НАЦIОНАЛЬНА АКАДЕМIЯ НАУК УКРАЇНИ

НАК “НАФТОГАЗ УКРАЇНИ”

IНСТИТУТ ГЕОЛОГIЇ I ГЕОХIМIЇ ГОРЮЧИХ КОПАЛИН

Карабин Василь Васильович

УДК 550.43(477.88)

Геохiмiя техногенезу нафтогазоносних площ

Бориславсько – Покутської підзони

Передкарпатського прогину

(на прикладi Пiвденностинавського та Блажiвського родовищ)

Спецiальнiсть 04.00.02 - геохiмiя

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата геологiчних наук

Львiв–2002

Дисертацiєю є рукопис

Робота виконана у Львiвському вiддiленнi Українського державного геологорозвiдувального iнституту Міністерства екології і природних ресурсів України та Львiвському нацiональному унiверситетi iменi Iвана Франка Міністерства освіти та науки України

Науковий керiвник: доктор геолого–мiнералогiчних наук, професор Колодiй Володимир Васильович, Iнститут геологiї і геохiмiї горючих копалин НАН України та НАК “Нафтогаз України”, завiдувач вiддiлу нафтогазової гiдрогеологiї, геохімії та охорони гідросфери.

Офiцiйнi опоненти: доктор геолого–мінералогічних наук, професор Митропольський Олексій Юрійович, Інститут геологічних наук НАН України, заступник директора.

кандидат геолого–мінералогічних наук Полівцев Анатолій Вікторович, Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України та НАК “Нафтогаз України”, старший науковий співробітник.

Провiдна установа: Iнститут геохiмiї, мiнералогiї та рудоутворення НАН України, відділ пошукової та екологічної геохімії.

Захист відбудеться 14.06. 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.152.01 в Інституті геології і геохімії горючих копалин НАН України та НАК “Нафтогаз України” за адресою : 79053, м. Львів, вул. Наукова, 3а.

З дисертацiєю можна ознайомитись у науковiй бiблiотецi Iнституту геологiї та геохiмiї горючих копалин НАН України та НАК “Нафтогаз України”. 79053, м.Львiв, вул. Наукова, 3а.

Автореферат розiсланий 11.05.2002 р.

Вчений секретар спецiалiзованої вченої ради, кандидат геол.–мiн. наук О.В. Хмелевська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть роботи. Будiвництво глибоких свердловин, що є невiд'ємним етапом геологорозвiдувальних робiт на нафту i газ, створює значне техногенне навантаження на геологiчне середовище. Внаслідок недосконалості процесів будівництва свердловин розвиваються небезпечнi геодинамiчнi процеси і у приповерхневi дiлянки гiдросфери й лiтосфери надходить велика кiлькiсть токсичних хiмiчних елементiв та сполук. Особлива техногенна напруженість склалася у Бориславсько – Покутській підзоні Передкарпатського прогину, де зноходиться більшість нафтових родовищ Карпатської нафтогазоносної провінції та ландшафти iз високим рекреацiйним потенцiалом, водозабори питних та лiкувальних вод. Вивчення процесiв хiмiчного забруднення довкілля геохiмiчними методами дає змогу створити цiлiсну геохiмiчну модель надходження, мiграцiї, трансформацiї та нагромадження шкiдливих речовин i на цiй основi оптимiзувати природоохороннi заходи.

Різні аспекти геохімії техногенезу нафтогазоносних територій висвітлені у працях Дж.Л. Брага, М.А Глазовської, В.М. Гольдберга, С. Ґазди, М.Ю. Журавля, В. Ліппока, В. Макджила, О.Ю. Митропольського, М.С. Огняника, Ю.І Піковського, Р.П. Стріта, М.М. Фесенка, Р.Хене, та інш. В умовах гірських ландшафтів цю проблему вивчали О.А. Адаменко, Г.І. Венглінський, В.В. Колодій, Б.Й. Маєвський, А.В. Полівцев, В.М. Світлицький, О.Г. Яронтовський та інші. Проте, низка питань геохімії техногенезу нафтогазоносних площ Карпатської нафтогазоносної провінції залишилась мало вивченою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота тісно пов'язана з науковими напрямками держбюджетних науково – дослiдних тем № 0197U006095 “Провести дослiдження впливу будiвництва нафтогазових свердловин на еколого – геологiчнi умови Передкарпаття” (1997–1998 рр.), № 0199U002378 “Виконати фiзико – хiмiчнi дослiдження флюїдiв та гiрських порiд з метою вивчення умов формування покладiв вуглеводнiв та прогнозу нафтогазоносностi локальних структур i геоекологiчного монiторингу довкiлля” (1999–2000 рр.) та низкою договiрних науково – дослiдних робіт, що виконувалися автором разом з колективом лабораторiї геохiмiї та екологiї Львiвського вiддiлення Українського державного геологорозвідувального iнституту.

Мета дослiджень. Обґрунтувати геохімічну модель надходження, мiграцiї, трансформацiї забруднювачiв у ландшафтно–геохiмiчнi системи пiд час будiвництва нафтових свердловин у Бориславсько – Покутській підзоні Передкарпатського прогину.

Основнi завдання роботи.

·

· Встановити хiмiчний склад потенцiйних джерел забруднювачiв (породи розрiзу, буровий шлам, буровий розчин та компоненти для його приготування, буровi стічні води тощо).

·

· Формалiзувати отриманi результати у вигляді динамічної моделi з метою екстраполяцiї виявлених закономiрностей на подібні за геологiчними, гiдрогеологiчними, ландшафтно–геохiмiчними рисами будови площi.

Наукова новизна.

·

· Виявленi особливості поведінки нафтопродуктiв та фенолiв, за умови їх сумісного знаходження у системi “ґрунт – вода”. Зокрема вмiст нафтопродуктiв у ґрунтових водах залежить вiд їхнього первинного вмiсту у ґрунтах пiдгумусових горизонтiв, а фенолiв – вiд їхнього вмiсту в гумусовому шарi.

· Розробленi критерiї оцiнки вiдносного часу надходження забруднювальних речовин у ландшафт. Це спiввiдношення вмiсту нафтопродуктiв i фенолiв у горизонтах ґрунтового профiлю, вмiст та спiввiдношення сорбованих вуглеводневих газiв та мiнливiсть вмiсту мангану, залiза i кобальту в ґрунтах.

