Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий физико-географический очерк 15
1.1. Географическое положение 15
1.2. Климат 16
1.3. Орогидрография 18
1.4. Почвы, растительность и животный мир 19
Глава 2. Геологичекое строение, гидрогеологические и геокриологические условия, нефтегазоносность 23
2.1. Геологическое строение 23
2.2. Гидрогеологические условия 42
2.2.1. Гидрогеологическая стратификация 42
2.2.2. Гидрогеологические бассейны, гидрогеологические комплексы и водоносные горизонты 44
2.3.Геокриологические условия 81
2.4. Нефтегазоносность 91
Глава 3. Геохимия пресных подземных вод 95
3.1. Факторы, формирования химического состава пресных подземных вод 95
3.1.1 Палеогидрогеологические факторы 101
3.1.2. Мерзлотно-гидрогеологические факторы 112
3.2. Геохимический облик пресных подземных вод и оценка их качества 132
Глава 4. Техногенная трансформация подземных вод 151
4.1. Определение термина «техногенез», сущность проблемы 151
4.2. Техногенная нагрузка на геологическую среду 154
4.3. Источники воздействия 155
4.3.1. Нефтегаздобыча и транспортировка нефти и газа 155
4.3.2. Населенные пункты 157
4.3.3. Сточные воды 159
4.3.4. Полигоны промышленных и бытовых отходов 161
4.3.5. Выбросы в атмосферу 163
4.4. Техногенные гидрогеологическме системы 163
4.4.1. Эжекционные техногенные процессы 165
4.4.2. Инжекционные техногенные процессы 179
4.4.3. Взаимодействующие (комплексные) процессы 189
4.5. Подземное захоронение сточных вод 190
4.6. Поддержание пластового давления при заводнении месторождений нефти 201
Глава 5. Рекомендации по нормализации условий водоснабжения ...212
Глава 6. Рекомендации по организации и проведению гидрогеоэкологического мониторинга на территории Ямало-ненецкого автономного округа 237
6.1. Цели и задачи мониторинга 237
6.2. Гидрогеоэкологический мониторинг 242
Заключение 253
Список литературы 258
- Орогидрография
- Гидрогеологические условия
- Палеогидрогеологические факторы
- Техногенная нагрузка на геологическую среду
Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость проведения исследований, на которые нацелена настоящая работа, обусловлена неблагополучием эколого-гигиенического состояния питьевых вод Ямало-Ненецкого автономного округа, где в настоящее время сложилась тяжелая ситуация с обеспечением населения качественной питьевой водой. Подземные воды, используемые для питьевых целей, даже при отсутствии техногенного загрязнения, имеют неблагоприятные химико-гигиенические характеристики, что негативно влияет на здоровье населения.
Ямало-Ненецкий автономный округ является одним из крупнейших нефтегазодобывающих регионов России, занимает особое место в перспективных планах развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Анализ перспектив развития традиционной энергетики на ближайшие 25ч-30 лет показал, что с учетом экологических требований безальтернативным вариантом развития ТЭК является вовлечение в разработку все новых газовых месторождений Ямала, где сосредоточено более 10 трлн. м разведанных запасов газа На долю региона приходится около 90% доказанных запасов России и около 30% мировых запасов природного газа. С начала геологического изучения территории открыто 213 месторождений углеводородного сырья, среди которых 72 нефтяных. В настоящее время на исследуемой территории осуществляют свою деятельность 40 нефтегазовых компаний — владельцев лицензий [24].
В результате интенсивной нефтегазодобычи исследуемая территория находится под прессом глобальных, региональных, и локальных техногенных воздействий, оказывающих свое негативное влияние на окружающую среду, особенно на подземную гидросферу. Подземные воды высокочувствительны к любым техногенным изменениям. Под воздействием техногенеза происходит их трансформация и формирование техногенных гидрогеологических систем, которые с максимальной нагрузкой образуются в эоцен-олигоценчетвертичном гидрогеологическом комплексе, являющемся основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения региона, и в газонефтенасыщенных частях апт-альб-сеноманского, неокомского и юрского гидрогеологических комплексов.
В ряду техногенного зафязнения природных вод возрастает роль коммунально-бытового загрязнения, связанного с непосредственной деятельностью человека. Характерной особенностью вод, формирующихся при этом, является помимо химического, также микробное и паразитологическое загрязнения. Последние виды наиболее опасны для здоровья населения и по рекомендациям ВОЗ являются приоритетными при оценке качества питьевой Рассматриваемая площадь характеризуется, в целом слабой гидрогеологической изученностью; При разработке месторождений углеводородов вопросы техногенного воздействия на подземные воды практически не освещены, хотя в последние 3-4 года появились материалы по данной тематике в работах ООО «Уренгойгазпром», ООО «ТюменНИИгипрогаз», ОАО «СибНАЦ» и др.
