CC BY
114
УДК [504.53.054:631.445.5(470.46)] :622.323
И. Р. Абуталиева
ВЛИЯНИЕ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ПУСТЫННОЙ ЗОНЫ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Эксплуатация углеводородных месторождений сопровождается неизбежными пространственно-временными техногенными изменениями в атмосфере, поверхностных и подземных водах и почве. Экологические последствия деградации почвенного покрова обычно проявляются позже, но они более устойчивы и долговременны.
Нарушение почвенного покрова начинается с ликвидации растительного покрова, срезки поверхностного слоя почв, за которой следует сооружение амбаров, строительство подъездных путей и монтажных площадок.
Геохимические изменения в почвах начинаются уже на стадии бурения скважины. В процессе бурения скважин на почвы оказывают влияние буровые растворы, расход которых достигает 30 м3/сут на один объект. Добыча углеводородов сопровождается выносом из скважин высокоминерализованных пластовых флюидов, которые, попадая в почву, загрязняют ее.
Вблизи буровых площадок происходит полная или частичная утрата плодородия почв вследствие загрязнения их буровыми отходами или нефтью. Скорость поступления нефтепродуктов в окружающую среду значительно превышает скорость их разложения.
Большую опасность представляет перенос нефти с талыми и дождевыми водами, а также ее способность к миграции в почвенном профиле. В зависимости от степени загрязнения нефтепродукты могут проникать на разную глубину, вызывая при этом изменение как верхних, так и нижних горизонтов почвы.
Результатом нефтяного загрязнения почвы является битуминизация почвенного профиля, приводящая к изменению водных, воздушных, агрохимических, микробиологических и целого ряда других показателей.
В нефтяном загрязнении почв выделяют несколько этапов. Вначале происходит рассеивание нефтяных компонентов в почвенно-грунтовом пространстве, смыв и вынос нефти водными потоками и испарение легких фракций. В результате этих процессов в первые месяцы после загрязнения содержание нефти в почвах и грунтах снижается наполовину, после чего самоочищение почв резко замедляется. Оставшаяся нефть подвергается структурным изменениям. Преобладающими становятся тяжелые фракции [1].
Тяжелые фракции нефти, содержащие смолисто-асфальтеновые компоненты, из-за большой вязкости и плотности, как и твердые парафины, препятствуют процессам влаго- и газообмена в почвах, что приводит к изменению физических свойств почв и грунтов.
Длительность всех этапов разложения нефти в естественных условиях зависит от начальных объемов разлива, физико-механических свойств грунтов и температурного режима территории. Оптимальной для разложения нефти является температура 20-30 °С (во всяком случае, она должна быть не ниже 6 °С).
Способность почв аккумулировать нефть и другие загрязняющие вещества зависит от их типа, состава и степени увлажненности.
Почвенный покров пустынной зоны Нижнего Поволжья сформировался в условиях острого дефицита атмосферных осадков под изреженной ксерофитной растительностью. Почвы рассматриваемой зоны испытывают воздействие таких общих факторов, как сухое и влажное осаждение токсичных компонентов, входящих в состав газовых выбросов, сточных вод, а также химических реагентов, применяемых в бурении. В процессе поиска и добычи нефти и газа происходит загрязнение территории вокруг буровых установок солеными водами, нефтепродуктами, химическими реагентами, тяжелыми металлами. Все это изменяет структуру и физикомеханические свойства почв.
Почвы исследуемого региона представлены преимущественно песками, в меньшей степени распространены бурые почвы, солонцы и солончаки.
Бурые почвы отличаются слабой дифференцированностью профиля на генетические горизонты.
Почвы характеризуются низкими величинами емкости поглощения (7,88-13,89 мг-экв/100 г почвы). По содержанию основных элементов питания они относятся к низкообеспеченным по содержанию калия и очень высоко обеспеченным по подвижным формам фосфора. По содержанию гумуса почвы относятся к микрогумусным. Реакция среды слабощелочная или нейтральная (рН 7,0-8,2). Гранулометрический состав связнопесчаный (7,88-8,52 % «физической глины»).
В ходе почвенного обследования выявлены преимущественно засолённые бурые почвы слабой и, реже, средней степени засоления.
В целом почвенный покров обследуемого участка, где выделены бурые полупустынные почвы, характеризуется сильной дефляционной опасностью и проявлением одного из основных типов деградации - засоления, включающего в себя собственно засоление и осолонцевание почв. Незасолённые и несолонцеватые бурые почвы имеют незначительное распространение [2].