· Визначено, що нижньою межею інфільтрації забруднювальних речовин на дослiджуваних ділянках є ортштейновий горизонт.

· Встановленi природні і техногенні асоцiацiї сполук та елементів у ґрунтах та поверхневих і ґрунтових водах.

Практичне значення роботи.

·

· Обгрунтовано комплекс достатніх параметрiв геохiмiчного контролю за станом довкілля на дiлянках бурiння нафтових свердловин, що є основою ефективної та економічно раціональної методики моніторингу.

·

· Запропоновано систему керованого контролю стану довкілля

нафтогазоносних провінцій, що сприятиме зменшенню техногенного навантаження в районах інтенсивного видобутку нафти і газу.

·

Особистий внесок здобувача

Польовi роботи та аналiтичнi дослiдження в межах Пiвденностинавської та Блажiвської площ проведенi автором особисто чи разом з співробітниками лабораторiї геохiмiї та екологiї Львівського відділення Українського державного геологорозвiдувального iнституту. Особисто здобувачем дослiджено вмiст важких металiв у понад 2000 взiрцях ґрунту, мулу, флори, бурового шламу, бурового розчину i компонентах для його приготування i вивченi процеси їх надходження та мiграцiї у ґрунтах, класифiкованi головнi джерела забруднювачів, дослiджена геохiмiя органiчних сполук та головних iонiв у ґрунтах та водах. За допомогою системного аналiзу виявленi головнi природнi й техногеннi асоцiацiї хiмiчних речовин та вивчено їх мiнливiсть у просторi i часi, а також обґрунтована геохімічна модель надходження, мiграцiї та трансформацiї забруднювальних речовин у зонi гiпергенезу. Запропонований комплекс заходiв щодо попередження забруднення довкiлля та створення системи управлiння сучасним станом геологiчного середовища нафтогазоносних провінцій.

Публiкацiї. Матеріали дисертаційної роботи опублiковані у 19 наукових працях, з яких 7 надруковані у фахових виданнях за геологічними спеціальностями. Результати сумiсних дослiджень з О.Г.Яронтовським та iншими колегами вiдображенi в спiльних публікаціях, у яких автору належать iдея, iнiцiатива написання, значна частина тексту та оброблених і представлених у таблицях і рисунках матеріалів. Статтi [1–3] та тези [14,17] написанi автором особисто.

Подяки. Автор висловлює подяку науковому керівнику роботи, д.г.–м.н. професору В.В. Колодiю, спiвпраця з якими значною мiрою сприяла належному узагальненню фактичного матерiалу та завершенню дисертацiйної роботи.

Значну частину досліджень автор провiв спiльно з О.Г.Яронтовським, І.В. Мацуляком, Л.С. Білою, О.М. Ісюком, Т.С. Сиротою та іншими спiвробiтниками лабораторiї геохiмiї та екологiї Львiвського вiддiлення Українського державного геологорозвiдувального iнституту та працівниками геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка. Польові роботи проведені за сприяння д.г.н. Ю.З. Крупського, О.І. Костюка, Я.В. Місечка. Математично–статистичну обробку результатів досліджень, автор здійснював користуючись порадами д.г.–м.н. Б.І. Смирнова. Усiм, автор висловлює щиру подяку.

Апробацiя роботи. Результати дослiджень були представленi на 4–у мiжнародному симпозiумi “Застосування математичних методiв i комп'ютерних технологiй при вирiшеннi задач геохiмiї та охорони навколишнього середовища“ (Київ, 1998 р.), гiрничому Пшибрамському симпозіумі “Mathematical metods in geology” (Прага, 1999 р.) та мiжнародних конференціях: “Полезные ископаемые. Формирование, прогноз, ресурсы” (Санкт–Петербург, 1999 р.), “Геоiнформацiйнi технологiї сьогоднi“ (Львiв, 1999 р.), “Нафтогазова геологiя та геофiзика України — погляд у нове тисячолiття” (Чернiгiв, 2000 р.), “Нестеренкiвськi читання” (Днiпропетровськ, 2000 р), “Нафта i газ України — 2000” (Iвано–Франкiвськ, 2000 р.), “Геологiчна наука та освiта в Українi на межi тисячолiть: стан, проблеми, перспективи” (Львiв, 2000 р.), “Актуальнi проблеми лiтологiї” (Львiв, 2000 р.), а також на щорiчних наукових конференцiях геологiчного факультету Львiвського нацiонального університетту iменi Івана Франка, наукових семінарах ЛВ УкрДГРІ.

Структура та обсяг дисертацiї. Дисертацiя складається зi вступу, шести роздiлiв i висновкiв, її загальний обсяг складає 170 сторінок, включає 39 таблиць, 34 рисунків. Список використаної лiтератури містить 144 назв.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ РОБОТИ

У першому роздiлi “Природнi умови дослiджуваного регiону” висвiтленi питання фiзико–географiчного районування Передкарпаття, геологiчної будови та нафтогазоносностi Бориславсько – Покутської підзони Передкарпатського прогину. Для досягнення головної мети дослiджень, в межах підзони вибрано та спецiально облаштовано двi ділянки, де проведено комплекс еколого–геохiмiчних робіт. Дiлянки визначено за принципом певної вiдмiнностi геологiчної будови, гiдрогеологiчних, геоморфологiчних та ландшафтних умов. Окрiм цього, вибiр площ зумовлений доцiльнiстю проведення дослiджень на типових за геологiчними, ландшафтно–геохімічними та iншими рисами будови дiлянках Бориславсько – Покутської підзони для екстраполяції отриманих результатiв на iншi площi.

У геологiчнiй будовi обох площ, за даними глибокого буріння і геологічного картування, беруть участь породи палеогенової та неогенової систем, а в межах Пiвденностинавської дiлянки ще й верхньокрейдовi вiдклади. Нафтогазоноснi товщi є майже у всьому розрiзi, вiд крейди до верхiв палеогену. Зокрема нафтовий поклад Блажiвського родовища приурочений до порiд ямненської свiти, а Пiвденностенавського – до вiдкладiв менiлiтової свiти.

