Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геоэкологическая характеристика природных условий европейского севера России 15
1.1. Основные сведения о геологическом строении региона 15
1.2. Краткая физико-географическая характеристика Архангельской области 36
1.3. Уязвимость природных компонентов 52
1.4. Природные ограничения на хозяйственную деятельность 74
1.5. Состояние и задачи по изучению экологической ресурсной функции геологической среды исследуемой территории 81
Глава 2. Оценка воздействия освоения минеральных ресурсов на природную среду 87
2.1. Характеристика основных видов минерально-сырьевых ресурсов 87
2.2. Влияние добычи и транспортировки нефти природной среде и оценка воздействия на ее компоненты 111
2.3. Оценка влияния на природную среду начального этапа разработки месторождения алмазов 134
2.4. Обобщенная оценка возможного воздействия на компоненты природной среды при освоении минерально-сырьевых ресурсов 142
Глава 3. Разработка концепции и региональной системы информационного обеспечения геоэкологических исследований при освоении ресурсов недр региона 155
3.1. Концепция территориального информационного обеспечения решения задач недропользования региона и вопросы ее практической реализации 155
3.2. Некоторые особенности формализации характеристик природной среды методами ГИС-технологий 175
3.3. Усовершенствование структуры ГИС-проектов по формированию геоинформационных пакетов 187
3.4. Создание баз данных и цифровых моделей типологических карт с использованием ГИС-технологий 194
Глава 4. Методика интегральной геоэкологической оценки с целью прогноза состояния и районирорования территории при освоении минерально-сырьевых ресурсов 211
4.1. Анализ методов составления тематических карт под задачи районирования 211
4.2. Разработка экспертно-аналитической системы геоэкологического районирования 226
4.3. Исследование основных влияющих факторов на геоэкологическое состояние природной среды 232
4.4. Технология создания геоэкологических карт и районирование территории с целью прогнозирования ее состояния при освоении минерально-сырьевых ресурсов 260
Глава 5. Обоснование мероприятий по снижению техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минерально-сырьевых ресурсов европейского севера России 279
5.1. Формирование региональной информационной модели геоэкологической оценки, прогноза и мониторинга состояния недр при освоении минерально-сырьевых ресурсов 279
5.2. Комплексирование геологоразведочных работ при поисках и разведки месторождений с целью снижения отрицательного воздействия на природную среду 300
5.3. Основные мероприятия по снижению воздействия природной среде на начальной стадии разработки месторождений алмазов 322
5.4. Обеспечение экологической безопасности вывоза нефти морским транспортом на начальном этапе освоения прибрежных месторождений и обоснование нефтетранспортной системы 329
Заключение 339
Библиографический список 343
- Основные сведения о геологическом строении региона
- Характеристика основных видов минерально-сырьевых ресурсов
- Концепция территориального информационного обеспечения решения задач недропользования региона и вопросы ее практической реализации
- Анализ методов составления тематических карт под задачи районирования
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Социально-экономическое развитие Европейского Севера России, в частности Архангельской области, в ближайшее десятилетие будет происходить по линии природно-ресурсной специализации. Экономика территории, включающей в свой состав два субъекта Федерации (Архангельскую область и Ненецкий автономный округ), в значительной мере будет определяться освоением минерально-сырьевых ресурсов, которое связано с добычей, переработкой и вывозом нефти, газа, алмазов, бокситов и других видов полезных ископаемых. В связи с этим весьма важной представляется разработка и реализация экологически сбалансированного подхода к освоению ресурсов геологической среды1, поскольку оно будет сопровождаться нарастающей техногенной нагрузкой на природу.
На изучение и решение вопросов сохранения необходимой для нормальной и продуктивной жизнедеятельности геологической среды, при максимальном и эффективном использовании ее ресурсов для нужд человечества, направлены геоэкологические исследования. Теоретические и методологические основы, определяющие роль и значение геологической среды в жизнеобеспечении биоты, разработаны в фундаментальных исследованиях, выполненных на рубеже XX-XXI столетий коллективами ученых под руководством В.И. Осипова, В.Т. Трофимова и ряда других. Поскольку экологически ориентированная оценка ресурсов геологического пространства для различных видов их освоения является одной из первостепенных задач, то весьма важной представляется разработка методических и технологических приемов такой оценки.
1 Под геологической средой по Е.М. Сергееву понимаются любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь в значительной степени, определяющие эту деятельность.
Важнейшим аспектом исследований в этом направлении является
геоэкологическое районирование территории (Т.А. Барабошкина, А.Я. Гаев,
Д.Г. Зилинг, В.Н. Островский и др.). Обычно по каждому из показателей,
характеризующих состояние отдельных компонентов природной среды2 и
техногенных нагрузок на них, составляются исходные картосхемы
типологического районирования по природным и антропогенным
характеристикам. С этой целью все больше стали использоваться возможности
современных геоинформационных систем (О.Л. Кузнецов, М.Н. Григорьев,
М.Г. Губайдуллин, В.А. Килипко, И.С. Копылов, А.Г. Талалай,
А.С. Цвецинский, С.А. Шумейкин и другие). Поскольку воздействие на
экосистемы носит комплексный характер, то необходимо решить задачу
интегральной оценки состояния компонентов природной среды. В случае ее
реализации, построенные специальные геоэкологические карты можно
использовать как основу для проведения соответствующего районирования
(В.И. Блануца, М.С. Голицын, М.Г. Губайдуллин, Г.Н. Дублянская,
В.Н. Дублянский, П.В. Золотина, В.М. Кочетков, Ю.А. Сысоев).
Необходимость дальнейшего развития теории и методики интегральной оценки и прогноза геоэкологического состояния территории на основе построения региональной информационной модели применительно к условиям Европейского Севера России, выработки рекомендаций по снижению техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минерально-сырьевых ресурсов региона определяют научно-практическую значимость и актуальность выполненных в работе исследований.
