Разработка инновационных решений по оптимизации и унификации экологического мониторинга нефтегазовых месторождений в северных регионах России: 2019 г. этап 3

Project

Project Details

Description

Целью проекта является разработка инновационных решений, направленных на обеспечение необходимого уровня унификации, аналитичности и достоверности получаемых результатов при экологическом мониторинге на территории нефтегазовых месторождений Ямало-Ненецкого Автономного Округа (ЯНАО), возможности их практического применения, в том числе для наполнения Единого государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и ее загрязнении.








Layman's description

В рамках решения задач проекта выполнен экологический мониторинг нефтегазоконденсатных месторождений в Пуровском, Тазовском и Надымском районах ЯНАО. В полевых работах приняли участие сотрудники и студенты кафедры геоэкологии и природопользования СПбГУ. Геоэкологические исследования включали ландшафтно- экологическое описание природно-территориальных комплексов, характеристику источников антропогенного воздействия и отбор проб компонентов окружающей среды: воды, донных осадков, почв и растительности. Собран фактический материал, необходимый для оценки состояния окружающей среды на территории лицензионных участков на основе интегрального показателя загрязнения ландшафта. Установлены фоновые концентрации металлов в почвах и донных отложениях севера Западной Сибири с использованием метода ICP MS, которые рекомендованы для оценки техногенного воздействия при выполнении локального мониторинга. Полученные результаты направлены на совершенствование территориальной системы наблюдений состояния окружающей среды ЯНАО.
Опыт проведения мониторинга нефтегазовых месторождений ЯНАО показывает, что воздействие добычи углеводородов приводит к малозаметным изменениям окружающей среды, фиксация которых требует адекватных методов выполнения производственного экологического мониторинга, основанных на законах миграции и аккумуляции химических веществ в окружающей среде и учете катенарной структуры ландшафтов. Опираясь на этот опыт, апробирована методика территориального планирования фоновых и контрольных станций мониторинга в пределах лицензионного участка с учетом ландшафтно-геохимической структуры ПТК, пространственного размещения основных источников воздействия на окружающую среду и интенсивности этого воздействия. Проработаны методические аспекты выполнения производственного экологического мониторинга.
Уточнен перечень загрязняющих веществ для изучения в компонентах окружающей среды в ходе локального мониторинга нефтегазовых лицензионных участков. Показана необходимость определения подвижных форм металлов для идентификации техногенного загрязнения. Получены данные геохимических и биологических исследований с гармонизацией их результатов. На фациальном уровне проведено картографирование территории Пырейного и Берегового лицензионных участков с использованием интегрального показателя загрязнения ландшафтов. На основе оценки устойчивости природно-территориальных комплексов к механическим воздействиям и значений интегрального показателя загрязнения разработана картографическая модель загрязнения территории лицензионных участков с использованием ГИС-технологий, подготовлен макет «Методических рекомендаций по проведению локального (производственного) экологического мониторинга территории нефтегазовых месторождений ЯНАО», а также рукопись монографии «Современные методы и результаты локального экологического мониторинга на территории Ямало-Ненецкого автономного округа».

Key findings for the project

В ходе реализации проекта разработаны инновационные решения, направленные на обеспечение необходимого уровня унификации, аналитичности и достоверности получаемых результатов локального (производственного) экологического мониторинга на территории нефтегазоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого Автономного Округа (ЯНАО), возможности их практического применения, в том числе для наполнения Единого государственного фонда данных о состоянии и загрязнении окружающей среды. Исследования базируются на результатах локального мониторинга на модельных площадях в пределах пяти лицензионных участков ЯНАО в течение трех лет. Большое внимание уделено изучению радиальной и латеральной миграции и аккумуляции вещества под воздействием источников техногенного загрязнения (прорыв шламового амбара, разлив пластовых вод, выбросы газо-воздушных смесей, обуствойство скважин и др.). Осуществлен отбор проб почвы, воды, донных осадков и растений. Получены новые научные знания об экологическом состоянии окружающей среды на лицензионных участках нефтегазодобычи, собран необходимый материал и проведены экспериментальные исследования почвы с использованием биомаркеров. Уточнен перечень загрязняющих веществ для изучения в компонентах окружающей среды в ходе локального мониторинга нефтегазоконденсатных месторождений. Показана необходимость определения подвижных форм металлов для идентификации техногенного загрязнения. Разработана методика территориального планирования фоновых и контрольных станций мониторинга в пределах лицензионного участка с учетом ландшафтно-геохимической структуры ПТК. В ходе исследований были рассчитаны и обоснованы фоновые содержания металлов в почвах, индикаторных видах растений и донных осадках Надым-Пур-Тазовского междуречья ЯНАО. Получены данные геохимических и биологических исследований с гармонизацией их результатов. На фациальном уровне проведено картографирование территории Пырейного и Берегового лицензионных участков с использованием интегрального показателя загрязнения ландшафтов. На основе оценки устойчивости природно-территориальных комплексов к механическим воздействиям и значений интегрального показателя загрязнения разработана картографическая модель загрязнения территории лицензионных участков с использованием ГИС-технологий, подготовлен макет «Методических рекомендаций по проведению локального (производственного) экологического мониторинга территории нефтегазоконденсатных месторождений ЯНАО», а также рукопись монографии «Современные методы и результаты локального экологического мониторинга на территории Ямало-Ненецкого автономного округа».