Четвертиннi вiдклади в межах дiлянок дослiджень представленi елювiально–делювiальними суглинками, iнколи глинами та супiсками. На Блажiвськiй дiлянцi їх потужнiсть становить 7-15 м з переважанням суглинкової складової. Пiдстеленi вони піщано - глинистими породами мiоцену. На Пiвденностинавськiй дiлянцi товщини елювiально–делювiальних вiдкладiв у вододiльнiй частинi площi не перевищують 10 метрiв. Пiдошвою четвертинних утворень є породи стрийської свiти (верхня крейда- нижнiй палеоген), мiсцями – породи верхнього i середнього палеогену.

У другому роздiлi “Фактичний матерiал та методи дослiджень” обґрунтовано вибiр комплексу методiв та методик дослiджень на етапi польових та камеральних робiт. Об'єктом дослiджень є геологiчне середовище у зонi техногенного впливу нафтогазових свердловин Пiвденностинавської та Блажiвської площ. Для уточнення характеристик та класифiкацiї джерел забрудненювачів вивчено хiмiчний склад нафти i пластових вод Пiвденностинавського та Блажiвського нафтових родовищ, вмiст важких металiв у породах розкритих глибокими свердловинами, буровому розчинi й компонентах для його приготування, а також у бурових вiдходах. З метою вивчення геохiмiї техногенезу на дiлянках розташування нафтогазових свердловин досліджено ґрунти на глибину до 3–х метрiв, мули постiйних та тимчасових водотокiв, пiдземнi та поверхневi води i окремi представники флори. Протягом 1997-1998 років проведено 4 основних та 1 додатковий (в межах Блажiвської площi) цикли спостережень. Всього вiдiбрано та проаналiзовано 58 проб бурового розчину, компонентiв для його приготування, бурових вiдходiв та порiд розрiзу свердловин, понад 2000 зразкiв ґрунту i мулу, 123 взiрцi флори, 47 проб води. До аналiтичного комплексу увiйшли дослiдження фiзичних параметрiв нафти i вмiст у нiй фенолiв (методом ультрафiолетової спектрофотометрiї) та низки хiмiчних елементiв: Ag, As, Au, Ba, Ce, Co, Cr, Fe, Hf, Hg, La, Sb, Sc, Se, Sr, Zn, I, Br, Mn, Ar, V, Na, Cl, Al (нейтронно–активацiйним методом). У бурових розчинах, компонентах для його приготування вивчено вмiст нафтопродуктiв (методом iнфрачервоної спектрофотометрiї), фенолiв (методом ультрафiолетової спектрофотометрії), Co, Cr, Cu, Fe, Zn, Ni, Mn, Pb (рентгенофлюоресцентним методом) та гранулометричного (ситовим методом) i мiнерального (рентгеноструктурним методом та методом роздiлення мiнералiв у важких рiдинах) складу ґрунтiв. Вивчено хiмiчний склад вод та водних витяжок з ґрунтiв i мулiв (стандартизованими методиками).

Результати польових та аналiтичних робiт опрацьовано математично –статистичними методами.

У третьому роздiлi “Ландшафтно–геоморфологiчнi, лiтолого – мiнералогiчнi та геохiмiчнi дослiдження природних елементiв приповерхневих дiлянок гiдросфери та лiтосфери” наведенi результати ландшафтно–геохiмiчного районування, гранулометричних та лiтолого–мiнералогічних дослiджень.

Пiвденностинавська дослідна геохімічна дiлянка розташована в межах крайових хребтiв Зовнiшнiх Карпат на пiвденно–схiдному закiнченнi Комарницького хребта (П.М. Цись, 1962). Земельна дiлянка пiд будiвництво глибокої свердловини Пiвденностинавська – 3 розташована на вiдносно стрiмкому схилі (понад 5 м/100м), що вкритий бурими гiрсько–лiсовими середньоглибокими ґрунтами. Абсолютні вiдмiтки поверхні сягають 520 м. За класифiкацiєю М.А. Глазовської в межах ділянки видiлено елювiальний, транселювiальний та трансакумулятивний елементарнi ландшафти.

Блажiвська дослідна геохімічна дiлянка знаходиться у передгiрськiй частинi Бориславсько–Покутської підзони в межах Дрогобицької скульптурної iнтенсивно розчленованої рівнини (П.М. Цись, 1962). Тут розмiщенi три глибоких свердловини: Блажiвська–3, Блажiвська–11, Блажiв–Монастирецька–2. Дiлянка знаходиться на пологому безлiсому розораному схилi з абсолютними вiдмiтками поверхнi вiд 330 м до 400 м. Iз захiдного та схiдного країв обмежена балками та двома ставками. На більшій частині площi поширенi лучнi поверхнево оглеєнi ґрунти. Видiлено транселювiальний та транселювiально–акумулятивний елементарнi ландшафти.

Розрiз мiграцiйного середовища, на обох об'єктах, містить (зверху до низу): рослинно–гумусовий шар ґрунтiв (середня потужнiсть 0,2 м), змінені ґрунтоформуючими процесами породи (до глибини 1,5 м), породи субстрату (породи зони аерацiї перемiнної потужностi), якi подiляються на капiлярно–насиченi (перемiнної потужностi) та породи, що містять ґрунтовi води (на глибинi 2-6м, iнодi глибше). Гранулометричний склад ґрунтiв змiнюється вiд легких суглинкiв до глин. Є тенденцiя до зростання з глибиною глинистої складової. Внаслідок активного водопромивного режиму в яркових та балкових формах рельєфу збільшується частка пiщаної складової на глибинах 1,5-2,0 м та нижче. На обох полiгонах дослiджень у розрiзi ґрунтiв встановлений ортштейновий горизонт потужнiстю 0,05-0,15 м, що спорадично залягає на Блажiвськiй дiлянцi на глибинi близько 2,5 м, та суцiльнiшим шаром на Пiвденностинавськiй дiлянцi на глибинах 1,5-2,0 м. Ортштейновий горизонт має ерозiйнi “вiкна” та вiдсутнiй у розрiзах балок та ярiв. Він є бар'єром на шляху мiграцiї розчинiв з поверхнi.

