Экологические последствия воздействия пластовых вод из устья геологоразведочных скважин
На правах рукописи
Коновалов Илья Андреевич
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАСТОВЫХ ВОД ИЗ УСТЬЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН
Специальность: 03.02.08– экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Тюмень– 2012
Работа выполнена в Западно-Сибирском научно-исследовательском и проектном институте технологий глубокого бурения и в Тюменском государственном университете, г. Тюмень
Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент
Пак Ирина Владимировна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор
Григорьев Аркадий Иванович
кандидат биологических наук, доцент
Чачина Светлана Борисовна
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки Институт проблем
освоения Севера (ФГБУН ИПОС СО РАН),
г. Тюмень
Защита состоится 20 апреля в 14-00 на заседании Диссертационного совета ДМ 212.177.05 при Омском государственном педагогическом университете по адресу: 644099, г. Омск, ул. Набережная Тухачевского, 14, тел 8 (3812) 23 37 14; e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан «__» марта 2012 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.б.н., доцент Т.Ю. Колпакова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. На территории России, по экспертным оценкам, за весь период разведки и эксплуатации недр глубоким бурением на нефть и газ было пробурено около 1 500 000 скважин разного типа: геологоразведочных и эксплуатационных. По оценкам ученых, в настоящее время примерно 4-5% скважин нераспределенного фонда могут оказаться опасными, и их число постоянно растет (Кондратенко и др., 2011). Скважины, даже законсервированные и ликвидированные по всем правилам и нормам, представляют потенциальную опасность для окружающей среды. Под влиянием изменений в земной коре они могут в любой момент утратить герметичность, что повлечет за собой выделение нефти, газа, сероводорода, пластового рассола.
В сложившейся ситуации актуальной становится оценка характера воздействия поступающих из устья скважин на поверхность пластовых вод, ранжирования скважин по степени экологической опасности для определения очередности проведения ремонтно-изоляционных работ по ликвидации экологически опасных проявлений. Однако, выполнение этой задачи затруднено из-за недостаточной изученности влияния скважин на экологическое состояние прилегающих территорий, а также отсутствия объективной методики ранжирования скважин по степени их экологической опасности.
Цель и задачи исследования. Целью исследований является изучение воздействия пластовых вод из устья геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей на экологическое состояние прилегающих территорий.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Провести рекогносцировочное обследование геологоразведочных нефтегазовых скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей и комплексный химический анализ воды и почвы, взятой в районах расположения скважин.
2. Исследовать биологическую активность проб воды и почвы, собранных в районах расположения скважин.
3. Охарактеризовать состояние растительных сообществ на прилегающих к скважинам территориях по показателям видового разнообразия.
Научная новизна. Впервые в ходе проведения исследований применен комплексный подход в оценке экологического состояния территорий, прилегающих к геологоразведочным скважинам, включающий рекогносцировочное обследование, химический анализ воды и почвы, всестороннюю оценку их биологической активности, включающую биотестирование и цитогенетический анализ, а также оценку видового разнообразия растений.
Практическая значимость. Полученные в ходе исследования результаты характеризуют экологическое состояние территорий в районах геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей и используются для ранжирования скважин по степени их экологической опасности для окружающей среды. На основе проведенных исследований разработан и внедрен в учебный процесс на кафедре экологии и генетики большой специализированный практикум «Биотестирование загрязненных сред».
Положения, выносимые на защиту:
1. Поступление на поверхность высокоминерализованных пластовых вод из устья геологоразведочных скважин (флюидопроявление) оказывает негативное воздействие на экологическое состояние территорий, вызывая засоление почв и обеднение видового состава растений.2. Биологическая активность пластовых вод, поступающих из устья скважин, проявилась в снижении показателей всхожести, ингибировании роста и развития тест-системы – Lepidium sativum, увеличении частоты хромосомных нарушений.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на международной конференции «Экология, природные ресурсы, рациональное природопользование, охрана окружающей среды» (г. Москва, 2009 г.); на международной научно-практической конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (Тюмень, 2010 г.); на VI научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (г. Ростов-на-Дону, 2010 г.); на научно-методических семинарах в «ЗапСибБурНИПИ» (Тюмень, 2008-2011 гг.); на заседаниях кафедры экологии и генетики Тюменского госуниверситета (2008-2011 гг.).
Личный вклад. Автор принимал личное участие в обследовании 114 из 122 обследованных геологоразведочных скважин. Автором предложена система классификации геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр по степени экологической опасности. Автор самостоятельно провел работы по биотестированию и определению видового разнообразия растений. Весь материал был статистически обработан и оформлен лично автором.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 159 страницах, содержит 16 таблиц, 6 приложений, иллюстрирована 11 рисунками, состоит из введения, 3 глав, выводов. Список литературы включает 261 источник, в том числе 23 на иностранном языке.
Введение
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы и степень ее проработанности, определяются объект, предмет, цели и задачи исследования, излагаются основные положения, в которых заключается научная новизна исследования, раскрываются научная и практическая значимость работы, приводятся сведения об апробации результатов исследования.
Глава 1. Обзор литературы
Рассмотрены общие принципы и история проведения геологоразведочных работ. Отражены природоохранные аспекты, законодательные акты, категории скважин, подлежащих ликвидации. Особое внимание уделено экологическим проблемам и последствиям, связанным с утратой герметичности геологоразведочных скважин, характеристике пластовых вод. Рассмотрены основные реакции и механизмы адаптации растений к действию загрязняющих веществ и засоления. Определены основные методические подходы к исследованию экологических последствий действия пластовых вод.
Глава 2.Материалы и методы исследований
Исследования были проведены в период с 2008 по 2011 гг. В ходе выполнения работ были обследованы 122 геологоразведочные скважины, расположенные на нераспределенном фонде недр Тюменской и Свердловской областей. Рекогносцировочное обследование геологоразведочных скважин, пробуренных на нефть и газ за счет государственных средств и расположенных на нераспределенном фонде недр, проводили в соответствии с требованиями «Временного технологического регламента по обследованию экологически опасных скважин, находящихся на нераспределенном фонде недр Российской Федерации» (Хахаев, и др., 2010).
