Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологические особенности гидробиоценозов западной части Среднего Каспия в связи с оценкой влияния на биоту отходов бурения

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологические особенности гидробиоценозов западной части Среднего Каспия в связи с оценкой влияния на биоту отходов бурения"

На правах рукописи

Зорникова Ольга Ивановна

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОБИОЦЕНОЗОВ

ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ СРЕДНЕГО КАСПИЯ В СВЯЗИ С ОЦЕНКОЙ ВЛИЯНИЯ НА БИОТУ ОТХОДОВ БУРЕНИЯ

03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ООЗ 17^-!-=>

Астрахань - 2008 г.

003172215

Работа выполнена в ГУ «Каспийский морской научно-исследовательский центр»

Научный руководитель:

Доктор биологических наук

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор Доктор биологических наук, профессор

Ведущая организация:

Кубанский государственный университет

Защита диссертации состоится 24 июня 2008 года в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 053 03 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Дагестанском государственном университете по адресу 367001, г Махачкала, ул Дахадаева, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной экологии Дагестанского государственного университета

Автореферат разослан «24» мая 2008 года

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим направлять по адресу

367001, г Махачкала, ул Дахадаева,21,

Электронный адрес E-mail eco @ mail dgu ru , Факс 8(8722) 67-46-51

А А Курапов

ФМ Магомаев ВН Крючков

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

Теймуров А А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Аетуальность проблемы. Каспийское море всегда славилось своими рыбными запасами В начале XX века на Каспии добывалось более 600 тыс тонн рыбы Около 90% общего улова составляли такие ценные рыбы как лосось, сельдь, вобла, судак, лещ, сазан Уловы осетровых рыб доходили до 40 тыс тонн Не утратило Каспийское море своего рыбохозяйственного значения и в настоящее время

Каспийский регион также богат минеральными ресурсами Под дном Каспийского моря скрываются богатейшие месторождения углеводородов, истинные запасы которых еще предстоит разведать Добыча нефти непосредственно в море началась 70 лет назад, за это время из его недр извлечено не менее 0,5 млрд тонн жидких углеводородов Все освоенные месторождения (на многих из них до сих пор ведется добыча нефти) расположены в Южном Каспии, у берегов Азербайджана и Туркменистана Исключением является только месторождение Инчхе-море у берегов Дагестана

В конце 20 столетия геологоразведочные работы распространились на всю акваторию моря К настоящему времени число пробуренных скважин на Северном Каспии измеряется уже десятками, а на Среднем Каспии - пока единицами В северной части моря открыто несколько крупных месторождений, введение в эксплуатацию которых планируется на ближайшие годы

В этой ситуации всех беспокоит вопрос, как дополнительная техногенная нагрузка отразится на экосистеме, качестве среды, уникальных рыбных запасах Каспийского моря При ответе на него и, что более важно, при разработке природоохранных мероприятий, приходится учитывать, что реакция морской биоты на воздействие нефтегазодобычи зависит от состояния гидробиоценозов, токсичности буровых отходов и других факторов, варьирующих в пространстве

В настоящее время российский сектор недропользования Каспийского моря поделен на 12 лицензионных участков, среди которых самым большим по площади является участок «Центрально-Каспийский», почти целиком расположенный в западной части Среднего Каспия и занимающий 15% его площади Этот участок отличается слабой гидробиологической изученностью, что и послужило основанием для проведения исследований

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы было изучение современного состояния флоры и фауны беспозвоночных животных на участке «Центрально-Каспийский» в западной части Среднего Каспия и оценка влияния отходов бурения на морскую биоту

Для достижения цели в работе решались следующие задачи

- Дать современную качественную и количественную характеристику фитопланктона, зоопланктона и зообентоса

- Определить современное состояние качества морских вод с использованием метода биотестирования

- Оценить влияние отходов бурения (бурового раствора и бурового шлама) на планктонные и бентосные организмы

Научная новизна. Впервые проведены комплексные экологические исследования на участке «Центрально-Каспийский» в западной части Среднего Каспия, включая районы, не охваченные эколого-рыбохозяйственным мониторингом Оценена токсичность морской воды методом биотестирования и проведены экспериментальные исследования по воздействию бурового шлама и отработанного бурового раствора на фитопланктон, зоопланктон и зообентос

Научно обоснован выбор широкого спектра параметров, подлежащих экологическому контролю при разведке месторождений углеводородного сырья в западной части Среднего Каспия

Практическая значимость работы. Результаты настоящей работы использованы нефтяной компанией ОАО «ЛУКОЙЛ» для экологического обоснования геологического изучения, разведки и добычи углеводородного сырья в средней части Каспийского моря, организации и проведения экологического контроля нефтегазодобывающей деятельности Показана необходимость проведения в рамках производственного экологического мониторинга целого ряда специальных природоохранных исследований, направленных на разработку новых методов оценки экологической безопасности морской нефтегазодобычи, устойчивости и ассимиляционной способности экосистемы Среднего Каспия

Апробация работы. Материалы диссертационной работы вошли в состав технико-экономических предложений по освоению лицензионного участка «Центрально-Каспийский», были положены в основу разделов «Оценка воздействия на окружающую среду» индивидуального рабочего проекта на строительство поисковой скважины №1 Диагональная При этом проект имеет положительное заключение федеральной экологической экспертизы