Мiнеральний склад ґрунтiв обох дiлянок добре витриманий у розрiзi i по площi. В ґрунтах, у електромагнiтнiй фракцiї виявлено iльменiт, лейкоксен, гематит, сфен, монацит, пiроксен; у неелектромагнiтнiй - рутил, циркон, андалузит, дистен, кварц, слюди. Домiнує кварц (60-70Також у ґрунтах та донних осадах виявлено кальцит, гiпс, польовi шпати, гiдрослюду, хлорит. У ґрунтах Пiвденностинавської площi, окрiм цього, встановлено значну кiлькiсть монтморилонiту, що збiльшує їх сорбцiйнi властивостi. У ґрунтах Блажiвської дiлянки присутній каолiнiт.

Концентрацiї органiчних сполук у межах еталонних майданчикiв є дуже мiнливими у просторi. На Пiвденностинавськiй дiлянцi максимальний вмiст нафтопродуктiв у гумусовому горизонтi становив 2,10 мг/кг, а середня концентрацiя - 1,50 мг/кг . У пiдгумусових горизонтах ці забруднювачі у жодному циклі спостережень не виявлені. На Блажiвськiй площi максимальний вмiст нафтопродуктiв у гумусовому горизонтi становив 17,40 мг/кг (середня концентрацiя 2,49 мг/кг), у перехiдному шарi - 12,70 мг/кг (2,00 мг/кг), в iнтервалi субстратних порiд зони аерації - 1,97 мг/кг (0,25 мг/кг), i у донних осадах рiчки Кшелянка - 4,60 мг/кг (2,5 мг/кг). Феноли у ґрунтах еталонних майданчикiв обох площ відсутні. Вмiст бiтумiв дослiджувався лише у ґрунтах Блажiвської дiлянки i в гумусовому горизонтi максимальнi значення становили 12,5 мг/кг (7,03 мг/кг). У глибших горизонтах бiтумних речовин не виявлено. Середнiй сумарний вмiст вуглеводневих газiв у гумусовому горизонтi Блажiвської площi (0,9986 см3 /1 кг породи) є значно вищим, нiж у аналогічному горизонтi Пiвденностинавської площi (0,0085 см3 /1 кг породи).

Середнi концентрацiї важких металiв у ґрунтах та їх спiвiдношення у рiзних горизонтах значно не відрізняються від регiонального розподілу.

У четвертому роздiлi “Джерела забруднювальних сполук та елементiв” розглядаються результати дослiдження джерел забруднювачiв та визначення комплексу головних полютантiв необхiдного для геохімічного контролю екологічного стану довкiлля нафтогазоносних площ.

Встановлено, що буровi розчини i буровi вiдходи забрудненi органiчними речовинами, про що свiдчать високi значення хiмiчної потреби у киснi, якi для бурових розчинiв сягають 9072,0 мг О2л, для бурових стiчних вод - 1512,0 мг О2 /л, а також високi вмiсти нафтопродуктiв та фенолiв. Джерелами нафтопродуктiв є насамперед нафта (280000,0 мг/кг), порошкоподiбний вуглецелужний реагент (417 мг/кг), окислений бiтум (99,2 мг/кг). Феноли у великiй кiлькостi мiстяться у нафтi (2135,00 мг/кг), лiгносульфатах (57,07 мг/кг), сульфіт – спиртовiй бардi (48,90 мг/кг), вуглецелужному реагентi (2,45 мг/кг), окисленому бiтумi (0,305 мг/кг). У бурових розчинах присутнi водорозчиненi вуглеводневi гази у кiлькостi до 0,1270об., з них метану 0,1158 % об. та 0,0112 % об. його гомологiв. У бурових стiчних водах кiлькiсть метану сягає 0,0169 об., важких вуглеводневих газів – 0,0099 об.

Поряд з органiчними сполуками у буровому шламi свердловини Блажiвська–3, виявлено високi концентрацiї хлору (до 361,7 мг/кг), гiдрокарбонатiв (до 3510,8 мг/кг), сульфатiв (до 7723, мг/кг), натрiю i калiю (до 6499,8 мг/кг). У шламi з св. 3– Пдст встановлено високi концентрацiї iонiв кальцiю (до 1279,4 мг/кг), гiдрокарбонату (до 4637,4 мг/кг) та магнiю ( до 196,7 мг/кг). Головні іони надходять у бурові відходи як із плостових вод, та і з бурового розчину що містить хлорид калію, каустичну соду тощо.

У породах, розкритих глибокими свердловинами Пiвденностинавської та Блажiвської площ, у понадкларкових кiлькостях встановленi свинець, цинк, кобальт i хром.

Буровi розчини i буровi шлами дослiджуваних свердловин збагаченi важкими металами. У середньому в бурових розчинах вмiст свинцю у 8,75 раз перевищує кларк для осадових порiд (за О.П. Виноградовим), кобальту - у 7,70 раз, хрому - в 5,21, залiза i цинку бiльш нiж у 3,5 раза.

Серед неорганiчних компонентiв нафти потенцiйно небезпечними для дослiджуваних ландшафтiв можна вважати ртуть i селен.

За результатами системної обробки даних вмiсту важких металiв у породах розрiзу свердловин, буровому шламi, буровому розчинi та його компонентах встановлено, що головним носієм елементiв сидерофiльної групи є гематит, халькофiльної - окислений бiтум i природна нафта. Хром надходить у буровий розчин iз окисленого бiтуму і гематиту.

На підставі вищенаведеного фактичного матерiалу визначено комплекс основних показникiв для еколого–геохiмiчного контролю стану довкiлля на дiлянках бурiння нафтових свердловин. Перша група показників це нафтопродукти i феноли, вмiст яких у буровому розчинi, бурових стiчних водах i компонентах довкiлля необхiдно визначати як найчастiше, враховуючи їх розчиннiсть у водi (особливо фенолiв). Для детальної характеристики стану довкiлля слiд додатково аналiзувати у ґрунтах вмiст бiтумiв та вуглеводневих газів. Друга група показникiв – це сольовий склад ґрунтiв i вод, особливо при проходцi свердловиною соленосних вiдкладiв (воротищенська товща). Третя група показникiв – вмiст важких металiв, насамперед свинцю, мiдi, хрому, цинку, нiкелю, кобальту, ртутi, залiза, мангану, молiбдену, брому.