Комплексный химический анализ проб воды и почвы был проведен по стандартным методикам в лабораториях Центра лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому Федеральному округу по Тюменской области и Государственной станции агрохимической службы. Определяли содержание в воде и в почве сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, общую минерализацию, водородный показатель, ХПК.
Биотестирование отобранных в ходе рекогносцировочного обследования скважин образцов проб воды и почвы проводили по ГОСТ 12038-84 с использованием тест-системы кресс-салата Lepidium sativum. Цитогенетический анализ проводили по стандартной ацетоорсеиновой методике.
Для определения видового разнообразия растений материал собирали с 2009 по 2011 гг. в Тюменской и Свердловской областях на территориях, прилегающих к 6 скважинам первого класса и 2 скважинам третьего и четвертого классов опасности. Все скважины расположены в Обь-Иртышской и Тавдинской природно-географических провинциях. Для геоботанического описания по общепринятой методике закладывали пробные площади, размером 10х10 м. Характеризовали местоположение участка, отмечали общее проективное покрытие (в %). Определение видов проводили с использованием определителей (Губанов и др., 2004; Королева и др., 1973; Алявдина и др., 1972). Индексы видового разнообразия рассчитывались по общепринятой методике (Бигон и др., 1989).
Статистическую обработку данных проводили по стандартным методикам (Лакин, 1990), а также с использованием статистического пакета анализа программы «Microsoft Excel», «Statistica».
Для упорядоченного хранения информации, полученной в ходе обследования скважин, нами разработана оригинальная база данных с использованием программы «SASPlanet».
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение
3.1.Результаты полевого рекогносцировочного обследования
3.1.1. Распределение обследованных скважин по классам опасности. С 2008 по 2011 гг. были проведены работы по рекогносцировочному обследованию состояния 98-ми скважин на юге Тюменской области и 24-х скважин в восточной части Свердловской области, граничащей с Тюменской областью и ХМАО (юго-западная часть Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции).
Для классификации скважин по степени экологической опасности была разработана методика, позволяющая оценивать скважины по степени воздействия на окружающую среду. К критериям классификации отнесены следующие: поступление на поверхность пластовых вод (флюидопроявление); особенности эксплуатации; нахождение устья скважины в русле реки и на затопляемых территориях; технические характеристики (состояние устья скважины); состояние прилегающей территории; наличие шламовых амбаров.
Согласно предложенной методике из 122 обследованных скважин к первому классу опасности отнесены 26,23 % (32 скважины), ко второму 6,56 % (8 скважин), к третьему 24,59 % (30 скважин), к четвертому 34,43 % (42 скважины) и к пятому 8,20 % (10 скважин) (рис. 1).
Рис.1. Распределение скважин по классам опасности
3.1.2.Распределение скважин по классам опасности с учетом физико-географического районирования. Обследованные скважины по физико-географическому районированию (Гвоздецкий, 1973) расположены на территории Западно-Сибирской физико-географической страны, в двух равнинных широтно-зональных областях: лесной и лесостепной; в семи провинциях: Тавдинской, Кондинской, Тобольской, Ашлыкской, Обь-Иртышской, Курганской и Ишимской.
Особенности природно-климатических условий, несомненно, нашли отражение в той картине распределения скважин по классам опасности, которую мы наблюдаем (табл. 1).
Таблица1. Распределение скважин по классам опасности
с учетом физико-географического районирования
| Широтно-зональные области | Провинция | Обследовано скважин | Класс опасности | |||||
| Число скважин | ||||||||
| шт. | % | I | II | III | IV | V | ||
| % | % | % | % | % | ||||
| Лесная | Кондинская | 11 | 9,0 | 36,3 | 0 | 27,3 | 18,2 | 18,2 |
| Обь-Иртышская | 20 | 16,4 | 45,0 | 0 | 35,0 | 15,0 | 5,0 | |
| Тавдинская | 50 | 41,0 | 28,0 | 10,0 | 16,0 | 36,0 | 10,0 | |
| Ашлыкская | 17 | 13,9 | 23,5 | 0 | 35,3 | 29,4 | 11,8 | |
| Тобольская | 2 | 1,6 | 0 | 0 | 50 | 50,0 | 0 | |
| Всего по области | 100 | 81,9 | 31,0 | 5,0 | 25,0 | 29,0 | 10,0 | |
| Лесо-степная | Ишимская | 9 | 7,4 | 11,1 | 0 | 11,1 | 77,8 | 0 |
| Курганская | 13 | 10,7 | 7,7 | 15,4 | 23,1 | 53,8 | 0 | |
| Всего по области | 22 | 18,1 | 9,1 | 9,1 | 18,2 | 63,6 | 0 | |
| Всего | 122 | 100,0 | 27,0 | 5,7 | 23,8 | 35,3 | 8,2 | |
Сопоставление по частоте встречаемости скважин, отнесенных к разным классам опасности, и расположенных в разных широтно-зональных областях позволило прийти к заключению, что специфика более северных территорий (лесная зона): особенности почв, климата, влияет на состояние скважин, способствуя более скорому их разрушению и разгерметизации.
Из всех представленных классов в лесной области самым многочисленным был первый класс опасности (31,0 % скважин), в то время как в лесостепной зоне – самая высокая частота встречаемости (63,6 %) отмечена в группе менее опасных скважин четвертого класса (табл. 1).
3.1.3.Влияние флюидопроявлений на состояние прилегающей территории. На 40 скважинах первого и второго классов опасности (32,79 % от общего числа обследованных скважин) наблюдаются переливы пластовых вод на поверхность (флюидопроявления), которые вызывают засоление почв. Определение взаимосвязи между исследованными факторами: объем поступающих на поверхность вод (дебит) скважины и площадь засоленных участков позволило выявить положительную коррелятивную связь (r=+0,791) для скважин первого класса опасности (рис. 2).
