Федеральный мониторинг геологической среды западно-арктического шельфа

Федеральный мониторинг геологической среды шельфа является подсистемой Государственного экологического мониторинга природной среды акваторий

КОРНЕЕВ О.Ю. РЫБАЛКО А.Е., ФЕДОРОВА Н.К.
ФГУНПП «СЕВМОРГЕО», Россия

Федеральный мониторинг геологической среды шельфа является подсистемой Государственного экологического мониторинга природной среды акваторий. Задачей его является оценка состояния недр, включая характеристику подземных вод и их взаимодействия с поверхностными водами, а также геохимию контактной зоны «дно-вода».

Отдельной задачей является оценка морфо-литодинамических процессов в береговой зоне, а также оценка опасности эндогенных процессов для эксплуатации инженерных сооружений. Основными объектами мониторинга на Западно-Арктическом шельфе являются перспективные площади на нефтегазовое сырье, и транспортная инфраструктура. Она включает в себя многочисленные места перегрузки нефтепродуктов (стационарные и плавучие терминалы), а также пути ее транспортировки, как на суше, так и на море.

В настоящее время только ведется подготовка к разработке первого на баренцевоморском шельфе месторождения – «Приразломное». Однако близкое начало этих работ, а также все возрастающая интенсивность перевозок нефтеуглеводородов требует продолжения контроля состояния природной среды акваторий, а также ясного понимания какие именно параметры и где следует контролировать организациям, проводящим федеральный мониторинг. Важной проблемой является также выбор параметров, измеряемых в природных водах и донных осадках, которые позволяют не только оценивать общее состояние природной среды, но и реально выделять в этой оценке вклад антропогенного фактора.

Мониторинг геологической среды, объектом которого являются недра Западно-Арктического шельфа, направленный на оценку долговременных процессов, является важнейшим компонентом общего экологического мониторинга. В пределах лицензионных участков, в соответствии с законом, он должен выполняться представителями компаний. Задачей федерального мониторинга в этих условиях является региональный охват Баренцева моря с выбором ключевых участков, оценка существующих геологических опасностей и региональный прогноз (оценка) последствий такой деятельности.

Задачами государственного мониторинга на Западноарктическом шельфе являются:

1. оценка фоновых характеристик химических элементов в донных отложениях и придонном слое воды, в районах интенсивной современной седиментации;

2. характеристика геодинамических процессов на шельфе и их влияние на формирование геохимической структуры донных отложений и придонных вод, а также обменных процессов на разделе «дно-вода»;

3. контроль активности геодинамических процессов и их изменения при начале разработки нефтегазовых месторождений.

Перестройка системы федерального мониторинга началась в 2005 году и активно продолжалась в период 2006-2007г.г. В этот период были прекращены наблюдения на той части федеральной сети наблюдений, которые пространственно находились в пределах лицензионных участков «Варандей-море» и «Приразломное». Соответственно, была организована новая сеть станций в Новоземельском желобе, открытой части Баренцева моря и вдоль северной оконечности Кольского полуострова.

За период трехлетнего мониторинга в Южно-Новоземельском желобе было установлено, что в придонных водах часто фиксируются аномально высокие концентрации тяжелых металлов и мышьяка. Наиболее контрастные аномалии характерны для цинка и меди. Распределение их неравномерное и неустойчивое во времени. Отчетливо просматривается приуроченность этих аномалий к побережью Новой Земли. Содержания цинка достигают 6-16 ПДК, а меди – 5-6 ПДК. Наиболее высокие концентрации свинца (до 6-7 ПДК) также отмечены в прибрежной части Новой Земли. При этом наиболее высокие концентрации этих микроэлементов были установлены в 2005 году, а в 2007 году они существенно снизились. Анализ геофизических материалов показал, что часть этих аномалий связана с продолжением тектонических разломов с суши, где они контролируют полиметаллические месторождения с медно-цинковой специализацией.

С другой стороны, это зона современной тектонической активизации. Это позволило сделать вывод, что одним из факторов формирования геохимической структуры придонных вод может служить водообмен по системе тектонических трещин между подземными и поверхностными водами. Ранее нами был установлен подобный факт при изучении железо-марганцевых конкреций на Финском заливе. Данный вывод подтверждается и результатами изучения донных отложений. На всех станциях, выполненных в 2007 году, содержания Ni, Co, V, Pb и Cr – находятся ниже уровня фоновых значений, а Сu и Аs – на уровне или выше фоновых. Концентрации Cu изменяются от 30 до 106 ppm, при фоновом значении 89 ppm.

