грунт1в. Стар1 майданчики, як правило, рекультивоваш з1 значними порушеннями, про що свщчить формування на них технозем1в переважно кальцито-баритового типу з аномальним накопиченням важких метал1в.
За допомогою косм1чних зшмюв проведена оптим1защя розташування точок спостереження Грунт1в, що сприяло репрезентативност опробування. Анал1з косм1чних зшмюв р1зних дат надае змогу вивчити ютор1ю освоення територи, показуе достатньо високий контраст старих промислових майданчиюв на фош сшьгоспупдь через великий строк шсля !х лшвщацл та рекультиваци. Матер1али косм1чно! зйомки повинш стати невщ'емною частиною оперативного мошторингу Грунт1в, оскшьки надають об'ективну шформащю про стан територи у час та простора
Дослщження якост Грунт1в рекультивованих майданчиюв як свердловин сучасних розробниюв, так { старих свердловин попередшх власниюв, контрастний стан яких дозволяе проводити об'ективну пор1вняльну оцшку та забезпечуе бшьш повне розумшня процес1в техногенно' трансформацн рекультивованих Грунтв, роздшити вщповщальшсть за успадковане забруднення.
Здшснення мошторингу Груипв з метою контролю якост рекультиваци бурових майданчиюв е необхщною складовою забезпечення еколопчно' безпеки д1яльносп тдприемства та саштарно-ешдемюлопчного благополуччя населення району. Управлшсью ршення спрямоваш на мш1м1защю наслщюв проявлення фактор1в еколопчно' небезпеки.
Список лггератури
1. Економiчна енциклопедiя: У трьох томах. Т. 1. / Редкол: С. В. Мочерний (вщп. ред.) та ш. - К.: Видавничий центр "Акаде]шя", 2000. - 864 с.
2. Белоненко Г.М. Изменение черноземных почв при нефтедобыче и пути восстановления их плодородия / Г.М. Белоненко. - Ки'в: Аграрна наука, 1996. - С. 27-37. - Агрохiмiя i Грунтознавство.
3. Рекультиващя земель тд час спорудження нафтових i газових свердловин: ГСТУ 41-0003262600-023-2000. - К.:Мшютерство екологп та природних ресурсiв Укра'ни, 2000. - 64 с. -(Галузевий стандарт Укра'ни).
Журавель Н.Е. Оценка техногенной трансформации почв на рекультивированных участках скважин / Н. Е. Журавель, Т. А. Клочко, В. В. Яременко // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: География. - 2013. - Т. 26 (65). - № 1С. 55-61.
В работе рассматриваются вопросы исследования состояния территории месторождения углеводородов, влияние на почвы процессов разработки и оценка качества рекультивации почв. Ключевые слова: нефтегазодобыча, почвы, исследования, нарушения, рекультивация, ГИС. космические снимки.
SCORE TECHNOGENIC SOIL TRANSFORMATION ON RECLAIMED AREAS
WELLS
Zhuravel M. Y. Klochko T. O.2,Yaremenko V. V.3
'North-Eastscientific Center "Intelligenceservice", Kharkiv, Ukraine 2National Aerospace University "Kharkiv Aviation Institute", Kharkiv, Ukraine 3JV Poltava Petroleum Company, Poltava, Ukraine E-mail: klochko.ta@gmail.com2
The study is focused on soils within the licensed operation area. The aim of the study is impact assessment of wells and pipelines installation on soils conditions, physical and chemical properties, soils productivity after land reclamation.
Basing on field physical and chemical analytical investigations the assessment of soils properties and their change under conditions of production infrastructure installation is carried out within the territories of fields.
It is reasonable to provide environmental monitoring using remote sensing materials at all stages of fields' exploration and production. Observation of relief dynamics, production infrastructure within and beyond the study area allows controlling production processes: in-stallation of new drilling sites and their remediation, pipelines and roads construction, allo-cation of production facilities, impact to soils and other environment components.
Satellite images interpretation has provided the analysis of production and land reclamation history as well as identification of soil disturbance sites.
Up-to-date information technologies, including GIS-technologies, are essential for effec-tive management of agroecological and mapping information, according to aims and tasks of efficient soil monitoring.
Keywords: oil and gas extraction, space imaging, soils, research, soil reclamation,
vegetation,
violation
References
1. Economic: the encyclopedia in three volumes. T. 1. /Edited by: S.V/ Mocernij (sub red.), etc. - K.: Publishing Center "Academy", 2000. - 864 p.
2. Belonenko G.M. cernozemnyh neftedobyce Edit pocv directory and in the ways of their plodorodia/ G.M. Belonenko. Soil science and agricultural chemistry. - Kyiv: Agricultural Science, 1996. P. 27-37.
3. Reclamation of land during construction of oil and gas wells: UKRAINE 41-00032626-00-023-2000. -K.: Ministry of ecology and natural resources of Ukraine, 2000. - 64 p. - (the industry standard).
nocmynurn e pedaKU,uw 23.04.2013 s.
