Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Геолого-гидрогеологическая характеристи -ка водоносных комплексов 16
ГЛАВА 2. Гидрогеохимическая зональность 25
ГЛАВА 3. Техногенез нефтедобывающих районов 49
3.1. Наземный техногенез и основные техногенные факторы,оказывающие влияние на зону пресных вод 49
3.2. Подземный техногенез и основные техногенные факторы, вызывающие изменения природных водонапорных систем... 51
3.3. Анализ гидрохимических изменений и состояния 53
ГЛАВА 4. Типизация геологической среды с цельюоценки степени защищенности подземныхвод 74
ГЛАВА 5. Прогнозирование гидрогеоэкологическихусловий 87
5.1. Методологические принципы прогнозирования гидрогеоэкологических обстановок водоносных комплексов 87
5.1.1. Прогнозная оценка на основе изучения и анализагидрогеологических условий 95
5.1.2. Прогнозная оценка на основе изучения экологического 188
5.1.2.1. Способ оценки экологического состояния поверхностных и 189
5.1.2.2. Выявление и ликвидация источников засоления пресных подземных вод на территории деятельности 198
5.1.2.3. Оценка и прогнозирование экологического состоянияпресных подземных вод на территории деятельностинефтедобывающих предприятий 205
ГЛАВА 6. Анализ существующей наблюдательнойсети. разработка концепции и системыгидромониторинга 236
6.1. Существующая сеть наблюдений за состоянием подземныхи поверхностных вод 236
Заключение 273
Список литературы 276
- Наземный техногенез и основные техногенные факторы,оказывающие влияние на зону пресных вод
- Анализ гидрохимических изменений и состояния
- Методологические принципы прогнозирования гидрогеоэкологических обстановок водоносных комплексов
- Существующая сеть наблюдений за состоянием подземныхи поверхностных вод
Введение к работе
Возросшие за последние десятилетия темпы и масштабы воздействия производственной деятельности человека на окружающую среду выдвинули проблему охраны природы в число первоочередных. Особенно это актуально для старых нефтедобывающих районов, к которым относится и Татарстан (Р.Л. Ибрагимов, А.Г. Пухов, [82,85], И.С. Катеев, И.Г. Юсупов, [120, 215], Р.Х. Муслимов, В.А. Покровский [167], Иовчев Р.И. [113]), где воздействие на геологическую и окружающую среду существенно и многообразно.
Разработка нефтяных месторождений является сложным технологическим процессом, сопровождающимся техногенным воздействием на окружающую и геологическую среду. Наиболее чувствительны к этому воздействию поверхностные и подземные воды [241].
На протяжении многих лет изучение гидрогеологических условий на территории нефтедобывающих предприятий Татарстана проводилось по двум направлениям. Первое связано с поисками, разведкой и разработкой залежей нефти, второе - с выявлением условий формирования пресных подземных вод, подсчетом их ресурсов в связи с решением вопросов промышленного и бытового водоснабжения, а также с использованием подземных вод в качестве источников минеральных вод и гидроминерального сырья.
К этим двум направлениям в последние годы добавилось третье -оценка степени влияния техногенных факторов на изменение состава и качества подземных вод, особенно в зоне свободного водообмена, прогнозирование гидрогеологических обстановок перспективных на нефть горизонтов и площадей в зонах замедленного и весьма затрудненного водообмена. С появлением этого направления обозначился круг задач, которые можно было решить только на стыке двух наук - экологии и геологии или геоэкологии.
Систематические гидрогеоэкологические исследования на территории производственной деятельности ОАО «Татнефть», начались в конце 70-х годов.
В 1990 году была принята к действию первая комплексная программа «Экология». В настоящее время успешно реализуется третья экологическая программа 2000-2015 гг [214]. Среди первоочередных проблем, требующих решения, ставилась задача организации и проведения мониторинга различных водоносных комплексов на территории деятельности ОАО «Татнефть». И это не случайно, поскольку только создание системы наблюдений и анализа полученных данных позволяет получать объективную информацию о состоянии водных ресурсов, на основе которой разрабатываются природоохранные мероприятия.
