Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние геоэкологической изученности 9
1.1. Обзор предшествующих исследований 9
1.1.1. Попутные геоэкологические исследования 9
1.1.2. Специальные исследования природного комплекса 12
1.2.Геоэкологические исследования в районах нефтяных месторождений 12
1.2.1. Геологическая среда 17
1.2.2. Атмосфера 29
1.2.3. Поверхностные воды 29
1.2.4. Почвы 30
1.2.5. Растительный покров 32
1.2.6. Животный мир 32
Выводы 34
ГЛАВА 2. Методология и методика геоэкологических исследований 36
2.1. К общим вопросам методологии исследований 36
2.1.1. Постановка проблемы 36
2.1.2. Объект исследований геоэкологии 37
2.1.3. Предмет исследований геоэкологии 38
2.1.4. Задача геоэкологии при добыче и переработке углеводородного сырья 41
2.1.5. Геоэкологизация науки, образования и хозяйственной деятельности 44
2.2. Оценка состояния окружающей среды 48
2.2.1 Принципы оценки 48
2.2.2. Атмосфера 51
2.2.3. Поверхностные воды 52
2.2.4. Геологическая среда (ГС) 53
2.2.5. Растительность и животный мир 62
2.2.6. Техногенные системы и объекты 63
2.2.7. Социальная среда 65
2.2.8. Картографическая оценка состояния ОС 65
2.3. Уязвимость и защищенность ОС к загрязнению 71
2.3.1. Вводные замечания 71
2.3.2. Геоэкологические аспекты типизации территории 76
2.4. Система сквозного геоэкологического мониторинга (СГМ) 78
2.4.1. Основные понятия и определения 78
2.4.2. Геологический блок информационного обеспечения СГМ 79
2.4.3. Геоэкологический блок информационного обеспечения СГМ 83
2.4.4. Технология СГМ 85
Выводы 88
ГЛАВА 3. Природные факторы формирования геологической среды 90
3.1. Физико-географические условия 90
3.1.1. Климатические условия 90
3.1.2. Геоморфология и гидрография 93
3.1.3. Ландшафтно-климатическая зональность и высотная поясность 97
3-2. Основные черты геологического строения 101
3.2.1 .Общая характеристика 101
3.2.2. Стратиграфия и литология 107
3.2.3. Современный структурный план основных тектонических элементов 119
Оренбургской области
3.2.4. Нефтегазоносность территории 121
3.3. Гидролого-гидрогеологическая характеристика территории 126
3.3.1. Волго-Камский артезианский бассейн 128
3.3.2, Уральская гидрогеологическая складчатая область 131
Выводы 132
ГЛАВА 4. Формирование геоэкологических условий региона 133
4.1. Роль естественно-исторических процессов в формировании геологической среды 133
4.1.1. Общие геоэкологические особенности природного комплекса исследуемой территории 133
4.1.2. Вертикальная зональность земной коры, как основа геоэкологического районирования 134
4.1.3. Геоэкологические провинции Предуралья 136
4.1.4. Характеристика глубоких горизонтов земной коры 139
4.2. Техногенные факторы формирования геоэкологической среды 145
4.2.1. Вводные замечания 145
4.2.2. Роль УВ в формировании геоэкологической обстановки 146
4.2.3. Техногенные системы и их влияние на ОС 150
4.2.4. Виды воздействия на ОС на разных стадиях освоения нефтегазовых ресурсов 154
4.2.5. Общая характеристика техногенной нагрузки нефтегазового комплекса на ОС 157
4.3. Комплексная оценка экологической ситуации 164
4.3.1. Геологическая среда (ГС) 170
4.3.2. Подземные воды 172
Закономерности развития ареалов загрязнения є районах горнодобывающей промышленности 172
Зональность и качество подземных вод 174
Повышенные содержания нормируемых компонентов в подземных водах 174
Обеспеченность территории естественными ресурсами подземных вод 181
4.3.3. Экзогенные геологические процессы 181
4.3.4 Содержание нормируемых веществ в почвах, породах зоны аэрации и донных осадках 185
4.3.5. Поверхностные воды 188
4.3.6. Атмосферный воздух 192
4.3.7. Состояние растительного и животного мира 193
4.3.8. Радиационно-экологическая обстановка 197
Характеристика аномальной радиоактивности в разрезах скважин 200
Специализированные радиоэкологические исследования 200
Радиационная характеристика подземных и поверхностных вод 202
4.3.9. Состояние социальной среды 204
Выводы 208
ГЛАВА 5. Мероприятия по охране и рациональному использованию геологической среды - 211
5.1. Научно методические основы перехода к управлению качеством ОС. 211
5.1.1, Основные тенденции техногенной трансформации ОС 211
5.1.2, Защищенность и уязвимость ГС кзагрязнению 213
5.1.3. Ранжирование разрабатываемых месторождений по воздействию на ОС 213
5.2. Система мониторинга в нефтегазодобывающих регионах 216
5.2.1. Общие положения 216
5.2.2. Разработка моделей сквозного геоэкологического мониторинга площадей, находящихся на разных стадиях освоения нефтегазовых ресурсов 222
5.2.3. Лиманная площадь (поисковый этап) 224
5.2.4. Колганское месторождение (разведочный этап, стадия подготовки месторождения к разработке) 232
5.2.5. Конновское месторождение (стадия разработки) 244
5.2.6. Сквозной геоэкологический мониторинг (СГМ) в сложных геоэкологических условиях 260
5.2.7. Сквозной геоэкологический мониторинг особо охраняемых природных территорий Бузулукский бор 262
5.2.8. Сквозной геоэкологический мониторинг магистральных продукто-проводов. Пермская область 265
5.3. Основные направления стабилизации геоэкологической ситуации в нефтегазодобывающих регионах 271
5.3.1. Использование геоэкологических методов на стадии планирования и проектирования 271
5.3.2. Рекомендации по совершенствованию системы природопользования 273
Выводы 274
Заключение 277
Библиографический список 281
- Обзор предшествующих исследований
- Задача геоэкологии при добыче и переработке углеводородного сырья
- Физико-географические условия
- Роль естественно-исторических процессов в формировании геологической среды
Введение к работе
Актуальность проблемы. Преобразование геологической среды (ГС) нефтегазоносных районов и техногенное изменение здесь окружающей среды (ОС) достигли в XXI веке таких масштабов, что поставили под вопрос возможность сохранения здорового генофонда населения и природного комплекса. Техногенное изменение ОС приводит к резкому ухудшению ее качества вплоть до состояния непригодного для проживания. Развитие поисково-разведочных работ и длительная эксплуатация нефтяных месторождений привели к нарушению и загрязнению обширных территорий. Среди углеводородов (УВ) наиболее токсичны полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и их галогенпроизводные. Они поступают в ОС из углей, нефтей, горючих газов и продуктов их переработки.
Главной задачей в этих условиях является разработка мероприятий по стабилизации экологической ситуации и обеспечению нормальной жизнедеятельности людей. Поэтому, геоэкологические исследования становятся основой для предотвращения негативных последствий производственной деятельности в нефтегазовой отрасли.
