Инициальные геоэкологические исследования на ВПГХ

• Литвинов С.А. (ООО "Волгоградтрансгаз" ОАО "Газпром"),
• Акимова А.А., к.г.-м.н. (ОАО "Лукойл -ВолгоградНИПИморнефть")

Волгоградское подземное хранилище газа (ВПХГ) сооружается в соленосной толще кунгурского яруса нижней перми. Размыв подземных емкостей будет производится с использованием технической воды. Строительный рассол, образующийся при растворении соли, с площадки строительства будет удаляться комбинированным способом. Кондиционный рассол по специальному трубопроводу будет подаваться рассолопотребляющему предприятию на переработку. Некондиционный рассол будет захораниваться на месте путем закачки его в поглощающий горизонт.

В настоящее время на площади горного отвода пробурено пять разведочных, две разведочно-эксплуатационные, три водозаборные, три нагнетательные и 12 наблюдательных скважин. Расположение скважин на площади горного отвода ВПХГ приведено на рисунке.

Выбор площадки ВПХГ определен на основе анализа соответствия необходимого набора характеристик строения геологического разреза, предъявляемого к условиям строительства подземных резервуаров для хранения газа, обеспечивающих промышленную и экологическую безопасность, экономическую целесообразность и стратегическую необходимость по отношению к основным потребителям - ЕСГ ОАО "Газпром" и г. Волгограду.

Набор характеристик строения геологического разреза при сооружении резервуаров для подземного хранения газа в соленосных отложениях определяется:

• достаточной мощностью соленосных отложений;
• присутствием регионально выдержанного поглощающего горизонта для приема и захоронения жидких отходов (некондиционных рассолов), образующихся в процессе сооружения выработок - емкостей;
• присутствием водоносных горизонтов, водообильность которых достаточна для нужд технического водоснабжения в процессе сооружения подземных резервуаров;
• наличием регионально выдержанных водоупорных толщ, перекрывающих соленосные отложения, а также подстилающих и перекрывающих поглощающий горизонт;
• отсутствием тектонических нарушений и субвертикальных зон разуплотнения геологического разреза на площади горного отвода и территории, прилегающей к его границам.

По данным глубокого бурения и детальной сейсморазведки соленосная толща кунгурского яруса нижней перми в зоне строительства ВПХГ разделена на восемь ритмопачек, сложенных преимущественно каменной солью, калийно-магниевыми солями, ангидритами и доломитами. Выдержанная по площади мощность кунгурских отложений составляет 520-523 м. Залегают отложения с размывом на нерасчлененных отложениях ассельско-сакмарско-артинского ярусов, представленных доломитами, доломитизированными известняками с прослоями плотных окаменелых ангидритов. Перекрывают соленосную толщу кунгурского яруса верхнепермские отложения уфимского, казанского и татарского ярусов, сложенных преимущественно карбонатизированными глинами.

Сооружение подземных резервуаров геологически обосновано и проектируется в соленосных ритмопачках VI - VIII на глубинах 1149-1343,5 м.

В основании VI (погожской) ритмопачки залегает пласт ангидритов с доломитами мощностью порядка 4 м, а выше каменная соль мощностью 58-64 м. В разрезе скв. 2-РЭ в нижней части присутствуют прослои засоленных ангидритов мощностью 0,5-1,4 м. Верхняя часть пачки представлена переслаиванием калийно-магниевых солей, каменной соли и ангидритов. В интервале 1338,5-1343,5 м (скв. 2-РЭ) и 1333-1338 м (скв. 1-РЭ) залегает пласт бишофита. В разведочных скважинах, пробуренных за пределами северной границы площадки строительства ВПХГ, бишофит не установлен.

Калийные соли (карналлит) - мелкозернистые, слоистые, серые и красные. Бишофит представлен породой среднекристаллической, прозрачной и серой за счет присутствия глинистого материала.