С началом нефтедобычи, с появлением городов и рабочих поселков для нефтяников, с ростом водопотребления для хозяйственно-питьевого водоснабжения стали широко использоваться речные воды. И сегодня поверхностные воды играют значительную роль, являясь источником повседневных нужд. На территории деятельности ОАО «Татнефть» находятся реки: Кама, Ик, Степной Зай, Шешма, Тойма, Бол. Черемшан с притоками и Карабашское водохранилище, поверхностные воды которых используются в качестве источников питьевого и хозяйственного водоснабжения ряда населенных пунктов, а также для поддержания пластового давления при разработке нефтяных месторождений. Фактический объем водопользования составляет 45401,6 тыс. м3.
Хозяйственно-питьевое водоснабжение юго-востока Татарстана издавна
базировалось на местных ресурсах подземных вод (родники, колодцы,
скважины). В настоящее время доля подземных вод в общем балансе
хозяйственно-питьевого водоснабжения населения увеличилась. Причем объем
потребления подземных вод городским населением особенно на юго-востоке
увеличился вдвое. Пресные подземные воды для хозяйственно питьевого
водоснабжения распространены в четвертичных аллювиальных отложениях
речных и плиоценовых отложениях погребенных долин, в верхнеказанских и
нижнеказанских горизонтах верхнепермских пород и частично в
нижнепермских образованиях. Такая приуроченность вод связана с условиями
формирования, влиянием тектоники, морфогенетических и литологических особенностей территорий. Эти водоносные горизонты на отдельных участках характеризуются слабой естественной защищенностью. Наиболее серьезная ситуация сложилась в местах интенсивной и продолжительной нефтедобычи, где размещено значительное число потенциальных источников загрязнения. Запасы пресных подземных вод здесь ограничены. Отсюда становится актуальной возрастающая роль подземных вод в экономическом развитии региона и необходимость их охраны и комплексного использования.
Подземные воды глубоких горизонтов, очень разнообразных по величине минерализации и по составу растворенных солей. Это относится, прежде всего, к средней и нижней гидрохимическим зонам, представленными в основном сульфатными и хлоридными водами.
При разработке нефтяных месторождений эти воды могут попасть в интервалы залегания пресных подземных вод как «сверху» (за счет утечек при нарушении герметичности наземных нефтепромысловых сооружений), так и «снизу» (за счет перетоков по затрубному пространству скважин при отсутствии цемента за колонной). В настоящее время межпластовые заколонные перетоки жидкости, по данным геологических служб ОАО «Татнефть», выявляются в среднем до 4-6 скважинах в год. За контуром нефтеносности некоторых разрабатываемых залежей отмечаются повышенные пластовые давления (по сравнению с естественными), главным образом из-за наличия значительных оттоков жидкости вследствие непроизводительной закачки воды. Это создает предпосылки не только для загрязнения верхних водоносных горизонтов, содержащих пресные воды, но и для разрушения или смещения существующих залежей нефти.
В этих условиях особое значение приобретает создание и развитие единой системы гидромониторинга состояния водных ресурсов (поверхностных и подземных вод) как информационной основы управления недропользованием и охраны недр от загрязнения и истощения.
Диссертационная работа посвящена вопросам прогнозирования гидрогеоэкологических условий нефтедобывающих районов Татарстана, на основе разработанных методологических принципов и приемов прогнозирования, оценки экологического состояния, выявления и ликвидации источников засоления пресных поверхностных и подземных вод. В разработанной концепции предлагается принципиально новый подход по организации системы гидромониторинга на территории деятельности нефтедобывающих предприятий.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Государственная политика в области геэкологии, особенно на территориях нефтедобывающих предприятий, базируется на многих составляющих, среди которых наряду с экономическими и социальными значительное внимание уделяется вопросам разработки методов управления и предотвращения отрицательных последствий процессов нефтедобычи, основанных на прогнозировании возможных последствий.
По значимости воздействия на окружающую и геологическую среду можно выделить такие процессы как: закачка в нефтяные пласты воды с целью ППД; переработка, подготовка, транспортировка и хранение нефти; бурение и эксплуатация нефтяных месторождений. Все эти процессы, так или иначе, связаны между собой. Наибольшим изменениям подвержаны поверхностные и подземные воды.