Обобщение материалов этих работ совместно с результатами исследований автора позволили дать гидрогеологическую характеристику территории, проследить динамику развития эжекционных, инжекционных и взаимодействующих (комплексных) техногенных процессов, под воздействием которых происходит формирование техногенных гидрогеологических систем и предложить основы организации и ведения гидрогеоэкологического мониторинга.
Проблемам техногенеза подземных вод посвящены работы: Н.И: Плотникова, А.А. Карцева, С Б . Вагина, В.М. Матусевича, Е.А. Пономарева, О.М. Севастьянова, В.П. Ильченко, Ю.В. Васильева, В.А. Бешенцева, Ю.К. Иванова, А.П. Каменева и др.
Наибольший вклад в изучение подземных вод Западной Сибири в разные годы внесли: Е.А. Барс, Г.П. Богомяков, Ю.Г. Зимин, А.И. Ковальчук, А.Э. Конторович, Н.М. Кругликов, А.Р. Курчиков, В.М. Матусевич, В.В. Нелюбин, И.И. Нестеров, Л.Н. Носова, В.А. Нуднер, Р.Г. Прокопьева, О.В. Равдоникас, А.А. Розин, Н.Н. Ростовцев, Ю.К. Смоленцев, Б.П. Ставицкий, Г.А. Толстиков, В.Т. Цацульников, В.М. Швец, Н.Г. Шубенин и др.
Актуальность представленной работы связана также с отсутствием целостной системы представлений об условиях формирования химического состава подземных вод.
Цель работы. Целью данной работы является изучение (анализ) факторов формирования пресных подземных вод, гидрогеологических условий Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона в связи с техногенным воздействием нефтегазового комплекса на окружающую природную среду, в том числе и на подземные воды.
Достижение поставленной цели включает решение следующих задач: • изучение палеогидрогеологических, мерзлотных и современных фаторов формирования пресных подземных вод; • изучение геологических, гидрогеологических и геокриологических условий северной части Западно-Сибирского мегабассейна; • определение и характеристика источников и видов техногенного воздействия на гидрогеологические комплексы; • раскрытие воздействия техногенных эжекционных процессов на подземные воды; • оценка современного антропогенного воздействия инжекционных процессов на поверхностные и пресные подземные воды; • анализ воздействия техногенных комплексных процессов на водные объекты при добыче углеводородов, подземном захоронении промышленных сточных вод с нефтегазовых комплексов, заводнении месторождений нефти; • обоснование организации и ведения локального гидрогеоэкологического мониторинга; • разработка рекомендаций по водоподготовке подземных вод перед их подачей потребителю; • разработка рекомендаций по охране подземных вод при их добыче и использовании в условиях Крайнего Севера.
Объектом исследования являются поверхностные и пресные подземные воды Западно-Сибирского мегабассейна в пределах Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона.
Фактический материал и личный вклад соискателя. В основу данной работы положены результаты исследований автора в период с 1995 по 2005 годы, носящих преимущественно инициативный характер. Автором проанализированы и обощены геологические, геофизические и гидрогеологические материалы по району работ, кроме этого использованы имеющиеся публикации по Западно-Сибирскому нефтегазоносному региону, фондовые и архивные материалы, хранящиеся в Государственном учреждении «Ресурсы Ямала», научно-исследовательские и научно-методические работы. В процессе проведения исследований автором отобрано более трехсот проб воды (более ста при первичном опробовании — 1995-1998 годы) и (более двухсот при повторном - 2004 - 2005 годы), в которых выполнены несколько тысяч определений по 40 показателям. Результаты научно-исследовательских работ отражены в авторских работах (монографиях) [23,26,30,31,34]. Места опробования показаны на рисунках 1 и 2.
Научная новизна. В процессе выполнения работы получены следующие новые результаты: • впервые выполнены широкомасштабные комплексные гидрогеологические и геокриологические исследования на территоии Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона; • впервые для территории региона выпонен анализ техногенного воздействия нефтегазового комплекса на подземные воды; • исследован современный водоотбор подземных вод, их разведанные и прогнозные запасы, степень и масштабы зафязнения поверхностных и пресных подземных вод; • раскрыто на примере Новоуренгойского и Губкинского месторождений пресных подземных вод изменение уровенного режима и химического состава вод в процессе эксплуатации; • охарактеризовано снижение пластового давления и формирование депрессионных воронок при разработке сеноманской залежи на Уренгойском НТК месторождении; • освещено техногенное воздействие полигонов захоронения промышленных сточных вод с нефтегазовых комплексов и ситем заводнения для ППД на гидрогеологические системы; • впервые проанализировано влияние широко используемых при заводнении месторождений нефти поверхностных вод на гидрологический режим рек; • впервые на основании опробования состава подземных вод основных гидрогеологических районов дан региональный обзор и выявлены изменения их химического состава и ресурсов по территории ЯНАО; • выполнен анализ кондиционности гидрогеохимических данных, снижающий неоднозначность использования ранее проведенных химических анализов природных вод, что может служить исходной базой создания системы мониторинга; • построена математическая модель системы вода — растворенное вещество для основных макро и микрокомпонентов. На ее основе сделаны выводы о распределении различных форм мифации железа, марганца и кремния в воде в зависимости от рН, температуры, ионной силы раствора, концентрации фульвокислот; • разработаны теоретические положения по формированию химического состава подземных вод, совокупность которых можно квалифицировать как достижение в области гидрогеологии криолитозоны.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы: • при решении проблемы обеспечения качественной водой хозяйственно-питьевого назначения городов и районов Ямало-Ненецкого автономного округа; • при проведении геоэкологических работ, связанных с оценкой качества вод хозяйственно-питьевого назначения и охраны природных вод от загрязнения для любого региона территории ЯНАО; • для выявления источников поступления загрязняющих веществ в подземные воды; • при картировании загрязненных территорий в различных масштабах; • для прогнозирования изменений химического состава вод территорий, подвергающихся техногенному воздействию; • при принятии соответствующих решений органами исполнительной власти, осуществляющими государственное управление в области охраны окружающей среды, государственными органами управления использованием и охраной водного фонда, государственными органами санитарноэпидемиологического надзора и водопользователями.