Основная идея работы заключается в формировании региональной информационной модели, которая, адекватно отражая результаты геоэкологических исследований, позволяет выполнить их системный анализ с целью оценки, прогноза состояния природной среды и обоснование
2 Природная среда включает в себя четыре геосферы Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу (за исключением человеческого общества).
мероприятий по ее защите при освоении минерально-сырьевых ресурсов рассматриваемой территории.
Объект исследований — верхняя часть литосферы, подвергаемая воздействию при разработке недр Европейского Севера России.
Предмет исследований - геоэкологические условия размещения основных видов полезных ископаемых (алмазы, нефть, газ), оценка возможного влияния их разработки на состояние природной среды территории и мероприятия по ее защите на разных стадиях освоения.
Цель исследований — разработка научно-методических основ геоэкологической оценки, прогноза состояния и защиты природной среды, систематизирующих и развивающих современные теоретические положения геоэкологии применительно к условиям региона в связи с предстоящим здесь крупномасштабным освоением месторождений полезных ископаемых.
Задачи исследований:
системный анализ ресурсной функции геологической среды и общей экологической обстановки рассматриваемой территории, позволяющий адекватно оценить динамику ее изменений в ходе разработки недр;
разработка методологических основ по обобщенной оценке возможного воздействия на компоненты природной среды при полномасштабном освоении месторождений полезных ископаемых;
обоснование концепции и внедрение системы территориального информационного обеспечения геоэкологических исследований при освоении ресурсов недр на основе технологий с применением геоинформационных систем (ГИС-технологии);
разработка и апробация методики интегральной геоэкологической оценки с целью прогноза состояния и районирования территории;
формирование региональной информационной модели геоэкологической оценки, прогноза и мониторинга состояния недр;
разработка и внедрение в производство научно обоснованных методических и технологических приемов снижения техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минерально-сырьевых ресурсов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использован комплекс методов, включающий: анализ и обобщение научной и фондовой литературы по исследуемому направлению и региону; ГИС-технологии создания баз данных и цифровых типологических карт; экспертно-аналитическая система анализа и обработки показателей факторов, влияющих на геоэкологическое состояние территории; физико-геологическое моделирование; проектирование и проведение опытно-производственных работ, которые направлены на защиту природной среды на начальных стадиях освоения минеральных ресурсов Европейского Севера России. Основные научные положения, выносимые на защиту.
Методика обобщенной оценки возможного воздействия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России на компоненты природной среды, заключающаяся в обосновании сочетания пространственно-временных факторов влияния и оценке масштабов последствий в зависимости от времени воздействия источников, количества загрязняющих веществ и динамики природных процессов.
Концепция и региональная система информационного обеспечения геоэкологических исследований при освоении месторождений полезных ископаемых по оценке устойчивости геологической среды к техногенным нагрузкам и территориальному управлению недропользованием на основе комплексного анализа многокомпонентных картографических и фактографических данных с применением ГИС-технологий.
Методика интегральной геоэкологической оценки территории на основе экспертных балльных классификаций с учетом весовых коэффициентов различных факторов, позволяющая прогнозировать состояние природной среды при освоении ресурсов недр.
4. Мероприятия по снижению техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минеральных ресурсов региона, основанные на формировании региональной информационной модели геоэкологической оценки состояния территории, разработке методики геолого-геофизических поисков месторождений алмазов, использовании специальных технологических приемов при их добыче карьерным способом и реализации экологически обоснованного вывоза нефти из прибрежных месторождений северным морским путем.
Научная новизна результатов исследований:
1. На основе выполненного комплексного анализа состояния минерально-
сырьевой базы Европейского Севера России и систематизации основных
экологических проблем разработки месторождений алмазов, нефти и газа,
обусловленных уникальностью и уязвимостью природной среды территории,
произведена обобщенная оценка возможного воздействия на нее при освоении
ресурсов недр региона.
2. Разработана концепция и реализована территориальная
информационно-компьютерная система для решения задач по
геоэкологическому картографированию и управлению недропользованием при
разработке месторождений, усовершенствована структура ГИС-проектов по
формированию геоинформационных пакетов.
3. Исследованы и классифицированы основные факторы, влияющие на
геоэкологическое состояние природной среды Европейского Севера России.
Разработана экспертно-аналитическая система геоэкологического
районирования территории при освоении минерально-сырьевых ресурсов.
4. Разработана региональная информационная модель
геоэкологической оценки, прогноза и мониторинга последствий освоения
минерально-сырьевых ресурсов.
5. Разработаны теоретические основы и сконструированы физико-
геологические модели вмещающих градиентно-слоистых сред и поисковых
объектов, позволивших обосновать оптимальный геолого-геофизический комплекс на обнаружение слабомагнитных коренных источников алмазов на Европейском Севере России и снизить техногенную нагрузку на природную среду.
6. Предложена концепция создания экологически обоснованной системы для вывоза нефти северным морским путем с использованием минитерминалов.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждаются:
- многолетними (более 20 лет) исследованиями автора на Европейском
Севера России в области геолого-геофизических поисков и разведки
месторождений, изучения геоэкологических проблем освоения минерально-
сырьевых ресурсов территории;
- результатами физико-геологического моделирования, большим
объемом производственных материалов и высокой их сходимостью;
информационными ресурсами в системе Государственного банка цифровой геологической информации, сформированными с применением ГИС-технологий;
авторским свидетельством, практической реализацией полученных разработок;
- широкой апробацией на научных конференциях и семинарах.
