Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природные условия и физико-географические особенности района работ 9
1.1. Основные черты орографии 9
1.2. Климатические особенности 14
1.3. Природные воды и особенности гидрологического режима рек 16
1.4. Многолетняя мерзлота 20
1.5. Региональные особенности распространения почвообразующих пород 23
1.6. Ландшафтно-геохимические особенности территории и характеристика почв 26
ГЛАВА 2. Экологические проблемы нефтегазодобывающих районов тюменской области 32
2.1. Краткая характеристика технологии добычи нефти и газа 34
2.2. Основные химические свойства нефти и газа 37
2.3. Воздействие на окружающую среду геологоразведочных и буровых работ 41
2.4. Добыча, подготовка и транспортировка природного газа 45
2.5. Добыча и транспортировка нефти 53
2.6. Промышленно-урбанизированные территории 63
2.7. Общая характеристика экологических проблем нефтегазодобывающих районов Тюменской области 67
ГЛАВАЗ. Методика исследований 72
ГЛАВА 4 . Геохимические особенности фоновых территорий 85
4.1. Химический состав и геохимические особенности природчых почв 85
4.1.1. Химические свойства и распределение химических элементов по почвенному профилю 86
4.1.2. Особенности распределения химических элементов в структуре ландшафтно-геохимического сопряжения . 93
4.1.3. Влияние гранулометрического состава почв на содержание в них химических веществ 96
4.2. Химический состав поверхностных вод 102
4.2.1. Минерализация воды и главные ионы 102
4.2.2. Биогенные элементы 103
4.2.3. Органическое вещество 104
4.2.4. Микроэлементы и нефтепродукты 105
4.3. Геохимический состав донных отложений 109
4.4. Химический состав снежного покрова 113
4.4.1. Ионныйсостав 114
4.4.2. Микроэлементный состав 115
4.4.3. Органические соединения 118
ГЛАВА 5 . Особенности распределения загрязняющих веществ в компонентах природной среды в зоне влияния нефтегазодобывающих объектов 120
5.1. Геохимическое воздействие буровых работ 120
5.1.1. Распределение элементов по почвенному профилю 120
5.1.2. Пространственное распределение загрязняющих веществ 122
5.2. Воздействие компрессорных станций на окружающую среду 129
5.2.1. Геохимические особенности снежного покрова в зоне влияния КС 129
5.2.2. Особенности распределения химических веществ в почвах 134
5.2.3. Распределение химических веществ в атмосферном воздухе 140
5.3. Влияние буровых амбаров на окружающую среду 143
5.4. Общая характеристика распределения загрязняющих веществ в компонентах природной среды в зоне влияния нефтегазодобывающих объектов 153
ГЛАВА 6. Эколого-геохимические особенности урбанизированных территорий тюменской области . 154
6.1. Оценка техногенного загрязнения территории г. Новый Уренгой 154
6.1.1. Функциональное зонирование территории Нового Уренгоя и основные источники техногенного воздействия 154
6.1.2. Состав техногенных потоков в различных компонентах городской среды 158
6.1.3. Пространственное распределение химических веществ в пределах города Нового Уренгоя и южной части Уренгойского месторождения 162
6.2. Сравнительная оценка состояния окружающей среды в городах и поселках Тюменской области 176
ГЛАВА 7 . Организация и ведение экологического мониторинга в нефтегазовых районах тюменской области 183
7.1. Основные объекты и источники воздействия на природную среду . 186
7.2. Контроль источников промышленных выбросов и сбросов 188
7.3. Мониторинг состояния компонентов природной среды 190
7.3.1. Контроль загрязнения атмосферы в рабочей, санитарно-защитной и жилой зонах 190
7.3.2. Мониторинг поверхностных вод 192
7.3.3 Мониторинг подземных вод 199
7.3.4. Мониторинг почв 203
7.4. Инженерно-геологический мониторинг 205
7.5. Экологический мониторинг аварийных ситуаций 207
7.6. Общая схема экологического мониторинга на нефтегазодобывающих объектах 208
Заключение 210
Литература 213
- Природные воды и особенности гидрологического режима рек
- Основные химические свойства нефти и газа
- Химические свойства и распределение химических элементов по почвенному профилю
- Влияние гранулометрического состава почв на содержание в них химических веществ
Введение к работе