К основным причинам, определяющим загрязнение поверхностных и пресных подземных водоносных горизонтов на территории нефтедобывающих предприятий Татарстана, относятся:
1.Высокая техногенная нагрузка из-за концентрации нефтепромыслового оборудования в области питания родников, что в случае аварийных ситуаций приводит к загрязнению почв, пресных подземных и поверхностных вод; 2.Слабая природная защищенность водоносных горизонтов на большей части юго-востока РТ, отсутствие в разрезе зоны аэрации слабопроницаемых (глинистых) пластов;
3.Формирование вторичного источника хлоридного загрязнения пресных подземных и поверхностных вод, обусловленное накоплением (адсорбцией на грунте, породах) и периодическим вымыванием скопившихся здесь за многие годы солей под влиянием атмосферных осадков (осенью и весной).
В комплексе природоохранных проблем в пределах нефтедобывающих регионов можно выделить два основных аспекта (Б.А. Бачурин, 1989; В.И. Галкин, И.Г. Калачников, А.А. Оборин, 1984; СВ. Яковлев, И.Г. Губий, И.И.
Павлинова, В.Н. Родин, 2005; S. Gazda, P. Pospisil, 1974). Это, во-первых, охрана окружающей среды (ОС) и водных ресурсов (ВР) и, во-вторых, охрана недр и рациональное их использование. Дефицит в воде питьевого качества обозначил необходимость проведения типологического районирования территории с целью определения степени защищенности пресных водоносных комплексов, а также и другую не менее острую проблему комплексного использования водных ресурсов (В.А. Мироненко, В.Г. Румынии, 1998; В.Д. Бабушкин, А.Я. Гаев, В.Г. Гацков и др., 2003; А.Я. Гаев и др., 2005; А.Я. Гаев В.Г. Гацков , Р.Л.Ибрагимов и др.2006; Б.А. Бачурин, 1989; СВ. Яковлев и др., 2005).
В этой связи очень актуальными становятся вопросы оценки экологического состояния пресных поверхностных и подземных вод, разработки методических приемов выявления и ликвидации источников засоления, а также прогнозирования гидрогеоэкологических условий водоносных комплексов при разработке нефтяных месторождений [109,171].
Анализ влияния динамики изменения пластового давления в различных
нефтеводоносных комплексах показывает реальную возможность смещения
или разрушения существующих залежей нефти. Прогнозирование подобных
явлений техногенного разрушения залежей имеет большое практическое
значение как с точки зрения разработки методических приемов изучения, так и
рационального ведения разработки нефтяных месторождений. В
нефтедобывающих регионах эта проблема заключается в достижении оптимального равновесия водонапорных систем. Отсюда очевидна также необходимость исследования ПВС в сравнении с техногенным этапом их развития, приводящим к возникновению в недрах ТВС. Для оперативного отслеживания происходящих изменений химического состава и режима вод, особенно в районах с повышенным техногенным воздействием, характера и глубины трансформации ПВС в ТВС используются данные гидромониторинга. Поэтому вопросы организации системы наблюдений имеют первостепенное
значение и являются актуальными при анализе современной геоэкологической обстановки.
Цель работы. Осуществить прогноз гидрогеоэкологических условий в нефтедобывающих районах Татарстана на основе комплексных научно-методических разработок для оценки экологической ситуации, выявления и ликвидации источников засоления пресных поверхностных и подземных вод.
В связи с этим решались следующие задачи.
Выделить основные факторы техногенной трансформации водонапорных систем.
Выполнить типологическое районирование геологической среды (ГС) исследуемой территории с целью оценки защищенности пресных поверхностных и подземных вод.
Осуществить анализ процессов техногенной трансформации гидросферы и разработать методологические принципы оценки и прогнозирования гидрогеоэкологического состояния для выявления и ликвидации источников засоления пресных поверхностных и подземных вод.
Разработать концепцию и единую систему гидромониторинга на территории деятельности ОАО «Татнефть».
Дать прогнозную оценку возможности смещения или разрушения нефтяных залежей, перспектив нефтеносности, поиска пресных, лечебно-минеральных и гидроминеральных ресурсов в связи с техногенной трансформацией водонапорных систем исследуемой территории и их экологическим состоянием и дальнейшим развитием нефтегазового комплекса Республики Татарстан.
Объект исследований - водоносные и нефтеносные комплексы палеозоя Татарстана.