Практическое значение результатов исследований:
- основные положения разработанной концепции информационного
обеспечения освоения природных ресурсов Архангельской области,
направленной на формирование единого информационного пространства в
сфере природопользования, подтверждены созданием «Территориального
фонда информации по природным ресурсам и охране окружающей среды
Министерства природных ресурсов Российской Федерации по Архангельской
области» (приказ МПР РФ № 95 от 11.02.2003г.);
созданы и внедрены в производство региональная информационная система многокомпонентных картографических и фактографических данных, экспертно-аналитическая система исследования и обработки геоэкологических факторов, которые представляют основу для комплексной оценки состояния природной среды и проведения районирования территории при освоении минерально-сырьевых ресурсов;
разработаны с участием автора, утверждены Министерством геологии СССР (1986) и используются в практике геологоразведочных работ «Временные методические указания по комплексированию геолого-геофизических методов при поисках коренных месторождений алмазов на севере Восточно-Европейской платформы», обеспечивающие значительное снижение техногенной нагрузки на компоненты природной среды;
- способ выделения слабоинтенсивных магнитных аномалий,
перспективных на поиски трубок взрыва, включен в доклад Министерством
геологии СССР и АН СССР о наиболее важных отечественных и зарубежных
достижениях в области науки, техники и производства в геологии и разведке
недр за 1986 год;
начато создание системы транспортировки нефти северным морским путем с использованием минитерминала в Печорском море;
рекомендации автора по обобщенной оценке масштабов возможного воздействия на компоненты окружающей среды при освоении ресурсов недр использованы при составлении «Концепции экологической политики Архангельской области на 2002-2010 годы».
Реализация результатов исследований. Разработанная автором методика создания геоэкологических карт, алгоритмы расчета балльных оценок и весовых коэффициентов показателей приняты к внедрению в ряде производственных и научных организациях (Архангельский Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ЗАО «Архангельскгеолразведка», ООО «Поморнефтегаз»).
Информационные ресурсы по геологическим объектам Архангельской области объемом 27 415 Мб, сформированные в течение 1996-2002 г.г. под руководством и при непосредственном участии автора, переданы для использования в Государственный банк цифровой геологической информации (ГлавНИВЦ, Росгеолфонд Министерства природных ресурсов Российской Федрации), а также в Департамент природных ресурсов по Северо-Западному федеральному округу и Главное управление природных ресурсов и охраны окружающей среды по Архангельской области.
Созданная электронная база фондовых геологических материалов используются в ФГУ «Северный территориальный фонд геологической информации».
Методические рекомендации по оценке качества создания цифровых тематических карт с применением ГИС-технологий и другие результаты исследований используются в учебном процессе и научно-исследовательской деятельности кафедры географии и геоэкологии Поморского ГУ.
Ряд разработок внедрен в подразделениях ГП «Архангельскгеология» -ОАО «Архангельскгеолдобыча»:
способ повышения точности опорной гравиметрической сети, 1983 г.;
метод локализации эпицентров слабоинтенсивных магнитных аномалий в условиях сложнодифференцированных полей, 1985 г.;
методика измерения отдельных приращений при создании опорной гравиметрической сети, 1987 г.;
методика прогнозирования перспективных участков для поиска месторождений полезных ископаемых геометрическим способом, 1989 г.;
концепция создания нефтетранспортной системы для вывоза нефти северным морским путем на начальном этапе ее добычи с прибрежных месторождений, 2002 г.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку:
- на Международных конференциях - International Offshore and Polar
Engineering Conferens (The Hague, The Netherlands, 1995), "Освоение шельфа
Арктических морей России" (Санкт-Петербург, 1995; 1997; 1999), "Применение
математических методов и компьютеров в геологии, горном деле и
металлургии" (Дубна, 1996), "Экологические проблемы северных морей"
(Архангельск, 1996), International Conferens on Oil and Gas Pipelines in the
Former Soviet Union (Vienna 1997), "Поморье в Баренц-регионе: экология,
экономика, социальные проблемы, культура" (Архангельск, 1997),
"Геодинамика и геоэкология" (Архангельск, 1999), «Поморье в Баренц-регионе
на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000),
«Перспективы освоения минерально-сырьевой базы Архангельской области
(Архангельск, 2002), «Экология северных территорий России. Проблемы,
прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2002);
- на Всесоюзных и Всероссийских научных конференциях и семинарах -
"Латеральная изменчивость состава и физических свойств отложений и ее
отражение в геофизических полях при поисках нефти и газа" (Пермь, 1978),
«Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и
магнитных аномалий» (Киев, 1980-1982; Ленинакан, 1986), «Геология, методы
прогнозирования и поисков месторождений алмазов» (Архангельск, 1985),
«Геофизические методы изучения систем разломов земной коры и принципы их
использования для прогнозирования рудных месторождений» (Днепропетровск,
1988), «Природные ресурсы северных территорий: Проблемы оценки,
использования и воспроизводства», (Архангельск, 2002);
- на региональных научно-технических конференциях и семинарах -
"Изучение рифогенных структур геофизическими методами" (Пермь, 1977,
1981), "Трассирование геофизическими методами зон, перспективных на
литолого-стратиграфические залежи нефти и газа" (Пермь, 1979), «Итоги
геологоразведочных работ и перспективы развития минерально-сырьевой базы
в Архангельской области» Архангельск, 1981), «Изучение и учет верхней части
разреза при геофизических работах на нефть и газ» (Пермь, 1985), "Автоматизация приемов обработки геофизической информации при поисках нефти и газа" (Пермь, 1986), "Ускорение научно-технического прогресса при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений" (Пермь, 1987), "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" (Москва, 1993), «Сырьевая база России в XXI веке (Архангельск, 2001), на ежегодных совещаниях ГлавНИВЦ МПР России по Государственному банку цифровой геологической информации (Саратов, 2000; Геленджик, 2001; Москва, 2002).