Key findings for the stage (in detail)

В рамках решения задач проекта в течение трех лет выполнялся локальный экологический мониторинг пяти нефтегазоконденсатных месторождений в Пуровском, Тазовском и Надымском районах ЯНАО. Полевые работы проведены на Тазовско-Заполярном, Береговом и Пырейном месторождениях, а также на Хадырьяхинском и Ямбургском лицензионных участках. В полевых работах приняли участие сотрудники, студенты и магистранты кафедры геоэкологии и природопользования СПбГУ. Партнерами при проведении полевых исследований выступили ООО «Проэксон», ООО Газпром Добыча Ямбург и ОАО «Сибнефтегаз». Геоэкологические исследования включали ландшафтно-экологическое описание природно-территориальных комплексов, характеристику источников антропогенного воздействия и отбор проб компонентов окружающей среды: воды, донных осадков, почв и растительности. Собран фактический материал, необходимый для оценки состояния окружающей среды на территории лицензионных участков на основе интегрального показателя загрязнения (ИПЗ) ландшафта. Мониторинг проводился ежегодно (2017-2019 гг) на 122 станциях мониторинга (СМ). За три года отобрано 153 пробы воды, 112 проб донных осадков, 620 проб почв и 654 пробы растений.
Анализ проб осуществлен в аккредитованных лабораториях ВСЕГЕИ им. А. П. Карпинского и центре «Эколаб». В донных осадках, почве и растениях тяжелые металлы (ТМ) — Cu, Zn, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Pb, Hg, Cd, Ba, Sr, Zr — определялись методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) на приборе «ELAN-6100 DRC» с полным кислотным разложением проб по ПНД Ф 16.1:2.3:3.11—98; анализ нефтяных углеводородов (НУ) — флуориметрическим методом; хлоридов, сульфатов, фосфатов и нитратов — методом ионной хроматографии. Определение ТМ в воде выполнено на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Квант-Z-ЭТА».
Общий физико-химический анализ образцов, определение содержания подвижных форм металлов в донных осадках и почвах (в вытяжке ацетатно-аммонийным буфером pH 4,8), а также биотестирование почв с применением дафнии Daphnia magna Straus. (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.12—06 и ПНД Ф Т 16.1:2:2.3:3.9-12—06) и хлореллы Chlorella vulgaris Beijer. (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10—04 и ПНД Ф Т 16.1:2:2.3:3.7—04) осуществлены в лаборатории геоэкологического мониторинга Института наук о Земле СПбГУ.
Мониторинг поверхностных вод лицензионных участков показал, что они относятся преимущественно к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Трансформации анионно-катионного состава природных вод вследствие ведения геологоразведочных и добычных работ на территории исследований не установлено. Физико-химические свойства воды характеризуются относительно широким диапазоном величин pН (4,52 до 6,81) и окислительно-восстановительного потенциала (65-378 мВ). Минерализация природных вод (TDS) отвечает ультрапресным водам, ее величина меняется от 7,8 до 53.3 мг/л (по удельной электропроводимости воды – EC). Жесткость воды повсеместно соответствует категории очень мягкие воды. Отмечается относительно низкий фон содержания микроэлементов, за исключением меди, марганца и железа, что обусловлено высокой подвижностью этих металлов в тундровых ландшафтах. При изучении состава пластовых вод установлена индикаторная значимость TDS, pH, фенола, Cl-, Na+, Ba2+ в определении загрязнения продуктами бурения, что учтено при формировании списка обязательных показателей и веществ при мониторинге природных вод.
Результаты мониторинга донных осадков позволяют говорить об отсутствии выраженного техногенного загрязнения на территории месторождений. На основе анализа геохимических спектров четвертичных глин и современных осадков показана высокая степень зависимости состава последних от почвообразующих пород (петрогенный фактор). Этот фактор оказывает большое влияние и на химический состав почв. Петрогенный фактор определяет значительные расхождения в химическом составе донных отложений разных ЛУ. Внутри ЛУ высокая дисперсия обусловлена литогенным фактором (гранулометрическим составом осадков). На основе изучения шламовых осадков установлена индикаторная роль TDS, pH, Cl-, SO42-, нефтяных углеводородов, NO2-, PO43+, Cu2+, Sr2+ и Ba2+ в загрязнении ландшафтов отходами бурения.
Почвенный покров характеризуется низким уровнем содержания загрязняющих веществ. Однако для органогенного горизонта выделен техногенный фактор в структуре химического состава почв. Он связан с загрязнением ПТК шламовыми водами при буровых работах. Антропогенное воздействие проявляется в незначительном увеличении относительно средних показателей в органогенном горизонте рН и концентрации сульфатов, хлоридов, фосфатов, НУ, а также халькофилов (Cd, Zn, Pb, Cu). Загрязнение почв зафиксировано вблизи шламовых амбаров. Парагенезис Ba-Sr в гумусовом горизонте отражает поступление прямое влияние отходов бурения.
Для выявления особенностей накопления поллютантов разными видами растений на СМ отбирались дикорастущие растения, известные как хорошие индикаторы загрязнений. Это представители различных жизненных форм: лишайник — Cladonia stellaris (Opiz) Pouzar & Vezda, багульник — Ledum decumbens (Ait.) Lodd. ex Steud., лиственница — Larix sibirica Ledeb. Дополнительно проведены исследования индикаторной роли 6 видов растений, распространенных на территории месторождений: Vaccinium uliginosum L., Vaccinium vitis-idaea L., Empetrum nigrum L., Betula nana L., Cetraria delisei (Воrу) Тh. Fr., Pleurozium schreberi (Willd. exBrid.) Mitt.
