Эколого-геофизические исследования техногенного воздействия калужского подземного хранилища газа на компоненты окружающей среды

Глава 5. Оценка воздействия Калужского подземного хранилища газа на компоненты окружающей среды.

В первой части главы проведена оценка техногенного воздействия <наземной части> КПХГ в т.ч. его инфраструктуры на компоненты ОС. Оценивалось техногенное влияние эксплуатируемого КПХГ на атмосферный воздух, почвенный покров, поверхностные и подземные воды.

Загрязнение атмосферного воздуха на территории газохранилища определяется массой и спектром загрязняющих веществ, поступающих с выбросами из источников, входящих в инфраструктуру КПХГ и за счет эмиссии метана с территории горного отвода. Наиболее значимое воздействие КПХГ на атмосферный воздух осуществляется за счет эмиссии метана, связанной с миграцией газа из пласта-коллектора в вышележащие отложения. Распределение областей эмиссии метана в атмосферу по площади горного отвода КПХГ различно в разные сезоны, однако, нами были выявлены закономерности изменения ее интенсивности по площади, приуроченные к различным областям КПХГ, характеризующимся разной интенсивностью межпластовых перетоков газа. Выявлена тесная корреляция интенсивности перетоков газа, установленных по данным ГИС и годовой динамики эмиссии метана с территории горного отвода.

Наилучшая корреляция изменений градиента пластовых давлений, определяющих интенсивность перетоков газа, с пространственным распределением эмиссии метана, наблюдается в сводовой и северо-восточной областях КПХГ в летнее время года.

Указанные области характеризуются данными ГИС (ГК, НГК, барометрия), как зоны интенсивной вертикальной миграции метана и приурочены к участкам отсутствия резервной глинистой покрышки гдовского горизонта.

Было отмечено, что в весенне-летний период, когда газохранилище эксплуатируется в режиме закачки, газ в пласте-коллекторе находится под максимальным давлением. Это может интенсифицировать вертикальные перетоки газа за счет превышения пластового давления над гидростатическим. В течение зимнего времени происходит постоянный отбор газа из газохранилища. По данным ГИС установлено, что внутрипластовое давление газа в пласте-коллекторе в течение этого времени постепенно снижается. При этом динамика эмиссии метана с территории горного отвода КПХГ падает.

Концентрация в приземной атмосфере основных загрязняющих веществ окиси углерода, окислов азота и углеводородов, входящих в состав компонентов технологической цепочки инфраструктуры КПХГ не превышает ПДК и не образует устойчивых аномалий.

При оценке воздействия КПХГ на почвенный покров использовались данные геофизических наблюдений в скважинах на территории горного отвода, а также результаты геохимического и биохимического опробования. Рассматривалась способность почв к окислению и сорбции метана мигрирующего из газоносных пластов, специфическими видами микроорганизмов.

В процессе химического, механического и теплового воздействия на почвы в результате бурения скважин, рекультивации наблюдается усложнение почвенного покрова и формирование техноземов - антропогенно-преобразованных почв. В работе показано, что на трансформированных почвах (техноземах) горного отвода КПХГ биогеохимическое окисление техногенного метана замедляется, а эмиссия метана в атмосферу увеличивается, вследствие чего происходит преобладание процессов сорбции метана почвами над процессами окисления.

Наиболее ярко сорбция имеет место в установленных по данным ГИС зонах в сводовой, и северо-восточной частях КПХГ. По мнению автора, это связано с наиболее мощным воздействием на почвы в процессе бурения, наличием объектов инфраструктуры КПХГ и населенных пунктов. Под влиянием указанных источников и видов воздействия происходит трансформация почв и образование техноземов. Это в свою очередь приводит к снижению активности бактериального окисления и увеличению концентрации метана в припочвенной атмосфере.

При изучении воздействия КПХГ на поверхностные и подземные воды принималось во внимание, что оно осуществляется через сброс сточных вод, и в процессе бурения вследствие попадания буровых растворов в подземные воды. Однако оказалось, что наиболее значимым воздействием является химическое загрязнение водоносных горизонтов в результате миграции газа из пласта-коллектора.

По результатам гидрогеохимических, геофизических и гидродинамических исследований подземных водоносных горизонтов проведенных с участие автора на территории КПХГ было установлено, что в ее северо-восточной части дизъюнктивные нарушения обеспечивают газо-гидродинамическую связь гдовских песчаников с вышележащими горизонтами. Об этом свидетельствуют данные нейтронного каротажа и барометрии, а также выявленное по данным режимных наблюдений направление распространения газовой залежи. По данным НГК нами было установлено, что растекание газовой залежи по коллектору происходит в северо-восточном направлении в сторону области интенсивной вертикальной миграции и зоны тектонических нарушений, осложняющих северо-восточную часть Калужского поднятия. Наличие такой связи явилось причиной появления углеводородных компонентов в водах среднего девона (ряжского [содержание углеводородного компонента 91,67%] и морсовско-мосоловского [97,83 %] горизонтов) в присводовых частях Калужского ПХГ.