Актуальность исследований. Освоение месторождений углеводородного сырья сопровождается геологоразведочными, буровыми и строительными работами, прокладкой магистральных трубопроводов, дорог, ростом городов и поселков, развитием местной промышленности. Практически все технологические процессы нефтегазодобычи и сопутствующая ей деятельность являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды. Это связано с наличием в добываемом сырье и используемых материалах, в отводимых водах, выбросах, отходах различных органических и неорганических поллютантов. Масштабы воздействия нефтегазодобьшающей промышленности на окружающую среду зависят не только от типа месторождений, их стадии обустройства, применяемых технологий, но и от особенностей природной среды, ее исходного состояния. Нефтегазодобывающие районы Зап. Сибири отличаются низкой восстановительной способностью ландшафтов, небольшой емкостью и слабой устойчивостью к техногенным нарушениям и загрязнениям. Дальнейшее развитие геологоразведочных и нефтегазодобывающих работ в Тюменской области, где площадь перспективных на нефть и газ территорий оценивается в 1 млн. км , неизбежно повлечет за собой нарушение природной среды. Это требует выявления потенциальных источников загрязнения и всестороннего исследования состояния и изменения окружающей среды. В то же время фоновые эколого-геохимические параметры ландшафтов нефтегазодобывающих районов Тюменской области исследованы слабо, что затрудняет проведение адекватной оценки интенсивности и своеобразия техногенного загрязнения. Изучение состояния окружающей среды на большей части Зап. Сибири в существенной мере было сосредоточено на вопросах ее загрязнения нефтью, нефтяными углеводородами, некоторыми макроэлементами, важнейшие достижения в решении которых изложены в работах Н.П.Солнцевой, М.З.Гайнутдинова, О.А.Гусевой, Л.Н.Добрянского, В.М. Маковского и других исследователей. Лишь в последние годы стали развертываться эколого-геохимические исследования территории Тюменской области (Басыров и др., 2000; Московченко, 1998; Сорокина и др., 2001; и др.), которые, однако, в основном имеют региональный характер. Поведение в окружающей среде микроэлементов, тяжелых металлов, биогенных элементов изучено слабо, особенно в зонах локального влияния объектов нефтегазодобьшающей промышленности и населенных пунктов.
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в установлении эколого-геохимических особенностей различных по степени и характеру
6 хозяйственного освоения нефтегазодобывающих районов Тюменской области. Для ее достижения были поставлены следующие задачи:
определить основные экологические проблемы нефтегазодобывающих районов Тюменской области;
дать характеристику природных условий и факторов, определяющих поведение химических элементов и интенсивность техногенного воздействия в зонах влияния объектов нефтегазодобычи и населенных пунктов;
установить параметры распределения и особенности поведения химических элементов и их соединений в основных компонентах природных ландшафтов (почвах, донных отложениях, природных водах, снеговом покрове);
определить состав, интенсивность и масштабы техногенного загрязнения окружающей среды в зонах влияния производственных объектов, свойственных территориям добычи и транспорта нефти и газа;
установить состав, интенсивность и масштабы техногенного загрязнения окружающей среды на урбанизированных территориях, функционально связанных с нефтегазодобычей и транспортировкой углеводородного сырья;
обосновать принципы организации и разработать систему ведения в пределах конкретного месторождения комплексного экологического мониторинга с использованием геохимических методов получения информации.
Фактическим материалом для диссертации послужили результаты исследований, проводившихся автором в 1994-2003 гг. на нефтяных, газовых и нефтегазоконденсатных месторождениях Зап. Сибири (Харасавэйском, Бованенковском и Новопортовском, Заполярном, Западно-Заполярном, Береговом, Пырейном, Северо-Демьянском, Северо-Кальчинском, Ендырском, Хохловском, Южно-Русском, Приобском, Западно-Салымском и Ваделыпском), на объектах транспорта газа (газопроводах «СРТО-Торжок», «Уренгой-Сургут-Челябинск» и компрессорных станциях Вынгапуровская, Пуртазовская, Аганская, Приобская, Тобольская, Ярковская, Богандинская), в городах Новый Уренгой, Надым, Сургут, Лянтор, в поселках Белый Яр, Барсово, Солнечный, Федоровский. Работы проводились на объектах, расположенных в различных ландшафтных зонах (от тундры до южной тайги); исследовались месторождения, различающиеся спецификой воздействия на природную среду (нефтяные, газовые) и находящиеся на различной стадии освоения (разведочное бурение, эксплуатация), и населенные пункты с разным уровнем развития промышленности.