При этом максимальные значения (>100 ppm) приурочены к тонким пелитовым осадкам, т. е распределение этого микроэлемента контролируется литологическими факторами. Все повышенные содержания, как и в придонных водах, четко локализуются у западного берега Новой Земли. И хотя уровень этого накопления низкий, само повышение концентраций в наилке современных осадков может говорить об источнике, который располагается на современной суше.

При этом повышенные содержания Pb в придонных водах были выявлены и в южной части Печорского моря, но они существенно ниже, немного превышают ПДК и более устойчивы во времени. По нашему мнению формирование этих аномалий может быть связано со стоком с берега, где происходит активное освоение приморских частей нефтегазовых месторождений, а активная абразия береговой зоны поставила под угрозу сохранность техногенных объектов вблизи береговой линии.

Как показали наблюдения в открытой части Баренцева моря в 2006 - 2007 г.г., здесь периодически фиксируются станции с высоким содержанием тяжелых металлов. Так, в западной части Баренцева моря были выявлены высокие концентрации (мкг/л): кадмия - 29.64, свинца - 20.36, цинка-81.55 и меди-28.59. Превышение ПДК по всем параметрам составляет 10-30 раз. Повышенные содержание цинка и меди были установлены и на других станциях, а в районе Штокмановского месторождения в 2006 году была выявлена очень высокая концентрация свинца (153.04 мкг/л). Эти аномальные значения никак не связаны с донными отложениями, где концентрации тяжелых металлов обычно находятся на уровне геохимического фона.

Возможно, источником аномальных концентраций тяжелых металлов является Нордкапское течение, приносящее загрязнение западных источников, а накоплению металлов способствует пониженная динамическая активность придонных слоев воды. Об этом же косвенно свидетельствует и появление аналогичных локальных аномалий в придонных водах Мурманского желоба, в частности мышьяка. Причем влияние затока атлантических вод ощущается даже в Кольском заливе. Однако, по нашему мнению, кратковременность и локальность подобных аномалий связана и с другим природным источником - выходом флюидов из коренных пород по системам тектонических трещин.

Современные сейсмоакустические исследования, выполненные «Севморгео» при прохождении региональных профилей, показали, что эти трещины пронизывают толщу голоценовых осадков насквозь. Это требует существенного осмысления при стандартной интерпретации данных геохимического мониторинга верхней части разреза донных отложений, особенно в условиях развития предприятий нефтегазового комплекса. С одной стороны, появление высоких концентраций может быть никак не связано с последствиями работы буровых платформ. С другой стороны, сама добыча нефтегазовых ресурсов в условиях широкого развития дизъюнктивных нарушений может активизировать выходы подземных флюидов и фиксацию этого средствами мониторинга. Нахождение четких критериев отличия собственно техногенных и природных аномалий с использованием современных аналитических методов – это насущная задача, которая должна быть решена в ближайшее будущее.

Все сказанное о тяжелых металлах в полной мере относится и к одному из основных поллютантов в морских бассейнах, непосредственно связанных с нефтегазовым комплексом – нефтеуглеводородам (НУ). При этом известно, что в Печорском море многие аномалии НУ связаны с их инфильтрацией или выбросами из донных образований. К числу реальных техногенных источников техногенного загрязнения относятся морской транспорт и обслуживающая его инфраструктура. Данные мониторинга 2006-2007 г.г. подтверждают этот вывод.

На подавляющем большинстве станций мониторинга не фиксируется превышение ПДК, а содержание нефтепродуктов варьирует от 0.01 до 0.04 мг/л. В 2006 году небольшое превышение контрольного уровня (0,05 мг/л) было зафиксировано вдоль трассы Севморпути у острова Вайгач. Повышенные значения также были выявлены в районе Штокмановского месторождения, что интерпретировалось с точки зрения высокой проницаемости четвертичных отложений. Самые низкие концентрации НУ в придонном слое воды были зафиксированы вдоль Кольского полуострова, где практически не известны выходы подземных флюидов. Но и здесь отчетливо проявлено приуроченность относительно повышенных концентраций к устью Кольского залива. Можно ответственно сказать, что в настоящее время практически отсутствует даже слабое загрязнение нефтпродуктами донных отложений. Их содержание колеблется от 0.006 до 0.013 мг/г.

