Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природные условия территории, история ее исследования и освоения 8
1.1. К истории исследования и освоения территории 8
1.2. Физико-географические особенности 17
1.3. Геологическое строение 25
1.4. Гидролого-гидрогеологические условия 31
Выводы по главе 1 33
ГЛАВА 2. Методы исследований и оценки состояния геологической среды 35
2.1. Наземные и дистанционные методы 35
2.2. Понятие экологической емкости, уязвимости, устойчивости и защищенности геологической среды к загрязнению 41
2.3. Методы изучения взаимодействия источников загрязнения с геологической средой , 51
2.4. Принципы и методы оценки состояния компонентов геологической среды 75
Выводы по главе 2 S6
ГЛАВА 3. Результаты исследований воздействия техногенных факторов на компоненты геологической среды 88
3.1 Оценка загрязнения геологической среды через атмосферу 88
3.2. Оценка состояния поверхностных и подземных вод 96
3.3. Результаты исследования процессов загрязнения почв, грунтов и илов 113
3.4. Результаты детальных исследований загрязненных участков 117
3.5. Результаты лабораторных экспериментальных исследований экологической емкости горных пород 118
3.6. Типизация территории по экологической емкости геологической среды 128
Выводы по главе 3 135
ГЛАВА 4. Разработка мероприятий, способов и устройств по защите компонентов геологической среды 138
4.1. Барьерный принцип защиты поверхностных и подземных вод от загрязнения 138
4.2. Модели аллювиальных водоносных горизонтов и ареалов их загрязнения 141
4.3. Разработка способов и устройств по совершенствованию системы природопользования 144
4.4. Рекомендации по совершенствованию системы природопользования на примере Оренбургской газопромышленной зоны 157
Выводы по главе 4 159
Заключение 161
Библиография 163
- К истории исследования и освоения территории
- Геологическое строение
- Наземные и дистанционные методы
- Оценка загрязнения геологической среды через атмосферу
Введение к работе
Актуальность исследований. Оренбургская газопромышленная зона
(ОГПРЗ), как и другие горнодобывающие районы, характеризуется высокой
техногенной нагрузкой на геологическую среду (ГС). Крупнейшими
загрязнителями в регионе являются нефтегазодобывающие и
перерабатывающие предприятия, объекты энергетического комплекса,
электротехнической и машиностроительной промышленности,
стройиндустрии и сельское хозяйство. Вокруг города существуют свалки бытовых и промышленных отходов. Загрязняются воздух, воды, почвы, грунты и биоценозы. Экологические проблемы становятся здесь важным фактором устойчивого развития и большую актуальность приобретают исследования по оценке экологической емкости геологической среды. Под экологической емкостью ГС понимается способность геологической среды поглощать загрязняющие вещества, устраняя их опасное воздействие для здоровья человека и биосферы. Понятие экологической емкости аналогично емкости поглощения по А.Н. Бунееву (1945). Экологическая емкость измеряется в мг-экв. на 100 г вещества. Разработка схем типизации территории, отражающих динамику изменения экологической емкости ГС, позволяет разрабатывать обоснованные мероприятия по защите компонентов окружающей среды (ОС). Эти мероприятия базируются на разработанных автором способе и устройстве защиты ГС от загрязнения в развитие идей В.И. Вернадского (1988), А.Е. Ферсмана (1934, 1937), Е.М. Сергеева (1979-1985), А.И. Перельмана (1961, 1989), В.И. Осипова (1993, 1996), В.А. Мироненко, В.Г. Румынина (1998), В.А. Кирюхина, А.И. Короткова, К.Е. Питьевой, С.Л. Шварцева (1993), В.М. Швеца, И.С. Зекцера, В.Д. Бабушкина, А.Я. Гаева, В.Г. Гацкова (2003), Н.П. Торсуева, В.Л. Бочарова (2000), В.Т. Трофимова (1997), А.Н. Попова, П.В. Ивашова, В.Н. Синякова, А.Н. Воронова. Нами разработан способ применения искусственного геохимического барьера в сочетании с гибким непроницаемым гидродинамическим барьером. Наряду с откачкой незагрязненных вод осуществляется дренаж загрязненных вод. Между водозабором и дренажем формируется раздел потоков, где скорость фильтрации равна нулю. Он и рассматривается в виде гибкого непроницаемого гидродинамического барьера. При расположении его в зоне незагрязненных вод поступление загрязняющих веществ в водозабор исключается. От этого раздела формируются два потока: один к водозабору чистых вод, а второй - к дренажу. Для локализации загрязняющих веществ разработано устройство совмещенного горизонтального и вертикального дренажа.
