Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и методологические аспекты и проблемы геоэкологии, экологической геологии и геодинамики . 13
1.1. Современные представления о теоретических началах геоэкологии, экологической геологии и геодинамики . 13
1.2. Концепция и общая методология региональных геоэкологических исследований и картографирования . 18
1.3. Общие принципы и критерии оценки состояния природно-геологической среды 22 CLASS Глава 2. Теоретические основы учения о геодинамических активных зонах и общая методология их изучения 25 CLASS
2.1. Научное содержание учения о геодинамических активных зонах 25
2.2. Методологический подход к оценке геодинамической (неотектонической) активности . 32
2.3. Геоэкологическая, инженерно-геологическая и минерагеническая роль геодинамических активных зон . 8
Глава 3. Методические основы дистанционных аэрокосмо-геологических исследований и морфонеотектонического анализа для оценки геодинамической активности 49
3.1. Методика аэрокосмогеологических исследований, дешифрирование новейших структур и линеаментов, как проявлений геодинамической активности 49
3.2. Основные результаты аэрокосмогеологических исследований, дешифрирования новейших структур и линеаментов . 56
3.3. Методика морфонеотектонического анализа и его применение для оценки геодинамической активности 59
Глава 4. Оценка геодинамической активности районов нефтегазовых месторождений и трасс магистральных нефтегазопроводов . 74
4.1. Геодинамическое обоснование аварийноопасных ситуаций и методика вы явления участков геодинамической активности на магистральных нефтегазо проводах 74
4.2. Оценка геодинамической активности северной части Тимано-Печорской плиты 80
4.3. Оценка геодинамической активности центральной части Западно- Сибирской плиты . 84
4.4. Оценка геодинамической активности Среднего Урала и Приуралья 87
Глава 5. Оценка геодинамической активности при разработ ке калийных месторождений, геодинамическое обоснование безопасного ведения горных работ на рудниках 90
5.1. Оценка геодинамической активности на Талицком участке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей . 90
5.2. Оценка геодинамической активности на Жилянском месторождении калийных солей (Республика Казахстан) . 94
5.3. Оценка геодинамической активности на Тюбегатанском месторождении калийных солей (Республика Узбекистан) 99
Глава 6. Закономерности и особенности формирования геоэкологических условий слабо освоенных нефтегазоносных регионов (на примере юго-запада сибирской платформы) 109
6.1. Регионально-зональные природные и геологические факторы формирования геоэкологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий 110
6.2. Геокриологические и инженерно-геологические условия 123
6.3. Основные гидрогеологические и геохимические закономерности 135
6.4. Геоэкологические условия и комплексная оценка состояния природно-геологической среды Байкитского нефтегазоносного региона 150
Глава 7. Региональный геоэкологический анализ, методы картографирования, районирования, оценки состояния урбанизированных хорошо освоенных нефтегазоносных регионов (на примере Западного Приуралья и Урала) 175
7.1. Анализ основных природно-геологических факторов Западного Приуралья и Урала 175
7.2. Анализ, оценка и районирование геодинамической активности 192
7.3. Анализ гидрогеологических условий 199
7.4. Анализ инженерно-геологических условий 207
7.5. Анализ техногенных факторов воздействия на природную среду и радио экологические условия . 217
7.6. Анализ и оценка состояния природных ландшафтов, ландшафтно- техногенных комплексов и ландшафтно-геологических систем . 229
7.7. Эколого-геологический анализ и оценка компонентов природно- геологической среды 240
7.8. Общая (интегральная) оценка и районирование территории Пермского края
по экологическому состоянию природно-геологической среды 285
Глава 8. Геологическая и экологическая безопасность при родных и урбанизированных территорий 292
8.1. Основы районирования и оценки территорий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций с экологическими последствиями как основного результата действия геодинамических и техногенных процессов 292
8.2. Научная концепция геологической безопасности крупного города (на примере г. Перми) 296
8.3. Формирование системы геоинформационного обеспечения геологической и экологической безопасности территорий и их рационального природопользования (на примере создания ГИС-атласа Пермского края) 313
Заключение . 324
Список литературы . 327
Перечень основных условных обозначений, символов и сокращений 351
- Концепция и общая методология региональных геоэкологических исследований и картографирования
- Методологический подход к оценке геодинамической (неотектонической) активности
- Основные результаты аэрокосмогеологических исследований, дешифрирования новейших структур и линеаментов
- Оценка геодинамической активности северной части Тимано-Печорской плиты
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Тема диссертации посвящена фундаментальным проблемам наук о Земле – изучению и оценке природно-геологической среды и геодинамической активности верхней части литосферы, которые рассматриваются в рамках геоэкологии, инженерной геологии и нового научного направления, находящегося на стыке этих наук и современной геодинамики – учения о геодинамических активных зонах. Совершенствование их теоретических, методологических основ, методик, технологий изучения, оценки геоэкологического состояния необходимо для рационального природопользования, геологической и экологической безопасности развития и хозяйственного освоения любых территорий, в т.ч. нефтегазоносных регионов. В последние годы эта проблема стала особенно важной всвязи с глобальным изменением экологической обстановки, развитием чрезвычайных ситуаций во многих регионах России и других странах. Во многом это связано с усиливающимся синергетическим воздействием техногенеза и геологических факторов, особенно – геодинамики на окружающую среду. Геодинамика и техногенез представляют собой два мощных современных фактора планетарного и регионального уровней, которые приводят к глобальному изменению окружающей среды обитания человека и геологической среды в частности. Изучение и оценка эколого-геодинамического и эколого-геохимического состояния природной среды являются важнейшими общими и региональными экологическими проблемами многих территорий с различной степенью освоенности, особенно Урала, Сибири, Севера и Дальнего Востока, где в условиях минимальной плотности населения предусматривается создание крупных промышленно-территориальных комплексов с осуществлением технологичных, наукоемких и дорогостоящих проектов. Однако до настоящего времени при изучении геоэкологических и инженерно-геологических условий как природных, так и урбанизированных территорий оценке геодинамической активности уделяется недостаточное внимание.
Геоэкологическое и инженерно-геологическое картографирование территорий должно проводиться на единой научно-методической основе с применением современных методов исследований – дистанционных аэрокосмогеологических методов и геоинформационных технологий. При этом необходимо опираться на опыт проведения этих исследований в различных регионах, с учетом сходства и различия природных условий и степени освоенности.
В данной работе представлен опыт исследований в нефтегазоносных регионах – Восточной и Западной Сибири, Европейского Севера, Приуралья и Урала. Более полно автором изучены территории Пермского и Красноярского краев. Общим для них является их нефтегазоносность, которая определяет специфичность проведения исследований.
Красноярский край имеет начальную стадию освоения нефтегазовых месторождений и отличается благоприятными условиями для изучения воздействия нефтегазового техногенеза. Открытие в конце восьмидесятых годов ряда нефтегазовых месторождений, в том числе крупнейшего в Восточной Сибири – Юрубчено-Тохомского, позволяет рассматривать этот регион как крупнейшую топливно-энергетическую базу в восточной части России. Для успешного его освоения необходима комплексная характеристика геолого-гидрогеологических условий, особенно в целях широкого использования пресных подземных вод для нужд нефтегазодобычи. Прогнозируется, что развитие нефтяной и газовой промышленности в Восточной Сибири позволит
России уже в ближайшем будущем приступить к решению важнейшей геополитической и экономической задачи XXI века – выйти на Азиатско-Тихоокеанский энергетический рынок. В связи с интенсификацией геологоразведочных на нефть и газ работ в последние годы важнейшее значение стала приобретать проблема охраны окружающей среды. Особенно сильное антропогенное воздействие испытывает наиболее мобильный компонент – приповерхностная гидросфера. Решение этой проблемы требует всестороннего изучения геоэкологических условий методами геоэкологического картографирования и разработки системы мониторинга и контроля состояния геологической среды. Применяемые геоэкологические методы на этой территории могут быть эталонными для других территорий.