Как показали проведенные исследования, во всех изученных видах растений при росте техногенных нагрузок отмечены значимые изменения химического состава и зольности. Общее содержание минеральной части (зольность) растений на контрольных СМ значительно выше, чем на фоновых. По своей зольности растения располагаются в убывающий ряд: Мох P. schreberi > Карликовая березка B. nana (листья) > Лишайники цетрария C. islandica и кладония C. stellaris > Брусника V. vitis-idaea > Голубика V. Uliginosum > Водяника E. nigrum > Багульник L. decumbens > Карликовая березка B. nana (ветви).
Изученные виды растений в условиях фоновых участков характеризуются различными биологическими особенностями накопления химических элементов: L. decumbens отличается повышенным содержанием Mn и Ba, V. uliginosum, V. vitis-idaea — Mn, Zn и Ba, лишайник C. stellaris концентрирует Pb. Кустарнички в целом характеризуются относительно небольшой дисперсией содержания ТМ в отличие от лишайников, для которых типичен значительный разброс концентраций металлов. Максимальное содержание микроэлементов установлено в мхах P. schreberi., за исключением Ba, Mn, Zn, содержание которых выше в кустарничках.
Выявлено, что для участков с высокой техногенной нагрузкой характерен рост концентрации в растениях Mn, Ba, V и Sr. Индикаторами общего загрязнения выступают повышенные содержания Ni, Pb, Cd и Co. Высокий уровень содержания Mn, Zn, Cu и Cd отмечен в листьях B. nana. Лишайники C. stellaris и C. delisei характеризуются более высокими концентрациями всех элементов. Кустарнички V. uliginosum, V, vitis-idaea и L. decumbens, а также E. nigrum (данный вид обладает высоким содержанием практически всех элементов на контрольной СМ) отличаются повышенной концентрацией Mn. Заметим, что содержание Mn в кустарничках V. uliginosum, V. vitis-idaea и L. decumbens, а также E. nigrum на контрольной СМ ниже, чем на фоновой.
Таким образом, на основе проведенных исследований подтверждена индикаторная роль растений в оценке загрязнения компонентов окружающей среды при добыче углеводородов. Растения индицируют разные виды и механизмы загрязнения. На лишайники основное воздействие оказывает аэротехногенное загрязнение. Типоморфными элементами загрязнения буровыми растворами выступают в лишайнике Ba и Sr. При загрязнении продуктами сгорания на факельных установках к ним добавляется V. В багульнике антропогенное воздействие при нефтегазодобыче намного шире: прямое осаждение минеральных частиц на тканях растений и поступление микроэлементов из загрязненных поверхностных горизонтов почв. В целом в багульнике в условиях антропогенной нагрузки снижается интенсивность аккумуляции Mn и Zn и увеличивается накопление Co, Fe, Cr и V; лишайник начинает интенсивно поглощать Ba, Mn, Sr, V, Pb, Ni и Co, кроме этого в лишайнике резко возрастает зольность. Анализ изменения химического состава растений показал, что общий уровень загрязнения исследованных ЛУ низкий.
Опыт проведения мониторинга нефтегазовых месторождений ЯНАО показывает, что воздействие добычи углеводородов приводит к малозаметным изменениям окружающей среды, фиксация которых требует адекватных методов выполнения производственного экологического мониторинга, основанных на законах миграции и аккумуляции химических веществ в окружающей среде и учете катенарной структуры ландшафтов. Опираясь на этот опыт, апробирована методика территориального планирования фоновых и контрольных станций мониторинга в пределах лицензионного участка с учетом ландшафтно-геохимической структуры ПТК, пространственного размещения основных источников воздействия на окружающую среду и интенсивности этого воздействия. Проработаны методические аспекты выполнения производственного экологического мониторинга. При реализации проекта в комплексе использованы методы стандартного и альтернативного мониторингов, включающие: ландшафтно-геохимический, биогеохимический, биомаркеров, фитоиндикационный, биоценотический, биотестирования и др. При обработке данных в качестве методики выявления малозаметных изменений, вызванных химическим загрязнением, предлагается факторный анализ методом главных компонент, пример использования которого к решению сформулированной задачи приведен ниже, а также представлен в публикации (Опекунова и др., 2018). Эффективными являются методы, используемые в поисковой геохимии для выявления слабоинтенсивных аномалий, в том числе расчет анализ мультипликативного показателя по индикаторным загрязняющим веществам (Опекунов, Жувикина, 2016).
При определении химического состава компонентов ландшафта за основу взят перечень обязательных загрязняющих веществ при проведении производственного экологического мониторинга в ЯНАО (Постановление Правительства ЯНАО № 56 от 14 февраля 2013 г), который включает: природные воды – pH, БПК5, NH4+, NO3-, SO42-, PO43-, Cl-, АПАВ, нефтепродукты, фенолы, Feобщ, Pb2+, Zn2+, Mn2+, Cu2+, Ni2+, Cr6+; донные отложения – pH, концентрация нефтяных углеводородов, SO42-, Cl-, анионные СПАВ, Feобщ., Pb, Zn, Mn, Ni, Cu и Cr6+; почвы – величина pH, содержание NO3-, PO43- SO42-, Cl-, нефтяных углеводородов, 3,4-бенз/а/пирена, анионогенных ПАВ, фенолов, Feобщ., Mn, Cr, Pb, Zn, Cd, Cu и Ni. По результатам проведенных исследований предварительно скорректирован перечень загрязняющих веществ для изучения в компонентах окружающей среды в ходе локального мониторинга нефтегазовых лицензионных участков. В перечень веществ, определяемых в почвах и донных осадках, дополнительно включены Ca, К, Ba, Sr, V, Na, Sc и нафталин, рост содержания которых указывает на загрязнение окружающей среды при проведении буровых работ (Ba, Sr, V, Na, нафталин) или служит, наряду с другими металлами, индикатором состава почвообразующих пород (Sc). Показана целесообразность определения подвижных форм металлов для идентификации техногенного загрязнения. Под подвижными формами понимаются обменные и карбонатные, которые вытягиваются аммонийно-ацетатным буфером с pH 4,8 в соответствии с ГН 2.1.7.2041-06.