Основные защищаемые положения:
1. Химический состав ультрапресных подземных вод ЯмалоНенецкого нефтегазодобывающего региона сформировался под влиянием ранне- и позднезырянского оледенений, процессов их криогенной метаморфизации вследствие многократного промерзания и оттаивания отложений эоцен-олигоцен-четвертичного гидрогеологического комплекса и ландшафтно-климатических условий современного этапа,
2. Техногенез пресных подземных вод Ямало-Ненецкого нефтегазодобывающего региона и формирование в связи сним техногенных гидрогеологических систем с нарушенными гидрогеохимическими, гидрогеодинамическими и гидрогеотермическими режимами обусловлен широкомасштабным освоением углеводородно сырья.
3. Предложенное автором усовершенствование технологии водоподготовки на основе каталитического обескремнивания, обезжелезивания и деманганизации позволит повысить качество питьевых вод до требований государственных нормативов, а раработанная система локального мониторинга пресных подземных вод региона обеспечит надежную их защиту в условиях техногенного воздействия нефтегазового комплекса.
Апробация работы. Результаты исследований были рассмотрены на заседаниях экспертного совета при Департаменте природно-ресурсного регулирования и развития нефтегазового комплекса администрации ЯмалоНенецкого автономного округа в 1997, 1998, 2004 и 2005 годах; доложены на XV Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. Тюмень. 1997 г.; на международном конгрессе «Вода: экология и технология». Москва. 1998 г.; на третьей Всероссийской научно-технической конференции «Геология и нефтегазоносность Западно-Сибирского мегабассейна». Тюмень. 2004 г.; на II международном научно-техническом семинаре "Информационные системы и технологии в геологии и нефтегаздобыче", Тюмень. 2005 г.; на XVIII Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. Иркутск. 2006 г.; на Всероссийской научнопрактической конференции «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий». Екатеринбург. 2006 г.; на пятой Всероссийской научнопрактической конференции «Геология и нефтегазоносность ЗападноII Сибирского мегабассейна». Тюмень, 2007 г.; на Всероссийском научнотехническом семинаре «Проблемы захоронения промышленных стоков в недра». Тюмень, 2007 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Нефть и газ Западной Сибири». Тюмень, 2007 г.; на научных семинарах в институте Геологии и геохимии Уральского отделения Российской Академии наук в 1995, 1997, 1998, 2004 и 2005 годах. Результаты исследований автора изложены в 4 монографиях коллектива авторов, по теме диссертации опубликовано более 40 работ, в том числе 10 статей, входящих в перечень журналов ВАКа.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 274 страницы компьютерного текста, включаюш,его 27 таблиц, 54 рисунка. Список использованной литературы включает 177 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному консультанту — Д.Г.М.Н., профессору, заслуженному деятелю науки и техники России В.М. Матусевичу за постоянное внимание к проводимым исследованиям, за ценные замечания и предложения при написании работы. В ходе исследований автор пользовался поддержкой, помощью и советами д.т.н. Тагильцева Н., к.г-м.н. Ковальчука А.И,, к.г-м.н. Цацульникова В.Т., к.г-м.н. Иванова Ю.К., к.г-м.н. Васильева Ю.В., к.г-м.н. Бешенцевой О.Г. и других, которым выражает признательность и благодарность.
О и н ^ ж й 4- уо leu ifu -ieo • Километров Условные обозначения Точки опробования % tddo 1996 I t lee^ 1996
4t НАселеппые ли«>.па Гыоаш^ляНГО Фролойскйя нГО Яиа/ъи:1.АЯ нГО Срвомеобская н '^О вАСюгапС) а№ ИГО К..:.Л нал-м Оурскдя НГО Г 'Хааола.шя нГО Рис. 1. Карта опробования пресных подземных вод в 1995-1998 гг.