Основные результаты работы докладывались на II Международной заочной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов», Элиста, 31 мая 2004, международном семинаре «Современные технологии мониторинга и освоения природных ресурсов южных морей», г Ростов-на-Дону, 15-17 июня 2005г , международной научно-технической конференции «Геология, ресурсы, перспективы освоения нефтегазовых недр Прикаспийской впадины и Каспийского региона», г Москва, 18-20 сентября 2007г , V Международной научно-практической конференции «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России», г Пенза, 2007г, второй международной конференции «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей», г Астрахань, 11-13 апреля 2007г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков и 44 таблицы Список литературы содержит 211 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследований. Объектом исследований явился расположенный в западной части Северного Каспия лицензионный участок «Центрально-Каспийский», на котором планируется проведение поиска, разведки и добычи углеводородов

Основная часть участка (около 65%) расположена в шельфовой части моря с глубинами 20-200 м , на долю мелководного северо-западного района с глубинами от 8 до 20 м приходится около 15% акватории Около 20% площади относится к северо-западному склону Дербентской впадины с глубинами от 200 до 600 м

Морские экспедиционные исследования на участке «Центрально-Каспийский» проводились летом 2005 и 2006 гг по единой сетке станций, равномерно распределенных по всей акватории (рис 1) Пробы воды для биотестирования отбирались из поверхностного слоя воды Для отбора воды использовалась система ПСГ-4, изготовленная из фторопласта и не имеющая открытых металлических конструктивных элементов

Гидробиологический материал по фитопланктону и зоопланктону собирался на всех станциях, а зообентоса - только на станциях, расположенных в пределах 100 м изобаты Отбор проб фитопланктона и зоопланктона осуществлялся только в верхнем продуктивном слое 0-25 м Фитопланктон собирался батометром БМ-48, зоопланктон - сетью Джеди, бентос - дночер-пателем «0кеан-50» Весь материал фиксировался 4% раствором формалина Обработку проб фито- и зоопланктона проводили в лабораторных условиях Все организмы по возможности определялись до вида (Определитель пресноводных беспозвоночных, 1994, Определитель пресноводных беспозвоночных, 1977, Методические указания к изучению бентоса 1983)

Химические определения проводились по общепринятым методикам для морских вод (РД 52 17 262-91, РД 52 10 243-92, ГОСТ 17 1 5 05-85, «Федеральный перечень методик» Госстандарт 1996, 1995, ГОСТ 8 556-91, ГОСТ 2874-82) Анализ содержания тяжелых металлов в воде, донных отложениях и в буровом шламе проводился методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (Прайс, 1976) на спектрофотометре «Perkin-Elmer-5000» Фракция ароматических углеводородов определялась спектрофотометриче-ским методом с использованием спектрофотометра СФ-4А

С учетом методических требований при оценке токсического воздействия водной среды и буровых отходов на гидробионтов в экспериментальных условиях использовались в качестве тест-объектов организмы, относящиеся к различным экологическим группам водного сообщества морские одноклеточные водоросли (Phaeodactilum tricornutuni), ракообразные (Arte-mía salina), хирономиды (Chironomus gr salinarius), моллюски (Dreissena rostriformis) Для оценки токсичности буровых отходов использовался также стандартный тест с Daphnia magna

Рис 1. Расположение станций на участке «Центрально - Каспийский»

Гидробиологическая характеристика участка «Центрально-Каспийский»

Фитопланктон, собранный на участке «Центрально-Каспийский» состоял из представителей отделов диатомовых, синезеленых, пирофитовых, зеленых, эвгленовых водорослей

Наибольшее число видов относилось к отделу диатомовых водорослей (43) Среди них больше всего было отмечено представителей родов Nitzschia (7 видов), Chaetoceros (5 видов) и по 3 вида родов Fragilana и Navicula Наибольшая численность была отмечена у морских диатомей Actinocyclus ehrenbergn и Rhizosolenia calcar-avis, их количество составило 775,5 и 197,7 тыс экз /м3, соответственно Весьма многочисленными также были морские виды Chaetoceros rigidus (105,4 тыс экз /м3), Ch wighamu (33,8 тыс экз /м3) и Thalassionema nitzschioides (48,8 тыс экз /м3) Практически одинаковую численность порядка 130 тыс экз/м3 имели пресноводная водоросль Melosira granulate и солоноватоводная Nitzschia acicularis Другие представители рода Nitzschia - N holsatica и N closterium тоже были весьма распространены

Второй по разнообразию видов была группа синезеленых водорослей В планктоне было обнаружено 33 вида, относящихся к этой группе Наиболее богато в планктоне были представлены роды Anabaena (8 видов), Microcystis, Aphanizomenon и Oscillatoria - по 4 вида По численности доминировали Merismopedia punctata (6583,1 тыс экз /м3) и Oscillatoria sp (4932,2 тыс экз /м3)

Условия для развития пирофитовых водорослей на участке были благоприятными, хотя количественные показатели их были низкие На всей акватории было встречено 19 видов пирофитовых водорослей, относящихся к пяти родам Роды Gymnodinium, Peridinium, Goniaulax были представлены пятью видами каждый По численности среди пирофитовых водорослей доминировала солоноватоводная Exuviaella cordata (1186,2 тыс экз /м3)

Столь же небогатым был видовой состав зеленых водорослей - всего 17 видов Наиболее обильными были пресноводная Ankistrodesmus v spiralis и солоноватоводная Binuclearia lauterbornii, численность которых летом 2006 года составила, соответственно, 4507,5 и 1416,7 тыс экз/м В значительном количестве присутствовали Mougeotia sp и Scenedesmus quadricauda (соответственно 865,8 и 413,3 тыс экз /м3)

Эвгленовые водоросли были представлены всего 5 видами, принадлежащим к 3 родам Наибольшую численность имел вид Trachelomonas verrucosa (39,2 тыс экз /м3) Все обнаруженные виды эвгленовых водорослей относились к пресноводному комплексу