В ходе выполнения проекта были рассчитаны и обоснованы фоновые содержания металлов в почвах и донных осадках Надым-Пур-Тазовского междуречья ЯНАО (статья вышла в журнале Почвоведение № 2, 2019). Все расчеты выполнены на основе результатов анализа методом ICP MS. Показано, что почвы региона характеризуются относительно низкими природными концентрациями ТМ. Основными причинами, определяющими изменчивость химического состава компонентов природной среды, служат литологический и химический состав почвообразующих пород и зонально-азональная ландшафтно-геохимическая дифференциация, выражающаяся в интенсивности торфонакопления. На основе статистического анализа и метода ранжированных геохимических спектров была обоснована необходимость определения регионального геохимического фона отдельно для органогенных горизонтов, двух минеральных (иллювиальных) горизонтов почв легкого и тяжелого гранулометрического составов, а также торфяников. Минимальные значения большинства ТМ установлены в торфяниках, концентрация которых в 2-8 раз ниже их содержания в глинистых и суглинистых иллювиальных горизонтах. Исключение составляют Hg и Cd, уровень которых в торфяниках в 3-4 раза выше, чем в иллювиальных горизонтах. В донных осадках фоновые содержания рассчитаны для трех типов, охватывающих весь гранулометрический спектр отложений: илах (торфянистых илах), илистых песках (алевритах), а также в мелкозернистых песках. При этом среднее содержание в илах Fe и Mn в 11 раз, Ni – в 8,5, Co – в 6,5, Zn, Cu, Cr, V – в 5 раз выше, чем в мелкозернистых песках. Полученные результаты рекомендованы для оценки техногенного воздействия на почвы и донные отложения при проведении экологического мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды в обозначенном выше регионе и вошли в качестве рекомендованного приложения в методические рекомендации по проведению производственного экологического мониторинга.
Обоснование периодичности локального мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды выполнено с учетом многолетнего опыта работ (с 2003 г.) на территории нефтегазоконденсатных месторождений. Оптимальным является ежегодный мониторинг, который должен охватывать одну фенологическую фазу при относительно однородных метеорологических условиях. При выпадении осадков необходимо переждать несколько дней для восстановления уровня поллютантов в компонентах ПТК. Биоиндикационные исследования с отбором проб на химический анализ с целью изучения биогеохимических закономерностей миграции вещества по пищевым цепям рекомендуется проводить в период максимальной биологической продуктивности сообществ. Обычно, в районах с гумидным климатом оптимальным сроком для подобного рода исследований считается июль-начало августа.
В 2018-2019 гг. проведены опытно-методические работы по изучению интенсивности миграции загрязняющих веществ от основных источников загрязнения в условиях тундровых и лесотундровых ландшафтов. Для оценки радиальной и латеральной миграции металлов в почвенной катене на Береговом и Пырейном месторождениях вблизи шламовых амбаров, где по результатам исследований 2017 г были отмечено сильное загрязнение, заложено три почвенных профиля. Исследования проводились на площадках, где произошел сброс буровых отходов. На основе катенарного принципа закладывались профили с четырьмя (профиль 105) и пятью (профиль 208) почвенными разрезами через 50 м. В каждом почвенном разрезе из разных генетических горизонтов отобраны по 3-4 пробы.
Изучение химического состава буровых шламов и шламовых вод показало высокую степень изменчивости содержания веществ, что обусловлено разным составом применяемых буровых растворов. Наиболее выражено их загрязнение нефтяными углеводородами (НУ), Ba, Sr, PO43-, Cl-, SO42-. Отмечаются повышенные содержания Mn, Cu, Pb, Zn, фенолов, а также высокая щелочность. Наблюдаются высокие концентрации катионов (K+, Ca2-, Na+) и значительная минерализация воды. Шламовые воды соответствуют хлоридно-натриевому и хлоридно-кальциевому типам, что отвечает составу пластовых вод продуктивных горизонтов земной коры. Содержание отмеченных выше химических веществ в буровых шламах и в воде, меняется в зависимости от времени хранения отходов.
В 2017 году сразу после аварийного разлива шламовых отходов в непосредственной близости к источнику на обоих участках было установлено увеличение в органогенном горизонте почв показателя рН до 5,8-6,6 и рост в 2-10 раз концентрации сульфатов, хлоридов, фосфатов, НУ, а также небольшое повышение над фоном металлов. В 2018 г. загрязнение сместилось за счет радиальной и латеральной миграции, т.е. на второй год для большинства ТМ отмечается снижение концентрации в органогенном горизонте и небольшой рост в иллювиальном горизонте (BH) почв. Однако в 2019 г. вновь наблюдается рост концентрации металлов в органогенных горизонтах. На пр. 105 в непосредственной близости к разливу это выражено для Ba, Mn, Zn, Cu, Cr, V, Na; на удалении 50 м такая тенденция проявляется для Fe, Sr, V, Na. Во всех случаях рост концентрации не превышает 1,5-2,0 раза. В нижних горизонтах и на расстоянии более 50 м каких-либо изменений в содержании металлов в почвенных разрезах не установлено. На пр. 208 латеральная миграция металлов происходит более активно. В 2019 г., по сравнению с 2018 г., в торфянистом и минеральном горизонтах рост содержания металлов фиксируется до 100 м от участка разлива. В наибольшей степени он типичен для Ba, Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Cr, Fe, V, Sr и составляет 2-5 раз.