По теме диссертации опубликованы 84 печатных работ, в том числе 5 монографий, получено авторское свидетельство № 1336748.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она изложена на 368 страницах текста, включая 66 рисунков, 35 таблиц и библиографический список, содержащий 368 наименований.
Фактические материалы и личный вклад автора. Исходными данными для разработки и обоснования защищаемых положений явились результаты исследований, выполненных в период с 1981-2002 г.г. под руководством и непосредственном участии автора при проведении поисково-разведочных и геолого-экологических работ на нефть и газ, твердые полезные ископаемые в условиях Европейского Севера России, а также при формировании государственных информационных ресурсов по геологическим объектам региона. Некоторые материалы получены в ходе осуществления международного проекта «Северные Ворота» по строительству морского терминала для транспорта нефти с месторождений севера Тимано-Печорской провинции, в работе технической группы которого автор участвовал в течение 1994-1998 г.г.
Большая часть фактического материала содержится в научно-производственных отчетах, составленных при участии автора. Перечень таких отчетов соискателя приводится в приложении А к диссертации.
Постановка задач, выбор направлений и методов решения осуществлялись лично автором. В практической реализации большинства поставленных задач помощь оказали сотрудники Новодвинской геофизической экспедиции и Северного информационно-геологического центра, за что автор выражает им свою благодарность.
Автор выражает искреннюю признательность своим первым учителям — заслуженным деятелям науки РФ, профессорам А.К. Маловичко и В.М. Новоселицкому, а также научному консультанту, члену-корреспонденту РАН, профессору Ф.Н. Юдахину, доктору технических наук, профессору В.И. Костицыну и доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.Н. Дублянской за внимание к работе и оказанную поддержку. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность кандидату географических наук В.Б. Коробову, лауреату Государственной премии, геологу А.Ф. Станковскому за творческое общение и дискуссии по отдельным вопросам проводившихся исследований. На завершающем этапе работы над диссертацией автор пользовался советами и консультациями члена-корреспондента РАН, доктора технических наук А.А. Маловичко, докторов геолого-минералогических наук, профессоров АЛ. Гаева, В.Н. Дублянского, Ю.Г. Шварцмана. Весьма полезными были контакты с кандидатами технических наук С.Г. Сафиным и С.А. Шумейкиным, кандидатом географических наук Н.В. Коноваловой. Всем названным лицам автор выражает признательность и благодарность.
Основные сведения о геологическом строении региона
В геолого-структурном плане Архангельская область, включая Ненецкий автономный округ (НАО), находится в пределах северо-востока Восточно-Европейской платформы и охватывает части ее крупнейших региональных структур: Юго-Восток Балтийского щита, Мезенскую синеклизу -надпорядковой структуры Русской плиты, Северо-Запад Канино-Тиманского складчатого пояса (Богацкий и др., 1996)3 и Север Печорской синеклизы, являющейся надпорядковой структурой Тимано-Печорской плиты (рис. 2).
Изучением особенностей геологического строения указанных структур занимались многие исследователи (В.И. Богацкий, Е.М. Веричев, В.Г. Гецен-Оловянишников, В.П. Гриб, В.А Дедеев, Г.Х. Дикенштейн, И.В. Запорожцева, А.Н. Золотов, С.Л. Костюченко, СП. Максимов, А.И. Малов, Ю.А. Россихин, Б.В. Сенин, А.Ф. Станковский, Э.В. Шипилов, В.Е. Хаин, К.Э. Якобсон,
3 Наиболее устоявшим названием структуры является Тиманский кряж (Геол. словарь, 1980) или Тиманская гряда (Гецен, Дедеев и др., 1984; Максимов и др., 1990). Б.А. Яралов и другие), ряд вопросов исследован в работах с участием автора (Губайдуллин, 2002а; Юдахин, Губайдуллин, Коробов, 2002; [101-112, 198, 367]). Следует отметить характерные особенности во взаимоотношении между этими структурами. Архей-нижнепротерозойский кристаллический фундамент Юго-Востока Балтийского щита постепенно погружается под осадочный чехол Мезенской синеклизы. Она сочленяется на востоке с Канино-Тиманским поясом по мощной зоне глубинного разлома, вдоль которого с востока на запад метаморфические породы надвинуты на осадочные толщи синеклизы. Канино-Тиманский пояс, в свою очередь, уходит под осадочные образования Печорской синеклизы. Принципиально отличаются и общие черты их строения. Материнские породы на Балтийском щите - архей-нижнепротерозойские, и рифейские породы - на Канино-Тиманском складчатом сооружении. Эти древние породы метаморфизованы, интенсивно дислоцированы, в их пределах широко проявлены разрывные тектонические нарушения. Осадочные отложения синеклиз в основном слабо метаморфизованы, имеют пологое с углами наклона, как правило, в пределах одного градуса, моноклинальное залегание с погружением с запада на восток. Возрастной диапазон осадочных пород синеклиз составляет от среднего рифея до мела (рис. 3).
Автором, на основании обобщения и систематизации имеющихся данных о геологическом строении Архангельской области, установлены следующие основные его особенности (Губайдуллин, 2002а):
1. Наличие в геологическом строении региона разнообразных по возрасту и составу комплексов и типов пород - от раннеархейских гнейсо-гранитов до слабо расчлененных осадочных образований меловой системы.
2. Чрезвычайно неравномерная геологическая изученность территории. Например, в Зимнебережном районе Юго-Восточного Беломорья она характеризуется наличием сотен скважин, в т.ч. значительное число вскрывающих кристаллический фундамент. В пределах же Мезенской синеклизы пробурены единицы глубоких скважин, в т.ч. только одна (Ценогоры) прошла до кристаллического фундамента. Аналогичное положение и с обнаженностью отдельных районов. Она довольно хорошая на Тимане, Канине, Юго-Востоке Балтийского щита, частично в Юго-Восточном Беломорье, и крайне ограниченная на большей части Мезенской и Печорской синеклиз. Ниже приводится краткая характеристика геолого-структурных районов Архангельской области.
