Роль трансформации нефтяного загрязнения в изменении свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания

Выводы.

Проведенные комплексные исследования позволили выявить роль трансформации нефтяного загрязнения в изменении свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и промерзания, а также оценить изменение глубины сезонного оттаивания и сезонного промерзания в различных геокриологических условиях. На основании результатов исследований можно сделать следующие выводы:

1. Реализован комплексный подход к экспериментальному изучению изменения свойств грунтов слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания под влиянием нефтяного загрязнения и его трансформации, состоящий в исследовании количественных и качественных изменений нефти, изучении микроагрегатного состава и теплофизических, акустических и электрических свойств нефтезагрязненных грунтов.

2. Время трансформации и условия загрязнения определяют количественные и качественные изменения нефти. При единичных разливах с увеличением длительности трансформации нефти в диапазоне от 3 до 5 лет степень нефтяного загрязнения в исследуемых грунтах уменьшается в 2-4 раза. Качественные изменения состава нефти для всех исследованных грунтов заключаются в уменьшении содержания масел и увеличении содержания асфальтенов в групповом составе нефти; рост содержания смол через 5 лет трансформации во всех исследованных грунтах замедляется или прекращается. В суглинке, залегающем на дне нефтяного амбара, через 15 лет трансформации зафиксированы наибольшие изменения состава нефти (10-кратное увеличение асфальтенов).

3. Гранулометрический состав исследуемых грунтов практически не изменяется при нефтяном загрязнении. Основные изменения происходят в микроагрегатном составе. При начальном загрязнении нефтью с увеличением степени нефтяного загрязнения от 0 до 10% в исследуемых грунтах, в основном, преобладают процессы агрегации; при степени нефтяного загрязнения 2,5% выявлены наибольшие изменения микроагрегатного состава. Для грунтов через 3-5 лет трансформации в них нефти выявлена взаимосвязь увеличения содержания асфальтенов, обладающих агрегирующим эффектом, с увеличением микроагрегатов размера тонких песчаных частиц (для супесей и суглинков) и крупных пылеватых частиц (для глины); увеличение происходит в одном и том же ряду: супесь, суглинок, глина.

4. С увеличением степени нефтяного загрязнения и длительности его трансформации значения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности для грунтов в исследуемом диапазоне влажности и плотности уменьшаются. При начальном загрязнении (<свежем разливе>) наименьшее снижение значения коэффициента теплопроводности зафиксировано в глине, где наиболее выражены процессы агрегации; при z=10% значения коэффициентов теплопроводности грунтов разного гранулометрического состава сближаются между собой ввиду преобладания влияния нефти над влиянием различий в составе грунтов. Через 5 лет при остаточном загрязнении нефтью (0,3 - 0,6 %) значения коэффициентов тепло- и температуропроводности близки к значениям ? и а при загрязнении z=10% без трансформации; нефтяное загрязнение и его трансформация оказывают большее влияние на теплопроводные свойства грунтов в мерзлом состоянии, чем в талом. Наибольшее снижение теплопроводности (до трехкратного) выявлено через 15 лет в грунте, слагавшем дно нефтяного амбара; при больших загрязнениях снижение теплопроводных свойств происходит приблизительно с одинаковой интенсивностью, как в талом, так и в мерзлом состоянии. При большой длительности инкубации и степени загрязнения нефтью теплопроводность грунта приближается к теплопроводности нефти.

5. Значения скоростей продольных волн в исследуемых грунтах с увеличением степени нефтяного загрязнения и длительности трансформации нефти уменьшаются. Через 5 лет при остаточном загрязнения нефтью (0,3 - 0,6 %) значения скоростей продольных волн ниже, чем при загрязнении z=2,5% без трансформации; нефтяное загрязнение и его трансформация оказывают большее влияние на скорость продольных волн грунтов в мерзлом состоянии, чем в талом. Удельное электрическое сопротивление как талых, так и мерзлых грунтов в местах единичных разливов при увеличении длительности трансформации уменьшаются; характер выявленных изменений электросопротивления как в супеси, так и в суглинке одинаков; в грунте, слагавшем дно нефтяного амбара, наименьшее значение электросопротивления.

6. Совместное рассмотрение исследуемых физических свойств с составом нефти выявило подобный характер их изменения; причины изменений исследуемых свойств различны. Уменьшение коэффициента теплопроводности связано с добавлением низкотеплопроводного компонента - нефти (по отношению к другим компонентам грунта: воде, минеральному скелету, льду), теплопроводность которого снижается с увеличением длительности трансформации, с изменением толщины, состава и свойств нефтяной пленки в нефтезагрязненном грунте в результате трансформации и с некоторым разуплотнением грунта. Снижение электрического сопротивления дисперсных грунтов, как в талом, так и в мерзлом состоянии, в исследуемом диапазоне загрязнения нефтью и длительности ее трансформации связано с появлением в поровом растворе грунта продуктов преобразования нефти бактериями, обладающих высокой электропроводностью. Для выявления причин снижения скоростей продольных волн в мерзлых нефтезагрязненных грунтах необходимо исследовать акустические свойства продуктов трансформации нефти при отрицательных температурах.

7. Нефтяное загрязнение оказывает наибольшее влияние на глубину сезонного протаивания (промерзания) переходного типа, наименьшее на - длительно-устойчивый тип глубин сезонного оттаивания и сезонного промерзания. Уменьшение альбедо при нефтяном загрязнении приводит к увеличению глубины сезонного оттаивания и уменьшению глубины сезонного промерзания дисперсных грунтов, оказывая большее влияние на мерзлые грунты. Уменьшение коэффициента теплопроводности при нефтяном загрязнении приводит к уменьшению мощности слоев сезонного оттаивания и сезонного промерзания, оказывая наибольшее влияние на промерзающие породы из-за более интенсивных процессов трансформации нефти в них. В песках влияние нефтяного загрязнения больше, чем в суглинках, ввиду меньшего изменения теплопроводных свойств при загрязнении нефтью.

8. Совместное рассмотрение альбедо и теплопроводных свойств при нефтяном загрязнении для мерзлых грунтов выявило увеличение глубины сезонного оттаивания, связанное с преобладающим влиянием альбедо; в промерзающих грунтах оба фактора направлены в сторону уменьшения глубины сезонного промерзания. При угнетении и исчезновении растительного покрова для всех типов грунтов во всех районах распространения мерзлых пород зафиксировано начало развития процесса многолетнего оттаивания пород и увеличение его глубины через 5 лет более чем на 2 м. Сравнение результатов моделирования с литературными данными по полевым исследованиям нефтяного загрязнения криолитозоны показали их хорошую сходимость.