Однако в наибольшей степени загрязнение буровыми отходами отразилось на химическом составе грунтовых и почвенных вод. Первые были отобраны на профиле 105, где залегают элювиально-железистые подбуры, вторые отжаты из верхнего горизонта торфяно-глеевых почв (пр. 208). Прослеживается общая тенденция снижения концентрации анионов и катионов по мере удаления от источника. Различия в концентрации веществ могут достигать 50 раз и более. Отмечается относительно небольшое изменение по годам: в 2019 г. по отношению к предшествующему году снизилось содержание Na+, Mg2+, SO42-. Концентрация NH4+, NO3-, K+, Cl- сохранилась на прежнем уровне.
Кислотно-щелочной показатель, минерализация и содержание в воде большинства металлов чутко реагируют на загрязнение буровыми шламами. Металлы характеризуются активной латеральной миграцией. Исключение составляют Cu, Cd и в грунтовых водах Pb, которые в основном ассоциированы в органоминеральные комплексы фульватного типа и повсеместно распространены в органическом горизонте почв.
Таким образом, проведенные исследования показали, что сброс буровых шламов на рельеф местности в условиях лесотундры приводит к загрязнению металлами, биогенными вещества, хлоридами и сульфатами, в первую очередь, почвенных и грунтовых вод, а также их подщелачиванию. Минеральная и органическая часть почв подвергается загрязнению в значительно меньшей степени. В целом кислые условия среды предопределяют активную латеральную миграцию перечисленных поллютантов и вынос их за пределы участка загрязнения. Радиальная миграция имеет значение только для хорошо растворимых анионов и катионов. Такой сценарий миграции позволяет говорить об относительно высокой устойчивости почв изученных ПТК к химическому загрязнению, определяемую активным промывным режимом катенарной структуры ландшафтов, эффективным разбавлением потоков поллютантов низко минерализованными кислыми водами. При мониторинге загрязнения в результате производства буровых работ на территории тундры и лесотундры наибольшую индикаторную значимость имеют грунтовые и особенно почвенные воды.
Биотестирование почв с применением тест-объектов Chlorella vulgaris Beijer и Daphnia magna Straus проводилось в течение трех лет. Однако в 2017-2018 гг. тестирование проводилось по водной вытяжке из сухого почвенного образца в соответствии с методикой. В 2019 году был проведен эксперимент и тестирование проводилось непосредственно на влажных пробах. Это обусловлено тем, что результаты сравнения химического состава водных вытяжек из почв в сухом состоянии и состава почвенных вод показали очень большие различия в концентрации металлов, которые зачастую составляли один математический порядок.
В 2017-2018 гг. результаты биотестирования проб почв показали значимую корреляционную зависимость между собой: коэффициент парной корреляции гибели Daphnia magna и снижения оптической плотности Chlorella vulgaris составил 0,89 (критическое значение при 5% уровне значимости – 0,29). Тестирование выполнялось по пробам почв, которые были отобраны вблизи шламовых амбаров и разливов межпластовых вод. В выборку также включены пробы почв с фоновых участков. Биотестирование образцов почв с использованием дафний Daphnia magna и тест-культуры Chlorella vulgaris показало, что из 46 изученных образцов 6 проб (пробы 131В, 138А, 2031В, 2031С, 203С, 208Т) экологически безвредны. В 5 образцах (№№ 208-1С2, 208-2С, 221В, скв. 224А, скв. 226А) было зарегистрировано снижение средней величины оптической плотности Chlorella vulgaris по отношению с контрольным вариантом от 20 до 50% и гибель 20-40% Daphnia magna, что позволяет сделать вывод о среднем токсическом действии тестируемых вытяжек. В остальных 35 пробах было зафиксировано 50% и более гибели дафний и снижение средней величины оптической плотности культуры Chlorella vulgaris по сравнению с контрольным вариантом более, чем на 50%. Это свидетельствует об остром токсическом действии тестируемых вод на тест-объекты D. magna и С. vulgaris. Средний уровень токсичности почв для наиболее проблемных участков Берегового месторождения оказался достаточно высоким: по D. magna – 60% гибели, по C. vulgaris – 40% снижения оптической плотности. Средний уровень токсичности почв для территории Пырейного месторождения составил: по D. magna – 65% гибели, по C. vulgaris – 43% снижения оптической плотности, что несколько выше показателей по Береговому ЛУ.
Результаты гармонизации данных геохимических и биологических исследований дают основание сделать следующие выводы. Из всего перечня загрязняющих веществ, которые были проанализированы в почве, достоверная положительная корреляция токсического воздействия на тест-объекты D. magna и С. vulgaris наблюдается только для валового содержания фосфатов (r=0,33 и 0,41; критическое значение – 0,26), хлоридов (r=0,68 и 0,54), АПАВ (r=0,37 и 0,39) и ртути (r=0,72 и 0,68; критическое значение – 0,53). Корреляция содержания подвижных форм металлов (ацетатно-аммонийный буфер с pH 4,8) с результатами экспериментов по дафнии и хлорелле показала отсутствие значимых величин.