Из экологических групп фитопланктона наиболее богатым по числу видов был пресноводный комплекс (39 видов), в котором преобладали зеленые водоросли Среди солоноватоводно-пресноводного планктона (30 видов) преобладали синезеленые водоросли, а среди морского (22 вида) - диатомовые водоросли

Таблица 1

Количество видов фитопланктона по отделам и экологическим группам на участке «Центрально-Каспийский» летом 2006 г

Группы водорослей Число видов Экологические группы

Пресноводные Солонова-товодно-пресноводные Солоно ватово-дные Морские Прочие

Синезеленые 33 10 15 4 - 4

Диатомовые 43 8 11 8 12 4

Пирофитовые 19 1 2 5 10 1

Эвгленовые 5 5 - - - -

Зеленые 17 15 2 - - -

Всего. 117 39 30 17 22 9

Таким образом, фитопланктон участка «Центрально-Каспийский» был представлен 117 видами, относящимся к различным экологическим группам Доминирование пресноводного комплекса связано с тем, что наиболее продуктивные районы участка находятся под влиянием пресноводного стока Волги, Терека и Сулака Фитопланктон, несмотря на качественное разнообразие, характеризовался невысокими количественными показателями развития водорослей Средняя численность и биомасса растительных клеток составила, соответственно, 30 млнэкз/м3 и 104,8мг/м3 Наиболее благоприятные условия для развития всех групп водорослей складывались в слое 1025 м

Летом 2005г зоопланктон на участке «Центрально-Каспийский» не отличался видовым разнообразием Всего в планктоне было найдено 15 видов беспозвоночных животных (без учета личинок Cirripedia и Bivalvia), относящихся к следующим группам Ctenophora, Rotatoria, Cladocera, Сореро-da

По численности в зоопланктоне преобладали рачки рода Podonevandne - Р trígona и Р camptonyx - 48 и 24 экз /м3 соответственно Evadne апопух дала численность 9 экз /м3 Что касается других организмов, то можно отметить относительно низкую численность Cercopagis micronix и Pleopis ро-lyphemoides

Развитие зоопланктона по горизонтам протекало неодинаково Слой 010 м характеризовался большим обилием организмов Здесь биомасса планк-теров составила 10,2 мг/м3 при численности 1,4 тыс экз/м3 В слое 10-25 м эти показатели составили соответственно 8,4 мг/м3 и 0,8 тыс экз /м3

Летом 2006 года зоопланктон на участке «Центрально-Каспийский» был значительно разнообразнее, чем в предыдущий летний сезон В пробах были найдены представители групп Protozoa, Rotatoria, Cladocera, Copepoda,

Coelenterate, Ctenophore и временно планктонные формы личинки моллюсков, усоногих рачков, мшанок Всего определено 43 вида планктонных животных, среди которых, в частности, были отмечены Cercopagis pengoi, Evadne апопух и Polyphemus exiguous Sars, которые в предыдущем году не встречались Наиболее разнообразно были представлены ветвистоусые рачки (15) и коловратки (14 видов), менее - веслоногие рачки (7)

В составе донной фауны на участке «Центрально-Каспийский» летом 2006 г определено 47 таксонов Самой многочисленной группой были ракообразные - 31 вид На долю червей приходилось 7 таксонов, моллюсков - 9 таксонов (табл 2)

Таблица 2

Количественные показатели зообентоса на участке «Центрально-Каспийский» летом 2006 г

Организмы Число таксонов Численность, экз/м2 Биомасса, г/м2

Vermes 7 1845 3,5

Crustacea 31 2424 3,9

Mollusca 9 3389 167,5

Итого 47 7658 174,9

По составу и развитию донной фауны участок характеризовался как достаточно продуктивное пастбище для нагула бентосоядных рыб Здесь обитают моллюски и ракообразные, многие из которых являются ценными в кормовом отношении беспозвоночными и охотно используются в пищу рыбами Однако в среднем продуктивность исследуемого участка ниже, чем соседних, где в массе развиваются такие виды, как абра, митилястер и другие массовые виды бентосных организмов

Оценка качества вод участка «Центрально-Каспийский» методом биотестирования

В данном разделе работы представлены результаты биотестирования проб морской воды, отобранных в поверхностном слое на участке «Центрально-Каспийский», с использованием в качестве тестовых объектов организмов фито- и зоопланктона, а также результаты контроля гидрохимических показателей в экспериментальных сосудах, использовавшихся для проведения биотестирования

Для биотестирования морской воды, отобранной на участке «Центрально-Каспийский» в качестве тест-объекта использовали альгологически чистую культуру Phaedactylum ШсогпШит - типичного морского вида, относящегося к золотистым водорослям Определение численности клеток и измерения гидрохимических показателей в контрольных и опытных сосудах

проводили на 1, 2, 3 и 4 сутки Численность клеток в контрольных сосудах принималась за 100% Результаты биотестирования на 2, 3, и 4 сутки представлены на рис 2

% 40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 -И—48 ч -•— 72 ч —♦—96 ч

Рис 2 Результаты тестирования проб воды на культуре водорослей фитопланктона (Phaeodactylum tncornutum) летом 2006 г, выраженное в % отклонение в меньшую сторону числа клеток в пробах от числа клеток в контроле

К концу эксперимента (96 часов) наибольшее отклонение (25-35%) числа клеток в пробах от числа клеток в контроле отмечалось в пробах, отобранных на ст 1, 2, 8, 12, 13, 17, 19, 22, 24 В воде, отобранной со ст 4 (северная часть участка), 6, 7, 10, 11, 18 (западное побережье), 23 (восточная часть участка) данное отклонение находилось в диапазоне от 11 до 20% На ст 3, 5 (северная часть), 14, 15, 16 (центральная часть), 20, 21 и 25 (южная часть) оно не превышало 10% На остальных станциях водоросли развивались на уровне с контролем