Научная новизна работы заключается в установлении уровней содержания, особенностей распределения и поведения химических элементов и их соединений в компонентах природной среды (почвах, водах, донных отложениях, снеговом покрове,
7 растительности) нефтегазодобывающих районов Зап. Сибири, в определении состава, интенсивности и масштабов техногенного загрязнения окружающей среды в зонах влияния объектов нефтегазодобывающего комплекса и в пределах урбанизированных территорий Тюменской области, расположенных в различных природных зонах и функционально связанных с нефтегазодобычей и транспортировкой углеводородного сырья. Защищаемые положения:
1. Фоновые районы тундровой и таежной зон Тюменской области характеризуются
развитием почв с невысоким содержанием микроэлементов и повышенным уровнем ртути,
распределение которых определяется главным образом составом подстилающих пород и
наличием в почвах торфяного или глеевого горизонтов. Поверхностные воды указанных
районов отличаются малой минерализацией, преобладанием НСОз", высоким содержанием
NH4+, Fe, легкоокисляемой органики, низкими концентрациями микроэлементов и
нефтепродуктов. Для донных отложений типичны невысокие уровни нефтепродуктов и
металлов, распределение которых контролируется преимущественно гранулометрическим
составом отложений. Химический состав снеговых вод определяется в основном зональным
характером атмосферных осадков.
2. Воздействие разведочного бурения обусловливает формирование в почвах
слабоконтрастных аномалий Си, Zn, Pb, Ni, Сг, сульфатов и хлоридов, интенсивность
концентрирования и пространственное распределение которых зависят от степени
механического нарушения органического горизонта почв. Влияние буровых амбаров в первые
годы их существования проявляется в образовании в поверхностных водах интенсивных
локальных ореолов хлоридов Na и Са. Отходы бурения, складируемые в амбарах,
характеризуются высокими содержаниями нефтепродуктов, Zn, Ва, Sr, Са, Си, что определяет
их значение как потенциальных источников загрязнения. Деятельность компрессорных станций
сопровождается накоплением в снеговом покрове соединений азота и (в меньшей степени)
углеводородов, Pb, Zn.
3. Распределение и степень накопления поллютантов в окружающей среде городов
газодобывающих районов Тюменской области определяются в основном функциональной
принадлежностью территории, наличием насыпных грунтов, воздействием автотранспорта.
Разные компоненты окружающей среды характеризуются наиболее интенсивным
концентрированием определенной группы загрязняющих веществ. В снеговом покрове
формируются локальные аномалии углеводородов, фенолов, Pb, Си, Zn, в почвогрунтах -
нефтепродуктов, Pb, в растениях - низкомолекулярных ароматических углеводородов, в водах -
Fe, Мп, V, Не, соединений азота, в донных отложениях - ароматических углеводородов.
4. Схема организации и ведения экологического мониторинга на нефтегазовых
месторождениях, учитывающая этапы их освоения (обустройство, эксплуатация), ситуацию
(нормальная, аварийная), характеристики источников воздействия, эколого-геохимические
особенности территории.
Практическая значимость работы. Приведенный в работе материал использовался при разработке проектов обустройства месторождений, подготовке разделов ОВОС, составлении программ экологического мониторинга. Результаты исследований включены в 27 научно-производственных отчетов, которые были использованы различными организациями, осуществляющими проектирование, строительство и эксплуатацию объектов нефтегазодобывающего комплекса Западной Сибири, производственный экологический мониторинга и мониторинг промышленно-селитебных территорий Тюменской области.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованной литературы из 286 наименований. Ее объем составляет 229 страниц машинописного текста, включая 102 таблицы, 50 рисунков.
Автор выражает признательность научному руководителю Е.П. Янину за внимание и помощь при выполнении работы; С.А. Санникову, В.В. Коношко за поддержку и помощь при организации и проведении полевых работ, Д.В. Московченко, Ю.В Кравцову - за консультации и обсуждение полученных результатов; А.И.Ачкасову, А.А.Головину, В.В.Иванову, Е.П.Сорокиной, В.З.Фурсову - за конструктивные замечания и ценные советы; А.А.Волоху, Н.В.Ковальской, В.С.Ануфриевой - за помощь при организации химико-аналитических работ.