В 2019 г. при использовании влажных проб происходило их замутнение и в соответствие с методикой для использования тест-объектов проводилось разбавление в 10 раз. Результаты по тест-объектам получились совершенно разные при отсутствии значимой корреляции между ними. D. magna в 50% пробах имеет значение 100% гибели независимо от того фоновые это пробы или с участков загрязнения. Какая-либо корреляция с поллютантами отсутствует. Вероятно, что решающим фактором гибели тест-объекта стала мутность. Это позволяет исключить D. magna из дальнейшего рассмотрения.
Очень интересна реакция С. Vulgaris. Помимо сульфатов, хлоридов и фосфатов появилась значимая отрицательная корреляция (показывающая ингибирующее влияние) с металлами. Среди них барий (r=0,42; критическое значение – 0,25), цинк (r=0,25), свинец (r=0,38), кадмий (r=0,48). Ртуть в 2019 г. в почвах не определялась. Это свидетельствует, что загрязнение отходами бурения является значимым фактором повышения токсичности почв. Если в 2017-2018 гг. среднее отклонение от контроля в плотности водоросли составляло 41%, то в 2019 г. – 53%. Это дает основание говорить о более точной оценке токсичности почв через вытяжку из влажной (в естественном залегании) пробы.
Адаптация использования интегрального показателя загрязнения ландшафта (ИПЗ) (Опекунов, Опекунова, 2013) заключалась, в первую очередь, в определении коэффициентов значимости изучаемых компонентов ландшафта. На основе анализа опыта установления станций мониторинга на территории ЛУ, а также катенарной структуры геохимических ландшафтов Надым-Пур-Тазовского междуречья весовые коэффициенты определялись исходя из приоритетности изучаемого компонента, в максимальной степени реагирующего на техногенное загрязнение в условиях конкретной катены.
Расчет и детальный анализ распределения ИПЗ выполнен для Берегового и Пырейного ЛУ. Выполненные исследования показали, что уровень загрязнения ландшафтов Берегового лицензионного участка характеризуется двумя градациями: низкий уровень загрязнения (ИПЗ – 0,63-0,80) и загрязнение отсутствует (ИПЗ > 0,80). Локально в районе разлива бурового шлама (СМ105) установлен показатель ИПЗ, соответствующий среднему уровню загрязнения (ИПЗ – 0,37-0,63). В целом определенному воздействию в процессе освоения месторождения подверглась вся центральная часть лицензионного участка, где создана хозяйственная инфраструктура месторождения. Наиболее значимый уровень загрязнения катены в пределах установленных градаций отмечен в непосредственной близости от УКПГ и части буровых площадок. Максимальное техногенное воздействие в пределах территории ЛУ испытывают почвы (среднее значение ИПЗ горизонта О 0,79, горизонта – 0,78) и природные воды (среднее значение ИПЗ - 0,78).
В пределах Пырейного лицензионного участка установлен низкий уровень загрязнения ландшафта. Однако площадь распространения загрязнения больше, по сравнению с Береговым месторождением. Воздействию подверглась вся центральная часть лицензионного участка, при этом вблизи объектов инфраструктуры уровень загрязнения заметно растет. Исходя из характера распространения значений ИПЗ, влияние автодороги и железной дороги, проходящих через территорию ЛУ, невелико. Максимальное воздействие в пределах территории ЛУ испытывают почвы (среднее значение ИПЗ горизонта О 0,78, горизонта – 0,79). Средний уровень токсичности почв для наиболее проблемных участков территории составил: по D. magna – 65% гибели, по C. vulgaris – 43% снижения оптической плотности, что несколько выше показателей на Береговом ЛУ.
Вместе с тем, анализируя результаты тестирования по почвам наиболее загрязненных участков изученных месторождений, следует отметить следующую закономерность. Коэффициент корреляции между расчетными частными показателями загрязнения почв и гибелью D. magna (данные 2017-2018 гг.) составляет -0,46, а снижение оптической плотности C. vulgaris – -0,45 (при критическом значении – -0,32), т.е. речь идет о значимой отрицательной корреляции. Это означает, что тест-объекты D. magna и C. vulgaris реагируют на рост токсичности почв и эта реакция описывается статистически значимой линейной зависимостью.
В основу картосхемы геоэкологического состояния территории ЯНАО положена устойчивость биогеоценозов к геомеханическому воздействию. Она определялась на основе принципов, предложенных Л.И. Мельцер (1994) для ландшафтов Ямала. К относительно устойчивым были отнесены сообщества приозерных понижений и хасыреев, а также растительные сообщества пойм. Слабо устойчивые – это кустарничково-моховые лиственничники, кустарничково-моховые тундры. Для этих двух категорий наиболее характерные последствия при геомеханическом воздействии будут проявляться в усилении заболоченности. Сообщества кустарничково-мохово-лишайниковых лесотундр и редин, а также кустарничково-лишайниковые тундры оцениваются как относительно неустойчивые. В них может наблюдаться активизация криогенных процессов и трансформация микрорельефа. В качестве неустойчивых рассматриваются среднебугристые болота. Наиболее неустойчивые – это плоскобугристые болота и полигональные тундры. В двух последних категориях типично усиление заболоченности, активизация криогенных процессов, разрушение бугров, деградация многолетнемерзлых грунтов, развитие экзогенных геологических процессов.
На устойчивость биогеоценозов ЯНАО наложена информация по состоянию окружающей среды в пределах изученных лицензионных участков на основе расчета ИПЗ. В качестве характеристики выбраны наиболее низкие значения ИПЗ в катенарной структуре территории ЛУ.
Результаты исследований доложены на международных, всероссийских совещаниях, конференциях и форумах (Краснодар, Тула, Саратов, Сочи, Тюмень, Санкт-Петербург, Хельсинки).