На месторождениях нефти и газа Предуралья ежегодно образуется более 1 млрд. м3 токсичных промстоков. Их обезвреживание превратилось в серьёзнейшую экологическую проблему. Отечественная и зарубежная практика показывает, что наиболее оптимальными вариантами служит их закачка в системы заводнения месторождений, а при отсутствии такой возможности, захоронение в глубокие поглощающие горизонты недр. Нельзя не учитывать, что попутные воды месторождений содержат ценные химические элементы и соединения. Их складирование в недрах сохраняет и формирует ценные источники химического сырья в перспективе. Таким образом, геологизация нефтегазового производства одновременно является важнейшим направлением его экологизации.
Одной из наиболее значимых проблем в нефтегазовой отрасли является оценка ее воздействия на ОС с использованием, как качественных, так и количественных методов оценки. Без такой оценки невозможен научно обоснованный прогноз экологической ситуации в нефтегазоносных районах. Такой прогноз предлагается осуществлять путем использования геологических и геоэкологических моделей в системе технологии сквозного геоэкологического мониторинга (СГМ) (В.Г. Гацков и др., 1992). Разработка и применение технологии сквозного геоэкологического мониторинга обеспечивает переход к управлению качеством ОС в условиях НТР в нефтегазовой отрасли народного хозяйства, что исключительно актуально в настоящее время.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является научное обоснование и практическая реализация комплекса методов геоэкологической оценки геологической среды нефтегазоносных районов в процессе поисков, разведки, эксплуатации и переработки углеводородного сырья.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
1. Проанализированы результаты геоэкологических исследований в нефтегазоносных
районах Предуралья и на сопредельных территориях.
Оценено геоэкологическое состояние нефтегазоносных районов, находящихся на разных стадиях освоения УВ сырья.
Усовершенствованы методы геоэкологической оценки и районирования нефтегазоносных территорий Предуралья.
Оценена экологическая ситуация и безопасность конкретных месторождений, находящихся на разных стадиях освоения УВ сырья, с учётом природных и техногенных условий и истории развития территории.
Разработаны геологические и геоэкологические модели в системе сквозного геоэкологического мониторинга (СГМ).
6. Разработаны природоохранные мероприятия по стабилизации экологической ситуации и
созданию систем управления этой ситуацией в нефтегазоносных районах.
Основные защищаемые положения:
1. Методология геоэкологических исследований нефтегазоносных районов и объектов,
использует качественные и количественные методы в системе сквозного геоэкологического
мониторинга (СГМ), что позволяет осуществлять комплексный геоэкологический анализ
состояния территории, ее типизацию, и определять степень техногенной загруженности и
уязвимости к загрязнению геологической среды.
Основные аргументы и фактический материал приводятся в 49 опубликованных работах (4, 5, 12, 50, 55, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 65, 66, 67, 68, 71, 72, 75, 76, 78, 80, 81, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 93,95,96,98,100, 101,103, 130, 131,132, 138,210,211,212,215,221,252,253,333,334).
В систематизированном виде, он излагается в главах диссертации 1; 2; 3; 4.
2. Геоэкологическая ситуация нефтегазовых объектов характеризуется интенсивностью и
мощностью проявления исторически накопленного и текущего техногенного изменения
окружающей среды, а также зависит от методов, продолжительности освоения этих объектов и
объемов извлекаемого сырья,
Основные аргументы и фактический материал приводятся в 23 опубликованных работах (4, 5, 35,40, 58, 62, 70, 72, 73, 74, 77, 79, 83, 85, 90, 91, 98, 99, 102, 103, 215, 252, 334).
В систематизированном виде, он излагается в разделе 2.2 и 3 и 4 главах диссертации.
3. Техногенные изменения геологической среды нефтегазовых объектов, находящихся на
разных стадиях освоения углеводородного сырья, определяется на основе разработанных
оценочных геологических и геоэкологических моделей.
Основные аргументы и фактический материал приводятся в 19 опубликованных работах (4, 5, 12, 13, 57, 62, 70, 72, 77, 86, 88, 89, 91, 94, 97, 103, 252, 331, 336).
В систематизированном виде, он излагается в разделе диссертации 5.2.
4. Научно-методический подход по управлению качеством окружающей среды на нефтяных
объектах реализуется в системах сквозного геоэкологического мониторинга с привлечением
экспертных систем и автоматизированных технологий, что стабилизируют экологическую
ситуацию.
Основные аргументы и фактический материал приводятся в 28 опубликованных работах (4, 5, 12, 57, 58, 59, 61, 64, 68, 69, 70, 71, 72, 75, 81, 82, 100, 101, 103, 130, 131, 132, 252, 253, 332, 335).
В систематизированном виде он излагается в разделах диссертации 5.1; 5.3.
Научная новизна
Впервые в Предуралье выполнены геоэкологические исследования нефтегазоносных районов и объектов, базирующиеся на качественных и количественных методах оценок экологического состояния ГС и ОС. Разработана система сквозного геоэкологического мониторинга (СГМ) и методика проведения комплексных дистанционных исследований в различных ландшафтных и тектонических районах Пермской области. Осуществлена комплексная оценка взаимодействия магистральных газопроводов и природной среды, разработана и внедрена первая очередь системы экомониторинга для магистральных газопроводов на территории Пермской области. Осуществлено районирование территории Пермской области по состоянию природной среды на основе материатов космических съемок. Выполнена оценка состояния природной среды на территории деятельности предприятий ОАО "Оренбургнефть". Осуществлена оценка радиационно-экологического состояния ОС в Оренбургской области. Оценено состояние фонда скважин в районе Бузулукского бора на территории Самарской и Оренбургской областей. Создана электронная карта масштаба 1:200000 "Нефтегазовый производственный комплекс Оренбургской области". Выполнена формализация информации по оценке состояния окружающей природной среды на территории деятельности ОАО "Оренбургнефть". Осуществлена комплексная экологически обоснованная оценка прогнозных ресурсов подземных вод для технического водоснабжения объектов нефтедобычи НГДУ "Сорочинскнефть" в пределах центральной части Бузулукской впадины. Разработана методика типизации территории по уязвимости к загрязнению УВ опирающаяся на качественные и количественные показатели. Построена схематическая карта уязвимости территории Предуралья и Урала, на которых выделено шесть типов районов с МПдв,
изменяющимся от <5 т/км" до >100 т/км . Созданы геологические и геоэкологические модели, позволяющие прогнозировать техногенное изменение ГС на нефтегазовых объектах, находящихся на разных стадиях освоения УВ сырья.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработанные методики, модели и схемы районирования ГС Предуралья и сопредельных территорий, автоматизированные технологии сквозного геоэкологического мониторинга (СГМ) использованы при оценках геоэкологических ситуаций и составлении комплектов карт и заключений по перспективным площадям, нефтяным и газовым месторождениям; основные научные положения диссертации внедрены в процессы разработки и реализации технологий рационального природопользования в Пермской и Оренбургской областях, используются при обосновании направлений геологоразведочных работ на нефть и газ в этих регионах, а также при экспертных оценках состояния окружающей среды и недр.