Пермский край характеризуется большим разнообразием природных условий и ресурсов, относится к территориям с развитыми промышленными и городскими агломерациями с природно-лесными и сельскохозяйственными районами. Открыто более 200 нефтегазовых месторождений, многие из которых хорошо освоены. Изучение влияния нефтегазового фактора осложняется другой мощной техногенной нагрузкой (комплекс нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной, химической, горнодобывающей, деревообрабатывающей и другими видами промышленности), высокая степень которой обусловила состояние природной среды некоторых районов на уровне кризиса и экологического бедствия. Поэтому для этой территории была разработана система интегральной оценки состояния природной среды как результата комплексного воздействия всех основных природных и техногенных факторов. Методология этих исследований также может быть базовой для многих нефтегазоносных территорий России.
Степень разработанности темы.
Различные аспекты темы рассматривались в работах многих ученых и специалистов. Однако основная проблема диссертационных исследований – оценка геодинамической активности при изучении геоэкологических и инженерно-геологических обстановок практически не раскрыта как в теоретическом, так и методическом отношении и слабо освещена в научной литературе. Также слабо разработаны общая методология геоэкологического картографирования, принципы и методы комплексной экологической оценки и геологической безопасности урбанизированных территорий. Несмотря на сложные экологические условия рассматриваемых регионов, целенаправленных региональных геоэкологических исследований до последнего времени здесь не проводилось.
Объект исследований. Природно-геологическая среда континентальных нефтегазоносных регионов России: грунты, почвы, подземные и поверхностные воды, газы, микроорганизмы, снежный и растительный покров, ландшафты; геодинамические активные зоны в верхней части литосферы; природно-технические системы.
Предметом исследований являются эколого-геологические, инженерно-
геологические, гидрогеологические, геохимические закономерности в верхних частях литосферы; процессы формирования геодинамических активных зон; геологические и техногенные факторы, обусловливающие техноприродные чрезвычайные ситуации.
Цели и задачи.
Главная научная идея диссертационного исследования заключается в разработке эффективного метода выявления и картирования геодинамических активных зон – линеаментно-геодинамического анализа – и его применении в комплексе геоэкологических и инженерно-геологических исследований для обеспечения геологической и экологической безопасности территорий и объектов.
Цель исследований. Изучение геоэкологических и инженерно-геологических
условий и природно-технических систем нефтегазоносных регионов для обеспечения
их геологической и экологической безопасности при комплексном освоении и
рациональном природопользовании. Разработка теоретических и методологических
основ учения о геодинамических активных зонах, оценка их влияния на
геоэкологические и инженерно-геологические процессы и условия. Разработка
научно-методических основ геоэкологических и инженерно-геологических
исследований и картографирования с применением дистанционных методов и геоинформационных технологий.
Основные задачи исследований.
1. Анализ современных представлений геоэкологии, экологической геологии и
геодинамики, их структурная и предметная взаимосвязь, теоретическое обеспечение
системы геологической и экологической безопасности.
-
Анализ теоретических предпосылок учения о геодинамических активных зонах, исторические предпосылки, пути развития теории; разработка содержания, структуры, общей методологии исследований. Разработка модели формирования геодинамических активных зон, их классификация.
-
Разработка линеаментно-геодинамического анализа (в комплексе с линеамент-но-блоковым и морфонеотектоническим анализом) как методологической основы изучения геодинамических активных зон и его проведение в различных геолого-экологических условиях.
-
Разработка методики выделения геодинамических активных зон, как потенциально опасных геологических участков на трассах нефтегазопроводов и ее применение в различных регионах.
-
Разработка методики выделения геодинамических активных зон как потенциально опасных геологических участков на калийных рудниках и ее применение в различных регионах России и ближнего зарубежья.
-
Оценка влияния геодинамических активных зон на геоэкологические и инженерно-геологические процессы и условия.
-
Изучение геокриологической обстановки (анализ физико-географических, геолого-геоморфологических и мерзлотно-гидрогеологических факторов формирования многолетнемерзлых пород); экогидрогеологической обстановки (анализ гидрогеологических закономерностей распространения подземных вод); экогеохимической обстановки (анализ геохимических полей природных вод, газов, почв, снежного, растительного покрова, микроорганизмов).
8. Изучение инженерно-геологических свойств грунтов; разработка научно-
практических подходов по улучшению качества строительных материалов, исполь
зуемых при сооружении инженерных объектов.
9. Картирование и оценка состояния геологической среды нефтегазовых месторо
ждений, разработка системы мониторинга и геологического контроля.
-
Регионально-зональный геоэкологический и инженерно-геологический анализ на основе исследований и картографирования нефтегазоносных регионов (на примерах Приуралья, Урала, Восточной и Западной Сибири, Европейского Севера и др.).
-
Составление геоэкологических и инженерно-геологических картографических моделей на основе ГИС-технологий.
-
Разработка концептуальных принципов регионально-зонального геоэкологического картографирования и критериев оценки состояния природной среды.
-
Разработка принципов и методики районирования территорий по опасностям и рискам возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) с экологическими последствиями. Оценка геологических, социально-экологических рисков и техноприродных опасностей развития ЧС при освоении нефтегазоносных районов.
-
Разработка концепции геологической и экологической безопасности нефтегазоносных регионов, территорий городских и муниципальных образований.
-
Разработка системы информационно-аналитического обеспечения в современных ГИС-технологиях для принятия управленческих решений с целью геологической и экологической безопасности.
Научная новизна.
-
Впервые раскрывается содержание нового научно-прикладного направления современной и новейшей геодинамики (на стыке с другими науками, в т.ч. – с геоэкологией, инженерной геологией, гидрогеологией, минерагенией и др.), названного автором «учением о геодинамических активных зонах», приводится определение понятия последних, их классификация, основные задачи изучения и применения.
-
Впервые разработана методология изучения и выявления геодинамических активных зон на основе линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализов.
-
Изучено влияние геодинамических активных зон на геоэкологические и инженерно-геологические процессы в различных природных и урбанизированных обстановках.
-
Разработана система прогнозирования геодинамических активных зон и выявления потенциально опасных участков на трассах нефтегазопроводов и других линейных сооружений на основе аэрокосмогеологических методов, которая реализована в районах Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Урала и Приуралья.
-
Разработана методика и выполнена оценка геодинамической опасности на участках действующих и проектируемых рудников и районов месторождений калийных солей: Верхнекамское (Россия), Жилянское (Казахстан), Тюбегатанское (Узбекистан).
-
Разработана методология регионально-зональных геоэкологических исследований и картографирования с применением дистанционных методов и геоинформационных технологий на основе системного подхода к изучению, моделированию, оценке и прогнозу качества состояния природно-геологической среды.
-
Разработаны основные принципы и критерии интегральной оценки и районирования геоэкологических условий (для платформенных регионов).
-
Изучены закономерности и факторы формирования геоэкологических и инженерно-геологических условий нефтегазоносных регионов разной степени освоенности, ведущими из которых являются природные (геодинамические, структурно-тектонические, геохимические, гидрогеологические, геокриологические, геоморфологические) и техногенные факторы, при этом установлено, что наиболее сильно они проявляются в геодинамических активных зонах, где особенно сильно воздействует на окружающую среду.
-
Выполнена современная комплексная оценка воздействия на окружающую среду при эксплуатации нефтегазовых месторождений на юго-западе Сибирской платформы, разработана система мониторинга и контроля геологической среды, что сделано впервые для Байкитского нефтегазоносного региона Восточной Сибири.
10. Проведено современное геоэкологическое, инженерно-геологическое, гидро
геологическое, ландшафтно-геохимическое, неотектоническое картографирование и
районирование территории Пермского края (масштаб 1:500 000).