Разработка моделей аллювиальных водоносных горизонтов, типизация территории по экологической емкости и предложенные нами мероприятия исключительно актуальны в условиях ОГПРЗ и сопредельных территорий.
Цель работы: разработать методы оценки экологической емкости геологической среды, способы, устройства и мероприятия для минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду и человека.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
изучить экологическую ситуацию в ОГПРЗ;
предложить методические подходы к оценке и типизации территории по экологической емкости геологической среды;
разработать способ, устройство и рекомендации по минимизации техногенной нагрузки и улучшению экологической ситуации в ОГПРЗ.
Объект исследований: Экологическая емкость геологической среды в связи с оценкой экологической ситуации и минимизацией техногенной нагрузки на окружающую среду и человека.
Фактический материал и методы исследований. В работе использован фактический материал, который автор собирал 5 лет, во время учебы на старших курсах и в аспирантуре на архитектурно-строительном факультете Оренбургского госуниверситета (ОГУ). Фактический материал получен лично автором в лабораторных условиях, а так же из фондовых территориальных источников Минприроды и в лабораториях Оренбургского (ОГУ) и Пермского (ПТУ) университетов, Оренбургского филиала Горного института УрО РАН. Материалы собирались и на полевых работах. Использованы оригинальные методы разработки способа и устройства комплексных барьеров и изучения экологической емкости ГС в лабораторных (108 экспериментов) и натурных условиях. Использованы физико-химические анализы природных и сточных вод (470 проб), почв и грунтов (630), водных и солянокислотных вытяжек из почв и грунтов (220). Исследованы ареалы загрязнения в ОГПРЗ. Их интенсивность проявления и размеры изменяются во времени. Изучался характер миграции загрязняющих веществ в почвах, водных потоках, газопылевых выбросах и путем моделирования. Использовались данные гидрометеослужбы по атмосферным осадкам, температурному режиму и розам ветров. Составлен банк данных с целью моделирования и прогноза экологической ситуации.
На защиту выносятся следующие основные положения:
Модели аллювиальных водоносных горизонтов и ареалов их загрязнения, обеспечивающие оценку их ресурсов и экологической емкости геологической среды, отражающие характер взаимодействия в системе вода - порода. Схема типизации территории по экологической емкости ГС позволяет оценить и улучшить экологическую ситуацию в процессе строительства и эксплуатации инженерной инфраструктуры. Для предотвращения загрязнения компонентов окружающей среды необходимо размещать инженерную инфраструктуру на участках с повышенной экологической емкостью.
Способ локализации загрязнений при эксплуатации водозаборов хозяйственно-питьевого назначения. Способ заключается в перехвате потоков загрязнителей от источников, расположенных на склоне долины и предотвращает загрязнение инфильтрационных аллювиальных водозаборов, расположенных вдоль берега водоема.
3. Установка совмещенного горизонтального и вертикального
дренажа при локализации загрязненных флюидов. Применяется при
борьбе с подтоплением загрязненными флюидами территории, сложенной неоднородными обломочными отложениями, типа ложкового аллювия.
Научная новизна: 1. Геологическая среда ОГПРЗ испытывает трансформацию и загрязнение под влиянием техногенной нагрузки. Количественно она оценена через экологическую емкость ГС. Моделирование и оценка экологической емкости аллювиальных водоносных горизонтов совместно с ареалами их загрязнения позволяет уточнить экологическую ситуацию и механизм поглощения загрязнителей горными породами. Схема типизации ОГПРЗ по экологической емкости обеспечивает научно обоснованную оценку территории, как по бальной системе, так и по модулю предельно допустимого загрязнения (МпдВ), и реализацию управленческих решений
2. Способ локализации загрязняющих веществ при эксплуатации
инфильтрационных аллювиальных водозаборов хозяйственно-питьевого
назначения разработан с учетом закономерностей формирования основных
ресурсов аллювиальных вод в пойменных отложениях рек. Ареалы и потоки
загрязненных вод формируются на склонах долин, где ресурсы вод
незначительны. Локализация этих вод на комплексных барьерах
предотвращает загрязнение основных ресурсов пресных вод в пойме реки.
Перехват потоков загрязняющих веществ от источников, расположенных на
склоне долины, решает проблему предотвращения негативных последствий
загрязнения рекреационных ландшафтов поймы и инфильтрационных
аллювиальных водозаборов, расположенных вдоль берегов водоемов.
3. Установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа
при локализации загрязненных флюидов обеспечивает оптимальные условия
водопонижения и оказывает помощь в борьбе с подтоплением загрязненными
флюидами территорий, сложенных неоднородными обломочными
отложениями типа ложкового аллювия. Она обеспечивает оптимальный
результат по извлечению флюидов и осушению территории в геологической
среде, характеризующейся крайней анизотропией по проницаемости.
Практическая ценность:
1. Модели аллювиальных водоносных горизонтов с ареалами
загрязнения и схемы типизации территории по экологической емкости ГС
служат эффективными элементами системы управления экологической
ситуацией. Они позволяют планировать размещение инженерной
инфраструктуры и барьерных сооружений на участках с повышенной
экологической емкостью. Применение этих построений улучшит
экологическую ситуацию.
2. Разработанный способ локализации загрязняющих веществ при
эксплуатации водозаборов хозяйственно-питьевого назначения позволяет
обеспечить водопользователей водой более высокого качества в условиях
широкого развития процессов загрязнения. Способ позволяет предотвратить
загрязнение природных вод при незначительном уменьшении их ресурсов.
3. Внедрение установки совмещенного горизонтального и
вертикального дренажа при локализации загрязненных флюидов
обеспечивает предотвращение подтопления ими территорий, сложенных неоднородными обломочными образованиями, типа ложкового аллювия. Учитывая различное строение таких территорий и разную ширину ложков, обустройство установки может быть выполнено, как в типовом варианте, так и секционно или блочно, таким образом, что при любой ширине ложка будет обеспечена высокая эффективность дренажа.
Апробация результатов работы. Положения диссертации докладывались автором на Международных, Всероссийских и региональных научно-практических конференциях: в Уральской госгоргеолакадемии (2002), в Оренбургском университете (2003-2004), в Волжском университете им. Татищева (2004-2005), в Пермском госуниверситете (2004-2005). По теме диссертации опубликовано 12 работ. Результаты работы внедрены в учебный процесс для студентов специальности 270105 - Городское строительство и хозяйство, а также изложены в учебном пособии «Геоэкология для строителей», и в научно-технические разработки для предприятий ОАО «Оренбургэнерго», в частности на Сакмарской ТЭЦ.
Подана заявка на изобретение «Способ локализации загрязнений при эксплуатации водозаборов хозяйственно-питьевого назначения», которая принята и ей присвоен номер № 2004130071/20(032427) от 23.11.2004.
Подготовлена заявка «Установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа при локализации загрязненных флюидов» на выдачу патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, и библиографического списка. Объем текста 149 страниц, количество рисунков - 38, таблиц - 33, библиографический список состоит из 280 наименований.
За помощь в работе, консультации и ценные советы при подготовке работы автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору А.Я. Гаеву, декану Архитектурно-строительного факультета доценту А.И. Альбакасову, профессорам ОГУ Г.Н. Карпову, П.В. Панкратьеву, А.Ж. Калиеву, Т.Я. Деминой, СБ. Колоколову, доцентам СВ. Миронову и В.О. Штерну. За ценные советы автор признателен ученым геологического факультета Пермского госуниверситета профессорам В.Н. Катаеву, В.А. Гершаноку, Б.С Луневу, доцентам И.И. Минькевич, Е.А. Иконникову, И.М. Тюриной, преподавателям В.В. Фетисову, И.В. Щуковой, зам. директора Института карстоведения к.г-м.н. Ю.А. Килину и зав. лабораторией Горного института УрО РАН к.г-м.н Б. А. Бачурину.
К истории исследования и освоения территории
Ориентированными полосами пород триасовой системы. Кайнозойская группа представлена здесь породами неогена (N2a) и четвертичной системы (Qui» Qiv)- Породы акчагыльского яруса неогена представлены толщей серых, синевато-серых, табачных, морских (эстуариевых) глин с прослоями песков и галечников. В глинах содержится много раковин пелеципод и остракод. Они заполняют глубокую доакчагыльскую долину р. Сакмары и имеют участками мощность в погребенной части долины р. Урал до 90 м.
Буровато-коричневые известковистые суглинки с прослоями песков и супесей в окрестностях Оренбурга относятся к апшеронскому ярусу (Nap). Их мощность составляет от 15-20 до 30-40 м. Это склоновые, континентальные отложения. В южной зауральской части территории залегают кайнозойские и мезозойские отложения. Локально на крутых склонах глубоко врезанных долин Донгуза и Бердянки обнажаются породы татарского яруса, представленные аргиллитами, алевролитами, глинами и песчаниками. В солянокупольных структурах на поверхность выходят соли, гипсы и ангидриты с карстовыми формами рельефа.