Результаты работы автора используются при разработке учебных пособий и проведении лекционных и практических занятий по геоэкологии, рациональному использованию и охране недр и водных ресурсов для студентов геологических, географических и строительных специальностей в Оренбургском и Пермском государственных университетах.
Работа: "Сквозной геоэкологический мониторинг - технология решения экологических проблем при поисках, разведке и разработке нефтяных месторождений" (соавт. В.З. Хурсик, СЕ. Баканин и др.) удостоена премии имени академика И.М. Губкина, М., 1992г. Серебряных медалей ВДНХ СССР удостоены: "Разработка информационной технологии использования спектральных характеристик аэро- и космофотоматериалов для изучения ландшафтных аномалий в районах добычи нефти и газа (соавт. И.В. Гельфенбуйм, В.З. Хурсик и др,), М., 1990г. и "Комплексирование аэрокосмоэкологических и геолого-геофизических исследований - путь к оптимизации геологоразведочных работ и уменьшению нагрузок на ландшафтно-геохимические системы бассейнов рек" (соавт. И.В. Гельфенбуйм, С.Н. Калабин и др.), М., 1991г.
Исходный материал и личный вклад автора. Фактический материал, положенный в основу работы, автор собирал более 20 лет, работая на предприятиях нефтяной и газовой промышленности в Пермской и Оренбургской областях и осуществляя геолого-геофизические, аэрокосмо-геологические и геоэкологические исследования.
На территории Пермской области в процессе комплексных аэрокосмо-геологических исследований (АКГИ) выполнен (на базе технологии ГИС) интегрированный анализ разномасштабных материалов дистанционного зондирования (МДЗ) совместно с геологическими, геофизическими и ландшафтными данными, позволивший получить количественные характеристики природных объектов и параметры их пространственного распределения, необходимые для решения широкого круга природно-ресурсных задач.
Использованы физико-химические анализы проб воды (2650 проб), почв и грунтов (около 7800), данные по литолого-минералогическому и химическому составу вмещающих пород (647), химические анализы водорастворенньгх и свободных газов (470) и водорастворенного органического вещества (530). Выполнялись также анализы водных вытяжек из почв и грунтов (410) и анализы сточных вод предприятий нефтяной промышленности (212). Рассчитывались и собирались сведения о параметрах водного и химического стока и информация о водно-физических свойствах горных пород. Собраны достаточно подробные сведения об источниках загрязнения ОС, составу нефтепромысловых вод. Исследованы ареалы загрязнения на предприятиях, их площади, изменения во времени и характер связи с источниками загрязнения. Фактический материал собирался и из фондовых источников. Он сводился в единые банки данных. Изучались пути миграции загрязнителей в ОС, в водных потоках, газопьшевых выбросах, продуктах ветровой и водной эрозии. Собирались данные об атмосферных осадках и розах ветров, информация о режимных наблюдениях за водоемами. Пробы почв, воды и грунтов анализировались в стационарных и полевых условиях. Использовался широкий круг аналитических методов, рекомендованный ВСЕГИНГЕО и ГЕОХИ им. В.И. Вернадского: химический, пламенно-фотометрический, приближенно-количественный спектральный, полярографический и масс-спектрометрический. Выполнялись водные вытяжки из почв и грунтов.
Осуществлялся внешний и внутренний контроль анализов. Использовались результаты статистической обработки большого количества анализов с учетом их случайных погрешностей, В Оренбуржье работы заключались: в оценке состояния среды на территории деятельности предприятий нефтегазового комплекса, геоэкологическом картографировании, оценке естественной радиоактивности ГС и ОС, экологически обоснованной оценке ресурсов подземных вод региона для водоснабжения деятельности нефтегазодобывающих предприятий, в разработке автоматизированных технологий СГМ, в обследовании десятков месторождений и площадей с целью их геоэкологической оценки и разработки проектов ОВОС, ПДВ, ПНООЛР. Использованы материалы геологических, гидрогеологических, геоэкологических, геофизических и геологоразведочных работ. Карты в масштабе 1:200000 и 1:500000 сведены в одной легенде для всей территории нефтегазоносного Оренбуржья.
Настоящая работа выполнена лично автором. Во всех исследованиях научно-производственного плана автор принимал непосредственное участие в качестве научного руководителя и ответственного исполнителя. При выполнении исследований автор получал советы и помощь коллег и товарищей по работе. Использовались также данные производственных и научных организаций, проводящих работы по данному профилю на территориях Татарстана, Башкортостана, в Пермском и Оренбургском регионах и на сопредельных территориях. Всем организациям и лицам, материалы которых были использованы в работе, автор выражает свою признательность- Весьма полезными были консультации с д.г-м.н. Т.Я. Деминой, которой автор очень благодарен. Особую признательность автор выражает профессору А.Я. Гаев у за постоянную поддержку и консультативную помощь в период выполнения настоящей работы.
Публикации и апробация работы. Результаты исследований, автора по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международных, Всесоюзных, Республиканских и Региональных совещаниях в городах: Владивосток, 1986; Москва, 1986, 1988, 1989, 1991, Пермь, 1989, 1993, 1997, 2003; 2004, Киев, 1989; Оренбург, 1998, 1999, 2003; С-Петербург, 2000, 2001, 2002; Екатеринбург, 2002; Белгород, 2004; Тольятти, 2004; Воронеж, 2004; Томск, 2004.
Всего опубликовано 67 работ и 2 монографии (в соавторстве). Общий объём свыше 20 печатных листов. Защищено на НТС 25 научно-производственных отчётов, разработано более 100 проектов ОВОС, ПДВ и ПНООЛР.
Структура я объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка из 337 наименований. Содержит 296 страниц машинописного текста, 39 рисунков и 38 таблиц.
Обзор предшествующих исследований
Основные направления практической деятельности связаны с обеспечением региона минеральным сырьем и поисками его источников, а также с решением задач по водоснабжению населения, с осушением разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, с инженерно-геологическими изысканиями под строительство разнообразных сооружений и т. д. Поверхностные воды всегда играли ведущую роль в решении вопросов водоснабжения, хотя массовое бурение одиночных скважин для водоснабжения началось в конце XIX века, когда развернулось железнодорожное строительство. Масштабы бурения еще более возросли с 1954 г., с освоения целинных н залежных земель. Необходимость в гидрогеологическом обосновании бурения для нужд сельского хозяйства обусловило постановку гидрогеологических съемок. В комплексе с маршрутными, буровыми, опытными и полевыми работами выполнены тысячи химических анализов вод и вмещающих пород. После внедрения в планы народнохозяйственного развития генеральных схем комплексного использования водных ресурсов Урала, десятки городов и горнодобывающих предприятий были обеспечены подземными водами хорошего качества. В конце советского периода тысячи буровых скважин ежегодно бурились для водоснабжения сельского хозяйства и отдельных предприятий. По водам зоны активного водообмена собран обширный гидрогеоэкологический материал.