Предмет исследований - процессы техногенной трансформации ПВС в
ТВС.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертации
положены результаты научно-исследовательских работ автора в лаборатории
эколого-гидрогеологических исследований ТатНИПИнефть, выполненных в
соответствии с федеральными и республиканскими планами НИР, в которых он принимал участие в качестве научного руководителя и ответственного исполнителя, осуществлял постановку задач, анализ и обработку полученных результатов гидрогеоэкологических исследований. Под руководством автора и его личном участии создана и пополнена информационно-аналитическая база данных, содержащая более 5000 химических анализов проб воды. Проанализированы гидрогеологические данные по 115 месторождениям и материалы по бурению 188 глубоких скважин, в которых отмечены переливы, водопроявления и выбросы глинистого раствора, материалы наблюдений в 1500 пьезометрических скважинах, пробуренных в пределах границ нефтяных месторождений, а также результаты геофизических исследований по выявлению заколонных перетоков в 700 скважинах. На основе этих материалов осуществлены построения карт, схем и диаграмм. Кроме того, использованы: 1) ежегодные геологические отчеты НГДУ; 2) данные по геологической изученности и анализу разработки нефтяных месторождений.
Диссертация является логическим завершением многолетних научно-исследовательских работ автора, выполненных, в частности, по заданию Министерства экологии и природных ресурсов Татарстана в рамках договора А.6.1.- 46/01 (Гос. регистрационный № 80-01-166), а также в соответствии с планами ОАО «Татнефть» в рамках Экологической программы (за периоды 1990-1995,1995-2000, 2000-2015 гг.).
Основные защищаемые положения:
Типологическое районирование территории для оценки степени защищенности подземных вод, являющееся необходимым этапом для прогнозирования гидрогеоэкологических условий и разработки природоохранных мероприятий.
Методологические принципы прогнозирования гидрогеоэкологических условий в различных гидродинамических зонах палеозоя, обеспечивающие оценку состояния водоносных комплексов и открывающие возможности совершенствования природопользования.
Способ оценки экологического состояния подземных вод, позволяющий выявлять и ликвидировать источники их засоления, определять интенсивность и характер их техногенной трансформации и обеспечивать эффективность проводимых природоохранных мероприятий.
Концепция и единая система гидромониторинга как информационная основа управления процессами разработки водоносных и нефтеносных комплексов.
Научная новизна:
Проанализировано состояние ПВС на техногенном этапе их развития и выявлены основные закономерности их трансформации. Построены карты приведенных напоров и определены граничные условия возможного смещения или разрушения залежей нефти.
Обоснована методология исследований ПВС на этапе техногенеза, разработаны и апробированы методика и приемы оценки и прогноза их техногенной трансформации.
Разработаны принципы выявления, локализации и ликвидации источников засоления природных вод и геологической среды на нефтедобывающих предприятиях.
Разработаны концепция и единая система гидромониторинга на территории деятельности нефтедобывающих предприятий Татарстана, обеспечивающие переход к управлению процессами техногенной трансформации ПВС в ТВС.
Практическая значимость работы. По теме диссертации по заданию ОАО «Татнефть» выполнено 57 научно-исследовательских разработок, результаты которых внедрены в практику нефтедобывающих управлений, а именно:
1. Карты типологического районирования - стали основой для разработки и реализации оценочных, прогнозных и природоохранных мероприятий в ОАО «Татнефть».
Методологические принципы прогнозирования гидрогеоэкологических условий в различных гидродинамических зонах палеозоя - широко используются при планировании поисково-разведочных работ на нефть и воду, разработке месторождений, а также при проведении эколого-гидрогеологических исследований на территориях нефтедобывающих предприятий.
Способ оценки экологического состояния подземных вод - позволил выявлять и ликвидировать источники их засоления на предприятиях НГДУ «Бавлынефть», «Джалильнефть» и «Лениногорскнефть» (патент на изобретение № 2253883 от 16 августа 2004 г.). Получены акты внедрения разработок автора в этих организациях.
Концепция и единая система гидромониторинга на территории деятельности нефтедобывающих предприятий ОАО «Татнефть» - позволили перейти к управлению процессами техногенной трансформации ПВС для предотвращения негативных последствий.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийских, международных и республиканских совещаниях и конференциях (Москва, 1986, 2001, 2004, 2005; Баку, 1988; Альметьевск, 1988, 1998, 2003-2005; Кисловодск, 1990; Уфа, 1989, 1992, 2005; Пермь, 1983, 2000; Анапа, 2003; Ижевск, 2001), а также в ТатНИПИнефть, БашНИПИнефть и ВНИИнефть.