Джерела елементів та сполук, які надходять у довкілля у процесі будівництва глибоких свердловин, доцільно класифікувати за генетичним принципом. У цьому контексті виділяємо природні (пластові флюїди, породи розрізу свердловин), техногенні (буровий розчин та компоненти для його приготування, паливно–мастильні матеріали) та техноприродні (буровий шлам, бурові стічні води) класи забруднювачів.

У пятому роздiлi “Динамiка поширення техногенного забруднення ландшафтiв” описанi процеси нагромадження, мiграцiї та трансформацiї забруднювальних сполук та елементiв.

Встановлено нагромадження у ландшафтах нафтогазопошукових площ нафтопродуктів, фенолів, бiтумів, сорбованих вуглеводневих газів, сполук азоту, іонів гiдрокарбонату, сульфату, хлору, натрiю i калiю, та важких металів (Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Zn, Cu, Pb).

Доведено залежнiсть надходження забруднювачiв у ландшафт вiд стадiї будiвництва свердловини та рецептури бурових розчинiв. Значна частина забруднювачів (36% – 99для органічних сполук), як правило, не проникає глибше гумусового шару, менша частина (0,1– 61%) акумулюється до рівня капілярної облямівки і ще менша (до 1проникає глибше. Поряд з цим, визначено особливості розподілу органічних забруднювачів відносно часу їх надходження у ландшафт. Зокрема на дiлянках давнього забруднення (6 роки) у ґрунтах вмiст нафтопродуктiв i частково фенолiв збiльшується вiд гумусового шару до субстратних порiд зони аерацiї, причому на поверхнi можуть бути повнiстю вiдсутнi нафтопродукти. Концентрацiя фенолiв залежить вiд iнтенсивностi окислення вуглеводнiв. Сорбованi вуглеводневi гази мiстяться у розрiзi ґрунтiв ареалів забруднення у великих кiлькостях, а в їх складi окрiм метану наявнi його гомологи. Бiтуми на таких дiлянках у значних кiлькостях присутнi по всьому розрiзу.

На дiлянках сучасного забруднення бiльшiсть органiчних речовин змивається метеогенними водами i нагромаджується у гумусовому шарi ґрунтiв акумулятивних ландшафтiв та мулових фракціях відкладів супераквальних та аквальних ландшафтiв. Такi дiлянки, як правило, характеризуються високим вмiстом у верхнiх горизонтах нафтопродуктiв, фенолiв, бiтумiв i метану та вiдсутнiстю важких вуглеводневих газiв.

Нафтопродукти у ґрунтовi води надходять окремими порціями, залежно від проходження метеорних вод через зону аерації i їх концентрація прямо не залежить вiд їх вмiсту у гумусовому шарi ґрунту. Водночас, спостерiгається тенденцiя до збiльшення вмiсту нафтопродуктiв у водах вiд його збiльшення у пiдгумусових горизонтах. Надходження фенолiв у води залежить вiд їх вмiсту у ґрунтах гумусового складу.

Встановлено забруднення ґрунтiв дослiджуваних дiлянок іонами натрiю, сульфату i меншою мiрою магнiю та хлору. У пiдземних i поверхневих водах Блажiвської площi спостерiгається пiдвищення вмiсту сульфат–iону, хлору, амонiю. У ґрунтових водах Пiвденностинавської площі виявлені високi вмiсти нiтритiв, нiтратiв та амонiю. Вивчено динамiку змiни концентрацiї iонiв у ґрунтах та водах протягом процесу бурiння свердловин.

Вмiст важких металiв у ґрунтах поблизу бурових майданчикiв свердловин тiсно залежить вiд їх вмiсту у буровому розчинi, бурових вiдходах та стадiї будiвництва свердловини. Розподiл елементiв у iнтервалi гумусного шару на ділянці, яка прилягає до свердловини 11–Блажiвська, на початок еколого–геохiмiчних дослiджень, можна подати у виглядi геохiмiчної формули

де у чисельнику елементи, якi нагромаджуються, у знаменнику — виносяться, в дужках коефiцiєнти концентрацiї (Кк) вiдносно еталонних значень. Елементи не поданi у формулi знаходяться на дiлянцi у еталонних концентрацiях. Дiлянки поблизу свердловин 2 – Блажiв–Монастирецька та 3 – Блажiвська характеризуються вiдповiдно наступними геохiмiчними формулами:

; .

На Пiвденностинавській площі для дiлянки безпосереднього впливу свердловини, характерний високий вмiст мiдi, нiкелю (Кк=1,6) i свинцю (Кк=1,4). Концентрації iнших елементiв близькi до еталонних значень.

Розподiл елементiв по профiлю ґрунтiв обох полiгонiв мiнливий. На дiлянках сучасного забруднення вмiст елементiв з глибиною зменшується, на дiлянках давнього забруднення — зростає. Нижче орштейнового горизонту вмiст всiх елементiв близький до еталонних значень.

У шостому роздiлi "Геохімічна модель процесiв надходження, мiграцiї та трансформацiї забруднювачiв та природоохороннi заходи" на основi парагенетичного аналiзу еколого–геохiмiчних даних методами кореляцiйного аналiзу та головних компонент обґрунтовано цiлiсну модель надходження, мiграцiї та трансформацiї забруднювальних сполук та елементiв. На основi створеної моделi розроблено природоохороннi заходи на локальному i регiональному рiвнях. Структура моделі передбачає три блоки (етапи реалізації). Виділені етапи частково перекриваються у часі, а їх зміст відповідає домінуючим чинникам перебігу геохімічних процесів у зоні техногенезу.

1–й етап. Надходження забруднювальних речовин з бурових розчинiв та вiдходiв у нагiрно–ловильнi канави та довкiлля. Пiд час бурiння свердловин, у нагiрно–ловильнi канави надходять високомінералізовані збагаченi органiчними сполуками та важкими металами розчини. Намули канав збагачуються усiма дослiджуваними сполуками та елементами. Концентрацiя забруднювачiв та їх спiввiдношення чiтко залежать вiд складу бурового розчину на рiзних стадiях освоєння свердловини. На Пiвденностинавськiй дiлянцi найiнтенсивнiше привносяться у канави нафтопродукти, феноли, бiтуми, манган, цинк, залiзо, мiдь, нiкель, свинець. На Блажiвськiй — нафтопродукти, феноли, бiтуми, кобальт, хром, свинець.