Геоэкологические исследования выполняются в комплексе с инженерно-геологическими изысканиями под строительство разнообразных сооружений: при гидротехническом строительстве на Каме, Урале, Уфе, Чусовой (П.И. Желтов, Л.И. Константинова, Е.В. Посохов (1938—1947), Д.Г. Зилинг, К.В. Капитонова (1957-1958) и др.), при исследованиях карста (В.А.
Варсанофьева (1916), М.М. Толстихина (1932), А.Г. Лыкошин (1954), И.А. Печеркин (1952 1988), К.А. Горбунова (1956-1985), B.C. Лукин, А.В. Турышев (1961 - 1962), Ю.А. Ежов (1966),
Г.К. Михайлов (1966,1979), В.И. Мартин (1975), ГЛ. Лысенин (1983), А.И. Дзенс Литовский (1966), Г.В. Короткевич (1970) и др.) [49, 108, 122, 123, 148, 216] . Г.А. Максимовичем заложены фундаментальные основы нового научного направления — карстоведения и создана уральская школа карстоведов-геологов, представителями которой получены существенные геоэкологические результаты при изучении карста, процессов гипергенеза, корообразования, катагенеза и т. д. [187, 188]
После катастрофического затопления бокситовых и угольных шахт (Североуральск, Кизел и др.) стали организовывать предварительное водопонижение. Увеличение водоотбора из горных выработок вызвало загрязнение природных вод сточными и ях истощение. Возникла проблема комплексного решения задач водоснабжения, промышленного водоотведения и локализации загрязнения.
Стационарные наблюдения за режимом подземных вод впервые начаты в Кизеловском угольном бассейне (1934 - 1938 гг.), а с 1939 г. - на территории г. Уфы (Е.Н. Татценко, В.Г. Ткачук, М.М. Толстихина). Режимные наблюдения за подземными водами горнорудных предприятий, а затем и водозаборов различного назначения в регионе проводят с 1941 г. Уральская гидрогеологическая станция (Н.Д. Буданов, Н.К. Лемеш, М.Я. Барабашкин, П.П. Латышев, Ю.С. Курочкин), а с 1943 г. - Уфимской станцией (А.Н. Фонарев, СП. Ткалич, В.И. Мартин, и др.).
Крупными обобщениями материалов явились изданная монографий "Гидрогеологии СССР" в 1939-1943 гг. под редакцией Н.И. Толстихина и в 1970-х гг. под редакцией А.В. Сидоренко, Н.В. Роговской, Н.И. Толстихина, В.М. Фомина. Один том первого и 14, 15, 43-й и частично 13-й тома второго издания посвящены исследуемой территории [108]. Сводное описание природного комплекса районов Урала выполнили В.И. Мартин, А.И. Епифанов, Н.Н. Толстунова (1959), Л.А. Шимановский, И.А. Шимановская, Г.А. Сычкина (1956 - 1973), В.П. Веденина, Е.И. Токмачев, A.M. Черняев (1959—1965 гг.) и др. Большой фактический материал содержит кадастр гидрогеологических скважин, составлявшийся территориальными геологическими организациями на протяжении более трех десятков лет. Основные водоносные зоны Урала в связи с его структурно-геологическим строением и неотектоническим развитием охарактеризованы в "Гидрогеологии Урала" Н.Д. Буданова [31] и его гидрогеологической карте (1970 г., масштаб 1:1 000 000).
Исследованию глубинного строения Преду рал ья и геологии нефтяных и газовых месторождений Волго-Уралъской нефтегазоносной провинции посвящены работы СП. Максимова, В.А. Кирова, В.А Клубова, С.Я. Нечитайло, И.Х. Абрикосова, А.Г. Габриэляна, А.М, Мельникова, И.Л. Ханина, В.А. Сулина, А.И. Силина-Бекчурина, Т.П Афанасьева, М.А. Гатальского, В.В. Ягодина, Г.П. Якобсона, СС. Бондаренко, М.И. Зайдельсона, К.Е. Питьевой, В.А. Кирюхина и др. [49, 145, 160, 219]. Выявлен ряд важных для геоэкологических представлений закономерностей в формировании нефтегазоносности геологической среды. [49, 186] Установлена вертикальная и широтная гидрогеохимическая зональность и высотная поясность; выявлены геохимические аномалии на нефтяных и газовых месторождениях, куполовидные поднятия и зоны деминерализации глубинных рассолов. Большое значение имеют также обобщения по ресурсам пресных подземных вод и по особенностям структурно-гидрогеологического строения региона. В процессе разнообразных исследований попутно собран фактический материал по составу компонентов природного комплекса и геологической среды. [49,54,145,160,186.219,224,238,261,262,265-268]
Наиболее ранние исследования химического состава природного комплекса выполнили врачи-бальнеологи. Минеральные воды региона описаны в трудах первых академических экспедиций (И.И. Лепехина, П.С. Палласа, И.П. Фалька, И.Г. Георги), в работах А.Н. Третьякова, А. А. Штукенберга, П. И. Кротова, А А. Краснопольского, С. Н. Никитина М. О. Клера и др. Промышленное производство соли из подземных рассолов известно в Предуралье с XI в. и продолжалось до 20-х гг. XX столетия. Обобщения и обзоры по минеральным водам регионов Урала с подсче тами ресурсов месторождений выполнены МО. Клером, Г.В. Вахрушевым, В.В. Эпштейном, А.И. Дзенс-Литовским, А.Н Фонаревым н др. С 60-х гг. конторой "Геоминвод" исследуются бальнеологические свойства Красноусольских, Бирских и других минеральных источников. В.В. Эпштейном (1948) составлена сводка "Геохимия подземных вод Урала". Она оказала влияние на геохимические исследования в регионе. Растут объемы и нефтеразведочного бурения. Воды глубоких горизонтов Предуралья исследуются нефтяниками. Характеристика тех и других вод выполнена в сводных работах по минеральным и промышленным водам Предуралья (Славянова, 1963; Бондаренко, 1967; Архангельский, 1968; и др. [49, 145]) и в работах по отдельным районам (А.Я. Губергриц, А.И. Дзенс-Литовского, Г.А. Максимовича, Н.И Толстихина, А.С. Хоментовского, И.Н. Шестова, А.В. Шурубора, В.Я. Кулаковой, В.Ф-Ковалева, Г.В. Вахрушева, О.М. Севастьянова, Р.Ф. Абдрахманова, В.Г. Попова, А.И. Ковальчука, B.C. Лукина, Л.В. Боревского, Б.В. Борееского, Л.С. Язвина, В.А. Всеволожского и др. [1,2,47, 160, 188].
Гидрогеохимические методы с 50-х гг. начинают применяться не только при исследовании минеральных и промышленных вод, но и при поисках месторождений полезных ископаемых, контроле за состоянием водных ресурсов, решении вопросов охраны подземных вод от загрязнения и пр.