По теме диссертации опубликовано 50 работ, в том числе 2 монографии и 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен патент и подана одна заявка на изобретение.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Работа содержит 218 стр. текста, включает 40 рисунков и 43 таблицы. Библиографический список насчитывает 243 наименования.
Ценные советы и деятельную поддержку в работе автор получил от научного консультанта, профессора Гаева Аркадия Яковлевича, а также от
главного геолога ОАО «Татнефть», доктора геолого-минералогических наук, академика АГН Хисамова Раиса Салиховича и директора ТатНИПИнефть, доктора технических наук, академика АН РТ Ибатуллина Равиля Рустамовича. В процессе работы автор получал советы и поддержку докторов наук Гаттенбергера Ю.П., Мустафина С.К., Лозина Е.В., Фазлыева Р.Т., кандидата геолого-минералогических наук Хисамова Р.Б. и от своих коллег по работе:
кандидатов наук [Анисимова Б.В.|, Доронкина К.Н., Федотова В.М., Петровой Г.И., зав. сектором Каримова М.Ж. и с.н.с. Пухова А.Г. Большую помощь автору в оформлении работы оказали сотрудники лаборатории: Ченцова О.Ф., Белова Е.С., Барилко Л.В. Всем этим лицам автор приносит свою благодарность.
OO'ilipHilJE КІір'ГЛ IIL'[|lTHHU N MOL'"IO|10*,"U'lllIl'i 1'CC [IV'tiri ЧК И CilT :i [If Til 11
Наземный техногенез и основные техногенные факторы,оказывающие влияние на зону пресных вод
Проявление наземного техногенеза, если рассматривать их в самой общей форме как нарушение установившихся природных равновесий, оказываются в известном смысле следствием развития техногенеза геологической среды. Процессы разбуривания и последующая эксплуатация залежей нефти приводят к взаимодействию различных компонентов окружающей и геологической среды. При попадании рассолов нижних горизонтов в верхние водоносные горизонты происходит их загрязнение. В результате формируются сточные воды, представляющие серьезную опасность, так как они содержат многие неорганические и органические соединения. Загрязняющие ингредиенты сточных вод могут весьма существенно варьировать. Они представляют наибольшую опасность для пресных водоносных горизонтов, которые используются населением для хозяйственно-питьевых нужд.
По материалам проведенных аэрокосмогеологических, визуальных и гидрогеологических исследований на изучаемой территории можно выделить ряд техногенных факторов, оказывающих влияние на зону пресных вод. В общем случае к ним относятся: а) источники загрязнения и приуроченные к ним загрязняющие вещества, б) отбор подземных вод, в) добыча полезных ископаемых, г) строительные работы [43, 44, 45, 46, 47, 96, 97, 107, 109, 237].
При нарушении герметичности и режимов эксплуатации объектов источниками загрязнения сверху могут быть наземные нефтепромысловые сооружения (трубопроводы, территории ГЗУ, ДНС, КНС, УКПН, скважины)[237]. Разливающаяся при этом нефть и соленые воды фильтруются в грунт и загрязняют подземные воды [220, 221, 229,230, 233,].
Важным техногенным фактором, способствующим и обуславливающим загрязнения подземных вод, является их интенсивный отбор, приводящий к образованию крупных депрессионных воронок, когда в область питания водоносных горизонтов вовлекаются подземные воды и поверхностные воды, загрязненные веществами техногенного происхождения. Можно привести примеры загрязнения Кзыл-Яровского и Ново-Бавлинского водозаборов, где в результате длительной эксплуатации водоносный гравийно-песчаный слой со стороны реки заилился, приток воды из реки снизился, воронки депрессии значительно выросли; в область питания были вовлечены: в первом случае -нижние солоноватые воды, во втором - соленые нефтепромысловые воды.
Добыча нефти, также как и воды, сопровождается возникновением депрессионного (районы расположения эксплуатационных скважин, где пластовые давления значительно ниже естественных) и репрессионного техногенеза (районы расположения нагнетательных и поглотительных скважин, где пластовые давления выше естественных). При этом нарушается естественное гидродинамическое равновесие, что становится потенциально опасным для вышележащих - пресных подземных вод и перспективных на нефть горизонтов.