^ ^ " - Условные обозначения гыданская мГО Фроловская НГО
9тЛПтСГ» НГО Среонвобская нГО Васюгамсхая НГО нааым-Пурская нго Тазоаская нГО Карта опробования пресных подземных вод в 2004 г.
Орогидрография
Рельеф. Ямало-Ненецкий автономный округ расположен в северной части Западно-Сибирской равнины. Его территория - в основном сильно заболоченная тундровая равнина, однообразие которой местами прерывается холмами, холмистыми грядами и многочисленными реками. В пределы округа входят восточные склоны Полярного Урала — часть единого горного сооружения, отделенного от Западно-Сибирской равнины четким уступом. Вдоль южной границы ЯНАО тянутся Сибирские Увалы — возвышенность с наибольшей отметкой 285 м.
Гидрология. Все реки ЯНАО принадлежат к бассейну Карского моря. Самая крупная водная артерия - р. Обь. В нижнем течении Оби ее основными рукавами являются Большая Обь (длина 446 км) и Малая Обь (длина 456 км). Южнее г. Салехарда оба рукава сливаются в один поток шириной до 20 км и глубиной до 40 м. У мыса Ямсале начинается Обская губа - опресненный залив Карского моря. Протяженность Обской губы 800 км, ширина от 35 до 82 км. Все реки бассейна Оби сильно меандрируют, их русла изобилуют рукавами и протоками. В бассейнах рек Обь, Пур, Таз, Надым множество озер (в бассейне Пура число озер 85039, в бассейне Таза — 35440). Болота сравнительно молодой элемент природного комплекса. Их зарождение началось около 10 тыс. лет назад. Средняя скорость роста торфяной толщи составляет около 0,5 мм/год. Болота выступают в качестве естественного регулятора стока.
Почвы. ЯНАО характеризуется частой сменой разнотипных почв на ограниченном пространстве. Почвенный покров достаточно сложен и имеет две особенности: зональность почв и широкую изменчивость в пределах одной и той же зоны в связи с рельефом, пестротой почвообразующих пород, условиями увлажнения.
В тундровой и лесотундровой зонах почвы формируются на глинисто -песчаных отложениях морского и ледникового происхождения, в условиях слабо оттаивающей в летнее время мерзлоты.
В тундре распространены тундрово-глеевые почвы с маломощным (5-10 см) перегнойным горизонтом. Содержание гумуса в них небольшое (1,5-2 %). На более увлажненных участках развиваются торфяно-болотные и перегнойно-торфяно-болотные почвы, а на оттаивающих песках увалистых возвышенностях-слабоподзолистые. В лесотундре преобладают глеево-подзолистые почвы.
В таежной зоне на песчаных, песчано-глинистых, суглинистых и торфяных породах ледникового, морского, речного и озерного происхождения располагаются подзолистые, подзолисто-глеевые почвы, отличающиеся небольшой мощностью перегнойного горизонта и незначительным содержанием гумуса (2-3 % 0).
При увеличении термических ресурсов в почвообразовании возрастает роль переувлажнения, с которым связано образование болотных и торфяно-болотных почв. Распределение почв в Приуральском и Шурышкарском районах зависит от высоты гор, крутизны склонов и состава горных пород. Вершинные безлесные пространства заняты примитивными почвами каменистых тундр мощностью до 30 см с содержанием гумуса 10 — 12 %. Растительность. Распределение растительности на территории ЯНАО подчиняется законам зональности равнинной части и высотной поясности (в Уральском субрегионе). Зональность растительного покрова определяет изменение биоклиматических показателей. Границы тундровой зоны совпадают с территорией трех крупных полуостровов: Ямальского, Гыданского и Тазовского. Арктическими тундрами покрыты острова Белый, Шокальского, Олений, самая северная часть Ямальского и Гыданского полуостровов. Особенности этих тундр -безлесье, отсутствие торфяно-мохового покрова и множество цветковых растений (полярный мак, несколько видов камнеломки, ожиги). Мохово—лишайниковая тундра распространена на Ямале и Гыдане, от южных границ арктической тундры до широты устья Тазовской губы. Основные растения тундр — мхи, лишайники - основа пастбищ северного оленя. Растительный покров состоит из брусники, шишки, аркторуса и других кустарников. В поймах рек и долинах обычны заросли ивы шерстистой, березы низкой (ерника), багульника. Южная тундра характеризуется преобладанием кустарников (карликовая береза, багульник, кустарниковая ольха, ива мохнатая и др.), а также мхов и лишайников. Южная тундра - край грибов и ягод (черника, голубика, брусника). Здесь встречаются тундровые луга из вейников, осок, незабудок, кисличника, хвощей. Лесотундра — это комплекс тундр, редколесий, участков лиственных лесов и болот. На юге лесотундры леса занимают 20 - 30 % площади, тундра 5 - 10 %. В северной части на тундру приходится 30 — 40 %, на лесные сообщества - 2 - 3 % площади. На остальной территории располагаются болота, луга, по долинам рек заросли кустарников. В древостоях лесотундры преобладают лиственница, низкая кривоствольная береза, ель. В напочвенном покрове преобладают лишайники, водяника, брусника, голубика, багульник болотный, болотный вереск.