Результаты биотестирования морской воды, отобранной на участке «Центрально-Каспийский» в летний период 2006 г, с использованием культуры водорослей Phaeodactylum tricornutum показали отсутствие острого токсического эффекта, так как уровень токсичности не превышал критической величины (50%)

Тестирование с использованием Artemia salina также показало отсутствие острого токсического действия проб воды на зоопланктон В течение первых двух суток эксперимента гибели рачков не наблюдалось, их двигательная активность оценивалась как нормальная Через 72 часа гибель науп-лий артемии была отмечена в пробах, взятых со станций 1 и 2, расположенных южнее банки Средняя Жемчужная, а также в районе, примыкающем к западному побережью вблизи Махачкалы (ст 11 и 13) и Дербента (ст 24)

По прошествии 96 часов в нескольких пробах не было отмечено гибели тест-организмов (ст 9 и 21) В пробах из глубоководной части акватории (ст 14, 15 и 16, 19, 22, 23, 25) смертность особей составляла 5-10%, то есть не превышала величины, допустимой в контроле (10%) Уровень токсично-

и

сти, несколько превышающий это значение (11,6-16,7%), был отмечен в пробах из восточной и юго-западной частей акватории (ст 3, 4, 5, 8, 12 и 20) Наблюдение за ракообразными показало, что вода этих районов моря в течение всего эксперимента не оказывала угнетающего действия на тест-организмы

Превышение допустимого значения гибели Artemia salina (20-23,3%) было зарегистрировано в пробах, отобранных на прибрежных станциях западной части акватории (ст 6, 17, 18) Анализ состояния рачков показал, что вода, отобранная на ст 18, к концу эксперимента вызвала некоторое изменение окраски тела рачков по сравнению с контрольными экземплярами

При проведения биотестирования проб морской воды, отобранных на участке «Центрально-Каспийский», осуществлялся контроль за изменением гидрохимических показателей, как индикаторов сапробности морских вод На протяжении всего эксперимента активная реакция водной среды оставалась щелочной (8,50-7,80) с некоторым понижением значений рН на четвертые сутки Резких колебаний значений водородного показателя не наблюдалось

Колебания концентрации аммонийного азота (N-NH4) и нитратного азота (N-N03) происходили в противофазе, что соответствовало развитию окислительно-восстановительных процессов, при которых преобладала та или иная форма азота Концентрация аммонийного азота изменялась от 50 до 114 мкг/л, нитратного азота от 30 до 74 мкг/л, что соответствует природным показателям изучаемой акватории Каспийского моря Содержание нитритно-го азота (N-N02), который является промежуточной формой азота, изменялось от 1,0 до 4,0 мкг/л, с повышением значений на четвертые сутки, что соответствует условно чистой морской воде Материалы экспериментальных исследований позволяют судить о динамике азотсодержащих соединений в условно чистой морской воде участка «Центрально-Каспийский» в летний период

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что наибольшие отклонения гидрохимических показателей от средних значений наблюдались на тех станциях, где отмечалось угнетение жизнедеятельности и повышенная смертность тест-организмов Можно предполагать, что токсическое действие было вызвано фактором или факторами, связанными с гидрохимическими процессами, в частности с процессами окисления и нитрификации органических веществ

Технология бурения поисково-оценочных скважин

В токсикологических экспериментах использовались буровые отходы со скважины «Диагональная 1» на участке «Центрально-Каспийский» Учитывая, что количество и токсичность буровых отходов в существенной степени зависят от инженерно-технических решений, в работе приведено краткое описание технологии, использовавшейся при бурении это скважины

Строительство поисково-оценочной скважины осуществлялось с са-моподьемной буровой установки «Астра» (СПБУ «Астра) При установке СПБУ на расчетной точке ее опоры опускались на дно моря, после фиксации шестигранных башмаков на поверхности дна происходил подъем платформы над уровнем моря с помощью спуско-подъемного механизма

Буровые растворы являются одним из основных компонентов технологического процесса проводки скважины и предназначены для выноса на поверхность бурового шлама, укрепления стенок скважины, предохранения их от осыпей и обвалов, а также для исключения поступления в скважину пластовых флюидов

Буровые растворы представляют собой сложный комплекс химических веществ, токсичность которых определяет степень их воздействия на состояние природной среды Для снижения негативного воздействия при бурении скважины «Диагональная 1» предусматривалось применение буровых растворов на водной основе с низкой степенью токсичности

Для выбуривания породы из забивного направления (интервал 47-125 м) использовался бентонитовый буровой раствор При бурении последующих интервалов применялся высокоингибирующий полимеркалиевый буровой раствор Техническая характеристика буровых растворов, применявшиеся в процессе бурения скважины, приведена в таблице 3

Таблица 3

Техническая характеристика буровых растворов

Тип бурового раствора Интервал бурения, м Диаметр колонны, мм Плотность раствора, г/см3 Объем раствора, м

от до

Бентонитовый 47 125 762,0 1,16 90

Высокоингибирующий полимеркалиевый 125 350 339,7 1,25 200

350 1100 244,5 1,16 200

1100 1550 177,8 1,16-1,26 165

Для обеспечения проектных параметров бурения производилась очистка бурового раствора от шлама и поддержание его состава и свойств в соответствии с рекомендациями проекта Циркуляционная система бурового раствора состояла из 5 емкостей общим объемом 210 м3 (в циркуляции участвовало 100 м3 раствора), оснащенных уровнемерами, гидравлическими и механическими перемешивателями и 6 емкостей общим объемом 45,5 м3 для очистки использованных растворов Циркуляционная система обеспечивала приготовление, очистку от выбуренной породы, утяжеление, хранение и повторное использование бурового раствора