Строительные работы, будучи выполнены с соблюдением всех требований и норм по охране недр и природы, заложенными в проекте, не приводят к значительным изменениям окружающей среды.
Такой техногенный фактор, как источники загрязнения, применительно к нефтедобыче, можно оценивать через плотность сетки скважин и другими нефтепромысловыми сооружениями, которые могут служить основным показателем опасности загрязнения сверху почв, грунтов, пресных поверхностных и подземных вод.
Анализ гидрохимических изменений и состояния
Воды каменноугольных отложений, по преобладающим компонентам, также хлоркальциевого типа (по В.А.Сулину). Содержание сульфатов достигает 1,4 г/дм3. Общая минерализация вод выше, чем вод девонских отложений и колеблется в пределах 119-231 г/дм3. Из приведенных данных видно, что попутные воды девонских залежей нефти более разбавлены пресной водой, чем каменноугольных.
Пониженная минерализация и плотность девонских вод объясняется тем, что разработка девонских залежей была начата много раньше и для ГШД использовалась, в основном, пресная вода.
По данным В.А Покровского [183] закачиваемые, а также буровые и верхние воды, попадая из окислительной геохимической обстановки в чуждую для них восстановительную геологическую обстановку, в начале нарушают физико-химическое равновесие, а затем процесс направлен на восстановление последнего. В связи с закачкой в пласты пресных вод, содержащих обильную и разнообразную микрофлору, в пластовых водах появляется ряд новых групп бактерий.
Особое значение, как показали исследования В.А. Кузнецовой, А.Д. Ли, Н.Н. Тифорова [139], приобретает деятельность бактерий, восстанавливающих сульфаты закачиваемой воды до сероводорода. С ними связано появление сероводорода в попутных водах разрабатываемых девонских месторождений нефти.
Таким образом, наибольшие изменения в химическом составе пластовых вод наблюдаются в пределах контуров нефтеносности, в законтурной области эти изменения выражаются менее четко и зависят от фильтрационных характеристик пласта. При закачке поверхностных вод в глубокие пласты создаются условия для протекания геохимических процессов, обычно свойственных зоне гипергенеза.
Анализ изменений водонапорных систем
Самым существенным изменениям при разработке нефтяных месторождений подвергается гидродинамическая обстановка, определяющая режим водонапорных систем. Об этом можно судить по картам гидроизопьез, построенным по основным водоносным комплексам разрабатываемых и перспективных на нефть горизонтов в пределах Ромашкинского, Ново-Елховского, Бавлинского месторождений. Водоносный комплекс терригенных отложений среднего и верхнего девона
Для отложений этого комплекса в пределах Ромашкинского и Ново-Елховского месторождений в естественных условиях характерна в целом спокойная гидродинамическая обстановка. Градиенты приведенных напоров колеблются в пределах 0, 008-0, 027 м/м. Для естественных условий величина приведенного напора составляет около 0,2 м/год (рис. 3.1)
В настоящее время гидродинамические условия изменились. Здесь почти на всех площадях отмечается падение текущего пластового давления. Анализ средних по площади градиентов напора в условиях разработки показывает, что они возросли в 10 раз по сравнению с естественными условиями и колеблются в пределах 0,1...0,23 м/м. Максимальная величина приведенного напора отмечается на Березовской, минимальная - на Миннибаевской площадях (рис.3.2). Движение жидкости происходит в сторону наименьших напоров.
В пределах месторождений юго-восточного ЮТС в естественных условиях характерна в целом спокойная гидродинамическая обстановка. Градиенты приведенных напоров составляют 0,004 м/м. Гидравлический уклон имеет преимущественно юго-восточное направление (рис.3.3).
В настоящее время (под влиянием разработки залежей нефти) произошли изменения гидродинамических условий описываемого водоносного комплекса. Градиенты напоров в условиях разработки возросли в 12 раз по сравнению с естественными условиями и колеблются в пределах 0,02...0,1 м/м.
Методологические принципы прогнозирования гидрогеоэкологических обстановок водоносных комплексов
Методы прогноза изменения геологической среды наиболее разработаны в настоящее время применительно к инженерной геологии. Известны методы локального прогноза мерзлотных явлений [137], оползневых процессов [48], селевых потоков [211] и др. Классификация и перспективы развития методов прогнозирования в инженерной геологии подробно рассматриваются в статье Г.К. Бондарика [17].