Юго-восток Балтийского щита выделяется на крайнем юго-западе региона между р. Онегой на востоке и административной границей Архангельской области на западе к югу от Онежской губы Белого моря. Площадь составляет около 11 тыс. кв. км. Это область развития глубоко метаморфизованных и сложно дислоцированных архейских и нижнепротерозойских образований с разнообразными проявлениями магматизма.
Древнейшими породами как Балтийского щита, так и фундамента Русской плиты являются кристаллические образования беломорской серии (комплекса) нижнего архея (ARj Ы). Породы представлены разнообразными гнейсами и сланцами, обычно гранитизированными и мигматизированными, широко развиты гранитовые гнейсы, реже глубоко метаморфизованные амфиболиты (реликты интрузий), переслаивающиеся со сланцами и гнейсами. Породы интенсивно дислоцированы в сложные складки различных порядков.
Внутреннее строение характеризуется чрезвычайной сложностью из-за интенсивного развития блоковой тектоники, наличия разновозрастных комплексов пород - верхнеархейских образований лопийского комплекса (AR2 1р), нижнего протерозоя и широко проявленного магматизма. Лопийский комплекс развит на локальных участках. Литологически он представлен метапесчаниками кварцполевошпатового состава, темнозелеными сильно метаморфизованными вулканогенными породами, прорванными интрузиями гранитоидов, сланцами различного состава, включающие тела базальтов и коматиитов. В верхах разреза появляются покровы андезитов и риолитов. Мощность лопийского комплекса определяется в 2400 м. Нижний протерозой (карелий) снизу вверх представлен сланцами, терригенными и карбонатно-вулканогенными толщами, вулканитами эффузивной и эксплозивной фаций с суммарной мощностью более 4500 м.
Магматизм проявлен разновозрастными интрузивными комплексами, отличающимися друг от друга по петрографическому составу и петрохимическим особенностям. Наиболее древними являются позднеархейские плагиомикроклиновые граниты (у AR2) различных размеров и форм, и кварцевые диориты (q5 AR2). Граниты прорывают лопийский комплекс нижнего архея и сами прорываются интрузиями нижнего протерозоя. Интрузии раннего протерозоя формируют целую серию пород ультраосновного и основного состава. Это перидотиты и пироксениты (a PRi), габбро (v PRj) и габбро-нориты (vs PRi), слагающие обычно дайкообразные тела.
Глубокая степень метаморфизма и неоднократные региональные процессы и блоковые подвижки обусловили высокую степень дислоцированности архейских, и в меньшей степени, нижнепротерозойских кристаллических образований Балтийского щита. Здесь широко проявлены разрывные тектонические нарушения различных типов.
Мезенская синеклиза занимает доминирующую часть территории северо-запада Архангельской области, протягиваясь на 540 км от низовьев р. Онеги на юго-западе до долины р. Пеши в Западном Притиманье при ширине от 100 до 300 км и общей площади около 150 000 кв. км. В северо-западной части Мезенской синеклизы выделяется обособленная в географическом и геолого-структурном отношениях территория, названная архангельскими геологами Юго-Восточное Беломорье (Геология и полезные ископаемые..., 1987; Станковский, 1997) (рис. 4). Основными геологическими факторами, определившими выделение этого региона, являются: Наличие многочисленных трубок взрыва кимберлитов и родственных им пород, и в первую очередь месторождений алмазов им. М. Ломоносова и В. Гриба. Развитие на обширной территории под четвертичными образованиями, единственной на Европейской части России, отложений валдайской серии венда с их уникальным разрезом. Открытие в обнажениях венда нескольких местонахождений бесскелетной фауны метазоа, в т.ч. крупнейшего в мире на Зимних горах. Проявления разнообразного платформенного магматизма (Соболев, Похиленко, Гриб и др., 1992). Помимо упомянутых выше трубок взрыва, это солозерский трапповый комплекс среднего рифея, войозерский покров долеритов в низах валдайской серии венда, пластовые тела (силлы) кимберлитов Мелы.
Характеристика основных видов минерально-сырьевых ресурсов
Состояние запасов углеводородного сырья. Исходя из современных представлений о структуре осадочного чехла и истории развития осложняющих его элементов, на территории северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (ТПНГП) выделяются следующие нефтегазоносные области (НГО) и районы (НГР) (Геология и нефтегазоносность..., 1983; 1990; Геология и полезные ископаемые..., 1991; Губайдуллин, Сафин, Тимошенко, 2002):
1. Малоземельско-Колгуевский НГР. Залежи нефти, газа и конденсата приурочены к песчаникам нижнего триаса руслового происхождения пластового и литологического типа. Нефти по составу легкие (0,779 г/см ), парафинистые (2,43 %), малосернистые (0,1-0,2 % - здесь и далее приводится весовое содержание парафина и серы). Кинематическая вязкость нефтей при 20С и давлении 1 атм. в среднем составляет 3,7 сСт, а динамическая в пластовых условиях - 0,5 мПа с (сПз). Газовый фактор в среднем составляет 202,9 м3/т. Температура застывания нефти равна -26С. Средние начальные дебиты нефти характеризуются величинами 30-40 м3/сутки.