Четырехступенчатая система очистки бурового раствора от шлама предназначалась для повторного использования раствора в производственном цикле Оборудование для очистки бурового раствора было установлено последовательно, обеспечивая ступенчатое отделение частиц шлама в порядке уменьшения их размера от сепарации самых крупнозернистых фракций

(вибрационные сита) до самой тонкодисперсной сепарации (центрифуга) Отсепарированные потоки из различных сепараторов либо удалялись сразу, либо подвергались дальнейшей очистке для большего выхода жидкости и бурового раствора и повышения общей эффективности очистки

Объем образования отработанного бурового раствора (ОБР), повторное использование которого в циркуляционной системе было уже невозможно, составил 249 м3 (или 298,8 тонн с учетом средней плотности растворов р = 1,2 т/м3) Объем накопленного бурового шлама (БШ) составил 189м или 415,8 тонны с учетом средней плотности шлама р = 2,2 т/м3 Для сбора отходов бурения, шлама, бурового раствора и сточных вод на СПБУ «Астра» использовались герметичные контейнеры, в которых они перевозились на берег в полном объеме для дальнейшей утилизации Так на практике происходила реализации принципа «нулевого сброса»

Порядок обработки, хранения и утилизации отходов на СПБУ «Астра» осуществлялся в соответствии с положениями Приложения V к Конвенции МАРПОЛ 73/78

Оценка влияния отходов бурения на гидробионтов

На первой стадии исследований по оценке влияния буровых отходов на гидробионтов проводился химический анализ бурового раствора и бурового шлама на содержание тяжелых металлов Полученные результаты анализа представлены в табл 4

Таблица 4

Содержание металлов в отходах бурения, мг/кг

№ проб Ъп Мп Си РЬ са Со N1

Буровой раствор

1 38,4 298 17,9 38,6 1,4 13,5 32,3

2 36,7 265 15,5 33,3 1,0 11,2 25,5

3 33,9 286 16,7 36,0 1,2 12,0 29,0

Среднее 36,1 283 16,7 36,0 1,2 12,2 28,9

Буровой шлам

1 59,7 191 29,7 41,9 1,3 19,7 40,5

2 47,4 178 27,9 40,0 1,0 18,0 39,0

3 53,3 164 25,5 38,8 0,8 16,9 37,3

Среднее 53,5 178 27,7 40,2 1,0 18,2 38,9

Согласно результатам исследования, в процессе бурения происходило «обогащение» бурового шлама такими металлами, как цинк, железо, медь, свинец, кобальт и никель 1,1 - 1,7 раза по сравнению с буровым раствором При этом концентрация марганца и кадмия снижалась

Сопоставление этих данных с данными, полученными в 2001 - 2002 гг на других структурах и скважинах показывает, что обогащение или обеднение металлами бурового шлама по сравнению буровым раствором происходило по-разному Видимо, в каждом конкретном случае концентрация металлов в значительной мере зависит как от структуры проходимых при бурении пород, так и от содержания в них тех или иных металлов

Сравнительный анализ содержания металлов в буровых отходах и донных отложениях Каспийского моря не выявил значительного превышения концентрации металлов в отходах бурения по сравнению с концентрацией в грунтах (табл 5)

Таблица 5

Содержание металлов в донных отложениях, мг/кг

Станция Хп Мп Си РЬ Сё Со N1

№1 29,3 267,2 12,4 10,6 0,59 12,2 20,5

№2 112,2 705,2 50,6 20,5 0,53 14,2 66,6

№3 106,7 595,0 37,7 18,6 0,45 20,2 62,5

Среднее 82,73 522,46 33,56 16,57 0,52 15,53 49,87

Биотестировние бурового шлама проводилось с использованием дафний Острый токсический эффект - гибель 90% особей- был отмечен в пробе с максимальной концентрацией бурового шлама - 2,0 г/л при экспозиции 96 часов В растворах с концентрацией 1,0 г/л жизнестойкость рачков была значительно выше, гибель составила 25% При минимальной концентрации бурового шлама (0,5 г/л) гибель рачков не зафиксирована Увеличение экспозиции до 25 суток усиливало негативное действие бурового шлама на дафний В растворе с максимальной концентрацией на 10-е сутки опыта погибли все особи К концу эксперимента гибель дафний в растворах с концентрацией 1,0 и 0,5 г/л составляла 50 и 10% соответственно

В растворе с минимальной концентрацией бурового шлама (0,5 г/л), так же как и в контрольном опыте, дафнии положительно реагировали на свет и совершали вертикальные (пищевые) миграции В то же время особи в растворах с концентрацией 1,0 и 2,0 г/л были пассивны При рассмотрении под бинокуляром отмечено засорение фильтрационного аппарата и налипание микрочастиц на теле и антеннах рачков, что препятствует их движению, в результате чего дафнии перестают питаться и гибнут.

Буровой раствор оказался менее токсичным для дафний как в остром, так и в хроническом опытах При содержании дафний в течение 96 часов в буровом растворе с концентрацией 2,0 г/л наблюдалось снижение выживае-

мости рачков на 50%, в растворе с концентрацией 1,0 г/л на 16,3% В растворе с минимальной концентрацией и в контрольном опыте выживаемость оставалась стопроцентной

В хроническом эксперименте в растворах с концентрацией 1,0-2,0 г/л гибель дафний составляла 25-65% В растворе с минимальной концентрацией (0,5 г/л) гибель рачков не зафиксирована

Таким образом, при повышении концентрации буровых отходов в воде токсическое действие их на дафний усиливается, что обусловлено увеличением количества взвешенных частиц, повреждающих фильтрационный аппарат рачков Следствием этого становится нарушение питания, потеря подвижности и, в конечном итоге, гибель особей