Рис. 2. Средние показатели объема (дебита), минерализации и площади засоленных участков в различных физико-географических провинциях
Сопоставление площади засоленных участков с учетом биотопической приуроченности показало, что наибольшие площади отмечены в пойме водоемов (рис. 3). Меньшие показатели характерны для таких биотопов как лес и луг. Наши данные согласуются с данными других авторов, утверждающих, что площадь засоления связана с обводненностью ландшафтов.
Рис. 3. Площадь засоленных участков (средние показатели по скважинам I класса опасности) на разных биотопах
3.2.Результаты комплексного химического анализа образцов проб воды и почвы
С целью определения качества пластовых вод, поступающих на поверхность (флюидов) был проведен химический анализ проб воды и почвы, отобранных в районах расположения скважин первого класса опасности.
Химический анализ проб воды из устья скважин и прилегающих к скважинам водоемов выявил неоднозначную картину. Скважины, расположенные в одной природно-географической провинции, могут довольно сильно различаться по содержанию изученных химических элементов. Например, скважины, расположенные в Тавдинской провинции, характеризуются показателями, различающимися в тысячи раз. По изученным показателям в воде, взятой из устья скважин, отмечено превышение ПДК.
Результаты комплексного химического анализа проб воды из водоемов, расположенных на расстоянии от 20 до 100 метров от скважин выявили относительно благополучную ситуацию. Практически по всем показателям: pH, ХПК, содержанию сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, железа, концентрации солей, отмечены значения, не превышающие ПДК.
Для оценки состояния территорий, прилегающих к скважинам, использовали также данные химического анализа проб почвы, взятых в непосредственной близости от скважин (на расстоянии 2м от устья скважин) и на фоновом участке (на расстоянии 200 м от устья скважин). Содержание нефтепродуктов в почве, отобранной у устья скважин, колеблется в пределах от 11,84 мг/дм3 до 11175 мг/дм3, что многократно превышает аналогичные показатели на фоновом участке. Аналогичная картина выявлена при анализе содержания ионов хлора, нитратов и сульфатов в почве, отобранной в 2 метрах от устья скважин и на фоновом участке. Следует также отметить, что для преобладающего большинства исследованных скважин на фоновых участках изученные показатели не выходят за пределы ПДК.
3.3.Результаты биотестирования пластовых вод, поступающих на поверхность из устья скважин
Биотестирование проводилось на образцах проб воды и почвы, отобранных в районе 29 скважин первого класса опасности, расположенных в провинциях: Тавдинская, Обь-Иртышская, Кондинская и Ашлыкская.
3.3.1. Биологическая активность пластовых вод. Результаты, полученные при биотестировании вод из устья скважин, явственно продемонстрировали существенное снижение (в 2-4 раза) показателей энергии прорастания на третьи сутки в опытных вариантах в сравнении с контролем (табл. 2). Наблюдаемые различия с контролем были наиболее глубокими при испытании проб воды, отобранных на скважинах, расположенных в Обь-Иртышской провинции. На скважинах Абалакская 1-Р, Абалакская 2-Р, Бронниковская 1-Р отмечаются очень низкие показатели от 19,63% до 26,25%. Столь же низкие показатели энергии прорастания характерны для скважин Миясская 2-Р (провинция Кондинская) и Челноковская 1-Р (провинция Ашлыкская). При испытании проб воды из других скважин наблюдаются показатели энергии прорастания, не превышающие 63,0%, что значительно ниже показателей в контрольном варианте. Различия по повторам были незначительными, о чем свидетельствуют невысокие показатели коэффициентов вариации (табл. 2).
На пятые сутки всхожесть кресс-салата в вариантах с водой из разных скважин возрастает, однако, как и по показателям энергии прорастания не достигает уровня контрольного варианта (табл. 2). При этом сохраняется та же тенденция: самые низкие показатели отмечены в вариантах с водой из скважин Абалакская 1-Р, Абалакская 2-Р, Бронниковская 1-Р, Миясская 2-Р, Челноковская 1-Р.
Таблица 2. Результаты биотестирования проб воды, отобранных из устья скважин I класса опасности
| № | Наименование скважины | Опыты с Lepidiumsativum (среднее по 4 повторам) | |||
| Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | ||||
| х±mх | C.V. | х±mх | C.V. | ||
| Провинция Тавдинская | |||||
| 1 | Борковская 6-П | 56,50±1,84* | 6,54 | 63,10±0,93 | 2,94 |