11. Выполнена современная комплексная оценка состояния природно-
геологической среды Пермского Приуралья по комплексу геоэкологических критери
ев, где впервые особое внимание уделено эколого-геодинамическому фактору.
12. Разработана методика районирования и оценки территорий по опасностям и
рискам возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций с экологиче
скими последствиями, которая применена для Пермского края.
13. Разработана концепция геологической безопасности городов (на примере
г. Перми).
14. Разработана методология ГИС-атласа, как системы информационно-
аналитического обеспечения для принятия управленческих решений с целью рацио
нального природопользования, геологической и экологической безопасности. Состав
лен атлас карт геологического и геоэкологического содержания на территорию Перм
ского края с применением ГИС-технологий.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-
Проведенные теоретические исследования при разработке учения о геодинамических активных зонах являются частью фундаментальных исследований, могут иметь значение для общего понимания геологических процессов, происходящих в геосферах Земли.
-
Методология линеаментно-геодинамического анализа на основе дистанционных аэрокосмогеологических методов и геоинформационных технологий имеет важное научно-практическое значение для решения задач: сейсмологии, инженерной геологии, геоэкологии, гидрогеологии, минерагении.
3. Методы и технологии выявления и картирования геодинамических активных
зон находят применение при поисках месторождений полезных ископаемых (нефть и
газ, алмазы, золото, полиметаллы, подземные воды) и обосновании безопасного веде
ния горных работ (при разработке нефтегазовых и калийных месторождений).
-
Методики полевых исследований и способов обработки информации позволяют повысить качество и эффективность работ по геоэкологическому и инженерно-геологическому изучению.
-
Геоэкологическое картографирование в Красноярском крае является одним из первых опытов в Восточной Сибири и целом по Российской Федерации, результаты позволяют оценивать, прогнозировать состояние природно-геологической среды, система контроля по картографическому мониторингу и режиму позволяет оперативно управлять экологической ситуацией.
-
Геоэкологическое картографирование в Пермском крае выполнено в рамках федеральной программы «Геоэкология России». Результаты исследований дают обширную информацию о комплексной оценке геоэкологии, служат информационной базой для разработки региональной политики природопользования.
-
Разработанная концепция геологической безопасности г. Перми является базовой основой для нового генерального плана развития города и может быть эталоном для разработки общей стратегии геологической безопасности крупных городов.
Методология и методы исследования.
Основной принцип исследований базируется на системном подходе к изучению, моделированию, оценке и прогнозу качества состояния природно-геологической среды; комплексности, преемственности и соподчинению масштабов работ. Общей методологией исследований является системный анализ и картографическое моделирование природно-геологической среды, природно-технических систем и геодинамических активных зон на основе естественнонаучных методов.
Применялись комплексы методов, разработанные ведущими научно-
исследовательскими институтами (ВСЕГИНГЕО, ВСЕГЕИ, ИМГРЭ, ВНИИЯГ,
ПНИИС и др.): геоэкологические исследования и картографирование масштаба
1:200 000-1:500 000 (ГЭИК-200, 500), геологическое доизучение масштаба 1:200 000
(ГДП-200), государственная гидрогеологическая съемка масштаба 1:200 000 (ГГС-
200), многоцелевое геохимическое картирование масштаба 1:1 000 000 (МГХК-1000),
государственный мониторинг геологической среды (ГМГС), оценка воздействия на
окружающую среду (ОВОС), геохимические поиски нефти и газа (ГПНГ), аэрокосмо-
геологические исследования (АКГИ), дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ),
комплексное инженерно-геологическое и геокриологическое картографирование
масштаба 1:50 000-1:200 000, инженерно-геологические изыскания, структурно-
геологическая съемка. Применялись авторские методики: специализированные мерз
лотно-гидрогеологические и геохимические исследования; комплекс структурно-
геоморфологических и неотектонических методов (морфометрический, морфострук-
турный, морфонеотектонический, линеаментно-блоковый, линеаментно-
геодинамический анализы), структурно-гидрогеологический анализ. При обработке
материалов широко использовались методы математической статистики, геоинфор
мационные технологии, картографическое моделирование.
Положения, выносимые на защиту:
-
Теоретические основы учения о геодинамических активных зонах как ведущих факторах формирования геоэкологических условий региона: научное содержание учения, его место в системе наук о Земле, геоэкологическая роль. Методологический подход к определению геодинамической активности, основанный на использовании линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализа территории, позволяет выявить геоэкологические особенности региона в целях оценки геологической безопасности планируемой хозяйственной деятельности [6, 11, 13, 17, 21, 23, 24, 27] (главы 1, 2, 3).
-
Инженерно-экологическая оценка при поисках и разработке нефтегазовых, ка-лийно-магниевых и других месторождений основана на аэрокосмогеологических исследованиях. Методический комплекс по выявлению и картированию экологических зон с разной геодинамической активностью позволяет прогнозировать потенциально опасные геодинамические участки на трассах нефтегазопроводов и других объектах, а также на действующих и проектируемых рудниках для обоснования безопасного ведения горных работ [1, 2, 4, 7, 9, 19, 20] (главы 4, 5).
-
Основные закономерности формирования геоэкологических условий нефтегазоносных регионов определяются природными (геодинамическими, структурно-тектоническими, геокриологическими, гидрогеологическими, геохимическими) и техногенными факторами. Наиболее сильные экологические изменения проявляются в приповерхностной гидросфере в условиях повышенной геодинамической активности [3, 10, 16, 18, 22, 28, 30] (глава 6).
-
Региональные геоэкологические исследования, картографирование основаны на интегральных показателях и критериях оценки экологического состояния, базируются на геохимических, гидрогеологических, геодинамических, дистанционных методах и геоинформационных технологиях, обеспечивают оценку опасности и рисков возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций, геологическую и экологическую безопасность регионов, территорий городских и муниципальных образований при их комплексном освоении [5, 8, 12, 14, 15, 25, 26, 29] (главы 1, 7, 8).
Степень достоверности и апробация результатов.
Обоснованность и достоверность исследований основана на большом фактическом
материале по результатам многолетних (более 35 лет) исследований автора в области
геоэкологии, инженерной геологии, геодинамики, неотектоники, геохимии, гидрогео
логии, геокриологии; подтверждается большим объемом лабораторных и полевых
аналитических данных стандартными методами; статистической обработкой большо
го объема данных, применением современных геоинформационных технологий и
дистанционных методов (результаты которых подтверждаются геолого-
геофизическими методами); практической реализацией полученных разработок.