Природные воды и особенности гидрологического режима рек
Практически вся территория Зап. Сибири расположена в пределах большого Западно-Сибирского артезианского бассейна, в котором выделяется несколько второстепенных гидрогеологических бассейнов Для артезианских бассейнов характерно большое количество водоносных горизонтов, приуроченных к породам различного возраста (юрским, меловым, палеогеновым, неогеновым и четвертичным). В существенной мере это обусловлено большой мощностью покрова рыхлых отложений, состоящего из чередования водопроницаемых и водоупорных пород. Обычно артезианские воды глубоких горизонтов минерализованы сильнее, нежели залегающие ближе к поверхности [42].
Реки рассматриваемого региона принадлежат бассейну Карского моря, причем большая часть из них входит в систему р. Оби, некоторые является притоками Енисея, а из крупных рек только Таз, Пур и Надым впадают непосредственно в Тазовскую и Обскую губу. Особенно разветвлена речная сеть в таежной зоне Тюменской области [146, 230]. Общее количество рек Западно-Сибирской равнины превышает 2000, а их длина составляет 250 тыс. км [37]. Они выносят в Карское море ежегодно более 1000 км3 воды, что, например, в пять раз больше, чем сток Волги. Для большинства рек характерны незначительные уклоны и преимущественно малая скорость течения.
По характеру питания (преобладает снеговое) и водному режиму реки исследуемой территории Западной Сибири подразделяются на таежные и тундровые [132]. Гидрограф реклесной зоны и лесотундры характеризуется сильнорастянутым весенним половодьем и повышенными уровнями и расходами летом и осенью. Ґрунтово-болотное питание некоторых рек таежной зоны возрастает до 40-45% от общего объема стока [Кузин, Бабкин, 1979]. В зимний период питание рек обеспечивается подземными водами. Максимальные расходы, как правило, проходят весной, минимальные - в конце зимней межени (табл. 1.1). На средних реках наблюдается закономерное уменьшение зональных показателей параметров годового стока от тундровой зоны к степной при одновременном увеличении их коэффициентов вариации (табл. 1.2).
В формировании поверхностного стока выдающуюся роль играет заболоченность территории, в лесной зоне достигающая 80%. Роль залесенности водосборов проявляется в сглаживании сезонных колебаний речного стока и снижении значений максимальных модулей стока. В зоне избыточного увлажнения влияние озерности на величину стока невелико. В зоне недостаточного увлажнения на заполнение озер расходуется заметная часть стока. Регулирующее влияние на сток оказывают проточные озера, а также водохранилища (в южной части равнины). В тундре реки вскрываются в конце мая - начале июня, в южных районах области - в апреле-мае; замерзают на юге в конце октября - начале ноября, на севере несколько раньше. Уровенный режим рек в теплую часть года в общем отражает режим речного стока. Как правило, поздней осенью и зимой соответствие между уровнями и расходами воды нарушается ледовыми явлениями. Весенний подъем уровня воды на больших реках (Обь, Иртыш) составляет в маловодные годы 3-4 м, в многоводные годы до 7-9 м, годовая амплитуда уровней достигает 12 м. На малых реках весенний подъем уровня составляет в маловодные годы 1-3 м, в многоводные годы 2-5 м, годовая амплитуда уровней в среднем 4-6 м[7, 132, 146,208].
Характерной особенностью Западно-Сибирской низменности является огромное (несколько сто тысяч) количество озер (в том числе торфяно-болотных), а в северных районах, кроме того, наличие многолетней мерзлоты [5, 208]. Разнообразие физико-географических условий обширной территории обусловливает различный характер озер, различающихся происхождением, размерами, морфологией котловин, химическим составом вод и донных отложений, водным и ледовым режимом. В основном преобладают небольшие (по площади) озера, с низкими изрезанными берегами и глубиной редко 10 м. В зоне тундры и лесотундры глубина озер колеблется от нескольких метров до 25 м и более. Мелкие озера зимой промерзают до дна. Озера таежной зоны делятся на боровые и соровые. Боровые озера развиты на междуречных пространствах, имеют, как правило, значительную глубину, котловины их четко выражены в рельефе. Соровые озера располагаются в долинах рек, отличаются небольшими размерами, малыми глубинами (1-3 м), плоскими котловинами и илистым дном. В поймах рек встречаются озера-старицы.
