Формирование микрокомпонентного состава подземных вод территории Астраханского газоконденсатного месторождения Фокина, Людмила Михайловна

Введение к работе

Актуальность работы заключается в том, что на современном производственно-техническом уровне в газодобывающей и перерабатывающей промышленности существенно техногенное воздействие на природные среды, в том числе на подземную гидросферу. Это требует изучения подземных вод с целью оценки техногенных процессов. Разработка АГКМ, начатая в 1986 г., вызвала поступление в атмосферу и подземные воды значительного числа посторонних для природных условий этой территории токсичных компонентов. Размещение АГК в пределах Волго-Ахтубинского междуречья вблизи водотоков бассейна р. Волга потребовало серьезного изучения его влияния на подземные воды, являющиеся распространителями техногенных компонентов к поверхностным водам - единственному источнику водоснабжения и имеющим огромное рыбо-хозяйственное значение.

Цель и задачи. Целью исследований являлось изучение формирования микрокомпонентного состава природных и природно-техногенных сред четвертичного водоносного комплекса в связи с разработкой АГКМ. Основные задачи: - изучение техногенных источников микрокомпонентов в подземных водах; типизация микрокомпонентов в качестве загрязнителей и выделение среди них значимых для загрязнения; их распространение в стоках и загрязненных атмосферных осадках; - изучение фонового состояния, формирования и закономерностей распространения микрокомпонентов -«загрязнителей» в подземных водах, атмосферных осадках и породах; - разработка теоретической концепции процессов техногенного преобразования микрокомпонентов в источниках загрязнения, зоне аэрации, подземных водах; - изучение по экспериментальным и натурным данным процессов формирования микрокомпонентов в техногенных и природно-техногенных средах; их количественная оценка; - систематизация техногенных гидрогеохимических процессов в связи с обоснованием защищенности подземных вод от загрязнения и выделением микрокомпонентов - индикаторов загрязнения; - районирование территории АГКМ по условиям и характеру влияния АГК на подземные воды.

Научная новизна. 1. Установлены и количественно оценены процессы и факторы формирования микрокомпонентного состава природных, техногенных и природ-

2 но-техногенных сред территории АГКМ применительно к атмосферным осадкам, зоне аэрации и подземным водам четвертичного водоносного комплекса и взаимосвязанным с ними поверхностным водам.

1. С гидрогеохимических позиций обоснована и количественно оценена защищенность подземных вод от загрязнения, выделены индикаторы загрязнения, что вследствие значительной распространенности терригенных отложений, большого набора загрязнителей приемлемо в целом для многих территорий.

2. Установлен постоянный ряд микрокомпонентов - загрязнителей, свойственных в общих чертах районам добычи и переработки газоконденсатных месторождений, характеризующийся концентрациями (мг/л): В, Р, Mn, Zn - сотые-десятые в загрязненных атмосферных осадках, десятые в стоках; Li, Pb, Си, Cd - тысячные в осадках, сотые в стоках; Hg - менее тысячных в осадках и стоках.

3. Установлена существенная роль пород в формировании микрокомпонентов подземных вод путем изучения минеральных форм микрокомпонентов, выделения главных, преимущественно изоморфных, количественно наиболее представительных, с оценкой доли их участия в конкретных процессах, что позволило правильно интерпретировать результаты экспериментальных исследований по целому ряду процессов.

4. Экспериментально получены слабо представленные в литературе геомиграционные параметры - гидродинамическая дисперсия (D), дисперсивность (D/v), коэффициент распределения (Kj) для ряда микро-, макрокомпонентов и систем сток-песок, а также пористость (п). Параметры использовались при прогнозе загрязнения подземных вод территории АГКМ; их целесообразно использовать при решении задач загрязнения в районах с близкими к территории АГКМ геологическими условиями.

5. Для сорбции металлов получен новый ряд Си > Za > Pb, Hg. Для сорбции фосфора выявлена зависимость от ожелезненности песков (К<З_не0жел = 0,04-0,14; Кд_ОЖа\ = 1,05). Установлены емкостные свойства песчаных разностей относительно микрокомпонентов, оцененные по средним данным в г/т (ТВ:Ж=1:10): Zn (10,0) > Р (7,7) > Си (1,0).

6. Для экспериментального моделирования разработан ряд оригинальных приемов оценки процессов выщелачивания, сорбционных и др.; например, сравнительной оценки привноса и выноса компонентов из стоков при их взаимодействии с породами и пр.

Методика исследований. Решение поставленных задач проведено применительно к четвертичному водоносному комплексу, наиболее подверженному влиянию со стороны объектов АГК и надежно изолированному от глубоко залегающих подземных вод мощной (более 200 м) толщей плотных глин бакинского и апшеронского ярусов. Разнообразие микрокомпонентного состава стоков, сложная природная обстановка и техно-

генные условия, на нее воздействующие, потребовали комплексного подхода к исследованиям, что выразилось в крупном плане в применении региональных и разнообразных экспериментальных приемов; в изучении одновременно максимально возможного числа источников и компонентов загрязнения; в изучении во взаимосвязи с подземными водами речных вод, атмосферных осадков, пород; в выявлении процессов миграции микрокомпонентов в загрязненных атмосферных осадках, стоках, в зоне аэрации и подземных водах четвертичного водоносного комплекса. Методы и методика изучения конкретных задач изложены в соответствующих разделах.

Практическая значимость. Разработаны рекомендации для РАО ГАЗПРОМ, Астрахань ГАЗПРОМ, Астрахань НИПИГАЗ по мероприятиям, способствующим эффективному решению природоохранных задач. Установлены очаги техногенного влияния на подземные воды; осуществлена оптимизация режимной сети; предложены способы утилизации сточных и дренажных вод.

Концентрации микрокомпонентов в стоках и загрязненных атмосферных осадках, проинфильтровавшихся через зону аэрации, количественно оцененные экспериментально, их фоновые концентрации в подземных и речных водах использованы с привлечением экспериментально полученных геомиграционных параметров при решении прогнозных задач загрязнения подземных вод и речных вод в «рисковых» ситуациях, а также при развитии подпора подземных вод в результате повышения уровня Каспийского моря.

Рекомендации к гидрогеохимической защищенности подземных вод от загрязнения, по установлению индикаторов загрязнения предложено использовать при обосновании математического моделирования процессов загрязнения.

Апробация основных результатов работы осуществлена через доклады на всесоюзных научных семинарах и конференциях секции проблем литосферы Научного Совета АН СССР и кафедры гидрогеологии МГУ (Москва, 1987,1988); кафедры гидрогеологии МГУ (1990); Ленинградского университета (1991); МГРИ (1992); по промышленной экологии (Астрахань, 1989, 1990, 1993); на Ломоносовских чтениях МГУ (1995); а также на международном семинаре по экологической гидрогеологии стран Балтийского моря (С.-Петербург, 1993) и 2 советско-американском симпозиуме по гидролого-гидрогеологическим проблемам охраны окружающей среды (Вашингтон, 1993). Результаты работы используются в постановке учебных задач и при чтении лекций на кафедре гидрогеологии МГУ. Ряд положений диссертационной работы вошли в инструктивно-методические руководства по проблемам экологии газоконденсатных месторождений.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе в соавторстве 2 монографии.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 разделов, заключения, списка литературы из 95 наименований, одного приложения, изложена на 100 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 43 таблицы.