VII (антиповская) ритмопачка общей мощностью 94-103 м в основании сложена ангидритами и доломитами (19-20 м), а в верхней части - чередованием калийно-магниевых солей (сильвиниты, карналлиты, бишофиты) и каменной соли общей мощностью около 50 м. Толщина пласта бишофита здесь достигает 20 м. Чистая каменная соль мощностью около 30 - 40 м фиксируется в средней части ритмопачки. Каменная соль тонкослоистая, массивная, порфировой текстуры.

VIII (пигаревская) ритмопачка мощностью 63-69 м. Залегает на глубинах 1149-1218 м (скв. 1-РЭ) и 1167-1229 м (скв. 2-РЭ). Представлена, главным образом, галитом. В зернах галита присутствуют микровключения рапы и газа. Средневзвешенное содержание хлористого натрия - около 92%. Ангидритовые пропластки, толщиной от 1 до 20 мм, встречаются через каждые 3-5 см. Отмечается также галопелитовый материал. Средневзвешенное содержание нерастворимого остатка в каменной соли - 3,2%. В верхней части пачки - пласт (0,8 м) или рассеяные включения нерастворимого в воде гергейита. Могут встречаться включения молочно-белого сильвинита до 7% (скв. 2-РЭ), тонкие прослои и включения ангидритов и кизерита.

Непосредственно над солевой толщей в самом верху VIII ритмопачки залегает пласт массивных брекчированных ангидритов мощностью 4-7 м, по которому отбивают кровлю кунгурского яруса.

Регионально выдержанный поглощающий горизонт (Г₅) представлен пачкой базальных песчаников мощностью 10-12 м в основании отложений нижнего триаса. Горизонт с размывом залегает на породах татарского яруса, представленых глинами пестроцветными, плотными, аргиллитоподобными, мощностью 61-63 м.

Поглощающий горизонт Г₅ перекрывает пестроцветная толща глин плотных, вязких, мощностью около 150 м с редкими прослоями песчаников и алевролитов толщиной до 5 м.

Выше по разрезу залегают относительно выдержанные по площади отложения песчано-алевролитовых глинистых пород, в составе которых выделяются четыре водоносных горизонта (Г₄; Г₃; Г₂; Г₁) сложенных песками и слабосцементированными кварцевыми песчаниками, разнозернистыми с подчиненными прослоями алевролитов, глин, реже известняков и мергелей. Мощность водоносных горизонтов 12-15 м. Мощность глин с прослоями алевролитов между этими горизонтами от 20 до 40 м.

Размыв подземных емкостей будет проводиться с использованием технической воды, которую будут добывать из горизонтов Г₁₊ Г₂ + Г₃. Водозаборные скважины глубиной 800 м расположены к северу от границы площадки строительства ВПХГ. Некондиционный рассол будет захоронятся на месте путем закачки его в поглощающий песчаный горизонт (пласт Г₅) на глубину 951-1002 м. Полигон захоронения некондиционных рассолов расположен к югу от границы площадки строительства ВПХГ, где пробурено три нагнетательные скважины глубиной 1030-1032 м.

Контроль за продвижением фронта некондиционного рассола, закачиваемого в подземные горизонты, будет осуществляется посредством наблюдательных скважин. На данный момент пробурено две наблюдательные скважины глубиной 1000 и 1035 м. При работе водозаборных скважин контроль за водоносными горизонтами будет осуществляться на наблюдательных скважинах, пробуренных на водоносные горизонты Г₁₊ Г_{2 +} Г₃. В настоящее время закончены строительством четыре скважины глубиной 705-720 м. Для контроля за динамикой химического состава пресных вод меловых, неогеновых и четвертичных отложений пробурено шесть скважин глубиной 160, 101, 45 и 25 м.

Район строительства ВПХГ по верхнему структурному этажу относится к Приволжской моноклинали. Слои отложений мела, перми, карбона и девона плавно погружаются на восток в сторону Прикаспийской впадины. Кунгурские галогенные образования развиты повсеместно и находятся в пластовом залегании. По нижнему структурному этажу на уровне терригенного девона район строительства ВПХГ относится к Николаевско-Городищенской прибортовой террасе. Кристаллический фундамент залегает на глубине 4500 м. Его поверхность регионально выположена и воздымается на запад в сторону Воронежской антиклизы.