2–й етап. Мiграцiя та нагромадження забруднювальних речовин у ґрунтах та водах. Перебiг процесiв тут диференцiюється, головним чином, залежно вiд типу елементарного ландшафту.

У межах елювiальних та транселювальних елементарних ландшафтiв на кислих ґрунтах з низькими фiльтрацiйними властивостями (пасовище Пiвденностинавської площi, окремi дiлянки Блажiвської площi) вiдбувається iнтенсивний змив забруднювальних речовин метеогенними водами. У гумусовому горизонтi здебiльшого фiксуються лише важкi вуглеводнi; метан, феноли, iони солей та метали тут не затримуються. Ареал стiйкого забруднення нафтопродуктами, фенолами, важкими металами, гiдрокарбонатним iоном утворюється лише за надзвичайно великого надходження забруднювачiв з мiсць зберiгання паливно–мастильних матерiалiв. Нижче гумусового горизонту концентрацiї полютантів стрiмко зменшуються, крiм мiсць поширення ерозiйних вiкон.

У межах трансакумулятивно–елювiальних елементарних ландшафтiв на кислих поверхнево–оглеєних лучних ґрунтах (Блажiвська площа), порiвняно з вищеописаними дiлянками, що характеризуються дещо бiльшим коефiцiєнтом фільтрації, вiдбувається iнтенсивнiше забруднення ґрунтiв. Зокрема спостерiгається надходження вуглеводневих сполук рiзного складу та фенолiв, аномалії яких можуть бути стiйкими у часi. Диференцiацiя органiчних сполук у просторi на однакових за умовами мiграцiї дiлянках на даному етапi не виявляється. Вмiст цих забруднювачiв залежить передусiм вiд їхньої кiлькостi у буровому розчинi. Сорбованi ґрунтами вуглеводневi гази дуже мiнливi за складом i концентрацiєю. Встановлено осадження хрому на сорбцiйному гiдрооксидному бар'єрi; мiдi, цинку, свинцю, залiза, кобальту i нiкелю на сорбцiйному глинистому; мангану, залiза, кобальту на окисному. На ділянках, де в розрізах присутні озалiзнені породи (у межах обох площ), окрiм збiльшення вмiсту залiза i мангану, виявлено пiдвищений вмiст цинку i свинцю, якi, ймовірно, адсорбуються гiдрооксидами залiза i мангану. Осадженню металiв сприяє також надходження пiдлужнених розчинів з бурових майданчикiв. Збiльшення рH розчинiв та високий вмiст iонiв сульфату i хлору спричинює осадження свинцю, що особливо характерно для зони впливу свердловини 11–Блажiв.

У межах трансакумулятивних i акумулятивних елементарних ландшафтiв iнтенсивно нагромаджуються нафтопродукти, iони кальцiю, хлору, гiдрокарбонату, сульфату, пiднiмається загальна мiнералiзацiя ґрунтових розчинiв, спостерiгається збiльшення вмiсту свинцю, нiкелю, цинку. Iнтенсивно вимиваються феноли. У ярi Пiвденностинавської дiлянки збiльшення концентрацiї свинцю, нікелю і цинку, ймовiрно спричинене їх адсорбцiєю монтморилонiтом, поширеним у ґрунтах даної площi. У мулах ярiв та озер iз напiвзастiйними водами (Блажiвська дiлянка) найiнтенсивнiше нагромаджуються органiчнi сполуки рiзного складу, iони хлору, натрiю, магнiю, гiдрокарбонату. Спостерiгається значне пiдвищення вмiсту свинцю, мiдi, i особливо хрому. Останнiй може осiдати на вiдновному бар'єрi у формi Cr(OH)3nH2O чи Cr2O3. Нагромадженню перелiчених забруднювачiв сприяють глеєвi умови, що характернi для дослiджуваних дiлянок.

За умови iнфiльтрацiї техногенних потокiв у глибшi горизонти ґрунтового профілю, в них вiдбувається нагромадження нафтопродуктiв, бiтумiв, фенолiв, хрому, свинцю, мiдi, нiкелю, цинку і кобальту. Вуглеводневi гази на цьому рiвнi змінюються за вмiстом i за складом з перевагою метанової частки. У випадку надходження техногенних розчинів, що не містять вуглеводневих сполук у ґрунти легшого складу, в них формується асоцiацiя фенолiв, мангану, залiза та iнодi кобальту. Феноли у даному випадку потрапляють сюди внаслiдок збiльшення коефiцiєнта фiльтрацiї ґрунтiв, а метали випадають в осад на окислювальному бар'єрi. За наявностi сорбцiйного карбонатного бар'єру випадають в осад цинк, мідь і свинець.

У випадку тривалого дискретного надходження нових порцiй забруднювальних речовин, у ґрунтах формуються складнi не стiйкi у часi аномалiї. Можливе формування асоцiацiй рiзних за мiграцiйним потенцiалом сполук, наприклад, iонiв хлору i кальцiю, бiтумiв i фенолiв. Таке явище виникає у зв'язку з одночасною дiєю двох рiзнонаправлених процесiв: вилуговування та трансформацiї однiєї групи забруднювачiв i надходження iншої.

3–й етап. Трансформацiя та вилуговування забруднювальних речовин (посттехногенний етап). Пiсля припинення надходжень нових порцiй забруднювальних речовин вiдбувається процес їхнього перерозподiлу, трансформацiї та вилуговування вiдповiдно до природних умов середовища. Iнтенсивнiсть i кiнцевий результат цих процесiв визначається самоочисним потенцiалом ландшафту, кiлькiсним i якiсним складом полютантів.