2. Печоро-Колвинская НГО (Мутноматериково-Лебединский, Шапкина-Юрьяхинский, Лайско-Лодминский, Ярейюский, Харьяга-Усинский НГР). На ее территории установлены как газоносность, так и нефтеносность отложений. Газоконденсатные залежи, в основном, приурочены к карбонатным отложениям верхнего карбона. Глубина залегания залежей составляет 1700-2400 м. Свободный газ месторождений на 90-92 % состоит из метана, 1,0-1,6 % - этана. Дебиты газа в среднем составляют 300-400 тыс. м3/сут. на штуцерах 12-15 мм, после кислотных обработок были получены дебиты до 960-1500 тыс. м3/сут при штуцерах 21-32 мм.
Залежи нефти приурочены как к карбонатам нижней перми и верхнего девона, так и терригенным отложениям триаса-перми и среднего-верхнего девона. Ряд месторождений связан с рифогенными отложениями нижнепермского и верхнедевонского возрастов. Залежи находятся на глубинах 2200-2460 м в ловушках сводового, массивного типа, сложенных органогенными известняками пористостью 18-20 %. Залежи нефти в терригенных отложениях приурочены к литологическим ловушкам в песчаных пластах пермь-триасового возраста с пористостью 22-28 % на глубинах 1250-1700 м и средне-верхнедевонского возраста с пористостью 11-12 % на глубинах 3580-4500 м. Проницаемость коллекторов колеблется в пределах 0.03-1.1 мкм . Нефти по составу средние (0.831-0.850 г/см ), малосернистые (0,5-0,8 %). Содержание парафина резко отличается. Так, например, в нефтях Южно-Хыльчуюского месторождения парафина содержится 4,6 %, а в месторождении им. Ю. Россихина - до 24,0 %. Вязкость нефтей при 20С в среднем колеблется в пределах 8,0-15,0 сСт, в пластовых условиях 2,0-4,0 мПа с.
3. На территории Хорейверской ИГО (Колвависовский, Чернореченский НГР) установлена нефтеносность в верхнедевонских и нижнедевонских отложениях. Нефтеносность верхнедевонских пород связана с развитием рифовой зоны, а нижнедевонских отложений - с зоной их выклинивания в северо-восточной части Хорейверской впадины. Рифогенные отложения верхнего девона, залегающие на глубинах 3050-3250 м, сложены органогенными известняками. Залежи нефти сводового, массивного типа. Коллектора имеют пористость 11-13%, проницаемость 1,0-1,29 мкм . Нефти по составу средние и тяжелые (0,846-0,902 г/см3), парафинистые (8,7-13,2 %), сернистые (0,6-1,9 %). Кинематическая вязкость нефти в среднем составляет 53,3-160,0 сСт, а динамическая - 1,6-6,1 мПа с. Газовый фактор варьирует в пределах 35-67 м3/т, а температура застывания от 6 до 16С. Средние начальные дебиты нефти составляют 200-1200 м3/сут.
Карбонатные отложения нижнего девона, залегающие на глубинах 3750-4100 м, сложены доломитами и известняками. Залежи нефти стратиграфически ограниченного типа. Коллектора имеют пористость 8-11 % и проницаемость 0,1-0,3 мкм . Нефти по составу средние (0,827-0,842 г/см ), парафинистые (7,4-9,7 %), малосернистые (0,4-0,5 %). Их вязкость при 20С изменяется от 8,6 до 31,1 сСт, в пластовых условиях - от 1,0 до 2,1 мПа с. Газовый фактор в среднем составляет 67-140 м3/т, температура застывания от -8 до 15С. Начальные дебиты нефти характеризуются величинами порядка 200-300 м3/сут.
4. Варандей-Адъзвинская ИГО (Сорокинский, Верхнеадзьвинский НГР) характеризуется большим стратиграфическим диапазоном нефтеносности.
Выявленные залежи нефти приурочены к терригенным триасово-пермским и карбонатным нижнепермским-нижнедевонским отложениям. Самым крупным по запасам в пределах НГО является Торавейское нефтяное месторождение.
Карбонатные отложения нижнего девона залегают на глубинах 3100-4200 м и сложены известняками и доломитами. Коллектор имеет пористость 8-12 %, проницаемость 0,01-0,08 мкм . Отличительной особенностью этих отложений является наличие аномально высоких пластовых давлений. Залежи нефти пластово-сводового типа. Нижнедевонские нефти средние (0,840-0,860 г/см ), имеют кинематическую вязкость 32,0-137,0 сСт и в пластовых условиях 0,7-5,9 мПа с, содержат 8-11 % парафина и 0,4-0,9 % серы.
Верхнедевонские карбонатные породы залегают на глубинах 2750-2850 м и представлены известняками с прослоями доломитов. Коллектор имеет среднюю пористость 10 %, проницаемость 0,78 мкм . Залежи сводового, массивного типа. Нефть характеризуется плотностью 0,850-0,930 г/см3, вязкостью до 590 сСт и 14,8 мПа с, содержанием парафина 6-12 %, серы до 2,8 %.
Карбонатные отложения нижней перми, залегающие на глубинах 1000-1600 м, представлены органогенными известняками. Они имеют пористость 9-16 %, проницаемость 0,1-0,2 мкм , плотность 0,900-0,920 г/см , вязкость 34,0-54,0 сСт и 6,8-12,4 мПа с, малопарафинистые (1,2-1,8 %) и сернистые (2,0-2,5 %). Залежи нефти сводового, массивного и пластового типов.
Разрез терригенных отложений от верхней перми до нижне-среднего триаса в основном сложен аргиллитами и алевролитами с пропластками песчаников. Песчаники имеют пористость 25-28 %, проницаемость 0,05-0,15 мкм2. Залежи пластового, литологически ограниченного типа. В отличие от приведенных выше, нефть характеризуется повышенной плотностью 0,890-0,960 г/см3, вязкостью 17-320 сСт и 6,4-35,0 мПа с, содержанием парафина 0,4-2,4 % и серы 2-3 %.