Солонцы встречаются отдельными небольшими пятнами. Морфологическое строение профиля солонцов характеризуется резким переходом гумусового горизонта А мощностью 12-15 см в солонцеватый горизонт В, имеющий неблагоприятные водно-физические и физикохимические свойства (щелочная реакция среды - до рН 8,3, высокое содержание поглощённого натрия - 18,9-45,6 % ёмкости поглощения почв).
В целом солонцы низкоплодородны из-за неблагоприятных водно-физических и физикохимических свойств, недефляционноопасны [2].
Солончаки имеют ограниченное распространение. Сформировались по днищам и бокам высохших солёных озёр с частичным или полным отсутствием растительности в условиях близкого залегания минерализованных грунтовых вод (1,5-2,0 м).
В почвенном профиле солончаков выделяется гумусовый горизонт А мощностью 8-10 см, светло-серой окраски, с корочкой солей на поверхности, легкосуглинистого или супесчаного механического состава.
При высыхании по всему профилю обнаруживаются в большом количестве выцветы солей. Величина плотного остатка в верхнем слое достигает 1,5-8,0 %. Кислотность почвенной среды слабощелочная (рН 8,0-8,3) [2].
Пески - основной компонент почвенного покрова пустынной зоны Нижнего Поволжья. Они имеют буровато-желтую окраску по всему профилю, бесструктурные, сыпучие. Реакция среды слабощелочная (рН 8,1-8,3), содержание глины низкое (6,7 %) в поверхностном слое песков. Засоление водорастворимыми солями отсутствует. Содержание токсичных водорастворимых солей составляет 0,058-0,066 %. Обеспеченность питательными элементами низкая [2].
На развеиваемых песках первыми поселяются кумарчик, песчаный овес и др. По мере зарастания песков происходит формирование почв. На слабозаросших песках почвы находятся на начальной стадии образования. По мере усиления зарастания пески со временем приобретают ряд новых свойств. Отмечается слабая дифференциация почвенного профиля на генетические горизонты. Эти признаки усиливаются при переходе от среднезаросших к сильнозаросшим пескам. Но в некоторых местах площади незакрепленных, развеиваемых песков увеличиваются. Нарушение растительного покрова происходит и при освоении углеводородных месторождений.
Сведение растительного покрова способствует дефляции. Почвы данной зоны подвержены дефляции. Это обусловлено специфическими природными факторами, такими как метеорологические условия (континентальность климата, активный ветровой режим с дефляционноопасными скоростями ветра более 3-5 м/с, частые суховеи в ранневесенний период, ведущие к пересушиванию поверхности почв); рельефы (равнинность территории, отсутствие орографических препятствий); почвенный покров (лёгкий механический состав почв, малая прочность почвенных структурных элементов гумусового горизонта); растительный покров (разреженность и угнетённость травостоя, доминирование эфемеров). Отрицательное влияние на состояние почвенного покрова оказывают также поиск и разведка углеводородных залежей.
Экологически недопустимые методы освоения природных ресурсов превращают продуцирующие угодья (малопродуктивные пастбища) в барханно-солончаковые развеиваемые пески.
В районе строительства скважин необходимо применять технологии, максимально обеспечивающие сохранность верхнего слоя почвы и растительности от нарушения и техногенного воздействия, включая и загрязнение.
К числу негативных факторов, воздействующих на почвенный покров при нефтегазодобыче, относится загрязнение почв нефтепродуктами, высокоминерализованными пластовыми водами и химическими реагентами, применяемыми в технологии добычи.
Наиболее характерными техногенными потоками для месторождений углеводородного сырья являются минерализованные сточные воды. В случае аварийных сбросов этих вод на прилегающую местность происходит практически необратимое засоление почв до уровня грунтовых вод. Сильноминерализованные фильтрационные воды смыкаются с почвенногрунтовыми, которые при внутрипочвенных миграциях будут засолять прилегающие территории. Кроме того, сброс больших объемов воды вызовет повышение уровня грунтовых вод, в результате чего пустынные почвы трансформируются в заболоченные, что нехарактерно для пустынной зоны.
Засоление грунтов будет способствовать образованию суффозионных просадок, на дне которых со временем возникнут соленые озера. Необходимо применять специальные поверхностные покрытия отрицательных форм рельефа, в которые сбрасываются рассолы, или перед сбросом пропускать рассолы через очистные установки. Этим можно сохранить и без того скудные пастбища, уберечь территорию от сплошного засоления и не допустить развития геодинамических процессов.
