Факторы защищенности подземных вод от загрязнения и истощения в условиях Западно-Сибирского мегабассейна

Проявление антропогенного влияния на подземные воды в настоящее время, в связи с освоением про-мышленно-развивающихся территорий становится особенно ощутимым. Истощение запасов подземных вод и ухудшение их качества (увеличение характерных гидрогеохимических показателей (макрокомпоненты), появление компонентов техногенного характера (ПАВ, Pb, As и т.д.)) – две основополагающие проблемы экологической гидрогеологии, которые необходимо решать. Поэтому, изучение природной защищенности подземных вод от истощения и загрязнения, а также устойчивости к антропогенному воздействию служат важным звеном в разработке основ рационального использования водных ресурсов и необходимым элементом анализа проблем, связанных с их эксплуатацией.

Для предотвращения и прогноза негативных влияний антропогенных процессов на геологическую среду необходимо определять уровень защищенности подземных вод, способность подземной гидросферы к изоляции и «иммунитету» (стойкости) к компонентам-загрязнителям, применительно к каким-либо месторождениям.

Понятию защищенности подземных вод уделяется очень много внимания, однако, данный вопрос окончательно и досконально еще не изучен. Насколько хорошо защищен горизонт, можно судить, только лишь проанализировав и уточнив большой объем данных в каждом конкретном случае. Необходимо учесть специфические для данного района, либо региона гидро-геохимические особенности, детально изучить разрез, литологию пластов, и т.д.

Существует несколько определений понятия защищенности: это свойство природной системы, позволяющее сохранить на прогнозируемый период состав и качество подземных вод соответствующими требованиям их практического использования [4]; перекры-тость водоносного горизонта отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли или из вышележащего водоносного горизонта [7]; это степень закрытости водоносного горизонта слабопроницаемыми отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли в подземные воды [3].

Защищенность определяется перекрытостью водоносного горизонта слабопроницаемыми отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли в подземные воды а также сбоку при инфильтрации загрязнённых поверхностных вод через борта, русло и затопленные поймы рек, в результате интенсивного водоотбора и снижения уровня подземных вод, поступление через незатампо-нированные дефектные разведочные и наблюдательные скважины, поступление техногенных вод в нижележащий эксплуатируемый водоносный горизонт через затрубное пространство.

Степень естественной защищенности подземных вод от поверхностного загрязнения зависит от факторов, определяющих возможность, скорость и время инфильтрации загрязнений с поверхности в водоносный горизонт. К таким факторам можно отнести: 1) мощность, водопроницаемость и активную пористость перекрывающих пород; 2) величину перепада уровней (напоров) между загрязненными водами и подземными водами рассматриваемого водоносного горизонта с учетом понижения уровня воды при работе водозабора; 3) вид и химический состав загрязнений, интенсивность и характер их поступления в подземные воды; 4) физико-химические, в частности сорбционные, свойства перекрывающих пород и загрязняющих веществ, определяющие возможность полного или частичного поглощения загрязнений данного состава или их трансформацию в безвредное состояние. При оценке защитной способности глин и глинистых пород, залегающих над используемым водоносным горизонтом, следует учитывать, что в зоне аэрации глины часто обладают вертикальной макропористостью и повышенной водопроницаемостью из-за развития корней растений, деятельности землероев, а также наличия трещин и макропор усыхания, вызванных усадкой при переменном увлажнении и осушении и, особенно важным условием, в районах Западной Сибири, является наличие многолетнемерзлых пород (ММП).

Зона развития ММП характеризуется в целом хорошей защищенностью гидрогеологической среды от воздействия с поверхности. Изменению подвергается главным образом инженерно-геологические условия, вследствие растепления мерзлых пород развиваются термокарстовые явления, образуются овраги, промоины и т. д. Наиболее опасными очагами воздействия служат скважины и объекты сбора и первичной обработки продукции, вокруг которых повышена вероятность растепления мерзлоты. В этой зоне наиболее существенны изменения не геологической, а поверх- ностной окружающей среды, которые вызываются обычной хозяйственной деятельностью человека при освоении северных районов, а воздействие объектов нефтяной и газовой промышленности в этом плане не имеет особой специфики. Ввиду затрудненной инфильтрации в водоносные горизонты через толщу ММП (криолитозону) основной объем загрязнителей сносится поверхностными водами и накапливается в водоемах. Районы развития реликтовой и островной мерзлоты, кровля которой иногда опускается на глубину до 250 м, по условиям защищенности верхних водоносных горизонтов приближаются к районам гу-мидной зоны. Особое внимание здесь должно быть обращено на месторождения в районах таликов, образованных крупными реками. Речные долины обычно выполнены рыхлыми аллювиальными отложениями, в которых происходит относительно активная инфильтрация поверхностных вод [5].