| 2 | Луговская 1-Р | 48,62±1,43* | 5,90 | 49,97±0,38 | 1,52 |
| 3 | Покровская 6-Р | 50,79±0,46* | 1,78 | 57,30±2,18 | 7,61 |
| 4 | Туринская 1-Р | 53,20±1,11* | 4,16 | 59,50±0,27 | 0,92 |
| 5 | Чебоксарская 1-ПР | 63,00±2,12* | 6,78 | 69,98±0,48 | 1,38 |
| 6 | Гришинская 10-ПР | 49,25±0,45* | 1,83 | 51,65±1,15 | 4,15 |
| 7 | Назаровская 1-ПР | 43,01±1,08* | 3,65 | 51,30±2,85 | 11,11 |
| 8 | Назаровская 3-ПР | 48,62±1,43* | 5,90 | 44,42±0,83 | 3,05 |
| 9 | Назаровская 5-ПР | 44,95±0,66* | 2,61 | 48,60±0,25 | 0,94 |
| 10 | Назаровская 6-ПР | 52,97±1,01* | 2,81 | 57,80±1,17 | 4,03 |
| 11 | Назаровская 8-ПР | 43,75±1,00* | 4,20 | 44,42±0,58 | 2,18 |
| 12 | Назаровская 9-ПР | 62,98±0,72* | 2,28 | 65,55±0,33 | 1,00 |
| 13 | Таборинская 3-ПР | 31,42±0,87* | 5,54 | 39,80±0,62 | 3,10 |
| Провинция Обь-Иртышская | |||||
| 1 | Абалакская 1-Р | 24,10±0,40* | 3,34 | 30,28±0,60* | 3,99 |
| 2 | Абалакская 2-Р | 19,63±0,36* | 3,66 | 20,20±0,27* | 2,68 |
| 3 | Абалакская 4-Р | 37,63±0,87* | 4,64 | 39,83±0,48* | 2,39 |
| 4 | Бронниковская 1-Р | 26,25±1,84* | 14,06 | 28,10±0,33* | 2,36 |
| 5 | Бронниковская 29-РГ | 48,42±0,96* | 3,96 | 50,75±0,63* | 2,48 |
| 6 | Черкашинская 25-РГ | 42,78±0,97* | 4,53 | 46,18±0,46* | 1,99 |
| 7 | Черкашинская 28-РГ | 45,45±1,46* | 6,43 | 49,20±0,31* | 1,25 |
| 8 | Черкашинская 31-РГ | 50,22±0,73* | 2,92 | 55,60±0,54* | 1,94 |
| 9 | Черкашинская 36-РГ | 47,60±0,72* | 3,04 | 53,42±0,38* | 1,44 |
| Провинция Кондинская | |||||
| 1 | Миясская 2-Р | 46,10±1,38* | 10,56 | 53,58±0,24* | 1,43 |
| 2 | Тобольская 2-Р | 42,40±0,99* | 4,71 | 51,58±0,32* | 1,24 |
| 3 | Тобольская 8-РГ | 46,92±0,16* | 0,70 | 53,30±0,44* | 1,64 |
| 4 | Южно-Тобольская 1-Р | 42,32±0,98* | 4,63 | 50,20±0,37* | 1,48 |
| Провинция Ашлыкская | |||||
| 1 | Малиновская 5-Р | 55,27±1,25* | 4,52 | 65,50±0,98* | 3,01 |
| 2 | Челноковская 1-Р | 28,68±1,04* | 7,27 | 33,4±0,65* | 3,92 |
| 3 | Челноковская 4-Р | 38,48±0,75* | 3,92 | 42,15±0,53* | 2,53 |
| Контроль (отстоянная, отфильтрованная водопроводная вода) | 84,45±0,83 | 1,96 | 89,25±0,92 | 2,06 | |
Примечание: * различия с контролем статистически достоверны
Испытания же в воде из устья этих скважин и на пятые сутки продемонстрировали столь же низкие показатели, как и при определении энергии прорастания (табл. 2).
Выращивание кресс-салата на почвах, отобранных в районе расположения устья скважин первого класса опасности, также подтвердило заключение об их экологической опасности. Пробы для биотестирования отбирались на расстоянии 2 и 200 метров. Контрольными были пробы, отобранные на расстоянии 200 м от скважины. Показатели энергии прорастания, которые обнаружены на третьи сутки в опытных вариантах отличались крайне низкими значениями и колебались от 2,08 % до 35,00 % для разных скважин (табл. 3).
Таблица 3. Результаты биотестирования проб почв, отобранных в районах скважин I класса опасности
| № | Наименование скважины | Опыты с Lepidium sativum | ||||||||
| 2 м от скважины | 200 м от скважины (контроль) | |||||||||
| Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | |||||||
| х±mх | C.V. | х±mх | C.V. | х±mх | C.V. | х±mх | C.V. | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Провинция Тавдинская | ||||||||||
| 1 | Борковская 6-П | 35,00±0,43 | 2,49 | 53,20±0,30 | 1,14 | 70,00±0,41 | 1,17 | 72,55±0,49 | 1,35 | |
| 2 | Луговская 1-Р | 20,30±0,25 | 2,51 | 34,87±0,33 | 1,92±0,68 | 69,77±0,48 | 1,39 | 72,53±0,41 | 1,15±0,41 | |
| 3 | Покровская 6-Р | 34,62±0,27 | 1,59±0,56 | 40,53±0,33 | 1,65±0,58 | 72,90±0,10 | 0,30 | 75,50±0,96 | 2,53±0,90 | |
| 4 | Туринская 1-Р | 18,25±0,38 | 4,22±1,49 | 28,57±0,25 | 1,76±0,62 | 68,38±0,15 | 0,44 | 71,17±0,41 | 1,16±0,41 | |
| 5 | Чебоксарская 1-ПР | 21,80±0,09 | 0,84±0,29 | 30,52±0,11 | 0,75±0,26 | 72,72±0,11 | 0,30 | 76,45±0,52 | 1,35±0,48 | |
| 6 | Гришинская 10-ПР | 12,01±0,18 | 3,05±1,08 | 27,99±0,74 | 5,27±1,86 | 69,72±0,24 | 0,70 | 71,35±0,27 | 0,77±0,27 | |
| 7 | Назаровская 1-ПР | 9,92±0,11 | 2,27±0,80 | 21,87±0,34 | 3,13±1,11 | 78,88±0,09 | 0,24 | 80,18±0,28 | 0,69±0,24 | |
| 8 | Назаровская 3-ПР | 12,18±0,11 | 1,82±0,64 | 24,45±0,26 | 2,13±0,75 | 76,05±0,06 | 0,17 | 78,65±0,30 | 0,75±0,27 | |
| 9 | Назаровская 5-ПР | 9,02±0,14 | 3,05±1,08 | 18,08±0,13 | 1,47±0,52 | 69,85±0,45 | 1,28 | 75,20±1,00 | 2,68±0,94 | |
| 10 | Назаровская 6-ПР | 11,15±0,21 | 3,69±1,31 | 21,94±0,15 | 1,39±0,49 | 75,82±0,08 | 0,22 | 79,58±0,63 | 1,58±0,56 | |