Также в качестве тест-объекта были использованы науплии артемии В том случае, когда буровой шлам находился в воде в течение одних суток, острая токсичность (гибель более 50% организмов) была обнаружена на вторые сутки эксперимента при концентрации 5,0 и 10,0 г бурового шлама на 1 литр воды В этих концентрациях 100%-ная гибель артемий была зафиксирована на 3 сутки эксперимента При концентрации 0,5 г/л в первые двое суток все особи артемии были живы На 3-е сутки была отмечена гибель 15%, а еще через двое суток погибли 56% рачков

Более длительное нахождение бурового шлама в воде повышает токсичность раствора В случае, когда буровой шлам находился в воде четверо суток, уже через 24 часа при концентрации 2,0-10,0 г/л была отмечена гибель артемий от 45 до 56% При концентрации бурового шлама 10,0 г/л на вторые сутки гибель артемии была стопроцентной При концентрации 5,0 г/л стопроцентная гибель особей зафиксирована на 4-е сутки

Присутствие бурового шлама в воде в течение 14 суток при концентрации 0,5 г/л в течение первых двух суток токсического эффекта отмечено не было На третьи сутки была зафиксирована гибель 6,0 % от числа особей артемии, а еще через 2 дня - 12% При концентрации 2,0 г/л в течение первых суток погибло 29 % рачков, через 5 суток - 94% При концентрации 10,0 г/л стопроцентная гибель артемий была отмечена через 4 дня эксперимента

Таким образом, продолжительное нахождение бурового шлама в воде приводило к усилению токсичности среды для планктонных организмов

При концентрации бурового раствора 2,0 г/л в первые сутки наблюдалась гибель единичных экземпляров артемий (2%) Отсутствие острого токсического эффекта при данной концентрации наблюдалось и на вторые сутки экспозиции, а при минимальной концентрации, равной 0,5 г/л -вплоть до шестых суток эксперимента В целом можно отметить, что токсичность бурового раствора для науплий артемий меньше токсичности бурового шлама

Сравнительная оценка токсичности фильтрованной и нефильтрованной воды, в которой находился буровой шлам, показала, что токсичность нефильтрованной воды была выше во всех вариантах опыта (табл 6)

Таблица 6

Влияние бурового шлама на выживаемость науплий артемий, % гибели

Экспозиция, сутки Концентрация, г/л

контроль 0,5 1,0 2,0 5,0

1 0 15/63 26/50 35/62 46/50

2 8 44/82 47/78 71/85 69/80

3 8 70/100 76/93 92/100 97/100

4 14 93/100 93/97 94/100 98/100

Примечание в числителе - фильтрованная вода, в знаменателе - нефильтрованная

При этом обнаружено, что при наименьшей концентрации бурового шлама разница между токсическими свойствами фильтрованной и нефильтрованной воды была наибольшей По всей видимости, при относительно небольших концентрациях в воде бурового шлама основное действие на артемий оказывали взвеси, а действие растворимых токсичных ингредиентов проявлялось в меньшей степени При более высоких концентрациях токсическое действие растворимых веществ усиливалось, что сглаживало разницу в токсичности фильтрованной и нефильтрованной воды

Биотестирование образцов воды, в которой находился буровой шлам, с использованием личинок хирономид Оигопотия gr хакпапт показало отсутствие острого токсического действия проб на исследуемые тест-организмы в первые сутки эксперимента при концентрации шлама 0,5 мг/л (табл 7)

Таблица 7

Влияние бурового шлама на жизнестойкость личинок хирономид, % гибели

Экспозиция, сутки Концентрация, г/л

контроль 0,05 2,0 5,0 10,0

1 0 0 29 18 29

2 0 0 59 53 47

3 0 0 71 59 65

4 0 0 76 59 71

5 0 12 76 59 71

6 0 41 94 76 76

7 29 53 94 100 76

8 100 94

9 100

Наблюдалось изменение в поведении* личинки становились малоподвижными и менее активно реагировали на тактильные раздражения по сравнению с контрольными

Результаты сравнительной оценки токсичности фильтрованной и нефильтрованной воды, в которой находился буровой шлам, для личинок хи-рономид показаны в табл 8

Таблица 8

Влияние бурового шлама на жизнестойкость личинок хирономид, % гибели

Экспозиция, сутки Концентрация, г/л

контроль 0,5 1,0 2,0 5,0

1 0 0/0 0/10 0/8 0/0

2 0 0/10 10/20 28/41 18/35

3 0 12/40 22/29 47/74 50/52

4 0 32/59 38/51 72/90 76/80

5 0 53/72 60/60 78/100 100/100

6 6 65/72 74/82 92/100

7 12 80/80 94/100 100/100

8 12 80/90 94/100

9 18 94/100 100/100

10 24 100/100

Примечание в числителе - фильтрованная вода, в знаменателе - нефильтрованная

Разница в токсичности фильтрованной и нефильтрованной воды, в которой буровой шлам находился в течение 4 суток, при времени экспозиции до 6 суток при концентрации шлама 0,5 г/л и до 2 суток при концентрации 5,0 г/л была ярко выражена В дальнейшем эти различия стирались Возможно, на бентосные организмы взвесь бурового шлама оказывает меньшее влияние, чем на планктон, так как планктонные организмы являются более активными фильтраторами, чем личинки хирономид На последних взвесь оказывает действие при оседании на поверхности тела

Вместе с тем можно отметить, что личинки хирономид оказались более устойчивыми к воздействию токсикантов, находившихся в буровом шламе, чем планктонные организмы

Оценка влияния бурового шлама на моллюсков показала отсутствие острого токсического эффекта (при воздействии отфильтрованной воды, в которой предварительно находился буровой шлам), который проявлялся бы в виде гибели организмов В связи с этим была проведена функциональная оценка моллюсков после воздействия бурового шлама