Key findings for the stage (summarized)

Грант посвящен разработке инновационных решений, направленных на обеспечение необходимого уровня унификации, аналитичности и достоверности получаемых результатов локального (производственного) экологического мониторинга на территории нефтегазоконденсатных месторождений Ямало-Ненецкого Автономного Округа (ЯНАО), возможности их практического применения, в том числе для наполнения Единого государственного фонда данных о состоянии и загрязнении окружающей среды. Исследования базируются на результатах локального мониторинга на модельных площадях в пределах пяти лицензионных участков ЯНАО в течение трех лет. Большое внимание уделено изучению радиальной и латеральной миграции и аккумуляции вещества под воздействием источников техногенного загрязнения (прорыв шламового амбара, разлив пластовых вод, выбросы газо-воздушных смесей, обуствойство скважин и др.). Осуществлен отбор проб почвы, воды, донных осадков и растений. Получены новые научные знания об экологическом состоянии окружающей среды на лицензионных участках нефтегазодобычи, собран необходимый материал и проведены экспериментальные исследования почвы с использованием биомаркеров. Уточнен перечень загрязняющих веществ для изучения в компонентах окружающей среды в ходе локального мониторинга нефтегазоконденсатных месторождений. Показана необходимость определения подвижных форм металлов для идентификации техногенного загрязнения. Разработана методика территориального планирования фоновых и контрольных станций мониторинга в пределах лицензионного участка с учетом ландшафтно-геохимической структуры ПТК. В ходе исследований были рассчитаны и обоснованы фоновые содержания металлов в почвах, индикаторных видах растений и донных осадках Надым-Пур-Тазовского междуречья ЯНАО. Получены данные геохимических и биологических исследований с гармонизацией их результатов. На фациальном уровне проведено картографирование территории Пырейного и Берегового лицензионных участков с использованием интегрального показателя загрязнения ландшафтов. На основе оценки устойчивости природно-территориальных комплексов к механическим воздействиям и значений интегрального показателя загрязнения разработана картографическая модель загрязнения территории лицензионных участков с использованием ГИС-технологий, подготовлен макет «Методических рекомендаций по проведению локального (производственного) экологического мониторинга территории нефтегазоконденсатных месторождений ЯНАО», а также рукопись монографии «Современные методы и результаты локального экологического мониторинга на территории Ямало-Ненецкого автономного округа».