Более 50 % площади лесотундры, занято бугристыми сфагновыми торфяниками с пятнами лишайников, зарослями андромеды, карликового багульника и морошки. Северная тайга простирается от южных границ лесотундры до южных склонов Сибирских Увалов. В нижнем течении Пура, Таза, Надыма господствуют редкостойные лиственничные, лиственнично-сосновые леса. Высота деревьев не превышает 10 - 12 м. Запас древесины 20 - 60 м3/га. Здесь распространены торфяники, моховые и пушицевые болота. В верховьях Полуя, Надыма, Пура и Таза более типичны лиственнично - елово-кедровые леса. Они характеризуются большой густотой, высотой 12 — 14 м и запасами дре-весины 60 - 80 м /га. Леса занимают здесь 26 %, остальная территория покрыта кустарничково-лишайниково-сфагновыми, сфагново-кустарничковым и осоко-гипновыми болотами.
Гидрогеологические условия
Территория Ямало-Ненецкого автономного округа расположена в пределах Западно-Сибирского мегабассейна (ЗСМБ) и обрамляющего его с запада Горно-складчатого Урала. Наиболее полное рассмотрение гидрогеологических условий мегабассейна- приведено в томе XVI «Гидрогеология СССР (Западно-Сибирская равнина)» под редакцией В.А. Нуднера (1970). В данной работе на территории Западно-Сибирской равнины выделяется артезианский бассейн одноименного названия. Его вертикальный разрез делится на два гидрогеологических этажа: верхний и нижний, разделенных толщей глин олигоцен-туронской трансгрессии [53]. Верхний этаж составляют два гидрогеологиче-ских комплекса: 1) палеоген-четвертичных отложений и 2) олигоцен-туронских отложений. В нижнем гидрогеологическом этаже-разлинные,авторы выделяют от двух (А.А. Розин) до трех гидрогеологических комплексов — (В.А. Нуднер, Б.П. Ставйцкий и др.): 1) апт-сеноманских, 2) неокомских и 3) юрских отложений.
Западно-Сибирская эпипалеозойская плита (геосинеклиза) является крупнейшим на планете резервуаром подземных вод, в том числе пресных подземных вод. Обобщение и осмысление огромного фактического материала, включающего многие тысячи поинтервальных испытаний и опробований, анализов и точечных замеров уже в начале 80-х годов показали необходимость отхода от традиционного понятия гидродинамически единого Западно-Сибирского артезианского бассейна, разделенного на два гидрогеологических этажа. Дело в том, что выделение единого артезианского бассейна на огромных пространствах Западной Сибири на разбуренных глубинах до 4,5 (а по Тюменской сверхглубокой скважине — 7,5 км) не отвечает современной типизации гидрогеологических бассейнов по условиям залегания и движения, а также современному понятию гидрогеологической структуры.
В 1984 году на 27 сессии Международного геологического конгресса В.М. Матусевичем была предложена новая гидрогеологическая стратификация [110]. В ее основу положены условия залегания подземных вод, условия их движения и геодинамическая модель развития Западно-Сибирской геоси неклизы. В пределах всей мегаструктуры Западно-Сибирской геосинеклизы как надпорядковый гидрогеологический резервуар выделяют Западно Сибирский мегабассейн, состоящий из трех самостоятельных сложных нало женных гидрогеологических бассейнов: палеозойского, мезозойского и кай - нозойского. Весь послепалеозойский разрез делится на пять самостоятельных гидрогеологических комплексов: 1) эоцен-олигоцен-четвертичных отложений; 2) турон-эоценовых отложений; 3) апт-альб-сеноманских отложений; 4) неокомских (валанжин-готерив-барремских) отложений; 5) юрских отложений. При этом-два первых самостоятельных комплекса входят в кайнозой . - ский-бассейн, алри-остальные вмезозойский-гидрогеологический-бассейн.- В настоящей работе применяется гидрогеологическая стратификация, предложенная В.М. Матусевичем, с учетом последних обобщений и авторских наработок.