По данным гидрогеохимических исследований, барометрии и НГК установлено, что закачиваемый газ локально присутствует во всех водоносных горизонтах среднего и верхнего девона, вплоть до данково-лебедянского [32,34 %], а так же в упинском [2,31 %] горизонте нижнего карбона. Максимальное газонасыщение водоносных горизонтов концентрируется в сводовой и северо-восточной частях КПХГ, а в отложениях воробъевского горизонта скопления газа [94,21-95,11 %] образовали вторичные залежи, подтвержденные НГК.

Воздействие инфраструктурного комплекса КПХГ на состав поверхностных вод не проявляется. Единственным фактом, значительного превышения ПДК (до 20 ПДК) является содержание железа в воде поверхностных объектов, расположенных в зоне возможного влияния сточных вод с промплощадок КПХГ.

Во второй части главы автором рассматриваются принципы организации эколого-геофизического мониторинга и вопросы построения прогнозных эколого-геофизических постоянно действующих моделей (ПДМ). При построении ПДМ автором используются методы оценки воздействия техногенного объекта на компоненты ОС, предложенные Беккеле и Леопольдом. Эти методы позволяют проводить анализ воздействия источников в терминах: экспозиции; обратимости; направленности; кумулятивности и синергетичности воздействия.

Основой формирования ПДМ, позволяющих установить последствия эксплуатации газохранилища, являются описанные выше априорные эколого-геофизические модели техногенного воздействия КПХГ, построенные автором на основе проведения комплекса производственного контроля и гидрогеохимических исследований.

При построении ПДМ рассматривалось воздействие КПХГ и его инфраструктуры на компоненты ОС. В моделях отображались: источники и виды воздействия; пространственно-временные параметры воздействия; типы воздействия; уровни природно-техногенных геофизических и геохимических аномалий, создаваемых источниками воздействия.

При выделении наиболее важных видов и источников техногенного воздействия КПХГ на компоненты ОС мы руководствовались их экологической значимостью. Учитывались пространственно-временные параметры источников. В первую очередь глубинность, масштабность и периодичность воздействия и как следствие, вероятное синергетическое влияние с другими компонентами окружающей среды.

На основе априорных ЭГМ для каждого компонента ОС и источника воздействия нами выделены шесть типов воздействия газохранилища на ОС: температурное; электромагнитное; акустическое; вибрационное; гравитационное; химическое.

Каждому типу воздействия соответствуют уровни воздействия, оказываемого рассматриваемым источником. Уровни воздействия определяются значениями геофизических и геохимических полей, которые соответствуют расчетным и априорным физическим и химическим параметрам априорных эколого-геофизических моделей для каждого компонента ОС.

Ранжирование источников воздействия КПХГ относительно влияния на компоненты ОС и характер взаимодействия источников (синергетичность воздействия) проводится в соответствующих весовых коэффициентах (по Леопольду): экспозиции (масштаб, длительность, периодичность), обратимости, направленности, кумулятивности и синергетичности воздействия.

Указанные коэффициенты подчеркивают связи между природными и антропогенными факторами окружающей среды и служат для выявления воздействий второго порядка (косвенные, синергетические и т.д.).

Присвоив расчетный коэффициент выбранному источнику, модели способны давать прогнозную оценку по классу: обратимости; слабой обратимости и необратимости экологических последствий техногенного воздействия. В свою очередь это позволяет прогнозировать состояние экосистем по классам: нормы; риска; кризиса; бедствия.

Рис.9 Комплексная прогнозная эколого-геофизическая постоянно действующая модель воздействия Калужского ПХГ на литосферное пространство

На основе ПДМ, построенных для каждого компонента ОС автором дается прогноз динамики техногенного воздействия Калужского подземного хранилища газа на геологическую среду, почвенный покров, поверхностные и подземные воды. На Рис.9 представлена одна из эколого-геофизических ПДМ, характеризующая воздействие Калужского ПХГ на литосферное пространство.

Исходя из построенных эколого-геофизических моделей и полученных результатов комплексных исследований, автором даются практические рекомендации по оптимизации комплекса эколого-геофизического мониторинга окружающей среды на Калужском ПХГ (Рис.10).

Рис.10 Рекомендуемый комплекс эколого-геофизических исследований.

В частности предложено включить в целевой эколого-геофизический комплекс радоновый мониторинг ослабленных зон литосферного пространства КПХГ, дистанционный метод инфракрасной съемки, комплекс методов <русловой геофизики в составе придонной резистивиметрии, водного варианта ЕП, термометрии придонных отложений, электроразведку методом сопротивлений (ВЭЗ, ДЭЗ), режимную гравиметрическую съемку территории хранилища и методы широкополосного акустического каротажа.