| 11 | Назаровская 8-ПР | 15,27±0,13 | 1,68±0,59 | 17,20±0,12 | 1,42±0,50 | 74,35±0,22 | 0,59 | 77,98±0,41 | 1,05±0,37 | |
| 12 | Назаровская 9-ПР | 9,72±0,18 | 3,60±1,27 | 13,19±0,25 | 4,17±1,47 | 70,18±0,28 | 0,81 | 72,85±1,07 | 2,87±1,01 | |
| 13 | Таборинская 3-ПР | 11,29±0,15 | 2,62±0,92 | 14,12±0,16 | 2,67±0,80 | 72,03±0,09 | 0,26 | 76,40±0,47 | 1,22±0,43 | |
| Провинция Обь-Иртышская | ||||||||||
| 1 | Абалакская 1-Р | 2,52±0,31 | 25,33±8,96 | 4,65±0,24 | 10,31±3,64 | 73,00±0,05 | 0,11 | 75,63±0,47 | 1,24±0,44 | |
| 2 | Абалакская 2-Р | 2,08±0,20 | 19,43±6,87 | 3,09±0,14 | 9,47±3,34 | 75,95±0,06 | 0,17 | 77,58±0,19 | 0,50±0,18 | |
| 3 | Абалакская 4-Р | 2,35±0,10 | 8,86±3,13 | 4,24±0,14 | 6,38±2,26 | 75,95±0,06 | 0,17 | 79,35±0,23 | 0,59±0,21 | |
| 4 | Бронниковская 1-Р | 3,50±0,16 | 9,03±3,19 | 6,53±0,19 | 5,80±2,05 | 76,92±0,05 | 0,12 | 78,40±0,22 | 0,56±0,20 | |
| 5 | Бронниковская 29-РГ | 7,27±0,33 | 9,14±3,23 | 12,32±0,20 | 3,32±1,17 | 73,97±0,08 | 0,23 | 75,05±0,21 | 0,56±0,19 | |
| 6 | Черкашинская 25-РГ | 10,90±0,49 | 9,02±3,13 | 13,19±0,15 | 2,27±0,80 | 72,90±0,11 | 0,30 | 73,10±0,53 | 1,46±0,52 | |
| 7 | Черкашинская 28-РГ | 9,67±0,11 | 2,22±0,78 | 14,86±0,30 | 4,08±1,44 | 70,80±0,20 | 0,54 | 76,13±0,48 | 1,26±0,44 | |
| 8 | Черкашинская 31-РГ | 12,74±0,17 | 2,68±0,95 | 18,87±0,27 | 2,88±1,02 | 75,97±0,05 | 0,13 | 77,50±0,29 | 0,74±0,26 | |
| 9 | Черкашинская 36-РГ | 9,74±0,17 | 3,44±1,22 | 15,32±0,44 | 5,72±2,02 | 78,95±0,10 | 0,26 | 81,25±0,43 | 1,07±0,38 | |
| Провинция Кондинская | ||||||||||
| 1 | Миясская 2-Р | 4,27±0,37 | 17,33±6,13 | 6,22±0,25 | 8,11±2,87 | 71,62±0,22 | 0,63 | 72,90±0,43 | 1,18±0,42 | |
| 2 | Тобольская 2-Р | 12,57±0,26 | 4,07±1,44 | 18,14±0,32 | 3,48±1,23 | 72,90±0,11 | 0,30 | 75,95±1,13 | 0,35±0,12 | |
| 3 | Тобольская 8-РГ | 14,83±0,29 | 3,87±1,37 | 20,69±0,26 | 2,53±0,89 | 75,85±0,08 | 0,22 | 79,12±0,45 | 1,15±0,41 | |
| 4 | Южно-Тобольская 1-Р | 10,52±0,29 | 5,56±1,96 | 11,57±0,14 | 2,48±0,87 | 72,08±0,08 | 0,24 | 74,40±0,32 | 0,84±0,30 | |
| Провинция Ашлыкская | ||||||||||
| 1 | Малиновская 5-Р | 18,12±0,38 | 4,26±1,51 | 19,70±0,16 | 1,61±0,57 | 71,00±0,07 | 0,20 | 73,95±0,25 | 0,68±0,24 | |
| 2 | Челноковская 1-Р | 13,82±0,94 | 13,69±4,84 | 22,75±0,12 | 1,05±0,36 | 72,02±0,04 | 0,13 | 74,67±0,38 | 1,01±0,36 | |
| 3 | Челноковская 4-Р | 11,85±0,18 | 3,12±1,10 | 14,40±0,34 | 4,68±1,65 | 72,05±0,08 | 0,24 | 74,72±0,21 | 0,57±0,20 | |
На пятые сутки отмечено некоторое увеличение значений показателей в сравнении с более ранним периодом, однако разброс значений был очень высок (от 3,09 % до 53,20 %). Следует отметить, что в контрольных вариантах в опытах с почвой (200 м от скважины) (табл. 3) значения были несколько ниже, чем в контроле в опытах с водой (табл. 2), что, очевидно, связано с разными условиями выращивания кресс-салата. Различия же показателей энергии прорастания и всхожести в опытах с образцами почв, взятыми на расстоянии 2 м от скважины, многократно были ниже контрольных (табл. 3).
Негативное влияние пластовых вод, поступающих на поверхность, отчетливо проявляется также и при анализе морфологических признаков проростков Lepidium sativum. Исследования влияния образцов воды и почвы, отобранных в районе скважин I класса опасности выявило резкое отставание в росте у растений из опытных вариантов. Сопоставление растений из опытных вариантов с контрольными по длине корней показало, что значения этого признака в вариантах с пробами воды и почвы, отобранными в районе скважин, существенно меньше, чем в контрольных вариантах. Также, как и при определении энергии прорастания и всхожести различия между повторами были незначительными, что нашло свое отражение в невысоких показателях изменчивости. Значения коэффициентов вариации колебались от 0,24% до 1,36%, что свидетельствует о несущественных различиях по повторностям.
Сопоставление же изменчивости опытных и контрольных вариантов по признаку – длина корней, свидетельствует о существенном влиянии пластовых вод и загрязненных ими почв на тестируемые растения. Изменчивость в опытных вариантах значительно увеличивается, что говорит о действии неблагоприятных факторов и расширении нормы реакции биологического объекта в изменившихся условиях существования. Отмечено увеличение значений коэффициентов вариации в опытах с водой и почвой в сравнении с контрольными вариантами в 3-4 раза (рис. 4, 5).