Одним из типичных представителей бентофауны участка «Центрально-Каспийский» является Бгетепа гоМгфтгиъ (Берк ) Поэтому для экспериментальной оценки влияния отходов бурения на бентосные организмы нами был выбран родственный вид Огетепа ро1утогр1га, широко распространенный в Волго-Каспийском регионе Как показали результаты эксперимента, предварительное выдерживание моллюсков в течение 7 суток в воде с добавлением бурового шлама в концентрации от 0,2 до 1,0 г/л вызвало заметное снижение скорости фильтрации (табл 9)

Таблица 9

Изменение фильтрационной способности Огежепа ро1утогрка после воздействия бурового шлама

Длительность измерения, мин Оптическая плотность среды инкубации

1000 мг/л 500 мг/л 200 мг/л Контроль

0 0,36 0,35 0,35 0,35

10 0,35 0,33 0,30 0,22

30 0,28 0,24 0,17 0,12

60 0,22 0,21 0,16 0,07

Буровой шлам угнетал фильтрационную активность моллюсков, причем был отмечен дозозависимый эффект Полученные результаты свидетельствуют об ухудшении физиологического состояния моллюсков, несмотря на отсутствие снижения выживаемости

Таким образом, анализ литературных данных и результатов собственных исследований показал, что в результате сброса в море и накопления в донных осадках твердых фракций буровых отходов нарушения в бентосном сообществе будут носить точечный, временный и обратимый характер Для наиболее уязвимых неподвижных форм бентоса (губки, гидроиды) губителен слой осадка толщиной около 5 мм, тогда как гибель крупных моллюсков происходит лишь при толщине слоя покрытия более 10- 15см (Матишов, Никитин, 1997) Поражающее действие взвеси проявляется при концентрациях более 1000 мг/л Такие условия на дне и в придонном слое воды могут возникать лишь в непосредственной близости (10 - 20 м) от точки сброса буровых отходов

Результаты биотестирования отходов бурения выявили их токсическое действие для планктонных и бентосных организмов Однако токсический эффект наблюдается при достаточно высоких концентрациях, которые достижимы в зоне прямого воздействия залповых сбросов буровых отходов Ориентировочные расчеты показывают, что при сбросе с интенсивностью более 100 м3/ч на расстоянии до 10 м от точки сброса возможны не только первичные реакции, но и сублетальные эффекты для некоторых организмов зоопланктона и зообентоса Но все эти последствия проявляются только на

организменном уровне и быстро компенсируются на уровне популяций и сообществ благодаря относительно высокой скорости адаптивных реакций этой группы организмов и их способности быстро восстанавливать оптимальную биомассу и численность после снятия стрессового воздействия

Заключение

Участок «Центрально-Каспийский» расположен в зоне высокопродуктивных мелководий Среднего Каспия При этом акватория участка подвержена влиянию загрязненных вод рек Волги, Терека и Сулака Особенности физико-географического расположения участка определяют состав флоры и фауны, среди представителей которых встречаются виды различных экологических комплексов - пресноводного, солоноватоводного, морского Кроме того, рассматриваемый участок служит миграционной трассой осетровых рыб, мигрирующих весной на нагул в северную часть моря и нерест в дельты Волги и Урала, а осенью на зимовку в Средний и Южный Каспий

Оценка качества воды по фитопланктону выявила увеличение доли синезеленых и диатомовых водорослей, что характерно для загрязненных вод В донных сообществах доминируют наиболее адаптированные к загрязнению виды малощетинковых червей, моллюсков, хирономид и ракообразных В целом воды Каспийского моря характеризуются как умеренно загрязненные, но на отдельных участках - как сильно загрязненные В связи с этим дополнительное воздействие на экосистему рассматриваемого участка может вызвать серьезные негативные последствия Поэтому нефтяными компаниями провозглашен принцип «нулевого сброса»

Проведенные исследования показали, что в случае нарушения этого принципа и попадания в море отходов бурения последствия следует ожидать лишь в непосредственной близости от точки сброса буровых отходов При этом наиболее уязвимыми окажутся бентосные организмы, что связано с негативным влиянием взвешенных веществ, образующихся из буровых шла-мов

В целом можно отметить, что отходы бурения (буровой шлам) обладают малой токсичностью для водной фауны При оценке токсичности буровых отходов в соответствии с критериями, приводимыми в приказе МПР России «Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей среды», исследуемый буровой шлам можно отнести по степени вредного воздействия опасных отходов на окружающую природную среду к категории «очень низкое» воздействие

Выводы

1 Во время проведения исследований фитопланктон изучаемого участка был представлен 117 видами, относящимся к различным экологическим группам Наибольшим числом видов (45) были представлены диатомовые водоросли, меньше всего видов было отмечено среди эвгленовых (5) Доми-

нировали водоросли пресноводного комплекса Фитопланктон, несмотря на разнообразие, характеризовался невысокими количественными показателями развития водорослей Средняя численность и биомасса растительных клеток составила 30 млн экз/м и 104,8мг/м3 соответственно Более благоприятные условия для развития всех групп водорослей складывались в слое 10-25 м

2 Зоопланктон участка «Центрально-Каспийский» в летний период характеризовался относительно бедным видовым составом (15-18 видов) Наибольшим видовым разнообразием отличались СШосега Лидирующей группой по численности были веслоногие рачки, которые составляли до 67,3 % численности всех животных Наиболее многочисленны были эвригалинные виды Количество пресноводных видов было незначительным, в основном они присутствовали в северной части участка

3 В составе донной фауны на участке «Центрально-Каспийский» было определено 47 таксонов Самой многочисленной группой были ракообразные