Academic ownership of participants (text description)

Опекунова Марина Германовна 23%
Опекунов Анатолий Юрьевич 20%
Арестова Ирина Юрьевна 7%
Кукушкин Степан Юрьевич 20%
Елсукова Екатерина Юрьевна 4%
Митрофанова Екатерина Александровна 2%
Третьяков Виктор Юрьевич 3%
Шейнерман Надежда Абрамовна 5%
Лисенков Сергей Алексеевич 3%
Никитина Мария Александровна 2%
Сорока Анастасия Олеговна 1%
Сомов Всеволод Владимирович 5%
Спасский Владимир Владимирович 5%

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

не разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

не разрешается

Rationale of the interdisciplinary approach

Геоэкологические исследования включали ландшафтно-экологическое описание природно-территориальных комплексов, характеристику источников антропогенного воздействия и отбор проб компонентов окружающей среды: воды, донных осадков, почв и растительности. Собран фактический материал, необходимый для оценки состояния окружающей среды на территории лицензионных участков на основе интегрального показателя загрязнения ландшафта.

Rationale of the intersectoral approach

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию Арктики, в том числе изучению экологической обстановки в регионе.Север Западной Сибири в настоящее время является крупнейшим в России источником углеводородного сырья. На территории Ямало-Ненецкого автономного округа сосредоточено более 70% российских и 18% мировых запасов газа. В округе открыто 236 месторождений углеводородного сырья, из которых 77 находятся в промышленной разработке. Основная добыча углеводородного сырья осуществляется в Надым-Пур-Тазовской нефтегазоносной области. В связи с интенсивным освоением месторождений нефти и газа естественные ландшафты подвергаются многостороннему воздействию, что приводит к изменению вертикальной и горизонтальной дифференциации содержания химических веществ. Контрастность физико-географических условий севера Западной Сибири определяет многообразие природных процессов и высокую вариабельность содержания химических веществ в компонентах окружающей среды.
Использованные полевые, лабораторные и камеральные методы и подходы с применением ГИС-технологий позволили провести серию экологических исследований, поставить лабораторные эксперименты и получить необходимую аналитическую информацию об интенсивности воздействия нефтегазодобычи на окружающую среду, а также разработать рекомендации для эффективного и безопасного недропользования в регионе и подготовить рукопись монографии.
Short title__
AcronymRFBR_RGS_2017 - 3
StatusFinished
Effective start/end date24/04/1931/12/19