Плоский слаборасчлененный рельеф, малый врез и замедленный сток рек, превышение осадков над испарением в центральной и северной частях исследуемой территории обусловили феноменально повышенную заболоченность низменности, особенно в таежной и тундровой зонах [4, 169]. Здесь болота тянутся на сотни километров, местами образуя практически непроходимые участки (болота Салымское, Урнинское, Имгытское, Васюганское, по рекам Пуру, Надыму и др.). В тундре преобладают низинные болота, в лесотундре и тайге - переходные и верховые болота. В тундровой зоне мощность торфяного покрова невелика, в таежной зоне она достигает 5-8 м и более. С севера на юг на равнине прослеживается смена широтных болотных зон. Зона арктических минеральных осоковых болот сменяется зоной плоскобугристых болот; затем прослеживаются зоны выпуклых грядово-мочажинных, раз 19 нотипных, тростниковых и крупноосоковых болот и, наконец, тростниковых и засоленных болот.
В общем случае для западносибирских рек характерно закономерное изменение их руслоформирующей деятельности с юга на север [260]. Это объясняется преобладающим направлением стока рек на север, обусловливающим увеличение мощности весенне-летнего половодья вниз по течению, и последовательной сменой климатических условий, проявляющейся в различном внутригодовом распределении стока по источникам питания (преобладание стока талых вод и ведущей роли весеннего половодья). На большей части Зап. Сибири преобладают процессы медленного накопления аллювия и повышения дна речных долин, что проявляется в широком развитии здесь наложенных пойм. В таежной зоне на формирование русел малых рек огромное влияние оказывают лесные заломы [103]. Большую роль в развитии русловых деформация играют многолетнемерзлые породы и связанная с ними эрозионно-термокарстовая переработка берегов [260].
Воды рек северной части Западно-Сибирской низменности, начиная от южной границы лесной зоны, имеют минерализацию до 200 мг/л и относятся (по классификации О.А. Алеки-на [1]) к гидрокарбонатному классу группе кальция. Воды Оби, Иртыша и некоторых других относительно крупных рек на всем протяжении также характеризуются гидрокарбонатным составом, причем минерализация их уменьшается вниз по течению. В низовьях в воде больших рек Западной Сибири увеличивается содержание железа, нитратов, нитритов, органических веществ. Озерные воды тундры, лесотундры и тайги, как правило, слабоминерализованные и относятся преимущественно к гидрокарбонатному классу.
Основные химические свойства нефти и газа
Главными компонентами нефти (и продуктов ее переработки) являются углеводороды следующих четырех классов: алифатические (парафины), алициклические (циклопарафины), ароматические и олефиновые [174]. Добытая нефть содержит попутный газ (50-100 м3/т), воду (200-300 кг/т), минеральные соли (до 10-15 кг/т), механические примеси [16]. Элементарный состав некоторых нефтей Тюменской области приведен в табл. 2.1. Качественный состав полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), присутствующих в нефтях, представлен алкильными гомологами нафталина, бензфлуоренов, фенантрена, хризена, пирена и 3,4-бензпирена [38]. В нефтях Зап. Сибири содержание ПАУ в среднем составляет около 4%, что заметно больше, нежели содержание этих соединений в нефтях других месторождений России и СНГ (табл. 2.2). Для тюменских нефтей характерно также более высокое относительное содержание хризенов в составе ПАУ. К минеральным компонентам нефти принадлежат содержащиеся в ней соли, образованные металлами и кислотами, металлокомплексы, а также коллоидно-диспергированные минеральные вещества. Практически все известные нефти характеризуются присутствием повышенных содержаний целого ряда макро- и микроэлементов, особенно S, Na, V, Cr, Ni, Со, Си, Zn, As, Mo, Pb и др. (табл. 2.3, 2.4). обычно в значительных концентрациях [187]. Давно установлено, что даже небольшое количество тяжелых металлов в исходном сырье, которое подвергается крекингу, отрицательно действует на катализаторы [283], а зола ва-надийсодержащего топлива вызывает значительный коррозийный эффект в газовых турбинах [187]. Сера в нефтях встречается в виде растворенной элементарной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов и производных тиофена, а также в составе сложных соединений, Считается, что