Ґрунти в межах транселювiальних елементарних ландшафтiв найiнтенсивнiше звiльняються вiд органiчного забруднення. Проте початковi слаболужнi окислювальні умови спричиненi техногенними потоками з свердловин (впродовж 1–го та 2–го етапiв) призвели до часткового виносу хрому. Далі зменшення Еh середовища, спричинене окисленням вуглеводнiв, сприяли виносу мангану, залiза i меншою мiрою кобальту та цинку. У випадку малоiнтенсивного забруднення, вiдбуваються процеси подібні описаним, однак вилуговування хрому не спостерiгається, а навпаки – залишаються незначнi (до 1,2 Кк) залишковi аномалiї хрому та свинцю. Очищення вiд органiчних сполук йде повiльнiше, водночас вилуговування мангану, залiза, кобальту – iнтенсивнiше. За значного органiчного забруднення можливi залишковi аномалії бiтумiв, що у процесi свого розкладу утворюють шлейфи поширення нафтопродуктiв, фенолiв, сорбованих вуглеводневих газiв тощо. Iнтенсивно вилуговується манган, залiзо, кобальт, а свинець, нiкель, мiдь та iнколи цинк можуть залишатись у понадеталонних кiлькостях. Три останнi метали часто утворюють стiйкi металоорганiчнi сполуки з вуглеводнями. Впродовж цього етапу також можуть утворюватись залишковi аномалії iонiв солей, особливо кальцiю, гiдрокарбонату i, у випадку вiдсутностi вуглеводневого забруднення, сульфат–iону.

У межах трансакумулятивних i акумулятивних елементарних ландшафтів встановлено значну здатнiсть до самоочищення мулiв у ярах з перiодичними потоками. У залишкових кiлькостях, не пов'язаних з новими надходженнями, тут виявлено лише iони кальцiю. У мулах ярiв та озер з напiвзастiйним режимом самоочищення осадiв та вод не спостерiгається. Також не встановлено зменшення концентрацiї забруднювальних речовин на значних площах поза ярами (Блажiвська дiлянка), оскiльки процес їх самоочищення супроводжується привносом забруднювачiв із залишкових аномалій транселювіальних ландшафтних позицiй.

У нижнiх горизонтах очищення ґрунтiв йде повiльно. За умови iнтенсивного надходження органiчного забруднення з поверхнi, у глибших горизонтах формуються аномалії бiтумiв, нафтопродуктiв, фенолiв і сорбованих вуглеводневих газiв важкого складу. Внаслiдок деструкції вуглеводневих сполук утворюються вуглеводневi гази рiзного складу, якi пiдсилюють ареали забруднення як у глибоких горизонтах, так i на поверхнi. Зменшення Eh сприяює виносу мангану, залiза та кобальту, але їх вмiст може залишатися незмiнним чи навiть пiдвищуватися внаслiдок надходження з поверхнi. Залишковi аномалії органiчних сполук та солей формують в межах їхнього поширення рiзноманiтнi (вiдновнi, карбонатнi, сорбцiйнi) геохiмiчнi бар'єри.

На підставі вищенаведеного фактичного матерiалу, створеної моделi та лiтературних даних, автором запропоновано комплекс заходiв спрямованих на зменшення забруднення ландшафтiв на локальному (об'єктовому) i регiональному рiвнях.

На локальному рівні оптимізовано природоохоронні запобіжні заходи. Зокрема, недопущення при закладанні нової свердловини використання бурового розчину з інших свердловин, зменшення токсичності бурового розчину, спорудження штучних геохімічних бар'єрів тощо.

На регіональному рівні запропоновано систему керованого контролю станом довкілля на ділянках геологорозвідувальних робіт на нафту і газ. Обгрунтовано вимоги до кадастру нафтогазових свердловин. Вони передбачають, зокрема, збір існуючої інформації, проведення комплексу досліджень на окремих характерних для певного нафтогазоносного району площах, оперативний аналіз та ситуативний прогноз. Обґрунтовано перелік параметрів геологічного середовища та технічної інформації необхідних для створення кадастру, а відтак ефективного контролю станом довкілля.

Висновки

(положення, що захищаються)

1. Встановлено особливості розподілу полютантів у техногенних і природних джерелах забруднення гірських та передгірських ландшафтів.

Природними потенційними джерелами є : породи крейдово–палеогенового флішу (свинець, цинк, хром, кобальт), природна нафта (вуглеводні, феноли, ртуть) та пластові води (амоній, головні іони).

Техногенними джерелами забруднення ландшафтiв Пiвденностинавської та Блажiвської площ є: нафта, паливно–мастильнi матерiали та окислений бiтум, що мiстять вуглеводневі сполуки рiзного складу, феноли, важкi метали халькофiльної групи, хром та ртуть, карбоксилметилцелюлоза, сульфіт–спиртова барда та лiгносульфати (феноли), гематит (метали сидерофiльної групи), хлорид калiю i каустична сода (iони натрiю, калiю, хлору, сульфат–iон та сполуки азоту).

2. Критерiями оцiнки вiку забруднення у ґрунтах є:

·

· сорбованi вуглеводневi гази, які на дiлянках давнього забруднення, у розрiзi ґрунтiв, представлені метаном, етаном, пропаном, та важчими вуглеводнями, тодi як на дiлянках сучасного забруднення склад газiв переважно метановий без важких гомологiв.

· манган та частково залiзо i кобальт, які на дiлянках давнього забруднення перейшли в рухомий стан i винесенi з гумусового горизонту, а на дiлянках сучасного забруднення у цьому шарi названi метали нагромаджуються.

3. Динамiчна модель забруднення довкiлля, на дiлянках розташування нафтогазових свердловин включає три основнi етапи:

·

· мiграцiя та нагромадження їх у ґрунтах та водах,

· трансформацiя та вилуговування полютантiв у довкiллi.

На першому етапi концентрацiя забруднювачiв та їх спiввiдношення здебільшого залежать вiд кiлькостi та складу бурового розчину, на другому ще й вiд типу елементарного ландшафту i на третьому –головно вiд типу елементарного ландшафту.

Список основних опублiкованих праць за темою дисертацiї

1. Карабин В.В. Теоретично–методичнi аспекти регiональної оцiнки стану геологiчного середовища в районах розвiдки та видобутку вуглеводнiв // Мiнеральнi ресурси України. – 2000. – № 2. – С. 11–13.

2. Карабин В.В. Особливостi поширення нафтопродуктiв i фенолiв у ґрунтах гiрських ландшафтiв (на прикладi Пiвденно–Стинавського полiгону) // Мiнералогiчний збiрник. – 1999. – № 49, вип. 2. – С.181–188.