По характеру оценок прогнозы, прежде всего, разделяются на качественные и количественные.
По методам прогнозирования инженерно-геологические прогнозы разделяются на 4 группы (первые две качественные, вторые количественные): -методы индикаторов (геологических, физико-географических, антропогенных); - методы инженерно-геологических аналогий; - физического моделирования; -математического моделирования [221, 222, 223, 229, 233, 237, 239, 240, 243].
Третьим признаком, классифицирующим прогнозы, является временной. Прогнозы могут быть разработаны безотносительно по времени; срочные, даваемые на определенный срок (количественные по времени) и бессрочные (на будущее время, срок которого не устанавливается).
По четвертому признаку, по охвату прогнозом пространства, прогнозы делятся на региональные и локальные.
Среди качественных методов прогноза первой названа группа геологических, физико-географических и антропогенных индикаторов (историко-геологический метод). Метод аналогий или сравнительно-геологический включает методы прогноза поведения (скорости, интенсивности развития в пространстве и результатов развития) системы-аналога по поведению системы эталона. Этот метод можно применять только на тот период времени, в течение которого можно определить поведение системы-эталона. Методы физического и математического моделирования -количественные методы прогноза.
Традиционные методы количественного прогноза являются, как правило, локальными и частными.
Региональные прогнозы для крупных территорий преимущественно качественные. Локальные прогнозы характеризуют ограниченную территорию или конкретный народно-хозяйственный объект (месторождение). Они должны быть количественные или полуколичественные и решают конкретные вопросы развития отдельных экзогенных процессов [143, 163, 164,].
Для прогноза изменения гидрогеологических условий водоносных комплексов предлагаются использовать те же методы, что и в инженерной геологии. Однако специфика проблемы требует несколько иного подхода.
В основе прогноза изменения гидрогеоэкологических условий водоносных комплексов лежит научное предвидение пространственно-временных закономерностей изменения режима, баланса и качества подземных и поверхностных вод в пределах территорий, оказавшихся под влиянием деятельности горнодобывающих предприятие 172]. В результате прогноза должны быть предсказаны: а) изменения уровенного режима подземных вод, б) изменение балансовых составляющих водных ресурсов (перераспределение объемов поверхностного и подземного стока, изменение испарения, инфильтрации и фильтрации из рек и т.д.), в) изменение химического состава и температуры поверхностных и подземных вод. Эти изменения, помимо интенсивности источника возмущения, определяются природными условиями территории.
Основным методом регионального прогноза следует считать метод аналогий, а в более широком плане эвристический метод, при котором поведение системы оценивается по поведению модели-аналога. Такой метод позволяет разрабатывать прогноз на основе теоретических представлений, которые контролируются имеющимся опытом и аналогиями. Это логический метод, научную основу которого составляют уже накопленные знания и сведения об изменениях геологической среды в результате строительства и эксплуатации различных предприятий.
Другой особенностью регионального прогноза, исходя из его назначения, является временной фактор. Срок, на который рассчитан прогноз, должен примерно соответствовать сроку действия генеральной схемы или сроку строительства и эксплуатации объекта. В общем смысле время действия прогноза должно контролироваться временем полного проявления результатов прогнозируемых изменений геологической среды.
Существующая сеть наблюдений за состоянием подземныхи поверхностных вод
На территории деятельности ОАО «Татнефть» сегодня существует наблюдательная сеть для контроля загрязнения поверхностных и подземных вод, а также пьезометрических скважин, которые используется в основном для контроля процесса разработки нефтяных месторождений.
Поверхностные и подземные воды зоны активного водообмена. Все пункты наблюдений находятся в подчинении 2-х ведомств:
1. Гидропосты Росгидромета на реках Ик, Шешма, Мал. Черемшан (наблюдения проводятся по 20 показателям).
2. Ведомственная наблюдательная сеть ОАО «Татнефть», по которой наблюдения проводятся с 1969г.: УПТЖ для ППД - 72 водопоста на речках и ручьях и 681 по подземным источникам; Химико-аналитические лаборатории НГДУ - 230 водопостов на речках и ручьях и 954 на подземных источниках. Региональная сеть ТГРУ, состоящая из 386 пунктов наблюдений за подземными источниками.