Гидрогеохимические методы поисков месторождений нефти и газа в регионе начали применяться систематически в составе поисково-разведочных работ с 1956 г., после выполнения научно-методических разработок ИГИРГИ (Е. А. Барс, М,И. Зайдельсон и др.), ВНИГНИ, ВНИГРИ и др. Опытно-методические гидрогеохимические работы в районах нефтяных месторождений проводят А.А. Оборин, И.Н. Шестов, М.И. Зайдельсон, А.И. Чистовский и др. [ПО, 145, 217. 226, 247, 248, 263] Начинается этап массового применения гидрогеохимических методов, чему способствовато промышленное производство полевых и полу стационарных лабораторий, внедрение в производство экспрессных колориметрических, спектральных, а позднее абсорбционных, ионоселективных и нейтронно-активационных анализов, методик по определению растворимых органических веществ, водорастворимых газов и микроорганизмов. Широко развиваются методы поисков и разведки месторождений нефти, газа (В. А. Кротова, М.И. Зайдельсон, В.Н. Быков, И.Н. Шестов, А.В. Шурубор, Б.В, Озолин, Б.И. Лерман, Л.Н. Усольцев, А.И. Чистовский, В.И. Малиновская, В.Г. Попов и др.[2, 36, 37, 145]).
Большое значение для развития методов поисково-разведочных работ на нефть и газ имели обобщающие труды В.А. Кротовой (1956 - 1978), М.А. Зайдельсона (1969 - 1981), В.П. Савченко и др. (1959), К.Е. Питьевой (1966 -1999), Г.П. Якобсона (1970), Е.А. Барс (1958-1970), А.Я. Гаева (1973-2003) и др. [49, 219] В них обобщен фактический материал по химическому составу геологической среды региона, сделаны попытки раскрыть процессы его формирования и важнейшие закономерности.
Охрана подземных вод от загрязнения и истощения - это важное направление геоэкологических исследований. Гидрогеологи занимаются вопросами фильтрации сточных вод от шламохранилищ, отстойников и пр. в горизонты подземных вод (Ю.М. Матарзин, Л.А. Шимановский, Б.Б. Немковский и др.). К.А. Костина установила высокую миграционную способность фенолов ниже по потоку сброса сточных вод. Сводная работа по характеристике санитарного состояния рек Урала выполнена Свердловским институтом гигиены труда и профпатологии (Л.И. Безель, 1964)
Задача геоэкологии при добыче и переработке углеводородного сырья
Огромные масштабы мировой добычи нефти (2 109т/год) и газа (2 1013т/год) [176] породили геоэкологические проблемы планетарного масштаба. В последние годы по геоэкологии нефтегазоносных районов появились сотни разработок научно-методических принципов исследований с понятийной базой. Разрабатываются отраслевые программы "Геоэкология России" на 2001-2010 гг. С 1995 г. на базе ВНИГРИ проводятся Всероссийские конференции по проблемам геоэкологии в нефтяной отрасли промышленности, начаты работы по созданию новой серии Госгеолкарты-200, призванной стать фундаментальной научной геологической информационной основой рационального природопользования. Ряд научно-исследовательских организаций (ВНИГРИ, МГУ. Институт проблем нефти и газа, СургутНИПИнефть, ТомскНИПИнефть и др.) занимается разработкой научно-методических основ нефтеэкологического картирования и мониторинга, оценки и прогноза геоэкологического состояния в районах добычи УВ сырья, разработкой научного обоснования методов комплексного прогнозирования и контроля экологической ситуации на объектах нефтегазового комплекса. Тем не менее, геоэкологические исследования в настоящее время носят методически разрозненный характер.
Нами при выборе методики работ в Предуралье проанализированы результаты исследований по аналогичной тематике; учтен опыт составления геоэкологической карты Оренбургской области масштаба 1:500 000 (В.Б. Черняхов, 1974); изучены методические рекомендации по составлению эколого-геологических карт масштабов 1:200000-1:100000, ВСЕГИНГЕО и разработки институтов ИГиРГИ, ВНИГРИ, МГУ, ВСЕГЕИ, НПО "Аэрогеология", НВНИИГГ, Оренбургского филиала Горного института УрО РАН и др.
В качестве нормативных документов для оценки экологического состояния ОС использованы "Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия", утвержденные Минприроды РФ 30.11.1992 г., а также требования ряда регламентирующих документов к разделу о состояния ОС при проведении ОВОС [290-331].
Экологическая ситуация в нефтегазодобывающих районах является результатом длительного взаимодействия разнообразных природных и техногенных факторов нефтегазодобывающих комплексов. Одним из эффективных способов их оценки является использование экспертных систем и современных информационных технологий, способных обеспечить сбор, накопление, обработку и интерпретацию информации и на ее основе принимать варианты решения конкретных задач. Экспертные системы помогают решать проблемы, сложность которых превышает человеческие возможности. Для решения этих проблем требуется объем знаний, которые один человек не в состоянии усвоить [177. 264].
Типичная экспертная система содержит базу формализованных и структурированных знаний специалистов - экспертов по решению актуальной проблемы, как основную подсистему, а также подсистемы пользовательского интерфейса, логического вывода и объяснений. База знаний определяет диапазон решаемых задач и качество предполагаемых решений. Знания, хранящиеся в ней, могут быть подразделены на алгоритмические, фактуальные и концептуальные. В качестве систем управления базами знаний можно использовать традиционные системы управления данными.
Подсистема логического вывода - программная подсистема, позволяющая логически выводить необходимую пользователю информацию, на основе сведений, имеющихся в базе знаний и поступающих от пользователя. Эта подсистема содержит правила стратегии логического вывода и определяет уровень интеллекта экспертной системы. Подсистема объяснений позволяет пользователю проследить ход рассуждений и убедиться в обоснованности полученной информации. Функции объяснений являются качественными важнейшими ее характеристиками, позволяющими считать систему экспертной.
Построения систем и подсистем осуществляются одновременно в двух направлениях:
1) резолютивном — путем расчленения проблемы на части, и исследования каждой из них в отдельности по принципу Декарта;
2) системном — путем рассмотрения внешних оболочек Земли как нерасчленимого целого, обладающего специфическим комплексом функциональных связей и структурных особенностей. Без целостного представления о внешних геосферах Земли невозможно объяснить сущность геоэкологических явлений. Невозможен и прогноз геоэкологических явлений даже на ближайшую перспективу. Резолютивный подход пока доминирует в науках о Земле и осуществляется путем районирования и картирования территорий при исследовании горизонтальной и вертикальной зональности, при изучении влияния отдельных факторов на геоэкологическую ситуацию и т. д. Исследователи накапливают фактический материал по строению, составу и свойствам ОС, условиям ее формирования. Особенности ее состава и свойств выявляют посредством факторного анализа и дифференцированного исследования отдельных компонентов ОС. Системным подходом в науках о Земле в совершенстве владел В.И. Вернадский. В дальнейшем его развивали палеогеологи и палеогеографы на основе принципов унаследованности, преемственности, историзма и при помощи современных методов моделирования. Стремление к осуществлению системного подхода в гидрогеологии, например, хорошо выразил A.M. Овчинников (1970, с. 3): "Вода такова, какова геологическая история района, в котором она находится".