микроэлементы в нефтях могут находиться в виде мелкодисперсных водных растворов солей, тонкодисперсных взвесей минеральных частиц, а также в виде химических связанных с органическим веществом комплексных или молекулярных соединений [115]. Последние обычно подразделяют на: 1) элементоорганические соединения (содержащие связь углерод-элемент); 2) соли металлов, замещающих протон в кислотных функциональных группах; 3) хелаты (внутримолекулярные комплексы металлов); 4) комплексы нескольких однородных или смешанных лигандов; 5) комплексы с гетероатомами или 7Г-системой полиароматических асфальтеновых структур. Наличие элементоорганических соединений и солей металлов (особенно в виде индивидуальных соединений) в нефтях строго не доказано, хотя имеются косвенные данные, свидетельствующие о вероятности их существования. Наиболее хорошо изучены различные комплексные соединения металлов (V, Fe, Таблица 2.4. Химические элементы в летучей золе жидкого топлива, мг/кг
В частности, примерно от 4 до 20% общего количества V и Ni, присутствующих в нефти, связано с порфириновыми комплексами. Остальное количество обнаружено в других более сложных соединениях, все еще не идентифицированных. Установлено, что содержание металлов систематически возрастает с увеличением молекулярного веса фракций перегонки и достигает максимального в остатке [286]. Добываемая сырая нефть является, как подчеркивает Н.П. Солнцева, «комплексным загрязняющим веществом», главными составными частями которого являются: а) собственно нефть, представляющая собой сложную смесь углеводородов и растворенных в них смолисто-асфальтеновых веществ; б) природные минерализованные воды, в которых присутствуют в высоких концентрациях многие макро- и микроэлементы. Именно поэтому при добыче нефти ее воздействие на ландшафт неоднозначно и определяется как составом и свойствами органической составляющей, так и количеством и составом неорганических компонентов (минерализованных вод) [234], а также поступающими в атмосферу продуктами сжигания попутных газов.
Природные газы, добываемые на собственно газовых месторождениях, относятся к группе сухих газов и состоят в основном из метана (до 93-98%) с небольшой примесью этана, пропана, бутонов, пентанов, а также азота, сероводорода, диоксидов азота, углерода, редких газов (аргон, гелий и др.) (табл. 2.5, 2.6). В природных газах различают аргон радиогенный и атмосферный. Попутные газы принадлежат группе жирных газов и отличаются (в зависимости от месторождения) неоднородным составом. Так, содер жание метана в них колеблется от 29 до 94%, существенно возрастает доля СгНб и С3Н5, ино 40гда С4Н10 и С5Н12, количество СОг достигает чаще всего 2,2-5,8%, азота и редких газов - изменяется от 0,1 до 27% [16].
Газоконденсатные залежи представляют собой скопления в недрах газообразных углеводородов, из которых при снижении давления выделяется жидкая углеводородная фаза - конденсат (смесь пентана и более высоких гомологов метана). Газы газоконденсатных месторождений содержат большое количество метана и до 2-5% и более жидких углеводородов.
Химические свойства и распределение химических элементов по почвенному профилю
В пределах территории Западно-Заполярного месторождения, расположенного в подзоне лесотундры, в зависимости от особенностей почвообразующих пород (песчано-супесчаных или суглинистых), расчленённости рельефа и условий дренажа происходит формирование почв, которые характеризуются разными ведущими элементарными почвообразовательными процессами. На породах легкого гранулометрического состава, в условиях хорошего дренажа и расчленённого рельефа основным почвообразовательным процессом является подзолистый. При слабом расчленении рельефа, более тяжелом (суглинистом) гранулометрическом составе пород и, соответственно, худшем дренаже территории ведущими почвообразующими процессами являются глеевый и торфообразование. В долинах рек, где наблюдается характерное переслаивание пород различного гранулометрического состава, развиты аллювиальные почвы. В общем случае наибольшее распространение на территории Западно-Заполярного месторождения получили глеезёмы слабоглеевые тундровые, тундровые торфянисто-перегнойные и глее-подзолистые почвы, которые занимают более 40% его площади и различаются своими химическими особенностями.