- 31 вид На долю червей приходилось 7 таксонов, моллюсков - 9 Основу количественных показателей бентофауны составляли моллюски (44% общей численности, 96% общей биомассы)

4 Результаты оценки сапробности по фитопланктону показали, что воды участка «Центрально-Каспийский» могут быть охарактеризованы как умеренно загрязненные (индекс сапробности вод на участке был равен 1,81

- Р - мезосапробная зона) По результатам биотестирования наиболее загрязненные воды отмечены южнее банки Средняя Жемчужная и в западной части участка - в прибрежной зоне г Махачкалы и г Дербента, куда сбрасываются сточные воды

5 В пробах воды, отобранных в районах Дагестанского побережья и на севере участка, наблюдалось увеличение значений БПК5, что указывает на повышенное содержание нестойкого органического вещества Возможно, что отмеченное токсическое действие воды на тест-организмы было обусловлено гидрохимическими процессами

6 Исследование токсичности бурового раствора и бурового шлама показало отсутствие острой токсичности для планктонных и бентосных организмов при концентрации 0,5 г/л Токсическое действие отходов бурения на планктонные и бентосные организмы проявляется при достаточно большой концентрации (2,0-10,0 г/л), которая достижима в зоне прямого воздействия залповых сбросов буровых отходов

7 Судя по экспериментальным данным, в случае сброса отходов в морскую среду их негативное влияние на гидробионтов, обусловленное вымыванием из бурового шлама токсичных соединений, будет проявляться в виде нарушения местообитаний донных животных (моллюсков) и изменения функциональной активности организмов (интенсивности фильтрации) в непосредственной близости от точки сброса

Список опубликованных работ

1 Татарников В О , Зорникова О.И Влияние геохимического барьера «река-море» и температуры воды на динамику нестойких органических загрязняющих веществ // Материалы II Международной заочной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов», Элиста, 31 мая 2004 С 166-169

2 Татарников В О , Зорникова О.И Динамика содержания железа в различных типах вод Северного Каспия // Вестник БГТУ им В Г Шухова, № 8, 2004, Материалы II Международной научно-практической конференции «Экология образование, наука, промышленность и здоровье», ч IY, С 183185

3 Островская Е В , Зорникова О.И , Монахова Г А Нефтяное загрязнение Каспийского моря // Материалы II Международной заочной научной конференции «Проблемы сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов», Элиста, 31 мая 2004 С 154-156

4 Безродный Ю Г , Курапов А А , Зорникова О.И , Монахов С К Освоение нефтегазовых месторождений и охрана окружающей среды Северного Каспия специальные экологические и рыбохозяйственные требования // Современные технологии мониторинга и освоения природных ресурсов южных морей Материалы международного семинара (15-17 июня 2005 г, г Ростов-на-Дону) С 19-21

5 Ныров Д А , Монахов С К, Попова Н В , Зорникова О.И Использование балансового подхода для оценки потенциалов загрязнения и очищения морских вод // Современные технологии мониторинга и освоения природных ресурсов южных морей Материалы международного семинара (1517 июня 2005 г, г Ростов-на-Дону) С 118 - 120

6 Татарников В О , Островская Е В , Монахов С К , Курапов А А, Зорникова О.И Метод и технология выявления локальных зон очищения и загрязнения вод на устьевом взморье Волги // Современные технологии мониторинга и освоения природных ресурсов южных морей Материалы международного семинара (15-17 июня 2005 г, г Ростов-на-Дону) С 141 - 143

7 Монахов С К , Делия С В, Курапов А А , Зорникова О.И. и др Экологическая оценка загрязнения западной части Северного Каспия нефтяными углеводородами Атлас Астрахань, 2005, 52 с.

8 Курапов А А , Зорникова О.И. Татарников В О, Монахов С К , Штунь С Ю Особенности загрязнения устьевого взморья Волги нефтяными углеводородами по данным производственного экологического мониторинга //Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, 2006, №11, С 8795

9 Татарников В О, Веремеенко О В , Зорникова О.И. О загрязнении различных типов вод Северного Каспия // Астраханский мир науки, 2006, № 1, С 36-44

10 Киселев А В , Зорникова О.И , Монахов С К Особенности состояния морской среды и организация производственного экологического мониторинга на месторождении «Хвалынское» // Материалы международной научно-технической конференции «Геология, ресурсы, перспективы освоения нефтегазовых недр Прикаспийской впадины и Каспийского региона», Россия, Москва, 18-20 сентября 2007 года

11 Татарников В О , Зорникова О.И Состав и трансформация хло-рорганических пестицидов на устьевом взморье Волги // Сборник статей V Международной научно-практической конференции «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России», Пенза, 2007, с 232-235

12 Татарников В О , Веремеенко О В , Зорникова О.И Нафталин и его производные в различных типах вод Северного Каспия // Материалы второй международной конференции молодых ученых и специалистов «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей», 11-13 апреля, 2007 г Астрахань - с 102-103

13 Курапов А А , Зорникова О.И , Монахов С К Оценка воздействия строительства поисково-оценочной скважины на морскую среду по данным производственного экологического мониторинга веществ II Астраханский мир науки, 2007, №1 (2), С 78-82

14 Островская Е В , Татарников В О , Монахов С К , Зорникова О.И Диагностика типов вод Северного Каспия по содержанию и распределению загрязняющих веществ // Астраханский мир науки, 2007, №1 (2), С 83-87

Отпечатано в ООО «Центр оперативной полиграфии» 414000, г Астрахань, ул Свердлова, д 90 Тел (8512) 30-72-58 Подписано в печать 21 05 2008 г Печать цифровая Тираж 100 экз Заказ № 142 Отпечатано с материалов заказчика