Рис. 4 Изменчивость (C.V.%) длины корней Lepidium sativum в опытах с пробами воды, отобранными в районах скважин 1 класса опасности
Рис. 5 Изменчивость (C.V.%) длины корней Lepidium sativum в опытах с пробами почвы, отобранными в районах скважин 1 класса опасности
Наиболее высокие значения коэффициентов вариации отмечены в опытах с пробами воды и почвы, отобранными у скважин, для которых характерны большие значения показателей минерализации. Известно, что содержание различных солей оказывает сильное влияние на показатели роста растений и, в частности, на развитие корневой системы, что отчетливо прослеживается и в наших опытах.
Выявленные при испытании воды из разных скважин аномалии затрагивали корневую систему кресс-салата, вызывая появление отклонений в развитии в виде короткого, плохо развитого корня, некроза корней. Подсчет числа аномальных проростков выявил их преобладание в опытных вариантах в сравнении с контрольными вариантами. Частота аномальных проростков резко возрастает при воздействии пластовых вод, отобранных для испытаний из устья разных скважин, причем этот показатель сильно колеблется для скважин, расположенных в провинции Тавдинская от 5,3% до 11,4%; в Обь-Иртышской провинции – от 5,3% до 10,2%; в Кондинской провинции – от 7,9% до 10,7% и в Ашлыкской – от 11,4% до 12,1%.
Аналогичная картина была выявлена и при проведении опытов с образцами почв, отобранными в районе скважин I класса опасности. Здесь также, как и в опытах с водой, отмечается резкое увеличение частоты аномальных проростков при выращивании кресс-салата на почвах, отобранных в 2 метрах от скважины в сравнении с почвами, отобранными в 200 м от скважины.
В ходе проведенного биотестирования с использованием кресс-салата была выявлена высокая биологическая активность пластовых вод, поступающих из устья скважин, и показано отрицательное действие этих вод и загрязненных почв на показатели энергии прорастания, всхожести у Lepidium sativum. Отмеченное возрастание показателей изменчивости длины корней проростков и частоты аномалий свидетельствует о расширении нормы реакции кресс-салата при изменении химического состава испытуемых вод и почв.
3.3.2.Цитогенетическая активность пластовых вод. При исследовании цитогенетической активности пластовых вод, поступающих на поверхность из устья скважин, наблюдались преимущественно следующие хромосомные нарушения: фрагменты и одиночные мосты. Совокупная частота всех видов нарушений хромосом, которая проявилась при испытании проб воды, отобранных из устья разных скважин I класса опасности, представлена в таблице 4.
Таблица 4. Частота хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы Lepidiumsativum в опытах с пробами воды, отобранными из устья скважин I класса опасности
| № | Наименование скважины | Просмотрено митозов, шт. | Частота нарушений, % |
| Провинция Тавдинская | |||
| 1 | Борковская 6-П | 453 | 6,03±0,79* |
| 2 | Луговская 1-Р | 561 | 8,77±0,84* |
| 3 | Покровская 6-Р | 395 | 6,78±0,89* |
| 4 | Туринская 1-Р | 418 | 8,09±0,94* |
| 5 | Чебоксарская 1-ПР | 523 | 3,01±0,52* |
| 6 | Гришинская 10-ПР | 398 | 7,09±0,91* |
| 7 | Назаровская 1-ПР | 473 | 6,93±0,82* |
| 8 | Назаровская 3-ПР | 603 | 9,12±0,83* |
| 9 | Назаровская 5-ПР | 469 | 9,56±0,96* |
| 10 | Назаровская 6-ПР | 396 | 5,45±0,80* |
| 11 | Назаровская 8-ПР | 583 | 6,78±0,54* |
| 12 | Назаровская 9-ПР | 385 | 4,23±0,72* |
| 13 | Таборинская 3-ПР | 426 | 5,56±0,78* |
| Провинция Обь-Иртышская | |||
| 1 | Абалакская 1-Р | 433 | 5,67±0,78* |
| 2 | Абалакская 2-Р | 412 | 6,07±0,83* |
| 3 | Абалакская 4-Р | 502 | 6,45±0,77* |
| 4 | Бронниковская 1-Р | 398 | 5,04±0,77* |
| 5 | Бронниковская 29-РГ | 451 | 5,56±0,76* |
| 6 | Черкашинская 25-РГ | 437 | 6,78±0,85* |
| 7 | Черкашинская 28-РГ | 505 | 6,34±0,76* |
| 8 | Черкашинская 31-РГ | 487 | 7,23±0,82* |
| 9 | Черкашинская 36-РГ | 462 | 7,45±0,86* |
| Провинция Кондинская | |||
| 1 | Миясская 2-Р | 562 | 7,56±0,79* |
| 2 | Тобольская 2-Р | 608 | 7,12±0,74* |
| 3 | Тобольская 8-РГ | 667 | 6,02±0,65* |
| 4 | Южно-Тобольская 1-Р | 495 | 5,67±0,54* |
| Провинция Ашлыкская | |||
| 1 | Малиновская 5-Р | 458 | 5,47±0,75* |
| 2 | Челноковская 1-Р | 397 | 7,19±0,82* |
| 3 | Челноковская 4-Р | 515 | 7,76±0,83* |
| Контроль (отстоянная, отфильтрованная водопроводная вода) | 622 | 2,23±0,42 | |
Частота хромосомных нарушений колеблется в зависимости от скважины, но все показатели значительно превышают данные, полученные в контроле. Частота спонтанных хромосомных аберраций в клетках корневой меристемы контрольных растений была невысокой и составила 2,23%. При испытании воды из скважин, расположенных в провинции Тавдинская, этот показатель возрастал в несколько раз. Колебания значений частоты хромосомных нарушений в этом случае составили от 4,23% при испытании воды из скважины Назаровская 9-ПР до 9,56% при испытании воды из скважины Назаровская 5-ПР. Частота хромосомных нарушений, индуцированная пластовыми водами, поступающими из скважин Обь-Иртышской провинции, также оказалась значительно выше контрольного показателя, однако, размах изменчивости в этом случае оказался ниже, от 5,04% (скважина Бронниковская 1-Р) до 7,45% (скважина Черкашинская 36-РГ).