Полученные данные свидетельствуют о том, что все рассматриваемые почвы характеризуются кислой реакцией по всему профилю, низкой величиной поглощенных оснований, низким уровнем концентрации воднорастворимых солей, накоплением органического вещества преимущественно в виде грубого гумуса (табл. 4.1). Все почвы характеризуются относительно невысокими содержаниями химических элементов, извлекаемых 1 N HNO3 (условно подвижные формы). Перераспределение элементов по профилю почв незначительно, о чем свидетельствуют невысокие значения коэффициентов радиальной миграции ( 2). Многим почвам свойственны невысокие (ниже кларка) концентрации химических элементов. Исключение составляют торфянистые и торфяные почвы, обогащенные органикой и отличающиеся относительно повышенными уровнями Zn и отчасти Cd, которые подвижны в кислой среде и фиксируются органическим веществом почв (рис.4.1, 4.2).
Общая характеристика почв подзоны лесотундры и таежной зоны Почвы Основные свойства Лесотундра Подзолы глееватые Резкое различие в содержании органического вещества между верхним ор-гано-аккумулятивным (3,1%) и нижним иллювиальным (0,28%) горизонтами; высокая кислотность всех горизонтов, понижающаяся с глубиной (рН Почвы Основные свойства 3,6-5,3); высокая степень ненасыщенности основаниями, средний уровень емкости поглощения (30,2 мг-экв/100 г), которая уменьшается почти в два раза в нижних минеральных горизонтах. Тундровая торфянисто-перегнойная Относительно высокое содержание органического вещества по всему почвенному профилю, средняя емкостью поглощения. Глеезём слабоглее-вый гумусный тундровый торфянистый Очень высокая кислотность всего почвенного профиля (рН 3,3-3,8), высокая степень ненасыщенности основаниями; отмечается средняя емкость поглощения (до 37 мг-экв/100 г) в горизонте А (наиболее высокое значение указанного показателя среди изученных почв). Глее-подзолистая Высокая кислотность, резко уменьшающаяся с глубиной (рН 3,5-5,4), средняя емкость поглощения в верхней части профиля; верхние горизонты обогащены органическим веществом (по сравнению с выше рассмотренными почвами); вниз по профилю наблюдается резкое снижение содержания органического вещества (до 0,02% в материнской породе); практически весь профиль отличается высокой степенью ненасыщенности основаниями. Северная тайга Подзолистая Характерен кислый состав, низкая величина рН (3,8) в элювиальном горизонте, низкое содержание гумуса ( 1%), низкие обменная (0,1-0,9 мг/экв.) и гидролитическая (1,05-2,2 мг/экв.) кислотности, степень ненасыщенности основаниями более 20%, очень низкие величины обменных Са" и Mg" ( 1 мг/экв на 100 г почвы). Таежная поверхностно-глеевая Несколько более высокие значения рН, чем для подзолистых почв; более обогащены фосфором, калием, азотом, органикой, отличаются более высокими значениями величины поглощенных оснований. Аллювиальная дерновая Слоистая толща почв характеризуется кислой средой, как правило, наименее кислой из всех рассмотренных выше типов почв; типично крайне низкие содержания азота и поглощенных катионов, невысокая гидролитическая кислотность, сравнительно повышены содержания соединений фосфора и ка Рис. -/./. Распределение микрохтичешоп. р\\ и С,,,, і; профиле глеезе голов
Влияние гранулометрического состава почв на содержание в них химических веществ
Гранулометрический состав почв играет важную роль в формировании многих их свойств (пористость, воздухо- и водопроницаемость, поглотительная способность, уровень содержания химических веществ и т.д.). Очень часто для района, расположенного в одной ландшафтной зоне и характеризуемого развитием единого зонального почвенного типа, одним их основных факторов дифференциации химических свойств почв является именно их гранулометрический состав. В последние годы во многих странах экологические и гигиенические нормативы содержания различных загрязняющих веществ в почвах разрабатываются с учетом их гранулометрического состава.