По данным сейсморазведки в пределах площадки строительства подземных резервуаров на уровне отражающих горизонтов R-T₁ bs, R-P₁ k(8) и R-P₁ k(7) закартирован относительно небольшой по размерам приподнятый участок (около 0,2 км²) с амплитудой 10 м.

Разрывные нарушения на площадке строительства ВПХГ, в пределах горного отвода и прилегающей к нему территории по данным сейсморазведки и геологической съемки не выявлены.

Горный отвод ВПХГ расположен на Волго-Донском водоразделе. Для местности характерен грядово-холмистый рельеф с мягкоочерченными формами и развитой речной и овражно-балочной сетью. Эрозионная расчлененность площади 0,2 - 0,5 км на 1 км².

Основной водоток - р. Россошка, протекает в северо-восточной части площади и является притоком р. Карповки, впадающей в р. Дон. В жаркое время р. Россошка пересыхает, образуя бочаги и старицы. Вода в р. Россошка пресная, слабощелочная, жесткая.

Геоэкологические исследования проводились по техническому заданию ООО "Волгоградтрансгаз" институтами - ОАО "Лукойл-ВолгоградНИПИморнефть" и ООО "Подземгазпром" г. Москва в соответствии с программой базового мониторинга предусмотренного ТЭО, с учетом стадии и объемов осуществляемых строительных работ, рекомендаций по проведению мониторинга на стадии строительства подземного хранилища газа и инженерно-геологических условий ВПХГ [ 1, 2] .

На площадке строительства по данным инженерно-геологических изысканий (ООО "Радиан" г. Волгоград) грунтовые воды залегают на глубинах 10-20 м. Защищенность грунтовых и первого от поверхности горизонта напорных вод относится к категории защищенных (Л. С. Насонова, 1991). Горизонт пресных вод андреевских отложений нижнего неогена залегает на глубинах от 30 до 55 м. Перекрыт плотными глинами скифских отложений толщиной от 10 до 20 м. Вода горизонта местным населением используется в качестве питьевой. Учитывая это проведены гидрогеохимические исследования контрольных скважин, пробуренных на андреевский водоносный горизонт на площади ВПХГ и используемых в качестве водозаборных питьевого назначения в близи расположенных населенных пунктов. По данным анализа в отобранных пробах вода пресная, слабощелочная, соответствует ГОСТу "Вода питьевая". Сопоставление ранее полученной информации по макрокомпонентному составу подземных вод и данных при проведении геоэкологического мониторинга показал, что в подавляющем большинстве в простаивающих скважинах (водозаборных и наблюдательных), подготовленных к эксплуатации на горизонты Г₁₊ Г₂ + Г₃, наблюдается снижение минерализации воды. Можно предположить, что это связано либо с проявлением во времени высокодебитного и менее минерализованного горизонта Г₁, либо с некачественной подготовкой скважин на завершающем этапе их строительства.

С учетом очень сложных гидрогеологических условий, в т. ч. емкостных и фильтрационных свойств коллекторов водоносных горизонтов, очевидна недостаточность времени проведенной откачки при оценке кондиционности полученных результатов опробования. При составлении ТЭО и при анализе инженерно-геологических условий создания ВПХГ [ 2] не были учтены гидрогеологические особенности района в интервале глубин до 500 м. В том числе расположенного на юго-востоке Городищенское месторождение пресных вод в сызранско-камышинском водоносном комплексе на глубине до 100 м. С учетом этого участок площади, отнесенный к Городищенскому месторождению пресных вод, должен рассматриваться в качестве особо охраняемого (см. рис. ). Это условие необходимо учитывать при размещении сети скважин режимных наблюдений. В первую очередь при размещении наблюдательных скважин за работой полигона подземного захоронения некондиционных рассолов.