Понятие "система" в науке используется весьма различно (Садовский, 1974; Розов, 1974; Косыгин, 1970; Еганов, 1979; Караванов, 1986; Гаев,1989, 2002; Гацков, 1986, 1988, 1989, 1991, 2001; и др.), Под геоэкологической системой мы понимаем исследовательскую экологическую конструкцию внешних геосфер Земли, элементами которой являются природные геологические, ландшафтные и искусственные объекты. Они могут быть благоприятны для жизнедеятельности живых организмов и человека и не благоприятны. Рассматривая бинарную систему с геологической средой и искусственными сооружениями, мы, прежде всего, оцениваем ее равновесное состояние и устойчивость сооружений и выявляем ведущие природные и техногенные факторы, чтобы сделать эту систему управляемой [10]. Управляемую геосистему мы, в развитие идей В.И. Вернадского, называем ноосистемой. При этом, системный подход носит системно-структурный характер. В ноосистему включаются только те элементы, которые связаны между собой на несколько порядков сильнее, чем со всеми остальными, т.е. создается упрощенная идеализированная геоэкологическая конструкция, позволяющая раскрыть самые существенные процессы и явления, отказавшись на время от деталей, затрудняющих понимание развития общей картины.
Геоэкологическая система Предуралья относится к разряду исключительно сложных систем. Научные и практические задачи ее изучения сводятся к статистической характеристике показателей важнейших геоэкологических компонентов и круговорота химических элементов. Проблема исследования геосистемы тесно переплетается с проблемой изучения техногенных преобразований ОС. Это хорошо показано П.Ф. Швецовым (1968), С.Л. Шварцевым (1978 -2000), А.Я. Гаевым (1989-2003), В.Г. Гацковым (1986, 1988, 1989, 1991, 2001) и др. Она включает в себя также геохимические процессы, формы миграции химических элементов, переход из одной фазы состояния в другую, техногенную трансформацию системы, и среды в целом, во времени и пространстве. Такой подход к геоэкологической системе региона требует комплексного геолого-исторического и структурного анализа. Его возможно осуществить только на основе системы мониторинга и на примере конкретного региона.
Термин "мониторинг» впервые использован в материалах Первой всемирной конференции ООН по охране ОС (Стокгольм, 5-16 июня 1972 г.). Под мониторингом понималось и наблюдение, и получение информации, и элементы управления состоянием ОС. Американец Р. Мэнн [289] охарактеризовал мониторинг, как систему повторных наблюдений за одним или несколькими элементами ОС в пространстве и во времени в соответствии с определенными целями и заранее подготовленной программой. Термин "мониторинг" происходит от латинского "monitor", что переводят как "наблюдающий", "предостерегающий" [151, 152, 289] и понимают, как систему управления или оперативного предупреждения чрезвычайных или аварийных ситуаций. Толкование понятия мониторинга у разных авторов неодинаково. Выделяют мониторинг климатический, биологический, экологический и т. д. [152]. В отечественную нефтяную литературу термин "мониторинг" ввел Б.В. Виноградов в 1976 г., как систему оперативного
контроля за состоянием над теми или иными процессами или явлениями с целью управления ими. Несколько уже определил это понятие Ю.А, Израэль (1987), как систему наблюдений, позволяющую выделить изменения состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности, А.Л. Ревзон [229] считает, что глобальный экологический кризис, охвативший все сферы взаимодействия природы и общества, является сигналом для выработки нового подхода к мониторингу ОС. В качестве теоретической платформы он предложил использовать понятия природно-технической системы (ПТС) и геотехнических систем (ГТС). Мониторинг по его мнению должен подняться на уровень управления состоянием всех элементов ПТС. Применительно к решению задач функционирования инженерных сооружений предложено различать: мониторинг изменений геологической среды в результате строительства и эксплуатации объектов и мониторинг состояния инженерных сооружений под влиянием воздействия на них динамики геологической среды [171]. В настоящее время разработаны методы, обеспечивающие получение статической, геодинамической прогнозной информации о состояниях элементов ОС, Задачей исследований является оценка состояния, прогноз и контроль изменения компонентов ОС под влиянием строительства и эксплуатации создаваемой инженерной инфраструктуры. Комплексность исследований при этом обеспечивается применением современных аэрокосмических и наземных методов, картографическими построениями, математическим и геодинамическим моделированием [126, 127, 133, 170, 171, 181, 204-207, 212, 221, 222, 245, 246, 251, 260]. Все исследования, связанные с оценкой природных условий районов предполагаемого строительства, в процессе проектно-изыскательских работ выполняются в пред проектный и проектный периоды. Максимальные объемы работ выполняются на стадии технического проекта. Опыт работ показал, что недостаточная полнота информации о природных условиях часто приводит к ошибкам в размещении объектов при принятии проектных решений. Это негативно отражается на ходе строительства и способствует возникновению аварийных ситуаций и экологических бедствий. За счет увеличения объемов изыскательских работ обеспечивается непрерывное получение геоинформации и формирование банков данных, проведение режимных наблюдений, и, как следствие этого, обеспечивается обоснованность прогнозов. Необходимо сосредотачивать мониторинговые исследования на полигонах. Это относится к районам, играющим роль тошшвно-сырьевой базы и, в первую очередь, к нефтегазоносным районам, где проблемы хозяйственного комплексного освоения еще далеки от своего полного разрешения. В связи с обострившимся экологическим кризисом в нефтегазоносных районах требуется коренной пересмотр хозяйственной инфраструктуры. Это потребует строительства новых и реконструкции старых водохозяйственных, энергетических, транспортных, рекреационных и социально-культурных комплексов и принципиально нового подхода к геоинформационному обеспечению прогнозов функционирования инженерной инфраструктуры. В пределах таких районов надо создавать опорные полигоны, на которых находились бы инженерные сооружения и коммуникации, как проектируемые и строящиеся, так и эксплуатируемые и реконструируемые. Частично это уже реализовано на ряде объектов нефтяной и газовой промышленности и в зоне освоения БАМ. В пределах таких полигонов осуществляются мониторинговые исследования и режимные комплексные наблюдения за состоянием инженерной инфраструктуры. Так, на Ясыльском участке Ужгородского коридора магистрального газопровода и на Севере Тюменской области запроектированы полигоны, включающие в себя участки проектируемых, строящихся и эксплуатируемых производственных объектов. Результаты исследований на этих объектах позволяют формировать базы данных для прогнозирования условий строительства и эксплуатации новых сооружений и применять полученный опыт на новых объектах, планируемых к строительству в аналогичных условиях.