5. Северо-Предуральская НГО (Коротаихинский, Воркутский, Косью-Роговской, Кочмесский, Хоседаюский НГР). Здесь в пределах рассматриваемой территории пока нефтегазоносность не установлена. Перспективными являются нижнепермские карбонатные отложения, залегающие на глубинах более 4000 м.
Концепция территориального информационного обеспечения решения задач недропользования региона и вопросы ее практической реализации
Своеобразие природных условий региона накладывает повышенные требования к освоению здесь природных ресурсов и к качеству исходной информации об окружающей среде. Без надежных сведений о геологическом строении территории, гидрометеорологическом режиме, особенностях функционирования экосистем, ограничивающих факторах, уровне загрязнения, санитарно-эпидемиологическом состоянии окружающей среды невозможна эффективная реализация проектных решений.
Единая информационная база о природной среде Архангельской области, как и в других регионах страны, в настоящее время отсутствует и создание ее во всеобъемлющем виде - перспектива не столь близкого будущего. Главная сложность в создании такой базы - ведомственная разобщенность. Требуемые материалы разбросаны по различным фондам, библиотекам, архивам. Значительная часть информации сосредоточена в изыскательских и проектных организациях, научно-исследовательских институтах, предприятиях различной формы собственности. Многие сведения в силу объективных причин носят фрагментарный характер. Как следствие - отсутствие единой политики ведения баз данных различными держателями информации. Они организовываются при помощи различных технических средств на основе разнообразных программных продуктов. Большие объемы информации до сих пор хранятся на бумажных носителях в виде отчетов и приложений к ним. При создании баз данных, имеющих пространственное распределение, используется различная топографическая основа, что приводит к несовпадению масштабов карт и картографических проекций.
В связи с необходимостью создания интегрированной информационной базы данных о природной среде Архангельской области, автором разработана концепция информационного обеспечения на территориальном уровне реализации следующих задач недропользования (Цыбин, Губайдуллин, Шумейкин, 1997; Цыбин, Губайдуллин, Коробов, 2001): государственный надзор за рациональным использованием и охраной недр, безопасным ведением работ при разработке месторождений полезных ископаемых; ведение государственного кадастра месторождений и проявлений полезных ископаемых и государственного баланса полезных ископаемых; разработка лицензионных и тендерных условий недропользования; районирование территорий по перспективности освоения; обеспечение исходной информацией прединвестиционных, предпроектных и проектных работ, экологическое обоснование проектов; комплексный мониторинг природной среды; разработка комплексных схем социально-экономического развития территории Архангельской области; подготовка и издание информационно-справочных и аналитических материалов и др.
Реализация концепции потребовало разработку, создание архитектуры и регламента использования интегрированной информационной базы данных о природной среде. Пользователи такой ( базы данных - органы государственной власти, инвестиционные компании, промышленные предприятия, проектные учреждения, научно-исследовательские институты и многие другие.
Составной частью информационной базы является база геоэкологических данных, направленной на обеспечение эффективного проведения работ по разработке и добыче месторождений. Ее создание необходимо осуществлять с учетом привязки информации о природной среде к среднемасштабным топографическим картам. Это позволяет на ее основе создавать региональные подбазы в соответствии с административным делением (по районам) области, а также для отдельных геологических структур и групп месторождений (промышленных предприятий). Для наиболее важных участков территории информация может быть привязана к картам более крупных масштабов.
Работы по созданию информационной базы данных автором предлагается сгруппировать в блоки и проводить нескольким этапами, что позволит сразу же использовать полученные результаты для решения конкретных практических задач, например, обеспечения исходной информацией инженерных изысканий и экологического обоснования проектных решений. На первом этапе формируется электронная основа картографической информации, которая должна содержать следующие элементы: рельеф; гидрографическая сеть; населенные пункты; административные границы; дороги; объекты инфраструктуры (ЛЭП, трубопроводы, связь и т.д.). 157 Информация об элементах природной среды следует сгруппировать по блокам: геологическая среда; географическая среда; растительность и животный мир; экологическая ситуация. Кроме того, производится сбор сопутствующей информации, необходимой для адекватного описания ситуации и принятия всесторонне обоснованного решения по стратегии освоения территорий, которая включает: ограничения на хозяйственную и иную деятельность; сведения о природно-ресурсном потенциале; сведения о социальной сфере. Для адекватного представления природных процессов в информационной базе и отображения их на картах в ряде случаев существует необходимость дополнить имеющиеся данные расчетными методами. Такие исследования должны проводиться в случаях: разрывов во временных рядах стационарных наблюдений; неравномерного покрытия территории сетью наблюдательных точек; создания моделей геологического строения территорий; необходимости оценивания распространения загрязняющих веществ в атмосфере, подземных и поверхностных водах и литосфере; прогнозирования развития экзогенных процессов; оценки устойчивости ландшафтов; оценки устойчивости экосистем; расчета экстремальных характеристик природных явлений; расчета техногенных рисков и для решения других прикладных задач.
При этом в первую очередь, используются апробированные на практике и хорошо зарекомендовавшие себя, в том числе и в регионе, методы расчета, статистического анализа и обработки данных. В случаях невозможности получения требуемых данных другим путем рекомендуется применять математические и другие виды моделирования. Необходимость в использовании и разработке геодинамических, гидродинамических, динамико-стохастических и вероятностных моделей определяется в ходе работ исходя из практической целесообразности в наполнении базы данных требуемой информации (Путилов, Давлетьяров, Ким и др., 1996).
Создание информационной базы данных, как правило, осуществляется в следующей последовательности: разработка архитектуры базы данных; разработка рабочего места оператора ввода данных; подготовка исходной информации для ввода; ввод информации в базу данных. Визуализация всей собранной и обработанной информации, содержащейся в базе данных, осуществляется путем создания соответствующих карт и картограмм. Картографическая продукция создается в наиболее удобном для пользователей и потребителей виде. Информация отображается в виде изолиний, цветовых и штрихованных полей, разрезов, графиков, диаграмм и блок-диаграмм, многомерных графических средств.