Илекское плато к югу от исследуемой территории сложено породами триасовой (Т) и юрской (I) систем. Они представлены песками, песчаниками, глинами, известняками и др. На равнинном северном склоне водораздела распространены отложения неогена (N2ap): желто-бурые глины, песчанистые глины, пески и гравийно-галечные отложения.
Аллювий долины Урала представлен песками, галечниками, гравийно-песчаными смесями и глинами четвертичного возраста. Поймы сложены современным аллювием. Временные водотоки образуют при выходе их на пойму своеобразные геологические тела. Русло их при этом исчезает и выносимый ими обломочный материал осаждается в виде веерообразного конуса выноса. Например, на одном из конусов разместился пос. Кушкуль, а на другом - пос. Мирный. Конусы выноса сложены переслаивающимися суглинками и песками, встречаются горизонты погребенных почв.
Тектоника. Территория исследований находится на стыке Русской платформы, Предуральского прогиба и Прикаспийской впадины. Для территории характерно горизонтальное залегание чехла осадочных палеозойских пород, осложненного местами диапировыми структурами и антиклинальными складками. Он делится на три структурно-литологических комплекса: подсолевой, солевой и надсолевой. По кристаллическому фундаменту выделяются два элемента - Соль-Илецкий выступ и Восточно-Оренбургское валообразное поднятие. Они входят в состав Урало-Волжской антиклизы. Неотектонические движения земной коры у Оренбурга (рис. 1.11) картируются по разрезам рыхлых отложений, по особенностям рельефа и гидросети, по аэрокосмическим снимкам. Индикаторами зон новейших опусканий служат: - хорошая сохранность в погребенных долинах неогеновых акчагыльских отложений; - повышенная мощность суглинистых отложений на речных террасах; - повышенная мощность и низкое гипсометрическое положение отложений русловой фации террас; - повышенная мощность аллювия в поймах рек; - крутые излучины в русле реки и преобладание плесов над перекатами; - широкое развитие гривистой пойменной террасы. Приустьевая часть долин Урала и Сакмары по этим признакам делится на участки с положительными и отрицательными знаками неотектонических движений. Так, Г.Д. Мусихиным установлена крупная зона опускания в виде желоба шириной 1 -2 км, которая простирается от завода «Инвертор» через нефтемаслозавод и пос. Берды в направлении карьера кирпичных глин за селом Подгородняя Покровка [211] (рис. 1.11). По этой линии акчагыльские отложения образуют как бы заливы, глубоко врезанные в коренные склоны на право- и левобережье р. Сакмары. Мощность покровных отложений на террасах достигает 19м. Равномерное падение поверхности фундамента и чехла платформы к югу и юго-востоку нарушается глубинными разломами ступенчатого характера. Их уступы совпадают с долинами рек Сакмары, Урала и Илека. Осадочный комплекс осложнен флексурами с амплитудой до 100-150 м, образующими тектонические ступени. В плиоцене заложены широтно ориентированные тектонические структуры: Сакмарская, Уральская, Илекская приразломные впадины и разделенные ими Урало-Сакмарский и Урало-Илекский валы [83].
По пермским отложениям выделяются несколько зон поднятий, образованных группами куполообразных структур. В бассейне Урала выделяется Уральская зона поднятий в составе Оренбургского вала, Донгузского и Рычковского куполов. К северо-востоку от этой зоны расположены Шуваловская и Чернореченская зоны поднятий. В бассейнах Средней и Верхней Каргалок находится Каргалинская группа куполообразных поднятий, которая сочленяется с Салмышским валом юго-западнее г. Оренбурга.
Солянокупольная тектоника отражается в рельефе в виде «гор» -Михайловской, Верблюжки, Хусаиновой, Араповой, Маяк, Сулак, Далматовки, Стеклянной. Солянокупольные структуры к югу от долины р. Урал выровнены деятельностью неогеновых морей и погребены под их отложениями. Сложенные гипсами, известняками, доломитами эти «горы» испытали техногенное воздействие, а Сулак, Маяк, Алебастровая, отчасти Хусаинова и Гребени разобраны при добыче стройматериалов.