В отличие от воды и воздуха, для почвы не установлены ПДК для суммарного содержания углеводородов, однако существует ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) этих загрязнителей в почвах, которая составляет 1 000 мг/кг.
Почвы считаются загрязненными, когда концентрация нефтепродуктов в них достигает такой величины, при которой начинаются негативные экологические изменения в окружающей среде: нарушается экологическое равновесие в почвенной экосистеме, гибнет почвенная биота, падает продуктивность или наступает гибель растений, происходит изменение морфологии, водно-физических свойств почв, падает их плодородие, создается опасность загрязнения подземных и поверхностных вод в результате вымывания нефтепродуктов из почвы и их растворения в воде.
Особенно сильное загрязнение происходит вблизи скважин и амбаров. Поведение нефтепродуктов в почве зависит от их свойств и свойств самой почвы. В почвах тяжелого механического состава просачивание нефтепродуктов происходит на значительно меньшую глубину, чем в почвах легкого механического состава. В почвах легкого механического состава нефть даже при слабой степени загрязнения просачивается значительно глубже.
Почвы пустынной зоны Нижнего Поволжья обладают высокой проницаемостью, в результате чего углеводороды свободно проникают в нижележащие слои, просачиваются в землю и через породы зоны аэрации достигают первого от поверхности водоносного горизонта. Поскольку подавляющее большинство нефтепродуктов легче воды, то они накапливаются на поверхности грунтовых вод, образуя поверхностные скопления (линзы). Нефтяная пленка, плавающая на поверхности грунтовых вод, движется к естественным (водотоки, водоемы и др.) или искусственным (водозаборные скважины, колодцы и др.) объектам. При этом образуется несколько видов загрязнения:
— загрязнение почвогрунтов;
— загрязнение грунтов зоны аэрации;
— загрязнение горизонта грунтовых вод.
Специфика углеводородного загрязнения заключается в том, что нефть и нефтепродукты не остаются на месте разлива, а интенсивно мигрируют и проникают в почву, грунты растекаются по земной поверхности, попадают в водоемы, а при испарении - и в атмосферу.
В почвах, загрязненных нефтью, нарушается водно-воздушный баланс, падает содержание доступного растениям фосфора, нитратного азота и обменного калия. Наблюдается излишек марганца, освобождающийся при разрушении некоторых углеводородов, и обогащение почвы сульфидами. Кроме того, нефть оказывает отрицательное воздействие на окислительновосстановительные ферменты в почве.
Таким образом, одной из основных экологических проблем, сопутствующих добыче, транспортировке, хранению и переработке углеводородов, является нарушение почвенного покрова в связи с механическим воздействием и химическим загрязнением. Особый подход требуется при разработке углеводородных месторождений в пустынной зоне Нижнего Поволжья, т. к. почвы данной зоны имеют высокую степень дефляционной опасности. Необходимо разра-
экология
ботать мероприятия по снижению деградации почв; сохранению почвенного покрова и растительности, предупреждению загрязнения отведённых участков отходами производства (жидкие и твёрдые), аварийными разливами и утечками нефти, а также утилизацией загрязнённых поч-вогрунтов и восстановлением нарушенных участков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Солнцева Н. П. Особенности загрязнения почв при нефтедобыче // Тр. Всесоюз. совещ. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1985. - С. 62-65.
2. Малов В. Г. Некоторые данные о бурых почвах Богдинско-Баскунчакского заповедника // Богдинско-Баскунчакский заповедник и его роль в сохранении биоразнообразия севера Астраханской области. Перспективы развития экологического туризма: Сб. науч. ст. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2004. -С. 13-15.
Статья поступила в редакцию 21.10.2008
INFLUENCE OF HYDROCARBON PRODUCTION ON TOP-SOIL OF DESERT ZONE IN LOWER VOLGA REGION
I. R. Abutalieva
One of the main ecological problems, attending in extraction, transportation, storing and processing of hydrocarbons, is a top-soil destruction as a result of mechanical effect and chemical pollution (oil-field brine, mineral oil, chemical agents, heavy metals), that change the structure and physical and mechanical properties of soils. The soils of Lower Volga Region have several features, such as low humus and high penetration, as a result of it hydrocarbons easily penetrate into groundwater polluting it. The soils in this region have a high degree of deflationary danger, and during hydrocarbon field developing it is necessary to apply technologies which provide the maximum safe keeping of the upper soil layer and vegetation from destruction and pollution.
Key words: mechanical influence, chemical pollution, top-soil destruction, soil degradation.