3. Карабин В.В. Закономiрностi поширення нафтопродуктiв у ґрунтах дiлянок будiвництва нафтогазових свердловин Передкарпаття // Питання розвитку газової промисловостi України. – Харкiв. – 1998, вип. 26. – C. 347–353.

4. Карабин В.В., Яронтовський О.Г., Мацуляк I.В. Еколого–геохiмiчнi дослiдження впливу будiвництва нафтових свердловин на приповерхневу гiдролiтосферу Передкарпаття // Геологiя і геохiмiя горючих копалин. – 1999. – N 2. – C. 94–100.

5. Карабин В.В., Туркевич Л.Й., ЯронтовськийГ. Нафтохiмiчне забруднення приповерхневої гiдролiтосфери України та його еколого–геохiмiчнi наслiдки // Мiнералогiчний збiрник. – 2000. – N 50, вип. 1. – С. 124–129.

6. Яронтовський О.Г., Карабин В.В. Нафтохiмiчне забруднення приповерхневих вод та проблеми його виявлення та лiквiдацiї // Науковий вiсник НГА України. – 2000. – N 3. – С. 59–60.

7. Карабин В.В., Яронтовський О.Г. Джерела мiкроелементного забруднення ландшафтiв при бурiннi нафтових свердловин у Передкарпаттi // Проблеми прикладної геохiмiї. – К. – 1999. – С. 89–93.

8. Карабин В.В., Туркевич Л.Й., Яронтовський О.Г. Особливостi змiни сольового cкладу лучних ґрунтiв Передкарпаття у звязку з бурiнням нафтових свердловин // Вiсник Львiвського державного унiверситету iм. I. Франка. Серiя географiчна. – 1999, вип. 25. – С. 59–62.

9. Карабин В.В., Яронтовський О.Г. Досвiд комплексування рiзних методiв еколого–геохiмiчних дослiджень органiчного забруднення ґрунтiв (на прикладi Блажiв–Монастирецького полiгону) // Матерiали VI мiжнар. наук.–практ. конф. “Нафта i газ України – 2000”. – Т. 3. – Iвано–Франкiвськ. – 2000. – С. 351–352.

10. Карабин В.В., Яронтовський О.Г., Бiла Л.С. Моделювання просторового розподiлу забруднювачiв у приповерхневiй гiдролiтосферi Пiвденно–Стинавського родовища // Тез. докл. 4 межд. симп. “Применение математических методов и компьютерных технологий при решении задач геохимии и охраны окружающей среды “ – Киев. – 1998. – С. 48–49.

11. Карабын В.В., Яронтовский А. Г., Туркевич Л.Й. Нефтехимическое загрязнение гидросферы при поисках и разведке месторождений нефти и газа // Тез. докл. межд. конф. “Пoлезные ископаемые. Формирование, прогноз ресурсы”. – Санкт–Петербург. – 1999. – С.55.

12. V., O.L.Paragenesis of the microelements in pollutants at the oil–gas wells construction // Abstracts volume of the mining Pribram symposium ”Mathematical metods in geology”. – Prague. – 1999. – Р. MA 20.

13. Karabyn., SysaYarontovskyEcological–geochemical mapping of soils by the method of the rating system of estimation // Тези доп. мiжн. наук.–практ. конф. “Геоiнформацiйнi технологiї сьогоднi“. Львiв. – 1999. – С.48.

14. Карабин В.В. Вивчення розподiлу важких металiв у ґрунтах гiрських ландшафтiв внаслiдок бурiння нафтових свердловин в умовах Передкарпаття // Зб. робiт мiжн. наук. конф. молодих вчених та спецiалiстiв “Нафтогазова геологiя та геофiзика України — погляд у нове тисячолiття”. – Чернiгiв. – 2000. – С. 141–143.

15. Карабин В.В., Кошiль М.Б., Яронтовський О.Г. Закономiрностi фракцiонування органiчних забруднювачiв у зонi аерації // Матеріали наук. конф. “Геологiчна наука та освiта в Українi на межi тисячолiть: стан, проблеми, перспективи”. – Львiв. – 2000. – С. 134.

16. Карабин В.В., Яронтовський О.Г. Вплив геохiмiчних бар'єрiв на мiграцiю нафтопродуктiв та фенолiв в умовах Передкарпаття // Матеріали наук. конф. “Сучаснi проблеми лiтологiї'.– Львiв. – 2000. – С. 29–30.

17. Карабин В. Модель надходження, мiграцiї та трансформацiї забруднювачiв на дiлянках розташування нафтогазових свердловин у Передкарпаттi (на прикладi Пiвденностинавської та Блажiвської площ) // Тези доп. мiжн. наук. конф. “Геологiя горючих копалин України”. – Львів. – 2001. – С. 101–102.

Карабин В.В. Геохімія техногенезу нафтогазоносних площ Бориславсько – Покутської підзони Передкарпатського прогину (на прикладі Південностинавського та Блажівського родовищ). – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.02 – геохімія. Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України та НАК "Нафтогаз України", Львів, 2002.

Робота присвячена геохімії низки елементів і сполук у зоні техногенезу нафтогазових свердловин в умовах Передкарпаття. Це завдання вирішувалося в межах дослідних геохімічних ділянок на Південностинавській та Блажівській площах.

Встановлена геохiмiю природного стану приповерхневих дiлянок гiдро– i лiтосфери Пiвденностинавської та Блажiвської площ. Дослiджено хімічний склад потенцiйних джерел забруднювачiв та здійснено їх класицікацію. Оптимізовано комплекс основних параметрів геохімічного контролю за станом ландшафтно–геохімічних систем на ділянках будівництва нафтовазових свердловин Виявлено динамiку техногенного навантаження на довкiлля в процесi будiвництва глибоких свердловин та розроблено критерії оцінки відносного часу надходження забруднювачів у ландшафт. Встановлено парагенетичні асоціації елементів і сполук. Виявлені закономірності формалізовано у динамічній геохімічній моделі.

Запропоновано методологію створення системи керованого контролю за станом довкілля нафтогазоносних районів та оптимізовано преветнивні заходи для зменшення техногенного навантиження на ділянках будівництва нафтогазових свердловин.

Ключові слова та вирази: геохімія техногенезу, буріння свердловин, ландшафтно–геохімічні