Полезные ископаемые. Важнейшими из них являются месторождения нефти и газа. Уникальное по составу и запасам сырья является Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение, приуроченное к одноименному валу. На границе с Соль-Илецким районом расположены небольшие месторождения природного газа (Черниговское у пос. Светлогорка) и нефти в 7 км. восточнее пос. Джеланды (Чкаловское). Южнее Оренбурга в породах неогена залегают маломощные прослои бурых углей. Медистые песчаники в верхнепермских породах в бассейнах рек Каргалки и Бердянки разрабатывались со времен бронзы.
Геологическое строение
Ориентированными полосами пород триасовой системы. Кайнозойская группа представлена здесь породами неогена (N2a) и четвертичной системы (Qui» Qiv)- Породы акчагыльского яруса неогена представлены толщей серых, синевато-серых, табачных, морских (эстуариевых) глин с прослоями песков и галечников. В глинах содержится много раковин пелеципод и остракод. Они заполняют глубокую доакчагыльскую долину р. Сакмары и имеют участками мощность в погребенной части долины р. Урал до 90 м.
Буровато-коричневые известковистые суглинки с прослоями песков и супесей в окрестностях Оренбурга относятся к апшеронскому ярусу (Nap). Их мощность составляет от 15-20 до 30-40 м. Это склоновые, континентальные отложения. В южной зауральской части территории залегают кайнозойские и мезозойские отложения. Локально на крутых склонах глубоко врезанных долин Донгуза и Бердянки обнажаются породы татарского яруса, представленные аргиллитами, алевролитами, глинами и песчаниками. В солянокупольных структурах на поверхность выходят соли, гипсы и ангидриты с карстовыми формами рельефа.
Илекское плато к югу от исследуемой территории сложено породами триасовой (Т) и юрской (I) систем. Они представлены песками, песчаниками, глинами, известняками и др. На равнинном северном склоне водораздела распространены отложения неогена (N2ap): желто-бурые глины, песчанистые глины, пески и гравийно-галечные отложения.
Аллювий долины Урала представлен песками, галечниками, гравийно-песчаными смесями и глинами четвертичного возраста. Поймы сложены современным аллювием. Временные водотоки образуют при выходе их на пойму своеобразные геологические тела. Русло их при этом исчезает и выносимый ими обломочный материал осаждается в виде веерообразного конуса выноса. Например, на одном из конусов разместился пос. Кушкуль, а на другом - пос. Мирный. Конусы выноса сложены переслаивающимися суглинками и песками, встречаются горизонты погребенных почв.
Тектоника. Территория исследований находится на стыке Русской платформы, Предуральского прогиба и Прикаспийской впадины. Для территории характерно горизонтальное залегание чехла осадочных палеозойских пород, осложненного местами диапировыми структурами и антиклинальными складками. Он делится на три структурно-литологических комплекса: подсолевой, солевой и надсолевой. По кристаллическому фундаменту выделяются два элемента - Соль-Илецкий выступ и Восточно-Оренбургское валообразное поднятие. Они входят в состав Урало-Волжской антиклизы. Неотектонические движения земной коры у Оренбурга (рис. 1.11) картируются по разрезам рыхлых отложений, по особенностям рельефа и гидросети, по аэрокосмическим снимкам. Индикаторами зон новейших опусканий служат: - хорошая сохранность в погребенных долинах неогеновых акчагыльских отложений; - повышенная мощность суглинистых отложений на речных террасах; - повышенная мощность и низкое гипсометрическое положение отложений русловой фации террас; - повышенная мощность аллювия в поймах рек; - крутые излучины в русле реки и преобладание плесов над перекатами; - широкое развитие гривистой пойменной террасы. Приустьевая часть долин Урала и Сакмары по этим признакам делится на участки с положительными и отрицательными знаками неотектонических движений. Так, Г.Д. Мусихиным установлена крупная зона опускания в виде желоба шириной 1 -2 км, которая простирается от завода «Инвертор» через нефтемаслозавод и пос. Берды в направлении карьера кирпичных глин за селом Подгородняя Покровка [211] (рис. 1.11). По этой линии акчагыльские отложения образуют как бы заливы, глубоко врезанные в коренные склоны на право- и левобережье р. Сакмары. Мощность покровных отложений на террасах достигает 19м. Равномерное падение поверхности фундамента и чехла платформы к югу и юго-востоку нарушается глубинными разломами ступенчатого характера. Их уступы совпадают с долинами рек Сакмары, Урала и Илека. Осадочный комплекс осложнен флексурами с амплитудой до 100-150 м, образующими тектонические ступени. В плиоцене заложены широтно ориентированные тектонические структуры: Сакмарская, Уральская, Илекская приразломные впадины и разделенные ими Урало-Сакмарский и Урало-Илекский валы [83].
По пермским отложениям выделяются несколько зон поднятий, образованных группами куполообразных структур. В бассейне Урала выделяется Уральская зона поднятий в составе Оренбургского вала, Донгузского и Рычковского куполов. К северо-востоку от этой зоны расположены Шуваловская и Чернореченская зоны поднятий. В бассейнах Средней и Верхней Каргалок находится Каргалинская группа куполообразных поднятий, которая сочленяется с Салмышским валом юго-западнее г. Оренбурга.
Солянокупольная тектоника отражается в рельефе в виде «гор» -Михайловской, Верблюжки, Хусаиновой, Араповой, Маяк, Сулак, Далматовки, Стеклянной. Солянокупольные структуры к югу от долины р. Урал выровнены деятельностью неогеновых морей и погребены под их отложениями. Сложенные гипсами, известняками, доломитами эти «горы» испытали техногенное воздействие, а Сулак, Маяк, Алебастровая, отчасти Хусаинова и Гребени разобраны при добыче стройматериалов.
Полезные ископаемые. Важнейшими из них являются месторождения нефти и газа. Уникальное по составу и запасам сырья является Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение, приуроченное к одноименному валу. На границе с Соль-Илецким районом расположены небольшие месторождения природного газа (Черниговское у пос. Светлогорка) и нефти в 7 км. восточнее пос. Джеланды (Чкаловское). Южнее Оренбурга в породах неогена залегают маломощные прослои бурых углей. Медистые песчаники в верхнепермских породах в бассейнах рек Каргалки и Бердянки разрабатывались со времен бронзы.
Наземные и дистанционные методы
Общие положения. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой» [50]. «Ноосистема - элемент ноосферы, формирующийся как единый природно-технический и природно-технологический комплекс, образованный нооценозом по С.С. Шварцу, живыми организмами (включая homo sapiens) и средой их обитания (атмосферой, почвой, ландшафтом, водами, грунтами) [143]. В ноосистеме нооценоз, живые и косные компоненты связаны между собой обменом веществ, энергии и информации». Понятие "экология" предложил Э. Геккель в 1866 г., как науку о доме, об отношениях растительных, животных организмов и человека и, образуемых ими сообществ, между собой и ОС. Существует более 100 определений экологии. По Ю. Одуму экология — это биология окружающей среды, а в новом издании в 1986 г. он определил экологию, как дисциплину, образующую мост между естественными и общественными науками [167]. Так, "социальная экология", исследует отношения между обществом и средой, а так же влияние техногенеза на ОС, здоровье и генофонд человека [2, 49, 114, 115, 144]. Изучение техногенного воздействия на природный комплекс Оренбургской газопромышленной зоны осуществлялось на основе использования имеющейся информации по геологии, геоморфологии, геофизике, гидрогеологии, гидрохимии, геохимии, метеорологии и т.д.
Информация анализировалась комплексно и системно в сочетании с полевыми и камеральными исследованиями, проводилось сопоставление с результатами работ, выполненных в различных учреждениях и организациях, имеющих природоохранную направленность. Методы оценки состояния геосистемы группируются по двум основным направлениям: 1) исследование депонирующих сред: почв, грунтов, иловых отложений; 2) исследование миграционных сред: водных и воздушных потоков, снегового покрова. Комплекс работ при этом сводится к следующей схеме: - сбор, анализ и систематизация материалов; -изучение природных условий и геологического строения, ОГПРЗ, ландшафтные особенности ее территории; - изучение и классификация источников загрязнения; - составление специализированных карт; - полевые исследования; - производство анализов в лабораторных условиях и статистическая обработка результатов; - составление специализированных карт, схем и моделей в камеральных условиях. Источники загрязнения ОС ОГПРЗ оценивались на основе маршрутного обследования, собранного материала и данных госстатотчетности формы 2-ТП-воздух, 2-ТП-вода (о химическом составе сырья, продукции, выбросов и отходов производства, уровнях ПДВ и В СВ. Оценка загрязнения воздуха выполнена на основе данных снегового покрова. Методы проведения полевых геоэкологических работ изложены в многочисленных инструкциях и литературных источниках. Ограничимся лишь кратким рассмотрением основных положений по сбору и обработке фактического материала. Образцы почв, грунтов и илов весом до 0,5 кг, отбираются из: — шурфов, скважин глубиной от 1 до 5 м, или закопушек глубиной 15 см; — обнажений горных пород и стенок карьеров; — образцы ила из водотоков