Равнинная часть территории ЯНАО расположена в пределах Западно-Сибирского мегабасейна, в вертикальном разрезе, которого выделяются кайнозойский, мезозойский и палеозойский гидрогеологические бассейны. Кайнозойский бассейн входят эоцен-олигоцен-четвертичный, и турон-эоценовый гидрогеологические комплексы. Мезозойский гидрогеологический бассейн включают в себя три гидрогеологических комплекса: 1) апт-альб-сеноманских отложений; 2) неокомских (баррем - готерив - валанжин-берриас) отложений; 3) юрских отложений. Современная степень изученности палеозойского гидрогеологического бассейна позволяет выделить в пределах исследуемой территории триас-палеозойский гидрогеологический комплекс. Кайнозойский гидрогеологический бассейн и особенно первый гидрогеологический комплекс резко отличается от палеозойского и мезозойского гидрогеологических бассейнов условиями формирования, характером питания, разгрузки и зональности подземных вод. Здесь нет единого потока подземных вод, как свойственно залегающему ниже мезозойскому бассейну. По особенностям неотектоники, морфострук-туры и гидрогеологии в пределах ЗСМБ выделяются Северная и Южная группы бассейнов стока подземных вод [53,144] Гр ница между ими проходит по Обь-Енисейской положительной морфоструктуре, соответствующей Сибирско-Увальской гряде (Сибирским Увалам), зарождение которой относится к середине олигоцена — началу палеогена, а орографическое и геоморфологическое обрамление - к тобольскому времени. Эта орографическая широтная ось определяет направление стока поверхностных и подземных вод в сторону северной и южной частей мегабассейна, т.е. является региональной областью питания подземных вод. Территория ЯНАО входит в Северную группу, и здесь выделяются пять бассейнов стока подземных вод: Нижнеобской, Тазовский, Нижнеенисейский, Прикарский, Гыданский (рис.7).
Граница между бассейнами определяется положениями гидрогеологических водоразделов, причем значительную роль в определении границ первого порядка играют рельеф и климат.
Подземные воды кайнозойского гидрогеологического бассейна на севере Западной Сибири изучены недостаточно. Исследованием их занимались различные организации при проведении съемочных, поисково-разведочных и других исследований. Разрозненные данные имеются в основном-по Нижнеобскому, Тазовскому и Нижнеенисейскому бассейнам. Подземные воды Прикарского и Гыданского бассейнов, а также на островах Карского моря практически не изучены.
Особенностью ЯНАО является приуроченность его к криолитозоне. Геокриологические условия оказывают важнейшее влияние на формирование, распространение, количество и качество подземных вод. Характер и распространение многолетнемерзлых пород обусловливают широтную зональность гидрогеологических условий равнинной части округа.
Палеогидрогеологические факторы
За последние: десятилетия накоплена обширная информация о влиянии эрцен-олигоцен-четвертичных отложений» на формирование рельефа, гидрографической; сети литологии тектоники и гидрогеологических условий [11,46,79]. Впервую очередь это касается территорий, охваченных современными четвертичными оледенениями, в частности Западно-Сибирской мега-синеклизы [11, 14, 16, 46]. Тем не менее, в части определения влияния оледенений на современные гидрогеологические условия ЯНАО, данные крайне скудны, так как основные исследования криогенных процессов выполнены: для условий Восточной Сибири, геологическая и гидрогеологическая обстановка которой принципиально отличается от условий рассматриваемого региона;. Криогенез восточных территорий распространяется: до глубины 2000 м, охватывая разнообразные по составу горные породы, и различные гидрогеодинамические ИЇгидрогеохимические зоны. Наиболее полно криогенез Восточной: Сибири рассмотрен в большом; количестве публикаций [3;4,7,65]?и др.
Проведенные автором гидрогеохимические исследования на территории Ямало-Ненецкого автономного округа выявили ряд закономерностей в распространении и составе подземных вод, которые, по нашему мнению, необходимо связывать с влиянием современных многолетнемерзлых пород [ 26, 27,34] и палеогидрогеологической обстановкой [23,26,34,79].
Палеогидрогеологические события в Западной Сибири имеют три группы факторов; имеющих отношение к формированию подземных вод кайнозойского бассейна стока. Во-первых, это сплошное оледенение севера Западной Сибири. Во-вторых, это существование обширных пресноводных озерных бассейнов; которые формировались за счет подпруживания рек, текущих с юга. В третьих - образование талых вод в процессе таяния ледниковых покровов и стока части подпрудных и ледниковых вод через Тургайскую ложбину по системе речных долин p.p. Тобола и Убогана на юго-запад в сторону Арала-Каспия: Синхронность этих событий- подтверждается радиоуглеродными датировками, палинологическими данными. Формирование ледникового покрова ориентировочно восходит к одному миллиону лет, а сход его происходит к 4-10 тыс. лет тому назад. Наибольшее количество свидетельств ледниковых проявлений приходится на максимум верхнеплиоценового зырянского (сартанского) оледенения.