При исследовании цитогенетической активности проб воды, отобранной из устья скважин Кондинской (4 скважины) и Ашлыкской (3 скважины) также было выявлено увеличение этого показателя в 2,5 – 3 раза (табл. 4).
3.3.3.Корреляционная зависимость между биологическими показателями Lepidium sativum и содержанием в воде различных элементов. Для установления связи между содержанием в пластовых водах и почве разных групп химических веществ и изученными показателями (энергии прорастания, всхожести, длины корней проростков, частоты аномалий) тест-объекта (Lepidium sativum) были рассчитаны коэффициенты корреляции (табл. 5).
Таблица 5. Зависимость между биологическими показателями Lepidium sativum и содержанием в воде различных элементов
| Показатель | SO42 | Cl– | Нефте-продукты | Fe | Общая минера-лизация |
| Коэффициент корреляции | |||||
| Энергия прорастания, % | -0,039 | -0,737 | -0,003 | -0,252 | -0,441 |
| Всхожесть, % | +0,062 | -0,758 | -0,034 | -0,320 | -0,526 |
| Длина корней, мм | -0,308 | +0,140 | -0,247 | -0,385 | -0,095 |
| Изменчивость длины корней, C.V.% | -0,050 | +0,489 | +0,200 | +0,318 | +0,754 |
| Частота аномальных проростков, % | +0,425 | -0,160 | +0,130 | -0,138 | -0,213 |
| Частота хромосомных нарушений, % | -0,179 | -0,417 | +0,027 | -0,220 | -0,168 |
В опытах с водой установлена сильная отрицательная корреляционная зависимость между показателями жизнеспособности (энергией прорастания, всхожестью) и содержанием ионов хлора (табл. 5). Отмечена также зависимость этих показателей от общей минерализации, хотя сила связи здесь проявляется в меньшей степени. Хлориды и общая минерализация оказывают также влияние на изменчивость морфологического признака - длину корней, однако сила связи разная: средняя (r=+0,489) и высокая (r=+0,754) соответственно. Из всех изученных показателей с частотой аномальных проростков в наибольшей степени связано содержание сульфат-ионов.
При анализе корреляционных зависимостей между биологическими показателями и содержанием в почве различных элементов устойчивых зависимостей выявлено не было.
3.4.Влияние геологоразведочных скважин на видовое разнообразие растений.
Анализировали видовой состав растений в районе трех скважин первого класса опасности, расположенных на территории Обь-Иртышской провинции: Абалакской 1-Р; Бронниковской 1-РГ; Черкашинской 36-РГ и одной скважины четвертого класса опасности той же провинции – Черкашинской 1-Р, а также трех скважин первого класса опасности в провинции Тавдинская (Назаровской 3-ПР; Назаровской 5-ПР; Таборинской 3-Р) и скважины третьего класса опасности (Лучинкинской 2-Р). Выбор для анализа скважин первого, третьего и четвертого классов опасности определен тем, что на их примере можно наглядно продемонстрировать влияние пластовых вод, поступающих на поверхность, на растительный покров. Растения собирали в пограничной зоне (на границе с засоленными участками) и контрольных участках (удаленных от скважин на расстояние 200 м). Для скважин третьего (Лучинкинской 2-Р) и четвертого (Черкашинской 1-Р) классов опасности в качестве пограничного участка был выбран участок, граничащий с устьем скважины. Определение видового богатства показало, что на территориях, прилегающих к скважинам, расположенным в Тавдинской провинции, наблюдается большее число видов растений (25) в отличие от территорий в районе скважин в Обь-Иртышской провинции (16 видов). Анализ числа видов показал, что пограничные участки характеризуются меньшим числом видов в сравнении с контрольными.
С уменьшением видового богатства не происходит смены доминантных и субдоминантных видов. На двух скважинах первого класса опасности и на участках в районе скважины четвертого класса Черкашинской 1-Р доминирующим видом является мятлик однолетний, а на участках в районе Бронниковской 1-РГ – пырей ползучий. Очевидно, это можно объяснить условиями, которые благоприятны для произрастания данных видов.
Аналогичная картина наблюдалась и при учете числа видов растений, обнаруженных в районе скважин в Тавдинской провинции. На пограничных участках у скважин Назаровская 3-ПР, Назаровская 5-ПР, Таборинская 3-Р число видов уменьшается в 2-3 раза в сравнении с контрольными участками. Здесь также, как и в Обь-Иртышской провинции доминирующим видом на пограничных и контрольных участках у скважин первого класса опасности является мятлик однолетний. На территории, прилегающей к скважине третьего класса опасности (Лучинкинской 2-Р) доминирует другой вид – плевел многолетний.
Оценка проективного покрытия позволила рассчитать количественные соотношения видов. Следует отметить, что произрастание в условиях пограничных зон уменьшает, в целом, проективное покрытие в 2,5-4 раза в сравнении с контрольными участками для скважин первого класса опасности. Для скважин третьего и четвертого классов опасности такого снижения не наблюдается.
Расчет индексов видового разнообразия Шеннона, Симпсона показал, что видовое разнообразие на пограничных участках для скважин первого класса опасности примерно в 2-2,5 раза ниже в сравнении с контрольными участками (табл. 6).