и водоемов берутся на границе уреза воды. Сеть отбора образцов устанавливается в зависимости от масштаба работ, близости участка исследований от источников загрязнения, степени уязвимости окружающей среды по отношению к загрязнителям. Изучается ионно-солевой комплекс грунтов [211]. Производится водная вытяжка дистиллированной водой из образцов почв, грунтов, илов при обычных температуре и давлении. По результатам химических анализов фильтрата строятся эпюры-профили (Бродский, 1953). Сумма солей из водной вытяжки в процентах из 100 г образца принимается за "степень засоленности". В фильтрате определяются: органические вещества на приборе А-1 и микроэлементы. Органические вещества делятся на полярные и неполярные. Последние соответствуют содержанию нефтепродуктов в пробе. Микроэлементы изучаются методами количественного плазменного или приближенно-количественного спектрального (определяется свыше 30-ти элементов), или атомно-абсорбционного анализа (до 70 элементов). Учитывая специфику исследуемой территории, мы ограничивались определением Hg,Cu,Pb,Zn,Co,Ni,Cr,Mn,Cd и ряда других элементов. Согласно с оценочными показателями гигиенистов условий и состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв, производится расчет показателя загрязнения почв (Хс) металлами по следующей формуле: ХС = КС—(п—1)\ (2.1) где — сумма коэффициентов концентрации элементов (металлов); Кс - коэффициент концентрации элемента, определенный из соотношения его реального содержания в почве в каждой точке (по результатам приближенно-количественного спектрального анализа) к величине местного фона, %. Показатель Хс (безразмерная величина) варьирует в широких пределах и позволяет разделить почвы на нейтральные (Хс 55), опасные и чрезвычайно опасные для здоровья людей. Атмосферные осадки изучались нами в полевых условиях в виде снега. Снег улавливает из воздуха и осаждает взвеси и аэрозоли при снегопаде. Между снегопадами он аккумулирует пыль и по его запыленности можно установить контуры воздействия техногенеза на окружающую среду, (февраль-март). Снеговая съемка выполнялась в конце зимы по методике, описанной Э.Ф. Емлиным и др. [211]. Из снеговой стенки нами вырезался блок снега до подстилающего грунта; нижняя часть блока в 5 см исключалась, поскольку содержит почвенные частицы. Таяние снега осуществляется в полиэтиленовом мешке при температуре не выше 16С. Из каждой пробы получалось не менее 5 л снеговой воды, которая отфильтровывалась и анализировалась. Результаты заносятся в банк данных. Вес высушенного остатка на фильтре отражает степень запыленности снега в расчете на 1 л снеговой воды. Методом приближенно-количественного спектрального анализа определись микрокомпоненты (металлы), содержащиеся в механических примесях снега. Сеть опробования снегового покрова определялась масштабом работ и розой ветров. Вокруг источников загрязнения сеть опробования сгущалась. В учреждениях гидрометеослужбы собирались среднемесячные и среднегодовые данные за тот же год о дождевых водах, а также многолетние данные не менее, чем за 11-летний период наблюдений.
Пробы поверхностных вод отбирались по всей исследуемой территории из рек, ручьев, озер, искусственных водоемов и водотоков (сточные воды предприятий). Сеть опробования определяется масштабом работ и особенностями размещения источников загрязнения. Пробы отбирались в 3-х м от берега. Результаты анализов заносились в банк данных. На водоемах, где установлены посты гидрометеослужбы, собирались данные режимных наблюдений за уровнями, расходами и химическим составом вод, а так же среднемесячные и среднегодовые данные. По ним строились графики-эпюры.
Пробы подземных вод отбирались из водоносных горизонтов зоны активного водообмена, используемых для питьевого водоснабжения. Они, в тоже время, наиболее подвержены процессам загрязнения. Пробы брались из скважин, колодцев, шурфов, родников и мочажин. Результаты анализов заносились в банк данных. Пробы воды из скважин и колодцев отбирались по возможности после предварительной прокачки. Прокачка производилась до тех пор, пока застоявшаяся вода в выработке не сменялась на свежую не менее 2-х раз. Откачка завершалась при достижении постоянства содержания хлор-иона. Откачка не производилась при опробовании эксплуатационных скважин и бытовых колодцев. Для опробования использовались пробоотборники. Кроме того, в центрах Госсанэпиднадзора, в геологических фондах, в Водоканале и лабораториях предприятий собирались данные режимных наблюдений за составом подземных вод.