Непосредственно образование Западно-Сибирской геосинклинали началось в вехней юре, когда в результате обламывания, разрушения и перерождения огромная территория между Уралом и Сибирской платформой опустилась, и возник крупнейший в мире седиментационный бассейн. Согласно последним исследованиям [3,38,74], исходя из смены осадочных формаций, в истории развития бассейна выделяются четыре тектоно-седиментационных цикла и ряд стадий в процессе мезозойско-кайнозойской седиментации. Цикл I охватывает юрскую систему. Данный цикл изучен крайне слабо, так как на описываемой территории он имеет фрагментарное развитием континентальный генезис, что не дает возможности выделить стадии в триасе. Цикл II охватывает верхнюю юру и нижний мел. Он содержит все четыре стадии: раннюю (трансгрессивную), среднюю (инудационную), позднюю (регрессивную) и конечную (эмирсивную или контетентальную).
Третий, тектоно-седиментационный цикл начинается туронской трансгрессией. Разрез мезозоя заканчивается отложениями стадии III цикла, которая продолжается еще в палеогене и сменяется поздней стадией только в позднем эоцене (тавдинская свита) и конечной - в олигоцене и миоцене. В дате и раннем палеоцене на северо-востоке в связи с активизацией тектонических движений наблюдается регрессия моря. Здесь формируются песчаные породы тибейсалинской свиты. В позднем палеоцене и раннем-среднем эоцене вновь устанавливается режим открытого моря, в котором отлагаются мощные толщи диатомов, опок и опоковидных глин. В позднем эоцене на северо-востоке формируются морские, прибрежно-морские и аллювиальные фации юрковской свиты. В конце эоцена морской режим сменяется континентальным. В« южной части территории, в. Надымской впадине, накапливается толща озёрно-аллювиальных пород атлымскои и новомихаиловскои свит — основных современных водовмещающих отложений для пресных подземных вод.
В данный период общее тектоническое развитие и устройство рельефа Западной Сибири не благоприятствовали развитию речных и транзитных систем со стоком в Северный Ледовитый океан. Речная сеть, близкая к современной, имелась лишь в горах Южной Сибири. Она зародилась одновременно с началом неотектонического этапа. В пределах Западно-Сибирской равнины в олигоцене-неогене речная сеть существовала лишь в окраинных районах. Так, в юго-восточной части равнины речные артерии уходили с Енисейского кряжа и Восточных Саян в сторону впадин Западно-Сибирской плиты, в которых располагались почти непрерывно крупные озёрные бассейны [13]. Согласно данным работы [11], эти впадины являлись водосбором для крупной водной артерии, дренировавшей северную плато-равнину. В Приуральской, юго-западной части равнины олигоцен-миоценовые реки текли на юго-запад. В этом направлении осуществлялся и общий дренаж внутрикон-тинентальных бассейнов Западной Сибири.
Следующий, IV цикл начался в миоцене-плиоцене. Именно на этом этапе начали формироваться условия заложения современной речной сети севера Западной Сибири. Резкая перестройка структурного плана, сопровождающаяся общим поднятием территории и резким изменением климатических условий, происходит на рубеже среднего плиоцена. Закладывается новая речная сеть[12,177]. Возникают переуглубленные речные долины — Обская, Надымская, Пурская, наследуемые современной речной сетью. Данный процесс совпал по времени с концом досамарского (шайтанского и низямско-го) оледенения и началом морской трансгрессии на севере территории. Морская трансгрессия началась впервые с послечеганского (конец эоцена — ранний олигоцен) времени. Большая часть нынешней территории.округа после длительного периода денудации стала заливаться водами полярного бассейна [11]. Согласно микрофаунистическому анализу на этом отрезке времени па-леогеграфические условия рассматриваемой-территории соответствовали сухой и холодной перигляциальной зоне, температура придонных вод в морском досамаровском бассейне составляла около 0 и ниже градусов. В связи с общим погружением северных районов трансгрессия постепенно распространялась по палеодепрессиям Обской, Уренгойской и Надымской мезозой-скокайнозойских впадин (рис. 16). Общее снижение северных территорий в тобольское время, наступление моря и повышение южных территорий низменности привело к формированию северного стока прарек. Но в целом современного облика речные бассейны еще не имели, как и сформировавшиеся системы.поверхностного и подземного стока [11].
Техногенная нагрузка на геологическую среду
Территория ЯНАО характеризуется высокой степенью антропогенного воздействия, основу которой в настоящее время составляет интенсивное недропользование. С конца 80-х годов Ямало-Ненецкий округ является одним из основных газодобывающих регионов в мире. На его долю приходится более 90% добываемого газа, 12% нефти и конденсата в России. С начала геологического изучения территории открыто 213 месторождений углеводородного сырья, из них 72 нефтяных, 14 нефтегазовых, 68 нефтегазоконденсатных, 25 газовых и 34 газоконденсатних.
Ежегодно в регионе добывается свыше 34 млн. тонн нефти и 520 млрд. м газа. Накопленная добыча с начала разработки месторождений составила (на 01.01.2003 г.): нефти + конденсата -0,64 млр. т, конденсата - 6,6 млр. т, газа - 10,1 млрд. м . В промышленной разработке находятся 88 месторождений. Добыча углеводородного сырья осуществляется более 30 предприятиями - недропользователями. Наиболее крупными из них являются: ООО «Уренгойгазпром», ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз», ОАО НК «Роснефть-Пурнефтегаз», ООО «Ямбурггаздобыча».