Таблица 6. Индексы видового разнообразия
| Скважина, класс опасности | Участок | Индекс видового разнообразия Шеннона (H) | Индекс видового разнообразия Симпсона (D) | Индекс доминирования Симпсона(C) | Индекс выравненности Пиелу(E) |
| Обь-Иртышская провинция | |||||
| Абалакская 1-Р (I класс) | погранич-ный | 0,50 | 0,23 | 0,77 | 0,36 |
| контроль-ный | 1,13 | 0,49 | 0,51 | 0,54 | |
| Бронников-ская 1-Р (I класс) | погранич-ный | 0 | 0 | 1,00 | 1,00 |
| контроль-ный | 0,44 | 0,19 | 0,81 | 0,27 | |
| Черкашин-ская 36-РГ (I класс) | погранич-ный | 0,69 | 0,34 | 0,66 | 0,50 |
| контроль-ный | 1,47 | 0,68 | 0,31 | 0,67 | |
| Черкашинская 1-Р (IV класс) | погранич-ный | 1,06 | 0,48 | 0,52 | 0,51 |
| контроль-ный | 1,08 | 0,48 | 0,52 | 0,49 | |
| Тавдинская провинция | |||||
| Назаровская 3-ПР (I класс) | погранич-ный | 0,50 | 0,27 | 0,73 | 0,63 |
| контроль-ный | 0,89 | 0,41 | 0,59 | 0,49 | |
| Назаровская 5-ПР (I класс) | погранич-ный | 0,53 | 0,34 | 0,65 | 0,76 |
| контроль-ный | 0,74 | 0,39 | 0,60 | 0,45 | |
| Таборинская 3-Р (I класс) | погранич-ный | 0,25 | 0,13 | 0,86 | 0,37 |
| контроль-ный | 0,88 | 0,38 | 0,62 | 0,40 | |
| Лучинкинская 2-Р (III класс) | погранич-ный | 1,12 | 0,53 | 0,47 | 0,54 |
| контроль-ный | 1,12 | 0,53 | 0,47 | 0,54 | |
Оба индекса согласовано отражают идущие изменения. Уменьшение числа видов на участках, граничащих с зоной засоления, связано с воздействием негативных условий существования видов, а именно с повышенным содержанием солей, прежде всего хлоридов.
Отражением идущих негативных нарушений на пограничных участках скважин первого класса опасности (уменьшение числа видов) является также индекс выравненности Пиелу, который снижается на пограничных участках в сравнении с контрольными в районе скважин I класса опасности. На пограничном участке в районе Бронниковской 1-РГ он имеет значение 1,00, что связано с существованием на этой территории только одного вида – пырея ползучего.
Определение видового разнообразия растений, произрастающих на территориях, прилегающих к скважинам третьего и четвертого классов опасности (Черкашинская 1-Р в Обь-Иртышской физико-географической провинции и Лучинкинской 2-Р в Тавдинской провинции), наглядно продемонстрировало, что поступление пластовых вод на поверхность и засоление вследствие этого почв, является определяющим фактором отбора.
В районе этих скважин, где этот фактор отсутствует, существенных различий в индексах видового разнообразия на пограничном и контрольном участках выявлено не было.
Таким образом, полученные данные по оценке видового разнообразия растений, произрастающих на территориях, прилегающих к скважинам первого, третьего и четвертого классов, свидетельствуют об опасности поступающих на поверхность пластовых вод. Воздействие пластовых вод, поступающих на поверхность почвы, вызывает засоление почв и, как следствие, проявляется в резком обеднении видового состава растений.
ВЫВОДЫ
- Рекогносцировочное обследование 122 геологоразведочных скважин нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей позволило распределить их по степени экологической опасности на пять классов и определить частоту каждого из них. Выявлены различия в распределении скважин разного класса экологической опасности в двух широтно-зональных областях: самым многочисленным в лесной области является первый класс опасности (31%); в лесостепной – четвертый класс опасности (35,3%).
- Установлена тесная положительная коррелятивная зависимость (r=+0,791) между объемом поступающих на поверхность пластовых вод и площадью засоленных участков. Наибольшие площади засоления обнаружены на территориях, прилегающих к скважинам первого класса опасности в Обь-Иртышской и Кондинской физико-географических провинциях.
- Биологическая активность пластовых вод проявилась в значительном снижении показателей энергии прорастания, всхожести и в увеличении частоты аномальных проростков у Lepidium sativum в опытах с пробами воды и почвы, отобранными в районах скважин первого класса опасности.
- Выявлено генотоксичное действие пластовых вод из устья геологоразведочных скважин. Пластовые воды увеличивают в 2,5-3 раза частоту хромосомных нарушений в клетках корневой меристемы Lepidium sativum в сравнении с контролем.
- Показано уменьшение числа видов растений и изменение количественных соотношений между ними на территориях, прилегающих к геологоразведочным скважинам первого класса опасности. Определение индексов видового разнообразия выявило тенденцию к снижению этих показателей на пограничных участках в сравнении с контрольными.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Хахаев Б.Н., Курбанов Я.М., Коновалов И.А., Пак И.В., Суханова Н.П. Предварительная оценка экологического состояния законсервированных и ликвидированных скважин на территории юга Тюменской области // Бюллетень Московского общества испытателей природы «Экология. Природные ресурсы. Рациональное природопользование. Охрана окружающей среды». – 2009. Том 114, выпуск 3, приложение 1, часть 2.– С. 460-464.
2. Коновалов И.А., Пак И.В.Экологическое состояние территорий в районах разведочных скважин нераспределенного фонда недр юга Тюменской области// Тезисы докладов международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов», – Тюмень, ТюмГУ, 2010. – С. 177-179.
3. Коновалов И.А., Курбанов Я.М., Пак И.В. Комплексная оценка экологического состояния территорий, прилегающих к геологоразведочным скважинам нераспределенного фонда недр Тюменской и Свердловской областей// Тезисы докладов VI научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее».– Ростов-на-Дону, 2010. – С. 182-184.
4. Коновалов И.А., Курбанов Я.М. Анализ состояния геологоразведочных скважин на нефть и газ на нераспределенном фонде недр Уральского федерального округа (Тюменская и Свердловская области) // Журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». – 2011. – № 11. – С. 33-36.
5.Коновалов И.А. Результаты биотестирования высокоминерализованных пластовых вод// Журнал «Естественные и технические науки». – 2011. – № 5 (55). – С. 139-140.