Оценка загрязнения геологической среды через атмосферу
Результаты геоэкологических исследований техногенного воздействия на ОС ОГПРЗ осуществлялась на основе изучения загрязнения отдельных ее компонентов (рис. 3.1): снегового покрова (съемка проводилась по разреженной сетке точек), поверхностных и подземных вод. Опробовались воды pp. Сакмары (5 точек), Урала (3 точки), озер (34 точки), а также подземные воды - из скважин водозаборов, режимной сети и др. Кроме того, опробовались почвы и грунты (по профилям и на отдельных участках). Оценка загрязнения атмосферного воздуха по состоянию снегового покрова. Минерализация снеговых вод в Европейской части России изменяется от 0,7 до 363 мг/л, составляя чаще около 15,0 мг/л. Из анионом преобладают НСО"з или S02 4 , а из катионов — всегда Са2+ [150]. Жидкие атмосферные осадки имеют минерализацию от 3-4 до 56-60 мг/л, реже до 100 мг/л и характеризуются соотношением главных анионов: S04 HC03 C1 - над промышленными районами; C1 S04 HC03 - над морскими побережьями; HC03 S04 C1 - над горными районами. По химическому типу и подтипу осадки относят: над сушей - к сульфатно-натриевому подтипу; над морем - хлоридно-магниевому подтипу ; над горами - к содовому типу [211]. Формирование химического состава атмосферных осадков в ОГПРЗ изучено недостаточно. На территории Урала изучением химического состава атмосферных осадков занимались многие исследователи: Г.А. Максимовича (1949, 1955,1967 и др.), Г.К. Михайлова (1964), И.Н. Шестова (1964), В.М. Дроздовой и др.(1964), Л.Е. Черняевой (1974, 1978), Э.Ф. Емлина (1988) [112, 150,252,253]. По Л.Е. Черняевой главными ионами минерализации атмосферных осадков являются: 1) Са2+, источником которого служат карбонаты и сульфаты осадочных пород и промышленные предприятия; 2) Mg2+, связанный с морскими аэрозолями в виде MgCl2 и MgS04 и продуктами выветривания мергелей и. доломитов; 3) Na+, поступающий из солей с поверхности морских акваторий, а также с газопылевыми выбросами предприятий; 4) К+, приобретающий наибольшее значение в промышленных районах; 5) НСО"з, поступающий с пылеватыми частицами карбонатных пород и с действующих предприятий; 6) S02"4, источником которого являются сульфатные породы, солончаки, соляные озера, предприятия; 7) СГ, поступающий с морских акваторий, эоловых отложений и с газопылевыми выбросами предприятий.
Автором использованы результаты снеговой съемки, выполненной лабораторией Оренбургского филиала Горного института УрО РАН зимой 1989 и 1991 гг. по разреженной сетке точек по правобережью и левобережью р. Урал и данные из работы СВ. Юриной [273]. Участки съемки показаны на рис. 3.1. В снеговой воде в химлаборатории «Оренбурггеология» определялись: Na, К, Са, Mg, Fe, CI, S04, N03, N02, C03, HC03, pH, окисляемость, сухой остаток. Кроме того, весовым путем определялось количество пыли, оседающее на фильтре после таяния взятой пробы снега, отнесенное к одному литру воды. Для Оренбургской области впервые в снеговой воде было определено содержание нефтепродуктов (прибором А-1, разработанного во ВНИИГРИ). Точки отбора проб п=: 1 Точка отбора проб і. д i Точки отбора проб: г= 1 Точки режимного почвенного покрова uSl 1 снегового покрова tbl—її 1 - поверхностных вод 11 I опробования 2 - подомных вод атмосферного воздуха Рис. 3.1 .Обзорная карта Оренбургской газопромышленной зоны с точками опробования (точки отбора проб: I - почв; II - снегового покрова; III поверхностных и подземных вод) Пробы снега отбирались, как в непосредственной близости от источников загрязнения, так и на фоновых участках, т.е. на условно чистых участках в районе сел Зубаревка и Донецкое, удаленных на расстояние до 30 70 км от промышленных объектов. Кроме того, использовались среднестатистические данные химического состава атмосферных осадков по Уральскому региону Л.Е. Черняевой и др. (1978), Э.Ф. Емлина (1988) [253] и дистанционные методы. Шлейфы загрязнения атмосферы субмеридианального простирания хорошо просматриваются на аэрокосмических снимках масштаба 1:4000000. Они прослеживаются на 15 км к северу и северо-востоку от Промышленного и Дзержинского районов города и от Оренбургских газзаводов.