Личный вклад автора. Исходным фактическим материалом для диссертации послужили результаты геоэкологических, структурно-геологических, нефтегазопоиско-вых, мерзлотно-гидрогеологических, геохимических работ, выполненных при непосредственном участии автора в качестве ответственного исполнителя. На территории Сибири и Урала автором было выполнено более 13000 км маршрутов геоэкологических, гидрогеологических, геохимических и геологических съемок с комплексом наблюдений, опробования (более 25000 точек), гидрометрических измерений (1800), полевых химико-аналитических работ (3000). Проведена систематизация геоэкологических данных (анализов по подземным и поверхностным водам: химических – 15500, спектральных – 5500, галоидов – 3500, нефтепродуктов и ароматических УВ – 900, водногазовый анализ – 3466, микробиологический – 1204, токсичность воды – 1511; спектральный анализ почв, пород, донных осадков, растительности – 13000; анализ почв и пород: газокерновый – 5000, битуминологический – 10400, ртуть в почвах – 1076; анализ физико-механических свойств пород – 2000 и др.). Также экспедиционные исследования проводились автором в других регионах – Поволжье, Кавказе, Саха-Якутии, Туркменистане, Казахстане, Узбекистане и др. Многие регионы были охвачены дистанционными исследованиями разных масштабов (дешифрирование КС и АФС: тектонических линеаментов – 80000, кольцевых структур, ландшафтных аномалий – 5000). Основанием для написания диссертации послужили 75 научно-производственных отчетов, составленных под руководством или при непосредственном участии автора, включающих более 300 авторских карт. Все основные результаты диссертации получены автором лично.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований на территории Восточной Сибири внедрены в ГГП «Енисейнефтегазгеология» (паспорта аномалий, карты-внедрения на размещение объектов бурения, методики работ и стандарты предприятия); вошли в 8 отчетов. Материалы по ОВОС (6 отчетов) использованы при подготовке бурения в Красноярском крае, эксплуатации Юрубченского месторождения; составлении программ мониторинга для предприятий и нефтегазовых компаний и федеральной программы мониторинга Южной Эвенкии. Результаты специализированных исследований вошли в 4 отчета (НИФТИ Красноярского госуниверситета и Института Радона, г.С.-Петербург), с рекомендациями по выбору участков для захоронения высокотоксичных отходов атомной промышленности на Енисейском кряже. Результаты геологических, аэрокосмогеологических исследований (АКГИ) и оценки современной геодинамики использованы при составлении 13 геологических отчетов ООО «ПермНИПИнефть», ЗАО «Лукойл-Пермь», ГИ УрО РАН, МПР Пермского края (поиски нефти и газа), ООО «Пермьгеоплюс» (поиски алмазов), ОАО «НПЦ «Мониторинг» – ХМАО, ООО «Западноуральская компания» (поиски золота), ООО «Киров-недра» (поиски подземных вод), ООО «Геокарта-Пермь» (ГДП-200). Результаты по оценке геодинамической активности территорий трасс нефтегазопроводов и других
инженерных сооружений при разработке месторождений нефти и газа использованы при составлении 6 геологических отчетов: ООО «ПермНИПИнефть», ООО «Нарьян-марнефтегаз», ООО «Пермская геолого-геофизическая компания», ООО «Газпром Трансгаз Чайковский», ГИ УрО РАН, ООО «Недра». Результаты по оценке геодинамической активности территорий с целью обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения калийных и других месторождений использованы при составлении 4 геологических отчетов: ОАО «Галургия (Верхнекамское месторождение), ООО «ЗУМК-Инжиниринг» (Жилянское месторождение, Казахстан; Тюбе-гатанское месторождение, Узбекистан), ООО «ПермПроектИзыскания» (Качканар-ское месторождение титаномагнетита, Качканарский ГОК). Результаты АКГИ по оценке тектонической трещиноватости для прогнозирования карстовой опасности использованы при реализации федеральной программы МПР Пермского края. Результаты комплексного геологического изучения с оценкой геодинамической активности территорий использованы при составлении разделов для разработки схем территориального планирования и генеральных планов городских округов Пермского края, Нижегородской и Свердловской областей (7 отчетов). Результаты геоэкологических исследований Коми-Пермяцкого АО внедрены в Госкомэкологию КПАО. Материалы ГЭИК-500 и МГХК-1000 использованы при составлении геоэкологической карты Пермского края. Электронный вариант ее внедрен в Управление по охране окружающей среды Пермского края и используется в составе экологического блока географической информационной системы. 10 авторских карт включены в Атлас Пермского края (разработанного ПГНИУ по заказу Министерства промышленности, инноваций и науки Пермского края), включая геоэкологическую, инженерно-геологическую, гидрогеологическую, ландшафтно-геохимическую, неотектонической активности, блоковых структур и др. Концепция геологической безопасности города Перми и Программа мероприятий до 2030 г. внедрены в Департаменте планирования и развития г. Перми.
Результаты многолетних исследований автора использованы при выполнении НИР (ЕНИ ПГНИУ, 2012-2014 гг.) по заданию Министерства образования и науки РФ по теме «Разработка теории, методов и технологий выявления и картирования геодинамических активных зон, оценка их влияния на инженерно-геологические и геоэкологические процессы». Некоторые положения и выводы диссертации используются автором в учебном процессе на кафедре инженерной геологии и охраны недр и кафедре поисков и разведки полезных ископаемых ПГНИУ при чтении лекций и на практических занятиях по курсам: «Аэрокосмические методы в геологии», «Методы инженерно-геологического районирования», «Основы геологической безопасности городов», разработке дипломных и курсовых работ, магистерских и кандидатских диссертаций.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 61 научной конференции и совещаниях геологического и геоэкологического профиля, в т.ч. 20 международных: International Radioecological Conference «The fate of spent nuclear fuel: problems and reality» (Krasnoyarsk, 1996), «Геоморфология гор и равнин: взаимосвязи и взаимодействия» (Краснодар,1998), «Экологическая геология и рациональное недропользование» (С.-Петербург, 2000), «Проблемы экологической геоморфологии» (Белгород, 2000), «Геодинамика нефтегазоносных бассейнов» (Москва, 2004), «Environmental Pollution» (Perm-Kazan, 2005), «Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов» (Пермь, 2005), «Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (Пермь, 2011), «Геология крупных городов» (С.-Петербург, 2012), «Естественные науки: дос-
тижения нового века» (ОАЭ, Шарджа, 2013), «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные, и природоохранные технологии освоения недр» (Иран, Занджан, 2013), «Ecology and environmental management» (Maldives, 2012), «Problems of ecological monitoring» (Italy, Rome-Florence, 2012), «Research on the priority of higher education on-directions of science and technology» (on board the cruise ship MSC Magnifica «Around Europe», 2012), «Nature management and environment protection» (France, Paris, 2012), «Ecology industrial regions of Russia» (The United Kingdom, London, 2012), «Modern problems of environmental pollution» (Canary Islands, Tenerife, 2013), «Control of production and natural resources» (Australia, Sydney, 2013), «Education and science without borders» (Germany, Munich, 2013);15 всероссийских: «Геологическое строение, нефтегазоносность и перспективы освоения нефтяных и газовых месторождений Нижнего Приангарья» (Красноярск, 1996), «Гидрология и геоморфология речных систем» (Иркутск, 1997), «Геоэкологическое картографирование» (Москва, 1998), «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века» (С.-Петербург, 2000), «Научно-методические основы и практика регионального гидрогеологического изучения и картографирования» (Москва, 2001), «Современные геоинформационные системы для предупреждения и ликвидации ЧС. Теория и практика» (Москва, 2003), «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004), «Экологические проблемы и пути решения» (Пермь, 2007), «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы и задачи инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ» (Пермь, 2008), «Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей» (Екатеринбург, 2011), «География, история и геоэкология на службе науки и инновационного образования» (Красноярск, 2011, 2012, 2013), «Геолого-геохимические проблемы экологии» (Москва, 2012), по глубинному генезису нефти «2-е Кудрявцевские чтения» (Москва, 2013) и 26 региональных и межрегиональных (Красноярск, Шушенское, Новосибирск, Москва, Пермь, Кудымкар, Березники, Томск, Екатеринбург), которые опубликованы в периодической печати.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 140 печатных работ, в том числе 4 монографии (2 – единолично, 2 – в соавторстве) и 85 статей, включая 25 публикаций в рецензируемых журналах из списка ВАК (10 – единолично, 15 – в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы, включающего 450 наименований. Общий объем составляет 350 страниц текста, содержит 99 рисунков, 18 таблиц.
Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность докторам геолого-минералогических наук, профессорам В.Н. Быкову, О.Н. Грязнову, Р.Г. Ибламинову, В.Н. Катаеву, А.Б. Макарову, В.А. Наумову, О.Б. Наумовой, Б.М. Осовецкому, В.Б. Писецкому, В.В. Середину, А.Г. Талалаю, а также почетному нефтянику России В.З. Хурсику за содержательные консультации, полезные замечания и советы. Автор благодарен за многолетнее плодотворное сотрудничество коллегам из Северной ГПП ГГП «Енисейнефтегазгеология», ФГУП «Геокарта-Пермь» и ООО «ПермНИПИнефть» при проведении полевых работ в Сибири и Урале, результаты которых легли в основу данной диссертационной работы. Диссертант благодарен коллективу лаборатории геологического моделирования и прогноза ЕНИ ПГНИУ и особенно к.т.н. А.В. Коноплеву за неоценимую помощь и поддержку при проведении работы.
Концепция и общая методология региональных геоэкологических исследований и картографирования
Под геоэкологическим картографированием понимается отображение на топографической основе определенного масштаба экологического состояния геологической среды (как многокомпонентного объекта с быстро изменяющимися во времени и пространстве свойствами) в естественных условиях и ее изменений, вызванных хозяйственной деятельностью (М.В. Кочетков и др. [232, 233]). Целью геоэкологического картографирования, по мнению Г.А. Голодковской и М.Б. Куринова [63] является создание моделей, которые могли бы использоваться для определения предельно-допустимых нагрузок на окружающую среду, обоснования и организации геоэкологического мониторинга, прогнозирования геоэкологической ситуации, принятия управляющих решений и, в конечном счете, для выбора концепции экономического развития региона и экологической политики.
К региональным геоэкологическим картам (ГЭК), которые составляются на федеральном и территориальном уровнях с целью обоснования рационального природопользования, охраны геологической среды и стабильного хозяйственного и социального развития территории (для субъектов РФ и их крупных районов) и которые составляются на федеральном и территориальном уровнях можно отнести карты мелкого и среднего масштаба 1:1 000 000 – 1:200 000. Несмотря на значительный опыт проведения геоэкологического картографирова ния в России, существующие методики составления ГЭК разработаны недостаточно; до сих пор отсутствуют единые принципы составления итоговых геоэкологических карт, унифицированные методики их составления, а также типовые геоэкологические леген ды. Это было отмечено на Всероссийской конференции «Геоэкологическое картографи рование» (Москва, ВСЕГИНГЕО, 1998) и на Международной конференции «Экологиче ская геология и рациональное недропользование» (Санкт-Петербург, СпбУ, 2000) и др. Главным недостатком, как отмечает Ю.К.Шипулин [422] является отсутствие общепри нятой концепции геоэкологического картографирования. Недостаточно разработаны на учно-методические основы и критерии региональной оценки экологической опасности и риска освоения территорий. Поэтому, многие региональные методики базируются на различных подходах к выделению основных элементов на ГЭК – географических ланд шафтов и ГС (ВСЕГИНГЕО), геоморфологических ландшафтов и геологической среды (ВСЕГЕИ), геохимических полей (ИМГРЭ), а также различных геологических, инже нерно-геологических, геоморфологических, геоботанических, природно территориальных и других комплексов. В большинстве методик в качестве итоговых ГЭК предлагаются двухлистовые картографические модели, где на одном листе отобра жаются геоэкологические условия (ситуация, состояние ГС), на втором по одному из показателей или по интегральному показателю в бальной форме отображается степень экологической опасности или риска. В.Н. Островский и Л.А. Островский [326] считают, что целесообразно составление только одной карты – экологического состояния ГС, при этом в качестве основы для районирования целесообразно использовать гидрогеологическое районирование на геологической основе.
Автор считает, что оценка состояния геологической среды требует системного, объективного и оптимального отображения геоэкологической (эколого-географической и эколого-геологической) информации средствами современной картографии и не должна зависеть от ведомственных интересов, однако должна учитывать специализацию предприятий и региональные условия территорий.
На основании анализа теоретических и методических разработок и многолетнего личного опыта геоэкологических исследований различных частей России – Сибири, Урала, Приуралья, Севера и Дальнего Востока автором разработана концепция регионального геоэкологического изучения и картографирования территорий применительно к платформенным континентальным регионам [140, 145-150, 153, 154, 180]. Основной методологической задачей является картографическое моделирование состояния природно-геологической среды, представляющее собой процесс создания информационно-картографической модели – атласа карт геологического и экологического содержания, которые позволяют анализировать состояние среды в целом и по отдельным компонентам, прогнозировать их изменение во времени и пространстве.
Основными принципами концепции регионального геоэкологического картографирования являются: 1) системный подход к проведению картографирования, предполагающий сопряженное выполнение соподчиненных работ для решения задач на разных иерархических уровнях: обзорного (масштаб 1:2 500 000 – 10000000), субрегионального (1:1 000 000 - 1:1 500 000), регионального (1:500 000 - 1:200 000), местного (1:50 000 – 1:25 000 и крупнее); 2) оптимизация – обеспечивается минимально достаточным объемом проводимых исследований и данных (количественный аспект) и правильностью выбора объектов исследований, маршрутов или точек наблюдений (качественный аспект); 3) комплексность и приоритетность предполагающие изучение всех компонентов природно-геологической среды, с применением широкого комплекса методов, с приоритетом по геодинамическим и геохимическим методам; 4) объективность выполнения работ, обеспечивающаяся построением объективной картографической модели, достоверно и адекватно отражающая геоэкологическую обстановку. Достигается на организационном и практическом уровне проведения работ; 5) критериальность и экологичность картографирования обуславливающиеся объективными критериями и показателями состояния природно-геологической среды на основе системы экологических норм; 6) результативность и динамичность – предполагающие унификацию, систематизацию данных, формирование информационных банков; моделирование на основе постоянно пополняющихся баз данных, позволяющих отражать современное состояние природно-геологической среды; 7) многофункциональность системы заключающаяся в способности выполнять функции информации, оценки, прогноза.
Картографическое моделирование состояния ГС представляет собой процесс создания информационно-картографической модели – атласа (в том числе электронного) параметрических, аналитических и синтетических карт геологического содержания, которые позволяют анализировать состояние ГС в целом и по отдельным компонентам, прогнозировать их изменение во времени и пространстве. Методологическое обоснование построения геоэкологической карты заключается в следующем. Геоэкологическая карта (ГЭК) представляет собой графическое изображение ГС, в составе которой выделяются четыре основные компонента: рельеф (поверх 20 ность литосферы), породы и почвогрунты, природные воды и формы проявления экзогенных геологических процессов. В совокупности они составляют фоновую ландшафтную и гидрогеологическую основу геоэкологической карты. Ландшафтные подразделения выделяются по комплексу признаков, ведущим из которых является геоморфологический признак – рельеф, с которым коррелируются все остальные. Гидрогеологические подразделения выделяются на геологической основе. Ведущую роль в формировании ландшафтов, гидрогеологических и геохимических полей, экстремальных состояний объектов играют геодинамические условия, обусловленные глубинным строением земной коры и степенью активности современных тектонических движений. Геодинамические активные зоны земной коры могут влиять на живые организмы, создавать при этом, так называемые геопатогенные зоны. Методически традиционная ГЭК строится следующим образом. Разрабатываются легенда и критерии основной и дополнительной геоэкологической информации, способы их отображения. Основными элементами ГЭК являются ландшафты с фоновой геохимической характеристикой и водоносные комплексы (изображаются наиболее выразительным средством – цветом), геодинамические и гидрогеодинамические зоны, выделенные по морфонеотектоническому и структурно-гидрогеологическому анализам (изображаются штриховкой), геохимические и гидрогеохимические аномалии с градацией по экологической значимости (изображаются изолиниями или контурами компонентов, превышающих предельно допустимые концентрации). Дополнительными элементами ГЭК являются: критерии оценки геохимической и геодинамической устойчивости ландшафтов, модуль техногенной нагрузки (показываются крапом), природные неблагоприятные геологические объекты и процессы, техногенные объекты и источники воздействия на ГС (изображаются другими знаками и линиями).