Предусматривается автоматизированная обработка результатов исследований в системе мониторинга. Банки данных базируются не только на результатах дешифрирования аэрокосмических снимков и интерпретации фактических данных наземных исследований, но и на тематических картах, схемах и графиках, отражающих различные состояния компонентов ОС. По А.Л. Ревзон (1992), СИ. Мурашкиной (1992), В.Г. Гацкову и др. (1991, 1998, 2001, 2002) в основу базы данных систем мониторинга следует заложить картографическую информацию,
отражающую модели состояния ОС на момент сбора исходных параметров [75, 87-89, 93, 164, 221, 229]. Оперативность выдачи такой информации обеспечивается автоматизированной картографической системой, аналогичной разработанной на кафедре картографии географического факультета МГУ [22, 24].
Мингео СССР в 80-х гг. принята программа "Литомониторинг», объектами которой являются компоненты геологической среды. Под литомониторингом понимается мониторинг литосферы или геологической среды. Он представляет собой систему наблюдений, обработки и накопления эколого-гео логической информации об изменении геологического, физико-химического и микробиодогического состояния геологической среды под влиянием техногенных и природных факторов. Литомониторинг включает наблюдения за геоэкологическим состоянием литосферы, за природными и техногенными факторами. При этом осуществляется оценка материагьного баланса, определяющего эко лого-геологическое состояние конкретного участка (зоны) литосферы, прогноз состояния геологической среды под влиянием известных техногенных и природных факторов, а также прогноз предполагаемых объектов (факторов), воздействующих на литосферу, но пока не выявленных. Таким образом, литомониторинг - это система наблюдений, сбора и хранения эко лого-геологической информации о состоянии геологической среды, целенаправленной оценки этой информации, прогноза ситуации и управленческих решений по ее стабилизации.
Многие исследователи отмечают необходимость комплексного подхода к системе мониторинга. Необходимо исследовать все природные и техногенные компоненты ОС, включая приземные слои атмосферы, почвенно-растительный покров, животный мир, водные объекты, рельеф, горные породы и подземные воды [14, 17, 22, 55, 86, 90, 103, 106, 197, 212].
Физико-географические условия
Климат. Предуралье относится к области континентального климата умеренных широт. Горные сооружения Урала пересекают климатические пояса и служат климаторазделом между Русской и Западно-Сибирской равнинами. Широтная зональность и высотная поясность оказывают влияния на климатические условия, изменяющиеся с севера на юг и с запада на восток. Самые низкие температуры приурочены к осевой части гор. Р целом климат изменяется от сурового и очень влажного в северной части Пермского Предуралья (бассейн Вишеры) до засушливого в юго-восточных района" Оренбуржья. Среднегодовые температуры колеблются от— 2,3" С (г, ТаганаЙ) до +3,9 С на юге Оренбургского Предуралья. Северная часть региона относится к гумид-ной зоне, а южная - к зоне недостаточного увлажнения. Горы задерживают атмосферные массы влаги, движущиеся летом с запада и северо-запада, а зимой с юго-запада. Поэтому больше осадков выпадает В Предуралье. В Зауралье более часто вторгается холодный арктический воздух. При столкновении его летом с нагретым материковым воздухом возникают циклоны. Максимальное количество осадков выпадает на хребтах. В приподнятой части Северного Урала годовое количество осадков достигает 800-860 мм при испарении менее 350 мм. В южных районах Оренбуржья величина осадков снижается до 250-300 мм при испарении 800-900 мм. По данным гидрометслужбы, атмосферные осадки на территории Урала относятся преимущественно к сульфатному типу и имеют в северной половине минерализацию 20-25 мг/л, а на юге - до 60 мг/л и более Состав жидких и твердых атмосферных осадков варьирует от сульфатно-хлоридного до сульфатно-гидрокарбонатного [46, 270].
Глубина промерзания грунта изменяется от 1 до 3 м. она зависит от среднегодовой температуры воздуха, мощности и продолжительности снежного покрова. Минимальное промерзание грунта - в Предуралье, максимальное - в малоснежных районах Урала и Зауралья. В целом климатические условия в северной и западной частях региона благоприятны для формирования пресных подземных вод и ухудшаются в южном и особенно восточном направлении.
Климат в Оренбургской области резко континентальный, что обусловлено близким соседством с полупустынями Прикаспия и Казахстана и значительным удалением от морей и океанов. Положительная среднегодовая температура воздуха уменьшается с запада на восток от +3,8 С в Оренбурге до +1,5 С в пос. Адамовка. Средняя температура января в г. Оренбурге -15 С, а в июле +22 С (рис. 3.1). Амплитуда колебаний температуры между средними абсолютными максимумом и минимумом достигает 80 С.
Территория Оренбуржья относится к зоне недостаточного увлажнения. Количество осадков убывает к югу и юго-востоку, изменяясь в среднем от 420 до 260 мм в год. Толщина снежного покрова уменьшается в том же направлении от 35-40 см на северо-западе до 20-25см на юго-востоке. Значение испаряемости изменяется от 700 до 900 мм за теплый период года и в 2-3 раза превышает количество выпадающих осадков. Сильные и частые ветры способствуют испарению влаги -среднегодовая скорость ветра в Оренбурге 4,1 м/с, Адамовке 4,6 м/с [Г.А. Русский, 2003].
Более детально рассмотрим климатические условия нефтегазоносного Оренбургского Предуралья (рис. 3.1, 3.2). Район находится в центральной части Евроазиатского материка, что обуславливает основные черты его климата резкая континентальность, значительные колебания температуры: и неравномерное распределение осадков в течение года. Из-за отсутствия горных хребтов на территорию беспрепятственно проникают холодные арктические массы воздуха с севера и сухие горячие с юга и юго-востока, что усиливает континентальность климата.
Температурный режим воздуха формируется под влиянием атмосферной циркуляции, широты местности, рельефа, растительности. В холодный период года над территорией преобладает циклоническая деятельность, сопровождаемая усилением юго-западного перено са воздушных масс. Весной имеют место меридиональные переносы, которые вызывают как интенсивное таяние снега, так и типичные для весны возвраты холодов. Летом погода формируется в основном за счет за счет трансформации воздушных масс в антициклонах, чему способствует большой приток солнечной энергии.
Средняя температура наиболее холодного месяца января составляет 15С, а самого жаркого месяца июля +20С. Абсолютная минимальная температура воздуха зафиксирована в январе (40,1 С) в п. Фадеевский, абсолютная максимальная температура (+39,2С) наблюдалась в июле в г. Сорочинск. Отрицательная температура в среднем держится с середины ноября до конца марта. Первые заморозки отмечаются, как правило, во второй половине сентября, последние обычно регистрируются во второй половине мая. Устойчивый снежный покров появляется во второй половине ноября, разрушение и спад его заканчивается в середине апреля. Рис.3.2 Климатическая карта-схема Южного Предуралья 1 - населенные пункты с метеостанциями. Среднегодовое количество осадков: 2- менее 350 мм; 3 - 350 -400 мм; 4 - 400-450мм; 5 - более 450 мм. Температура воздуха: 6 - среднегодовые изотермы; 7 - изотермы июля; 8 - изотермы января
Среднее количество выпадающих в год осадков составляет 447 мм. Максимальное их количество приходится на август (до 64 мм), минимальное на март (19 мм). В теплое время года в среднем выпадает 260-285 мм осадков (64% от обще годовой суммы). Летом осадки выпадают в виде ливневых или затяжных дождей, зимой в виде снега.