Основная техногенная нагрузка приходится на Пуровский административный район, являющийся самым промышленно развитым и обеспеченным сырьевыми ресурсами. Здесь добывается 90% нефти, 77% конденсата и 52% газа от объемов округа и разрабатывается 67 месторождений углеводородов. Надымский, Ямальский и Тазовский районы автономного округа ресурсами углеводородного сырья обеспечены примерно одинаково, но с учетом освоения этих ресурсов лидером является Надымский район. В перспективе планируется освоение ресурсной базы на Ямальском и Гыданском полуостровах, акватории Обской и Гыданской губ.
В горной части округа - на полярном Урале — наращивается добыча хромитов, ведется разведка марганцевых, полиметаллических месторождений, золота и платины, камнесамоцветного сырья. Повсеместно разрабатываются месторождения песка и щебня для отсыпки дорог и производства строительных материалов. При строительстве железной дороги Сургут-Уренгой, например, на каждом ее километре требовалось выполнить в сред-нем 70 тыс. м земляных работ.
На территории округа построены современные города и поселки городского типа: Надым, Новый Уренгой, Ноябрьск, Муравленко, Губкинский, Тарко-Сале, Вынгапуровский, Пурпе, Ямбург и др. Проложено более 1000 км железных дорог, 4000 км автомобильных дорог, протянуты тысячи километров газо-и нефтепроводов и ЛЭП. Увеличивается объем добычи подземных вод и использования поверхностных вод. И это несмотря на суровые природные условия.
Очевидно, что в настоящее время все природные среды региона испытывают очень высокий техногенный пресс. При этом, наибольшее негативное воздействие испытывает подземная гидросфера и, прежде всего, наиболее ценные полезные ископаемые, каковыми являются пресные подземные воды эоцен-олигоцен-четвертичного гидрогеологического комплекса - основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в пределах всего региона. Под воздействием техногенеза происходит изменение гидрогеологических условий, трансформация подземных вод и формирование техногенных гидрогеологических систем.
Основными источниками загрязнения подземных вод являются буровые промывочные жидкости и буровые шламы, утечки жидких углеводородов и газа из трубопроводов и минерализованных сточных вод из водоводов, разливы нефти, попутных минерализованных пластовых и сточных вод, химреагенты на объектах добычи, подготовки, обезвоживания и обессоливания нефти, утечки нефти и газа при авариях на трубопроводах.
Только при добыче нефти используются химические продукты более 150 наименований. Из всех компонентов нефти для организмов и окружающей среды наиболее токсичны ароматические углеводороды (ПАУ), основную массу которых составляют гомологи бензола или нафталина. Ряд компонентов нефти даже при очень малых концентрациях и дозах обладает токсичным воздействием на живые организмы. В основном это метановые УВ, ароматические УВ, особенно 3,4 бенз(а)пирен, V, Ni, Al, Pb, Со, U, сероводород, меркаптаны.
Вместе с нефтью на поверхность извлекается огромное количество соленых пластовых вод, которые отделяются в процессе деэмульгации нефти и образуют основную долю нефтепромысловых сточных вод. Как свидетельствует статистика, в среднем в мире с добытой тонной нефти извлекается 6 т попутных высокоминерализованных и экологически опасных пластовых вод [37]. Обычно эти воды используются для поддержания пластового давления, но при аварийных ситуациях могут проникать в природные системы, что приводит к засолению почв, пресных поверхностных и грунтовых вод. В пластовой воде содержатся йод, бром, бор, стронций и другие химические элементы, не свойственные пресным водам. Подтоварные воды относятся к хлор-кальциевому типу (по В.А. Сулину) с минерализацией 12-16 г/дм и близки по составу к пластовым водам. Содержание нефтепродуктов в них достигает 2-8 мг/дм . Состав подтоварных вод практически аналогичен пластовым водам продуктивных горизонтов и их минерализация изменяется от 10 до 20 г/дм (таблица 7).
При бурении часть промывочной жидкости может поступать из ствола скважины в водоносные горизонты, загрязняя их. Из-за дефектов в обустройстве эксплуатационных нефтяных и газовых скважин, некачественной ликвидации поисковых и разведочных скважин, возможны перетоки высокоминерализованных вод, нефтепродуктов и газа из глубоких горизонтов в верхний гидрогеологический комплекс, обладающий пресными подземными водами. Аналогичные процессы могут происходить при сооружении нагнетательных скважин, используемых для целей захоронения промстоков в недра. Нарушение герметичности затрубного пространства в эксплуатационных нефтяных скважинах может происходить и в результате оттаивания ММП за счет отепляющего воздействия проходящих через скважины флюидов.