Анализ методов составления тематических карт под задачи районирования
Районирование территорий имеет длительную историю. По мере накопления эмпирических знаний о природной среде и ее компонентах появилась потребность в систематизации собранных сведений, чтобы выявить глобальные и региональные закономерности протекания природных процессов.
По своей сути районирование представляет собой объединение по однородным признакам участков территорий. Самые первые классификации были получены путем нанесения на географические карты характеристик природной среды. Таким образом, были выделены климатические пояса, проведено биологическое зонирование. Следовательно, задача районирования с самого начала тесно сомкнулась с картографией и во многом использовала ее методы исследований и отображения полученных результатов. Поэтому районирование территорий методологически можно рассматривать и как задачу построения тематических карт7. Связь тематической картографии с районированием территорий взаимно однозначная (Тикунов, 1997): в современной тематической картографии четко прослеживается тенденция к системному картографированию и использованию соответствующих методов.
С конца шестидесятых годов XX века для создания тематических карт стали применяться методы математического моделирования. Модели создаются как для основы карт, так и для отображаемых на них процессов.
Мощный импульс тематическое картирование получило с разработкой геоинформационных технологий. Географические информационные системы позволяют не только создавать электронные версии карт, но и формировать необходимые для их создания базы данных. Современные ГИС обладают эффективными возможностями анализа, обработки и преобразования информации, что делает их незаменимыми именно при проведении районирования территорий.
При проведении любого районирования главной задачей является выбор критерия, на основании которого производится разграничение участков. К примеру, географическое зонирование, как правило, осуществлялось на основании пространственной изменчивости природных процессов. Границы зон проводились по полосам, в пределах которых отмечалось заметное изменение характеристик. Несмотря на то, что для такого анализа использовались количественные величины, по своей сути районирование носило качественный характер. Когда районирование производится по какому-либо одному преобладающему фактору, в ряде случаев можно получить достаточно ясные и логически интерпретируемые результаты. В качестве яркого примера можно привести геоботаническое районирование: границы зон проводятся на основании изменения характера растительности, например, «тундра - тайга», «тайга - лесостепь» и т.д.
В настоящее время при оценке состояния крупных ареалов выделяются три принципа геоэкологического районирования: структурно-морфогенетический, ландшафтный, бассейновый (Шеко, Круподеров, 1994). Кроме принципов, проведение геоэкологического районирования предполагает формулирование объектов и детальность исследований в зависимости от масштаба карты, критерии и необходимый набор показателей оценки (Губайдуллин, 2003в). Структурно-морфогенетический принцип районирования заключается в выделении территорий с различной литогенной основой ландшафта с учетом генезиса этой основы, геологической структуры и рельефа (Дублянская, Дублянский, 1992; Андреева, Ванштейн, Зинченко и др., 2002). В большинстве случаев морфогенетические комплексы, являющиеся основной единицей районирования, совпадают с соответствующими формами современного рельефа. Этот принцип районирования в наибольшей степени отвечает решению задачи картографирования геологической среды (Бондарик, 1982), но не учитывает ландшафтную зональность, влияющую на условия миграции вещества, типы и интенсивность проявления эндогенных геологических процессов.
При использовании ландшафтного принципа районирования территории дифференцируются по типам ландшафтов с учетом не только рельефа и литологического состава почвообразующих пород, но и почв, растительности и других компонентов ландшафтов (Горшков, 1992; Ласточкин, 1995; Виноградов, 1998). При этом по существу выполняется общегеографическое районирование, которое не всегда адекватно отражает особенности геологической среды, имеющие экологическое значение.
Бассейновый принцип районирования заключается в выделении бассейнов поверхностного и подземного стоков, в пределах которых происходят миграция, аккумуляция, вынос химических веществ, в т.ч. токсичных. Применение этого принципа осуществляется только по морфологии рельефа без учета строения геологической среды и других факторов. Бассейновый принцип широко используется при геохимических работах и позволяет определить расположение источников поступления в геологическую среду повышенных концентраций токсичных элементов (Методические рекомендации ..., 1982; Методические рекомендации ..., 1994).
В практике геоэкологического районирования из названных принципов, как правило, предпочтение отдаётся структурно-морфогенетическому принципу, в необходимых случаях дополняя его ландшафтным и бассейновым принципами.
Однако задача резко усложняется, когда во внимание принимается несколько факторов. Сразу возникает вопрос: каким образом сопоставлять имеющуюся информацию, чтобы выделить закономерности формирования природных комплексов? Для этого существует множество методов, наиболее известные из которых мы и рассмотрим.
Табличные методы. Метод основан на суммировании частных критериев, характеризующих данный объект. Этот подход обычно используют, когда частные критерии представляют собой интервальные оценки, представляющие собой обычные качественные шкалы. Тогда столбцы таблицы составляются из градаций этих шкал, причем все показатели имеют одну направленность - по убыванию или возрастанию характеристик. В строках получаются характеристики одного качества, например, «чрезвычайная ситуация», «недопустимый риск» и т.д., что автоматически приводит к образованию новой качественной шкалы, служащей для классификации объектов. Этот метод применен для районирования территорий по степени техногенной нарушенности ландшафтов на нефтегазовых месторождениях в Тюменской области (Камышев, 1999).
Явным недостатком этого метода является условие, требующее совпадения количества интервалов шкал всех параметров и соответствия уровней градаций между собой. В противном случае затруднительно выработать обобщенную критериальную шкалу. Из этого вытекает необходимость функциональной связи или, по крайней мере, коррелированности показателей.