Влажность характеризуется тремя показателями: абсолютной величиной, относительной и недостатком насыщения. Абсолютная влажность воздуха находится в прямой зависимости от температуры воздуха, относительная в обратной. С повышением температуры увеличивается упругость паров и количество паров вследствие испарения. Самому жаркому месяцу (июлю) соответствует наибольшая среднемесячная абсолютная влажность (16 мб.), а самому холодному месяцу (январю) минимальное значение абсолютной влажности (2 мб.). Минимальная среднемесячная относительная влажность в мае (55%), а максимальная в ноябре-декабре (85%). Недостаток насыщения воздуха водяными парами в зимнее время минимальный и составляет 0,4 мб. Весной, с повьппением температуры, он увеличивается и достигает максимума в конце нюня (12,9 мб.). Среднегодовой недостаток насыщения по многолетним данным составляет 4,6 мб.
Испарение с водной поверхности почти в 2 раза превышает величину атмосферных осадков и достигает 765 мм в год.
Описываемый район расположен в степной зоне, что благоприятствует свободному проникновению ветров. Направление ветра периодически меняется в течение года. Характерно преобладание ветров юго-западного (20%) и южного (16%) направлений и ослабленная деятельность ветра восточного направления (6%). Среднегодовая повторяемость ветров остальных направлений приблизительно равна и составляет 11-13%. Средняя скорость ветра за год по многолетним данным меняется от 2,6 до 4,2 м/с.
Роль естественно-исторических процессов в формировании геологической среды
Гидрогеологический этаж трещинных вод кристаллического фундамента представлен термальными водами, находящимися в трещинных зонах силикатной оболочки. Температура здесь, по Ф. А. Макаренко, изменяется от +60 до +700С. Отсутствие фактического материала не позволяет пока гидрогеологически расчленить силикатную оболочку. Несомненным является активная роль термальных вод и глубинных флюидов, циркулирующих в системах тектонических трещин, но природа и механизм движения их до сих пор не рассматривались в тесной взаимосвязи с геодинамикой земной коры. Тектонические нарушения фундамента установлены не только геофизическими методами, но и в процессе сверхглубокого бурения, в частности при бурении скважин Миннибаевской 20 000, сГ проектной глубиной 7000 м, и Туймазинской 2000. Здесь в пределах архейских пород соответственно болыпечеремшанской и икской серии были обнаружены трещинные зоны с катаклазированными и брекчированными породами. Макротрещиноватость установлена по всему разрезу и особенно интенсивно проявляется в гранито-гнейсах. Кварцевый песок, поднятый из Миннибаевской скважины 20000 с глубины 3540м имеет, по данным В. С. Веденина, пористость 12%. Только в интервале 2050-4401 м зарегистрировано 28 аномалий поглощения, 5 аномалий притока и 44 аномалии "газовоздушного типа". Минерализация хлоридно-кальциевых рассолов составила 273 г/л. Все эти факты свидетельствуют о гидрогеологической активности силикатной оболочки и о необходимости выделения ее в самостоятельный гидродинамический этаж, в котором гидравлические законы движения подземных вод и флюидов зависят от тектонических движений [49].
Гидрогеологический этаж глубокого местного стока. В нижнем гидродинамическом этаже осадочного чехла нами выделяются три гидрогеологических подэтажа. Все они находятся в зоне глубокого местного стока с преобладанием вертикальных перетоков подземных вод. Средний гидрогеологический подэтаж характеризуется максимальной степенью изоляции от соседних, о чем свидетельствует приуроченность к данному подэтажу основных залежей нефти в регионе. Преобладают рассолы хлоридного типа, с водо-растворенным газом азотного, азотно-метанового или метаново-азотного состава. Метан тяготеет к районам месторождений нефти и газа. Температура вод составляет от 20 до 60С, возрастая в районах погружения кристаллического фундамента до 200С н более.
Гидрогеологический подэтаж глубокого местного стока из протерозойско-среднефранского комплекса пород .включает в себя эйфельско-кыновский преимущественно терригенный и рифейско-вендский терригенный водоносные комплексы. Рифейско-вендский терригенный водоносный комплекс залегает на глубинах от 2-3 до 5 км и более. Поверхность фундамента осложнена слабоводоносной корой выветривания, испьгтывавшейся в Глазовской, Советской и Голюшурминской опорных скважинах. Комплекс сложен плохо отсортированными фубозернистыми песчаниками с прослоями алевролитов, глин и аргиллитов рифея, перекрытыми отсортированными песчаниками, глинами и алевролитами вендского возраста. Мощность пород комплекса достигает 2-3 км и более. С. Г. Морозов и Л. В. Егорова отмечают повышенную тектоническую трещиноватость пород. Притоки воды из скважин невысокие, на Ефремово-Зьжовской, Бородулинской, Султангуловской, Байтуганской, Боровской, Сулинской и других площадях дистигают 60-250 м /сут. Рассолы отличаются повышенным содержанием кальция, йода, брома, водо-растворенных водорода и гелия.
Эйфельско-кыновский преимущественно терригенный водоносный комплекс залегает почти повсеместно в среднем на глубинах 2-3 км, в Татарии и Башкирии нефтегазоносен. Сложен песчано-алевролитовыми породами, образующими пять водо-нефте-газоносных горизонтов с аргиллитами, алевролитами и глинистыми известняками общей мощностью до 1000 м в осевой части Казанско-Кажимского прогиба. Относительно хорошие коллекторские свойства пород (пористость до 15-21%, проницаемость до 300-1000 мд и более) отмечаются на площадях, расположенных над сводами фундамента, худшие - во впадинах и прогибах. Притоки воды в присводовых частях разреза составляют десятки и пер-ые сотни кубических метров в сутки при понижениях о 200-350 м. На Пермском своде отмечаются притоки жидкости 300-700 м3/сут (Северо-Камская, Кудымкарская площади). В отдельных скважинах на Северо-Камской и Нытвинской площадях водопритоки достигают 3-4 тыс. м3/сут при понижении до 300 м. Водообильность пород резко падает в направлении к Предуральскому прогибу и составляет на Культюбинской и Кинзебулатовской площадях менее 4 м /сут. М. И. Зайдельсон приводит достаточно высокие для этого комплекса значения коэффициента продуктивности (5-10 м /сут-ат) в Куйбышевской области, а также данные по гидропроводности (500 д-см/спз) и пьезопроводности (10-25 тыс. см2/с). Минерализация рассолов составляет 260-280 г/л, уменьшаясь в сторону Предуральского прогиба до 150 и даже до 120 г/л в районе Соликамской впадины. По химическому составу воды близки к водам рифейско-вендского комплекса. Водо-растворенный газ содержит азот, метан, гелий и почти не содержит сероводорода.