Для выявления возможного присутствия зон субвертикального разуплотнения геологического разреза проведена радоновая съемка в границах площадки, пространственно связанной с проектным положением подземных резервуаров и размещением полигона захоронения некондиционных рассолов. На площади 3,05 км² пробурено 129 шпуров глубиной 0,5 м. Шпуры расположены по профилям. Расстояние между профилями 75-150 м. Расстояние между скважинами на профиле в среднем 60 м. Концентрация в подпочвенном воздухе ²²²Rn измерялась с использованием радиометра альфа-активных газов РГА-01. Одновременно с этим проводились определения концентрации метана, его гомологов до пентана включительно и гелия. По результатам выполненных работ на площадке строительства подземных резервуаров закартированы две аномалии повышенной концентрации в подпочвенном воздухе ²²²Rn. Одна из них расположена к северо-востоку от скв. 1 РЭ, вторая пространственно совпадает с малоамплитудным поднятием, закартированным сейсморазведкой в соленосных отложениях кунгурского яруса. Фоновая концентрация ²²²Rn в подпочвенном воздухе изменяется в пределах от 1,32 × 10³ до 6,41 × 10⁴ Бк/м³. В границах выявленных аномалий концентрация ²²²Rn составляет от 1,54 × 10⁵ до 2,48 × 10⁵ Бк/м³. Фоновая концентрация метана в подпочвенном воздухе не превышает 0,0035% об. при средней 0,0010% об. При этом в особую группу следует выделить несколько шпуров, в которых в подпочвенном воздухе повышенная концентрация метана и ²²²Rn взаимосвязаны. Их пространственное положение упорядочено в виде узких линейно-вытянутых зон субмеридионального простирания.

Почвенная съемка на территории горного отвода проведена по разряженной сетке профилей. Почвы светло-каштановые. Более 65% площади занято солонцовыми комплексами. Содержание гумуса до глубины 0,3 м (пахотный слой) около 1,5%. На глубине 0,3-0,45 м содержание гумуса снижается и не превышает 1%. Основываясь на этом, мощность плодородного слоя почвы, рекомендуемая к снятию, составляет 0,3 м. При проведении почвенной съемки особое внимание уделялось площадкам строительства скважин, где плодородный слой почвы нарушен с последующей рекультивацией. По данным визуальных наблюдений процесс восстановления почвенно-растительного покрова протекает активно. По данным лабораторного анализа в пробах почвы, отобранных на рекультивированных землях, концентрация фосфора и калия выше фоновой. Незначительное загрязнение почвы минерализованной пластовой водой установлено на локальном участке площади в пределах рабочей площадки, отведенной под водозабор.

Обобщение полученной информации положено в основу для разработки программы первоочередных природоохранных мероприятий направленных на снижение потерь природных ресурсов. В их число, наряду с разработанными в ТЭО и предложенными ранее природоохранными мероприятиями [ 2 ] вошли:

• отбор проб воды из наблюдательных скважин после их повторной прокачки с определением макрокомпонентного состава и концентрации водорастворенных газов;
• проведение повторной радоновой съемки по разреженной сети профилей, пересекающих установленные аномалии ²²²Rn и выходящих за границу площадки размещения подземных резервуаров, включая на севере водозабор, на юге - полигон закачки и на востоке Городищенское месторождение пресной воды;
• изучение сезонных колебаний химического состава и газового режима поверхностных вод и горизонта, используемого в качестве питьевого;
• закрепление на местности пунктов режимных наблюдений для выполнения специальных гравиметрических и газометрических наблюдений за потоком газов, свободно разгружающихся в атмосферу Земли.

Полученные результаты геоэкологических исследований на ранней стадии строительства ВПХГ рекомендуется использовать в качестве базовых (фоновых) на период реализации проекта.

Список используемой литературы

Информация об авторах:

Литвинов Сергей Анатольевич
ООО "Волгоградтрансгаз", 400074, г.Волгоград, ул. Рабоче-Крестьянская, д.58.
Занимаемая должность: главный геолог, начальник Геологического отдела, аспирант кафедры гидрогеологии, инженерной геологии, гидравлики и геоэкологии ВолГАСА.
Е-mail: lms81@avtlg.ru

Акимова Алина Андреевна
ООО "Лукойл-ВолгоградНИПИморнефть", 400066, г.Волгоград, ул. Советская, д.10.
Занимаемая должность: руководитель отдела геоэкологии, кандидат геолого-минералогических наук