Однако, долговременное влияние транспортной инфраструктуры можно проследить на примере Кольского залива, а также ряда губ северного побережья Кольского полуострова, где происходит базирование флота. Здесь отчетливо проявлено загрязнение как водной толщи, так и, особенно, донных осадков. К примеру, концентрации НУ в донных отложениях в пределах портовых ковшей г. Мурманска могут доходить до 25-30 мг/г, что в 25-30 раз больше уровня интенсивного загрязнения.

При этом загрязненными оказываются песчанистые осадки, а наиболее высокие концентрации НУ зафиксированы у контакта поверхностных песков и подстилающих ледниково-озерных глин. Концентрации стронция в донных отложениях в районе апатитового терминала Мурманского торгового порта в 17 раз превышают фоновые концентрации для Баренцева моря. Там же очень высоки концентрации меди и цинка, связанные с транспортировкой и хранением в порту медно-никелевых руд. В придонных водах обстановка более спокойная, что связано с принимаемыми мерами по очистке сточных вод в городе и сбросов водных масс с судов. Основная проблема - это места базирования крупных кораблей ВМФ, где продолжается, и по сей день, несанкционированный слив загрязненных вод. Несомненную проблему составляют и плавучие перегрузочные нефтетерминалы, которые также являются повышенным объектом риска.

Перспективы и проблемы федерального мониторинга геологической среды связаны с включением в комплекс наблюдений над эндогенными процессами. При этом представляют важность как собственно эндогенные, так и эндогенно-обусловленные экзогенные процессы (оползни, скрип). Анализ положения выявленных нефтегазовых месторождений показывает, что большинство из них приурочено к разломным структурам. Значительная часть этих разломов имеет свое продолжение и в верхней части осадочного чехла, включая покрышку четвертичных отложений.

Наличие современных геодинамических процессов в непосредственной близости от месторождений, безусловно, является потенциально опасным, а, соответственно, должно входить в комплекс задач федерального мониторинга геологической среды. При этом следует иметь в виду, что нефтегазодобыча из подземных резервуаров стимулируют ряд опасных процессов, к числу которых можно отнести просадки грунта.

Так, в Северном море по мере отработки резко возросли количество и интенсивность землетрясений. Аналогичная картина по данным американских специалистов наблюдалась и в штате Техас.

Приведенные выше сведения показывают, что контроль за современными геодинамическими процессами должен стать необходимым элементом в обеспечении геоэкологической безопасности нефтедобывающего комплекса на Баренцево-Карском шельфе. В этом смысле перспективы федерального мониторинга связаны с использованием донных станций, позволяющих одновременно отслеживать эндогенные и экзогенные процессы и регистрировать опасные процессы в реальном режиме времени с передачей информации через спутниковый канал в центр принятия решений.

В ФГУНПП «Севморгео» был разработан проект геоэкологической станции с модулями:

• грависейсмическим для предсказания землетрясений,

• электрометрическим для определения загрязнения придонных вод,

• седиментологическим, состоящим из седиментологической ловушки с 12 стаканами для обеспечения годового сбора взвесей,

• каналом спутниковой связи.

Станция построена по блоковому принципу и позволяет использовать ее для различных целей. Установка таких станций должна проводиться в зоне пересечения разломов, в центре седиментационных бассейнов, а также вблизи контролируемых объектов. Большая часть их располагается на морском дне, в зоне федеральной собственности. Информация, получаемая с помощью этих станций должна скапливаться в специальном центре и потом передаваться в региональный центр «Геоэкология России». Организационная работа заключается в постоянном наличии судна, готового выйти к донным станциям, подавшим сигнал и обеспечить регламентные работы на ней.

Таким образом, государственный мониторинг геологической среды на западноарктическом шельфе имеет свое место, задачи и объекты и является важнейшим звеном в обеспечении экологической безопасности добычи нефтеуглеводородного сырья, что, в свою очередь, является важнейшим в ряду обеспечения энергетической безопасности России.

Развитие его должно происходить в тесной связи с локальным мониторингом на лицензионных участках и в контакте с другими подсистемами Федерального экологического мониторинга, в том числе мониторинга гидробионтов. В этом случае можно реально оценить экологические последствия развития нефтегазовой отрасли на арктических шельфах. А это, в свою очередь, во многом определяется структурными преобразованиями в Минприроде РФ.

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции