Картирование нефтяных загрязнений геологической среды с помощью геофизических методов

Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н.

КАРТИРОВАНИЕ НЕФТЯНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ С ПОМОЩЬЮ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Нефтяные загрязнения геологической среды происходят при добыче, переработке и транспортировке нефтепродуктов. Особенно опасные загрязнения возникают при разрывах нефтепроводов, в местах добычи на эксплуатационных скважинах, на территориях нефтеперерабатывающих заводов и на морских акваториях при авариях нефтеналивных танкеров. Большинство нефтепроводов в России эксплуатируется дольше нормативных сроков и это делает их объектами повышенного экологического риска. Известны случае [2]. когда в результате аварии на нефтепроводах оказывались загрязненными большие площади и значительные объемы нефти попадали в речные системы.

Наиболее оперативно оценка нефтяного загрязнения геологической среды может быть дана с помощью геофизических методов. В процессе работ можно оконтурить зону загрязнения в плане, оценить мощность и глубину нефтяного пятна и, таким образом, выполнить первую экспертную оценку для постановки дальнейших более детальных геохимических исследований.

Выявление зон углеводородного загрязнения осуществляется с применением комплекса геофизических методов, среди которых приоритет отдается электроразведочным [1]. Известно, что нефть обладает высоким удельным сопротивлением, но нефтяные загрязнения зачастую выделяются аномалиями пониженного сопротивления и повышенной поляризуемости. Это вызвано деятельностью бактерий в верхней части геологического разреза. При разложении нефтесодержащих продуктов [2] выделяется сера, которая соединяясь с природным железом образует сульфид железа. Горные породы с повышенным содержанием сульфида железа (пирита) обладают высокими проводимостями и поляризуемостями, которые выделяются методами сопротивлений и вызванной тюлярмзавдги.

Кроме того, области загрязнения имеют пониженную относительную диэлектрическую проницаемость (7-10) по сравнению с влагонасыщенными породами (в среднем 20-35), но повышенную по сравнению с сухими породами (2-4). Поэтому для картирования участков загрязнения можно применять метод георадиолокации. В процессе исследований с помощью модификаций электрического зондирования (предпочтительно плотными системами наблюдений) имеет смысл определять уровень грунтовых вод, выделять основные литологические комплексы горных пород и особенности их залегания.

Для песчано-гравийно-глинистых комплексов важно оценить проницаемость пород (коэффициент фильтрации), которая зависит от размеров сообщающихся пор и, в конечном счете, от процентного содержания глин. Чем больше этот процент, тем меньше проницаемость. Большую роль играет и непрерывное по площади распределение глинистых пород, которые защищают подземные воды от загрязнения. При выделении литологических границ в разрезе и определении положения грунтовых вод более достоверные результаты можно по лучить с помощью мало глубинной сейсморазведки. ~ ,, : "

Таким образом, применение комплекса различных геофизических методов, основанных на закономерностях изменения разных физических параметров, позволяет оценить глубину и мощность зоны загрязнения, её площадное распространение, выявить и проследить глинистые слои и уровни грунтовых вод. При детальных исследованиях можно определить выдержанность глинистых экранов, процентное содержание глины, величину её ионообменной емкости, содержание растворенных в ней солей и составить карту уязвимости водоносных горизонтов от загрязнения.

При выявлении источников загрязнения большое значение имеют геохимические методы и данные по керну скважин. С целью определения нефтепродуктов в грунтах и воде разработаны следующие методы: гравиметрический, в котором производится селективное выделение суммы нефтепродуктов; инфракрасная фотометрия для определения обшей концентрации нефтепродуктов; ядерно-магниторезонансная или инфракрасная спектрометрия и газовая хроматография в сочетании с масс-спектрометрией для полного определения всех возможных компонентов нефтепродуктов.

К настоящему времени накоплен некоторый опыт применения геофизических методов при установлении углеводородного загрязнения геологической среды на трассах нефтепроводов, на

территориях нефтеперерабатывающих заводов [2] и объектах хранения нефтепродуктов (керосин и бензин). Например, на территории Приморского края проведены работы методом электрической томографии с целью выявления возможных скоплений керосина в приповерхностных отложениях, образующихся в результате неоднократных проливов в период длительной эксплуатации крупных военных складов горюче-смазочных материалов (ГСМ). Площадь работ расположена в Уссурийском районе на водоразделе левых притоков реки Раздольной - рек Славянка и Репьёвка. Предполагалось, что керосин может постепенно вымываться и мигрировать вместе с подземными водами по направлению к урезам рек, вызывая их загрязнение.

В геологическом строении участка под почвенно-растительным слоем принимают участие аллювиальные отложения четвертичного возраста, которые разделяются на верхнюю глинистую пачку пойменной фации и нижнюю грубообломочную русловой фации, представленную песками, суглинками и галечниками, Мощность глин по данным бурения на соседней площади составляет 9-10 м, а мощность подстилающих отложений достигает 25 м. Последние являются водовмещающими и представляют первый от поверхности водоносный горизонт.

Ниже четвертичных залегают отложения неогена, которые трансгрессивно налегают на породы докайнозойского возраста и представлены песчаниками, алевролитами с прослоями галечников. Общая мощность неогеновых отложений в этом районе достигает 150 м.

На участке выполнено 9 профилей электрической томографии, представленных 17 расстановками системы наблюдений средней длиной 220 м каждая с шагом между электродами от 4 до 6 м. Для получения детального непрерывного разреза по профилю системы наблюдений перекрывались, а общая длина отдельных профилей достигала 500 м. На рисунке представлен один из геоэлектрических разрезов по профилю №8 (склад ГСМ "недействующий южный"), длина которого составляла 380 м.

Как известно, модификация метода сопротивлений - электрическая томография получила широкое распространение при инженерно-геологических изысканиях [3]. Она представляет собой развитие электроразведки постоянным током с применением плотных многоэлектродных систем наблюдений. Современные аппаратурные комплексы электрической томографии позволяют проводить опрос различных установок (Веннера, Шлюмберже, дипольной осевой, трехэлектродных вариантов перечисленных установок), имеют высокую производительность, повышенную точность измерений и помехоустойчивость.

Ввиду того, что условия заземления на участке работ были осложнены разветвленной системой поверхностных водотоков, опрос многоэлектродной установке на профилях проводился по типу Веннера (AM=MN—NB). Эта установка имеет повышенную интегральность при выделении объектов, однако высокая плотность наблюдений позволила не только проследить горизонтальные и наклонные границы, но и выделять локальные объекты и субвертикальные структуры.

0 50 100 150 200 250 300 350

Ш 1

ь.

з ШЩ 4

Рисунок. Геолого-геофизический разрез по профилю ТЭС №8.

Условные обозначения: 1 - техногенный объект с удельным сопротивлением более 100 Омм; 2 - горизонт глин с удельными сопротивлениями 10-42 Омм; 3 - горизонт суглинков и песков с удельными сопротивлениями 18^-25 Омм; 3 - горизонт алевролита и песчаника с удельными сопротивлениями 25-К30 Омм.

В результате интерпретации полевых материалов составлены геоэлектрические разрезы, на которых под почвенно-растительным слоем мощностью 0.2-0.5 м повсеместно прослеживаются аллювиатьные глины. На всех профилях горизонт глин выделяется удельными сопротивлениями ниже 12 Омм. Причем глины выдержаны по простиранию, нигде не выклиниваются и исключают возможность присутствия в них линз песка, галечника или дресвы. Глубина залегания подошвы глин, в среднем, составляет 7-10 м и на отдельных локальных участках достигает 20 м. В частности, на представленном профиле 8 (см. рисунок) на интервале ПК 56-ПК 96 глубина подошвы увеличивается до 15 м. Над глинистым горизонтом выделен высокоомный объект с сопротивлениями более 100 Омм и мощностью до 4 м. Такой уровень удельных сопротивлений соответствует небольшой линзе техногенного загрязнения нефтяного происхождения. Однако этот объект не имеет ; пространственного протяжения и не фиксируется на соседних профилях.

Под глинами выделяется комплекс пород, представленных песками и суглинками, а ниже по разрезу - песчаниками и алевролитами. Их удельное сопротивление изменяется в диапазоне 20-70 Омм. Этот комплекс прослеживается до глубины 40 м. Видно, что он неоднороден, но выделение в нем пород различного литологического состава не входило в задачу исследований. По общему уровню удельных сопротивлений можно отметить., что комплекс пород полностью обводнен и это согласуется с данными бурения на соседних площадях.

Следует отметить, что повсеместная выдержанность глинистого горизонта исключает возможность попадания керосина в подстилающий комплекс пород и грунтовые воды. Над глинами коллектора также отсутствуют, за исключением небольших объектов, таких как на профиле 8. Однако эти объекты, ввиду малой глубины и ограниченности глинами, не могут долго служить ёмкостью пролитому керосину, который легко вымывается из них при сильном дожде поверхностными водами и попадает в близлежащие реки и озера.

Таким образом, выполнено картирование нефтяного загрязнения геологической среды на небольшом участке крупного склада ГСМ. Определены условия распространения нефтяного загрязнения, но его объемы досконально не изучены. Благоприятным условием для данного участка является отсутствие нефтяного загрязнения грунтовых вод, служащих источником питьевой воды. В целом данные работы можно рассматривать как первый этап оценки условий и характера загрязнения, являющиеся основой для постановки детальных работ. • •• •' ~

ЛИТЕРАТУРА

1. Богословский В.А., Жигалин А.Д., Хмелевской В.К. Экологическая геофизика. - М.: изд. МГУ.-2000.-256 с.

2. Геоэкологическое обследование предприятий нефтяной промышленности / под ред. В.А.Шевнина и И.Н.Модина. - М.: изд. РУССО. - 1999. - 511 с. , -

3. Шкабарня Н.Г., Шкабарня Г.Н., Голованов Б.Е. Электрическая томография при инженерно-геологических изысканиях // Вестник отделения строительных наук. - Владивосток: «Дальнаука», 2006, выпуск 10. с. 262-271. г > ^¿-.¿^г?

> ^ -: - „: А.К.Седых, Н.А.Нагорнова

ПРОМЫШЛЕННОЕ ТОРФОУГЛЕНАКОПЛЕНИЕ В ПРИМОРЬЕ

Уголь, как углеводородное сырье, несмотря на нефтегазовые приоритеты на современном мировом рынке, уверенно сохраняет свою определяющую роль в энергетике и металлургии.