На настоящий момент существует множество методик, позволяющих оценить защищенность подземных вод. Часть из них методик дает качественную оценку территории и картирование защищенности подземных вод какого-либо региона без учета характеристик и свойств конкретных загрязнителей. В РФ наиболее популярна методика ВСЕГИНГЕО [3, 7], за рубежом – методика DRASTIC и ее модификации [13]. Другие методики дают количественную оценку и картирование защитных свойств природной системы применительно к конкретному виду загрязнения подземных вод (нефтепродуктами [9], азотными соединениями [12], радиоактивными элементам [1, 11]. Выбор конкретной методики зависит от массива исходных данных, масштаба исследований и характера загрязнения подземных вод [1].Свойство защищенности, согласно В. М. Гольдбергу [2, 7], обусловливается «пере-крытостью водоносного горизонта отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли в подземные воды» [8].

Г.С. Михневич в своих работах выделяет две группы факторов защищенности: природные и техногенные. К основным природным факторам относятся: глубина до уровня подземных вод, наличие в разрезе и мощность слабопроницаемых пород, литология и сорбционные свойства пород, соотношение уровней исследуемого и вышележащего водоносных горизонтов. К техногенным факторам, прежде всего, следует отнести условия нахождения загрязняющих веществ на поверхности земли и, соответственно, характер их проникновения в подземные воды, химический состав загрязняющих веществ и, как следствие, их миграционную способность, сорбируемость, химическую стойкость, время распада, характер взаимодействия с породами и подземными водами [8].

В.М. Гольдбергом выделены три группы факторов защищенности. К физико-химическим факторам относятся специфические свойства загрязняющих веществ, их миграционная способность, сорбируемость, химическая стойкость, взаимодействие загрязняющих веществ с породами и подземными водами. Эта группа факторов не изучалась и требует дополнительных исследований.

Защищенность подземных вод можно охарактеризовать качественно и количественно. Для оценки и прогноза качественного состояния подземных вод необходимо выявление и изучение основных источников загрязнения. Показатели загрязнения подземных вод подразделяются на общие и специфические. К общим относятся минерализация, общая жесткость, температура, величина рН, содержание хлоридов, сульфатов, нитратов, фтора, железа, марганца, меди, цинка, свинца, нефтепродуктов и др. К специфическим - концентрация пестицидов, ПАВ, фенола, диоксина и других веществ, т.е. эти показатели определяются в зависимости от вида источника загрязнения [3, 7].

В пределах любого источника образуются зоны воздействия на геологическую среду, которые на местности проявляются в виде геохимических аномалий разного масштаба. В зависимости от масштаба их проявления выделяются:

• а)    зона влияния отдельного источника (локальное загрязнение);

• б)    зона влияния нескольких сближенных источников (очаг загрязнения);

• в)    региональный узел загрязнения (группа очагов загрязнения в пределах крупной агломерации);

• г)    регионально загрязненная территория, объединяющая все техногенные потоки производственного района (урбанизированного, сельскохозяйственного, горно-промышленного и др.).

Принципиально различный характер и различные пути воздействия на гидрогеологические системы объектов нефтяной и газовой промышленности "сверху" и "снизу" предложено Ю.П. Гаттенбергером [5]. По характеру воздействия объектов нефтяной и газовой промышленности на гидрогеологические системы «сверху» можно представить как: 1. Геокриозона-районы таликов в речных долинах и глубоко врезанных котловинах озер, районы реликтовых глубокозале-гающих ММП, районы сплошного развития ММП. 2. Гумидная зона: районы слабой естественной защищенности (аллювий, сульфатный карст), районы удовлетворительной естественной защищенности (песчано-глинистые отложения), районы хорошей естественной защищенности (сыртовые равнины, глинистые отложения). 3. Аридная зона: районы крупных рек, районы с линзами пресных вод, районы с солеными подземными водами [5].

Типизации по условиям воздействия «снизу» -условия изоляции эксплуатируемых нефтегазоносных пластов от неглубоких водоносных горизонтов и поверхности, которые подразделяются на 2 группы: а) с ослабленной естественной изоляцией-районы с осложненными условиями крепления и эксплуатации скважин, месторождения, введенные в разработку более 15 лет назад, месторождения с депрессионным техногенезом (падение уровней подземных вод), районы с возможностью просадочных явлений; б) с удовлетворительной естественной изоляцией-районы с обычными условиями крепления скважин, месторождения, введенные в разработку менее 15 лет назад, месторождения с репрессионным техногенезом (повышение давления пласта), районы, в которых просадка поверхности маловероятна [5].

При оценке воздействия загрязняющих веществ на геологическую среду какого-либо района исследования необходимо определиться с методологическим подходом, систематизацией источников техногенного воздействия и их классификаций. Чем лучше защищенность, тем выше устойчивость и экологический потенциал подземных вод и геологической среды в целом. Изучение защищенности компонентов геологической среды от загрязнения и устойчивости к техногенному воздействию выступают в роли факторов защищенности подземных вод Западно-Сибирского мегабассейна.