В последние годы во всех видах геологического картографирования, в т.ч. и геоэкологическом, все более широкое применение находят методы автоматизации на основе компьютерных технологий картографирования. Особенно широко внедряются технологии географических информационных систем (ГИС технологии), которые обеспечивают качественно новые возможности использования геоэкологической информации.
Методологический подход к оценке геодинамической (неотектонической) активности
Оценка геодинамической активности земной коры и ее частей является фундаментальной проблемой наук о Земле (геологии, географии, экологии, экономики).
Изучение геодинамической (неотектонической) активности проводится по направлениям, исследующим сложную гетерогенную систему «рельеф – тектонические ли-неаменты и структуры – водные растворы – вещество». Реализация производится в общей схеме исследований «современный рельеф – геоморфологические методы исследований – структурные и геологические условия – геологические методы исследований – геологические результаты». Главная идея – использование рельефа и линеаментов для построения моделей геодинамических активных зон.
В основу методики изучения геодинамических активных зон положен комплекс методов: структурно-геоморфологический (морфометрический, морфоструктурный, морфонеотектонический, структурно-линеаментно-геодинамический), структурно гидрогеологический и структурно-геохимический анализ [70, 135, 141, 196, 262]. В современном виде она выглядит в следующей последовательности: построение: 1) базовых морфометрических картосхем – порядков водотоков, базисных поверхностей различных порядков, коэффициентов извилистости русел, аномальных уклонов продольных профилей водотоков, суммарной эрозионной расчлененности рельефа; 2) цифровой модели рельефа; 3) картосхем (диаграмм) систем мегатрещиноватости (локальных и коротких тектонических линеаментов); 4) количественная обработка и математическая интерпретация результатов: приведение к условиям однородной среды, нормирование, осреднение в квадратах, расчет показателей в равнозначных градациях (баллах), расчет суммарного балла, построение картосхем в изолиниях, результирующей картосхемы геодинамической (неотектонической) активности; 5) построение геодинамической модели, обобщение ее данных с данными морфометрии и о геологическом строении и структурной обстановке, геодинамическое районирование, выделение геодинамических активных зон; 6) оценка степени достоверности результатов – сопоставление геодинамической активности с данными о состоянии геофизических, геохимических, гидрогеологических полей и другими, оценка степени неотектонической активности локальных объектов (структур, участков и др.).
Данный вид исследований находится на стыке геологии и геоморфологии. При этом для решения геологических задач применяются геоморфологические методы – структурно-геоморфологические исследования. Основной метод структ урно геоморфологические исследований – морфоструктурный анализ, задачей которого является расчленение суммарного эффекта эндогенных и экзогенных воздействий на рельеф и выделение в нем ведущего начала, т.е. процесс тектонической деформации земной поверхности и его морфологические проявления в виде формирования и развития разнообразных морфоструктур. Узловым понятием морфоструктурного анализа является термин «морфоструктура». Этот термин пользуется широким употреблением, имеет многозначное понимание (существует более 20 определений). Здесь под «морфо-структурой» понимается определение И.П. Герасимова (1959, 1970), как формы рельефа, отображающей особенности геологической структуры…, или формы земной поверхности, созданной тектоническими движениями в их взаимодействии с факторами денудации и аккумуляции [53]. Близким к этому понятию является понятие – «неотектоническая структура» (по В.А. Обручеву, 1947), или «новейшая тектоническая структура» (по Н.И. Николаеву, 1962) – «…структура, явно или скрыто выраженная в рельефе». Третье узловое понятие (по Г.Ф. Уфимцеву, 1984) – «неотектоническая форма» -структурная форма, выделенная по геоморфологическим признакам при неотектоническом или морфонеотектоническом анализе [70, 402].
В настоящее время существует большое количество методов и способов морфост-руктурного анализа, морфометрических и картометрических построений (В.П. Философов, 1960, 1975; А.М. Берлянт, 1966; И.Г. Гольбрайх и др., 1968; В.М. Шапошников, 1973; И.К. Волчанская и др., 1975, 1990; Г.Ф. Уфимцев, 1984; Э.Л. Якименко, 1990 и др.). Набор тех или иных наборов методов и способов обычно выбирается исходя из целей и задач исследований. Наиболее разработаны методики по выявлению новейших тектонических структур, служащих чаще всего индикаторами глубинных поднятий, которые имеют особенную значимость для нефтегазопоисковых работ. Стандартной методики морфоструктурного и морфонеотектонического анализа для оценки неотектонической активности пока не существует.
В 1962 г. предложен термин «мегатрещиноватость», под которым подразумевается совокупность всех линейных элементов рельефа и растительного покрова, отражающих дизъюнктивные нарушения [293]. Этот термин получил широкое применение в практике изучения тектоники, а метод его изучения стал называться «анализ мегатре-щиноватости». Однако многие исследователи под мегатрещинами понимают прямолинейные объекты определенного размера, как правило, это первые единицы километров (в классификациях трещинно-разломных структур они занимают место между трещинами и разломами). В настоящее время, в понимании прямолинейных тектонических объектов чаще употребляется термин «линеамент» (о чем будет сказано ниже). Автором разработана специальная методика – «морфометрическая система оценки неотектонической активности по способу равнозначных градаций» [134, 139, 142, 157]. Сущность этой методики заключается в системном подходе к комплексу морфометрических показателей, полученных путем структурно-геоморфологических построений, основным приемом, которых, является графическое разложение на составные части рельефа, изображенного на топографических картах и структурное дешифрирование аэрокосмоснимков. Тектоническая оценка рельефа дана с помощью интегрального показателя, который назван коэффициентом неотектонической активности (КНА), рассчитанный способом равнозначных градаций морфометрических показателей. Выделенные образования на карте неотектонической активности являются одновременно морфоструктурами и неотектоническими формами – результатом отражения взаимосвязи и взаимодействия рельефа и неотектоники.
Основой новой методики послужили теоретические предпосылки морфоструктур ного и морфонеотектонического анализа (прямая зависимость расчлененности рельефа, аномальных уклонов продольных профилей рек от активности неотектонических движений; повышенная трещиноватость и уменьшение коэффициента извилистости рек на поднятиях), которые базируются на разработках В.П. Философова [407], И.Г. Гольбрайха, В.В. Забалуева, А.Н. Ласточкина и др. [293]; Г.Ф. Уфимцева [402], Э.Л. Якименко [429] и др. Методика морфонеотектонического и морфоструктурного анализов и принципы составления карт регионального уровня (М. 1:500 000) будет изложена в главе 3. Линеаментно-геодинамический анализ.
Термином линеамент (введен Hobbs W.N., 1904) первоначально в отечественной геологической литературе было принято обозначать (Морфоструктурные методы…, 1968) разломы крупного масштаба, в том числе планетарные. В современных трактовках (В.И. Макаров, 1981; Я.Г. Кац, А.И. Полетаев, Э.Ф. Румянцева, 1986 и др. [120]) линеа-мент – это линейные или линейно организованные элементы структуры земной поверхности, которые прямо или косвенно отражают особенности геологической структуры, в том числе глубинные разрывы и трещиноватость погребенного фундамента т.е. это прямолинейный индикатор тектонического нарушения любого размера.
Основой методологии изучения ГАЗ на региональном (мегазоны), зональном (макрозоны и мезозоны), локальном (локальные зоны различных порядков) уровнях может быть системный линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных методов [176]. Анализ заключается в получении исходной модели линеаментного поля путем дешифрирования АФС и КС, далее – в аппроксимации расчетных данных, ранжировании территории по степени геодинамической активности и построение ее картографических моделей разного уровня детальности.
Методика исследований включает: подготовку материалов дистанционных съемок, визуальное выделение геоиндикаторов, интерактивное компьютерное структурно-геологическое дешифрирование КС, автоматизированную обработку линеаментов, разработку критериев, различные виды классификаций, создание локальных баз данных, создание цифровых моделей рельефа, морфонеотектонический, линеаментный, геодинамический анализы, сопоставление данных с геофизическими и другими полями и оценку достоверности результатов, создание итоговых карт районирования, оценки и прогноза.
Основные результаты аэрокосмогеологических исследований, дешифрирования новейших структур и линеаментов
Краткая история аэрокосмогеологического изучения Западного Приуралья и Урала приведена в разделе 7.1. Здесь приводятся основные результаты, необходимые для пояснения методики проведения работ и геодинамической оценки. За 50 летний период изучения территории изучена аэрокосмогеологическими методами различной степени детальности. Региональными АКГИ (масштаба 1:500 000 и 1:200 000) она изучена в северо-западной, северной и юго-восточной частях. Регионально-зональными АКГИ (масштаба 1:200 000) территория охвачена в отдельных районах на севере, западе и юго-востоке Пермского Приуралья. Зональными АКГИ (масштаба 1:100 000) территория охвачена в основном фрагментарно в северной, центральной и южной части. На этих же площадях проводились детальные и крупномасштабные АКГИ (масштаба 1:25 000-1:50 000) [161, 166, ]. Геоиндикационным дешифрированием мелкого и среднего масштабов и частично – крупного масштаба охвачена практически вся территория Западного Урала. Многими исследователями (см. раздел 7.1) выделены десятки тысяч различных линеаментов и кольцевых структур. Ревизионными работами (И.С. Копылов, В.З. Хурсик, 2010ф) большинство из них нашло подтверждение в материалах дешифрирования современной космической съемки.
На аэрокосмогеологической карте территории Пермского края масштаба 1:500 000 (рисунок 3.1), отображены региональные и зональные линеаменты отождествляемые с тектоническими нарушениями фундамента и осадочного чехла, контролирующие месторождения нефти и газа, и систематизированы ландшафтные аномалии, отождествляемые с ловушками нефти и газа. Закартировано в общей сложности 4,5 тыс. локальных ландшафтных аномалий (по материалам ранее проведенных и новым АКГИ), отображающих установленные и предполагаемые поднятия осадочного чехла (при этом, 360 аномалий пространственно совпало с контурами установленных месторождений нефти и газа), которые подразделены на 3 основные группы: 1) аномалии, отобразившие тектоно-седиментационные структуры облекания преимущественно позднедевонских рифов; 2) аномалии, отобразившие тектоногенные поднятия брахиантиклинального типа; 3) аномалии, отобразившие поднятия различного генезиса. Все установленные локальные ландшафтные аномалии ранжированы по степени перспективности на нефть и газ с учетом новейшей геолого-геофизической информации. К наиболее перспективным ландшафтным аномалиям первой очереди отнесены 852 аномалии, второй очереди – 1710 аномалий. Рис. 3.1. Аэрокосмогеологическая карта территории Пермского края (уменьшение с масштаба 1:500 000) [166] Необходимо отметить, что значительное число рекомендованных ранее (70-90 гг. XX в.) ландшафтных аномалий (как прогнозируемых локальных положительных структур) не нашло подтверждения глубинными геолого-геофизическими методами. Однако в последние годы точность прогнозирования методами АКГИ погребенных ловушек УВ значительно возросла. Так, например в одной из последних зонально-региональных сейсмических работ в комплексе с гравиметрической съемкой на Григорьевской площади (зона сочленения Пермского свода и Висимской впадины), установлена высокая площадная корреляция перспективных ландшафтных аномалий и приподнятых участков и структур, выявленных по сейсмике и гравике. Кроме того, участки коллекторов («визейских врезов») хорошо выражены по показателям геодинамической (неотектонической) активности по высокой плотности линеаментов, выделенных по дешифрированию КС.
По результатам дешифрирования современных цифровых космических снимков [166] на территории Пермского края выявлена сеть основных прямолинейных линеа-ментов различных направлений, предположительно отобразивших активизированные в новейшее время узкие субвертикальные линейные зоны трещинно-разрывных структур и зоны тектонической трещиноватости в палеозойском осадочном чехле и фундаменте. Выделено 48946 прямолинейных линеаментов. По протяжнности они подразделены на следующие таксономические ранги: региональные линеаменты большой протяженностью по дешифрированию КС масштаба 1:10 000-5 000 000 ( 200-300 до 1100 км) – 143 линеаментов; региональные линеаменты значительной протяженностью по дешифрированию КС масштаба 1:2 500 000 (100-200 км) – 196 линеаментов; зональные линеаменты по дешифрированию КС масштаба 1:1 000-500 000 (25-100 км) – 1400 линеаментов; локальные линеаменты по дешифрированию КС масштаба 1:200 000 (5-25 км) – 7056 ли-неаментов; локальные и короткие линеаменты по дешифрированию КС и АФС масштаба 1:100 000 (от 2-5 до 10 км) – 40151 линеаментов.
Перспективы развития аэрокосмических методов в поисковой и нефтепоисковой геологии связываются с использованием цифровых КС высокого и среднего разрешения и с применением компьютерных программ, позволяющих применять аналоги для генетического распознавания высокоперспективных объектов, а также в развитии морфоне-отектонического, линеаментно-геодинамического и линеаментно-блокового анализов в комплексировании с геофизическими и геохимическими методами.
Проведен анализ плотности линеаментов на территории Пермского Приуралья и Урала (по протяженности региональных, зональных, локальных и коротких линеаментов на единицу площади) и по этим показателям проведена оценка геодинамической активности территории. Плотность линеаментов в целом, изменяется в широких пределах. Отмечается резкая неоднородность в ее распределении, обусловленная блоковой тектоникой и дифференцированными неотектоническими движениями. Многочисленные, но небольшие по площади аномалии с повышенной и высокой степенью интенсивности, характерны для участков границ неотектонических блоковых структур. Общий фон составляют значения с очень низкой (1 балл), низкой (2 балл), средней (3 балл) степенью плотности линеаментов. Они занимают около 80% рассматриваемой территории.
Участки с повышенными (4 балл) и высокими (5 балл) значениями плотности ли-неаментов занимают около 15% рассматриваемой территории. Первые из них, как правило, они имеют линейную форму с размерами в длину от 20-30 до 100-200 и более км, в ширину 8-12 км. В их пределах локализуются зоны с высокими значениями плотности линеаментов. Выделяется более 100 линейных ГАЗ. Аномалиями являются локальные участки с очень высокими (6 балл) значениями плотности линеаментов. Они занимают примерно 5% рассматриваемой территории. Всего по результатам регионально-зональных АКГИ установлено 60 крупных геодинамических активных зон [165, 198].
Как отмечено выше (раздел 2.2) нами разработана методика морфонеотектониче-ского анализа, названная ранее «морфометрической системой оценки неотектонической активности по способу равнозначных градаций». В настоящее время существуют различные варианты машинной обработки данных, которые значительно облегчают отдельные трудоемкие операции этой методики, но в целом пока еще не заменяют весь технологический процесс. Методика была адаптирована для территории Пермского края, но может применяться в других аналогичных природно-геологических условиях.
Методика морфонеотектонического анализа заключается в следующем. На первом этапе анализируются топокарты, аэрокомоснимки, строятся вспомогательные схемы. На втором этапе строятся четыре исходные схемы: коэффициентов - извилистости рек, аномальных уклонов продольных профилей рек, суммарной эрозионной расчлененности рельефа и мегатрещиноватости. На третьем этапе проводится графо-математическая интерпретация результатов и построение результирующей схемы равнозначных градаций морфометрических показателей в изолиниях. На четвертом этапе выполняется построение карты неотектонической активности, разрабатывается ее легенды. На заключительном этапе проводится анализ результирующей карты (неотектоническое районирование), оценка степени неотектонической активности локальных объектов (структур и участков), выделение геодинамических активных и стабильных зон, сопоставление их с геохимическими, геофизическими и гидрогеологическими полями.