В таблице 6.1 показана количественная структура наблюдательной сети ОАО « Татнефть» по состоянию на 1.01.2006 г. Как видно из таблицы, контроль за режимом и состоянием поверхностных и подземных вод осуществляют три организации: НГДУ, лаборатория УПТЖ и ТГРУ.
Систематические наблюдения за состоянием поверхносных вод водоемов в нефтедобывающих районах юго-востока Республики Татарстан были начаты, как было сказано выше, в рамках программы «Экология». Под наблюдением находятся реки Кама, Шешма, Степной Зай, Ик и их притоки Тойма, Меля, Мензеля, Дымка, Бавлинка, Кичуй, Лесной Зай, Зай Каратай, Мактаминка и др.
Подземные водоносные горизонты контролируются родниками и скважинами. Под наблюдением находятся все водоносные комплексы, свиты и горизонты зоны активного водообмена, охватывая полностью стратиграфический разрез сверху вниз: четвертичные образования, неогеновые отложения, толщи верхнего отдела пермской системы, в составе татарского (уржумский водоносный горизонт), казанского (верхнеказанская и нижнеказанская водоносные свиты) и уфимского (шешминский водоносный комплекс) ярусов, а также породы нижнего отдела пермской системы, в составе сакмарского (сакмарско-кунгурский водоносный горизонт) яруса, до тастубского регионального водоупора.
Подземные воды глубоких горизонтов зон замедленного и затрудненного водообменов. На территории НГДУ ОАО «Татнефть» насчитывается 1622 пьезометрических скважины. Из них 876 скважин - на отложения терригенного девона, 47 - на отложения карбонатного девона, 129- на турнейские отложения, 451 - на бобриковско-тульские отложения, 67 на верей-башкир, 50- на серпуховские отложения, 2- на пермские отложения.
Данные по количеству пьезометрических скважин приведены в таблице 6.2.
Анализ существующей сети показал, что :
1 .Поверхносные и подземные воды зоны активного водообмена контролируются всеми НГДУ, а также УПТЖ для ППД и ТГРУ. Всего насчитывается 2323 пункта наблюдений, из которых на родники приходится 1185 пункта и 450 на скважины. Поверхностные воды контролируются на 302 водопостах.
2.Система наблюдений (СН) на территории деятельности ОАО «Татнефть» проводимая вышеперечисленными организациями зачастую дублируется и не дает возможности для проведения оперативного анализа.
3. Требуется ревизия имеющейся наблюдательной сети, ее реконструкция и совершенствование методики проведения наблюдений.
4. Имеющаяся система наблюдений (СН) в сопоставлении стоящих перед ней задач и анализа его современного состояния на территории деятельности ОАО «Татнефть» не дает четкого представления о воздействии процессов техногенеза на геологическую среду (ГС).
5. В настоящее время на территории деятельности ОАО «Татнефть» практически не осуществляется комплексная оценка состояния недр и отсутствует необходимая для этого информационно-аналитическая система. В рамках государственного мониторинга анализируются только данные по пресным подземным водам и, частично, по минеральным водам и эндогенным геологическим процессам. Не анализируются и не обобщаются данные, характеризующие влияние на состояние недр разработки месторождений нефти и строительных материалов, использования недр для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых, и иной хозяйственной деятельности.
6. Подземые воды глубоких водоносных горизонтов (зон замедленного и затрудненного водообменов) контролируется пьезометрическими скважинами, которые имеются в каждом НГДУ. Информация, получаемая по этим скважинам используется для анализа состояния разработки.
7. Пьезометрические скважины расположены в основновном в контуре нефтеносности и неравномерно распределены по площади. Такое расположение пьезометрических скважин не дает возможности проследить характер изменения гидродинамических условий за контурами разрабатываемых месторождений.
8. Нуждается в совершенствовании и развитии информационно-аналитическая система мониторинга состояния недр.
9. Существующая на сегодняшний день сеть наблюдений и контроля, за состоянием окружающей и геологической среды, не реализует главную задачу мониторинга - координационную связь между потребителями получаемой информации, анализ и обобщение результатов наблюдений с выдачей конкретных рекомендаций по предотвращению или снижению негативных процессов. В этих условиях затрудняются работы по проведению прогнозных оценок;
10. Отсутствует нормативная документации проводимых исследований, что выражается в отсутствии общей методической основы проведения наблюдений, с одной стороны, и регламентирующих документов, с другой стороны.