С этих точек зрения обычно выделяют следующие основные составляющие почв: гру-бообломочную, представленная частицами размером более 1 мм; мелкообломочную, состоящую из частиц величиной мельче 1 мм, но крупнее 0,001 мм; тонкодисперсную, сложенную частицами менее 0,001 мм. В зависимости от содержания тонко дисперсных частиц среди рыхлых (осадочных) отложений выделяют глины (содержание частиц величиной менее 0,001 мм превышает 30%), суглинки (частиц менее 0,001 мм составляют от 10 до 30%), супеси (содержат от 3 до 10% частиц размером менее 0,001 мм и пески (частиц менее 0,001 мм не превышает 3%). При наличии значительного количества фракций 0,01-0,1 мм к соответствующему названию добавляется терминоэлемент «пылеватый» (пылеватый суглинок, пыле-ватая супесь и т. д.).
Как правило, соотношение обломочных частиц в почвообразующих породах определяет гранулометрический состав развитых на них почв. Обычно на супесчаных почвообразующих породах образуются супесчаные почвы, на суглинистых породах - суглинистые. Немногочисленные литературные данные о микроэлементном составе почвообразующих пород и почв Тюменской области [171, 258, 117, 167], свидетельствуют об относительно высоком содержании в суглинистых породах Ті, Сг, Со (выше кларка литосферы). Состав песчаных пород значительно беднее. Содержание всех микроэлементов здесь ниже кларка. Так, по данным Д.В. Московченко [167], в озерно-аллювиальных отложениях Обь-Иртышского междуречья наблюдается высокое содержание Сг (223 мг/кг) и Ni (183 мг/кг), что значительно превышает кларк литосферы.
Особенности концентрирования химических элементов почвами разного гранулометрического состава изучались на примере территорий Западно-Заполярного газоконденсатного месторождения (южная лесотундра), Пырейного и Берегового газоконденсатных место рождений (северная тайга на северном пределе), Северо-Демьянского и Северо-Кальчинского нефтяных месторождений (переходная зона средней и южной тайги). На рассматриваемой территории выделяются три основные группы почвообразующих пород - супеси и пески, суглинки, а так же торф. Перечисленные почвообразующие породы имеют разные генезис и возраст. Почвообразующие породы Западно-Заполярного месторождения, представленные ледниково-морскими отложениями салехардского возраста, имеют, как правило, суглинистый состав, прибрежно-морские отложения казанцевского возраста - имеют более легкий механический состав (преимущественно супеси и пески, реже суглинки). Практически все разности глинистых отложений содержат большое количество пылеватых частиц, а пески, преимущественно мелкие и средние, содержат очень незначительное количество тонкодисперсных и пылеватых частиц. Состав современных аллювиальных и озерно-болотных отложений - сложное сочетание иловатых озерных и пойменных суглинков и супесей, пылеватых озерных песков и более отмытых песчаных фракций аллювия.
На территории Берегового месторождения распространены как морские аллювиальные отложения верхнего и среднего плейстоцена, представленные двумя типами пород - чередованием песков и супесей и суглинками, так и озерно-аллювиальные отложения, в пределах которых почвообразующими породами являются песчано-супесчаные толщи. Почвообразующие породы Пырейного месторождения представлены озерно-аллювиальными отложениями верхнего плейстоцена преимущественно песчаного состава
В окрестностях Северо-Демьянского и Северо-Кальчинского месторождений состав почвообразующих пород менее разнообразен. 95% объема среднечетвертичных озерно-аллювиальных отложений составляют глинистые разности. Среди глинистых пород преобладают средние и тяжелые суглинки, легкие глины. Состав песков характеризуется преобладанием одной или двух фракций песка (0,5-0,25 мм, 0,25-0,1, 0,1-0,05 мм). Содержание пылеватых частиц колеблется от 0,5 до 36%. Анализ результатов определения гранулометрического состава почвообразующих пород на исследуемой территории показал, что суглинистые отложения более южных районов характеризуются небольшим увеличением количества пылеватых частиц.
Основным оценочным критерием правильности формирования выборок являлась проверка нормальности и логнормальности распределения. Статистический анализ микроэлементного состава почв в выборках, сгруппированным по гранулометрическому показателю, показал, что в этом случае условиям нормального распределения отвечают выборки по большинству определяемых элементов, а выборки по Hg и РЬ - логнормальному. В большинстве случаев песчаные почвы, или почвы, сформированные на песчаных отложениях, имеют по сравнению с суглинистыми значительно меньшую (в два, иногда в три раза) концентрацию тяжелых металлов и НУВ (табл. 4.8).