Оценка геодинамической активности северной части Тимано-Печорской плиты
Первый линейно-территориальный объект располагается в северной части Тимано-Печорской плиты, которая в нефтегеологическому районированию представляет Тима-но-Печорскую нефтегазоносную провинцию, с десятками разрабатываемыми месторождениями углеводородов. В 2005г. автор в составе ООО «ПермНИПИнефть» проводил аэрокосмогеологические изыскания территория трассы нефтепровода и линии электропередачи ЦПС «Южное Хыльчую» - БРП «Варандей» (протяженностью 160 км). При этом автор лично разработал методический комплекс и провел весь объем работ, связанный с компьютерным дешифрированием цифровых космических снимков и их обработки. Проведенная работа может быть эталоном для проведения подобных аэрокосмо-геологических изысканий [201].
Рассматриваемая территория расположена на северо-восточной окраине Русской равнины за северным полярным кругом, в области распространения многолетней мерзлоты. Линия трассы протягивается с юго-запада на северо-восток по северной окраине Большеземельской тундры. Западный участок трассы (0-14 км) проходит по заозерен-ной, заболоченной, пересеченной множеством небольших рек, равнинной поверхности III морской террасы. Абсолютные отметки на данном участке трассы составляют 40-50 м. Центрально-западная часть трассы (14-50 км) пересекает возвышенность Вангурей-мусюр с максимальной отметкой рельефа – 196 м (соп. Кобыла-Седа). Трасса проходит по поверхности IV озерно-аллювиальной равнины (абс.отм. 60-100 м) и V ледово-морской равнины (абс. отм. 100-180 м). Характерен холмисто-грядовый рельеф. Северовосточный участок трассы (119-152 км) имеет ступенчатое строение, понижается к северу, к побережью Баренцева моря, серией морских террас: II морская терраса (абс. отм. 15-30 м); I морская терраса (абс.отм. 3-15 м); лайда (абс. отм. 0,5-3 м). Ровная поверхность территории расчленена множеством неглубоких речек и озер, а также осложнена котловинами диаметром 0,5 - 4 км. Озера находятся в различной стадии зарастания или спуска. Подавляющее большинство озер вдоль трассы нефтепровода – малые водоемы с площадями зеркала 0,5 км2. Территория сильно заболочена, болота приурочены к котловинам спущенных или заросших озер. На заболоченных участках равнины встречаются полигональные торфяники, мощность торфа до 1,5 м. Местами над плоской равниной возвышаются невысокие (4-10 м) холмы с уплощенными вершинами и пологими (до 3о) склонами. Лайда изрезана ручьями и протоками. Растительность типичная для тундровой зоны: мхи, карликовые берзы и ивы, на отдельных участках заросли кустарников высотой до 2,0 м. Согласно флористическому районированию Арктики район исследований относится к Большеземельскому округу Канино-Печорской подпровинции Евро-пейско-Западносибирской флористической провинции и находится в гипоарктическом поясе – переходной полосе между бореальным и арктическим поясами.
Территория находится в области распространения многолетнеемерзлых пород (ММП). Юго-западная часть трассы (0-20 км) ММП имеют сплошное распространение, характерны несквозные талики, занимающие до 40% площади коридора трассы. Центральная часть трассы (20-127 км) также характеризуется сплошным распространением ММП, но среднегодовые температуры грунтов значительно ниже - от –2,0 до –4,5 ОС. Несквозные и сквозные талики занимают не более 30% площади коридора трассы. Северо-восточная часть трассы (127-150 км) характеризуется среднегодовыми температурами грунтов от 0 до -4ОС
В тектоническом отношении территория располагается на стыке двух крупнейших геологических систем – Восточно-Европейской или Русской платформы и Уральской герцинской складчатой области, что определяет сложное тектоническое строение. По тектоническому районированию (по схеме, выполненной ООО «ПермНИПИнефть» по материалам ОАО «Архангельскгеолдобыча») район занимает фрагмент Тимано-Печорской плиты между Тиманской грядой и Предуральским краевым прогибом, расположен в северной части Печорской синеклизы, отрицательной надпорядковой структуры. Территория включает следующие структуры I порядка (с запада на восток): Печоро-Кожвинский мегавал (небольшой восточный фрагмент), Денисовский прогиб (со структурами II порядка: Тибейсская депрессия, Болванская ступень), Колвинский мегавал (со структурами II порядка: Ярейюсский вал, Харьягинский вал), Вангурейскую седловину (со структурами II порядка: Чернореченская депрессия, Табровояхинская ступень), Большеземельский свод (со структурами II порядка: Сандивейское поднятие, Садаягин-ская ступень), Варандей-Адзвинскую структурную зону (со структурами II порядка: вал Сорокина, Мореюсская депрессия, Медынско-Сарембойская антиклинальная зона). Структурно-тектонический план осложняет 117 локальных поднятий, из них 25 - нефтегазоносных структур.
В осадочном чехле отчетливо Печерской синеклизы выделяются два структурных яруса: нижний - образован относительно слабо дислоцированными палеозойскими и триасовыми отложениями; верхний - сложен юрскими, нижнемеловыми и кайнозойскими образованиями, залегающими практически горизонтально. Между этими ярусами отмечается региональный размыв и угловое несогласие. Коренные породы перекрыты мощным чехлом кайнозойских отложений, (четвертичные и нерасчлененные неоген-четвертичные отложения, залегающими с поверхности до глубины 300-400 м) различного генезиса, начиная от морских нижненеогеновых до современных биогенных.
В рассматриваемом районе главную роль из экзогенных геологических процессов (ЭГП) играют криогенные процессы на участках распространения ММП, и в меньшей степени процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и ветра. Из криогенных процессов развиты: термокарст в сочетании с термоэрозией, термоабразия, морозо-бойное растрескивание, сезонное и многолетнее пучение и новообразование ММП. Характер и интенсивность процессов зависит от многих факторов: геологического и геоморфологического строения, литологического состава, неотектонических движений, физико-географической обстановки и степени хозяйственного освоения территории, но особенно – концентрация и интенсивность их наблюдалась в геодинамических активных зонах.
С целью эколого-геодинамической оценки и районирования нефтегазоносных территорий, выявления ГАЗ на магистральных трассах нефтепроводов и ЛЭП проводились инженерно-аэрокосмогеологические изыскания. Выполнено обзорное и региональное дешифрирование на территории площадью 20 тыс. км2 (рисунок 4.1); крупномасштабное дешифрирование спектрозональных КС среднего разрешения (спутник Landsat-7) в коридоре трасс линейных сооружений шириной 25 км; детальное дешифрирование мультиспектральных КС высокого разрешения (спутник QuickBird, съмка июль-август 2005 г. с разрешением 2,4 м) в коридоре трасс линейных сооружений шириной 4 км. Рис. 4.1.Региональное дешифрирование спектрозональных космоснимков в северной части Тимано-Печорской плиты [200]
Выполнен линеаментно-геодинамический и монфонеотектонический анализы с оценкой интегральной геодинамической (неотектонической) активности в северной части Тимано-Печорской плиты (рисунок 4.2).
Основной критерий для выделения геодинамических активных участков – наличие фокальных узлов (по пересечению 3 и более линеаментов по трассе или в непосредственной близости от нее) и высокая ( 4 лин./км) плотность линеаментов.2). Основной критерий для выделения фоновых участков с низкой и пониженной степенью геодинамической опасности – отсутствие фокальных узлов и низкая ( 3 лин./км) плотность линеаментов.3). 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 – промежуточные категории опасности, когда отдельные критерии оценки ниже установленного уровня, но в целом, по большинству критериев участок отвечает соответствующей степени оценки
