Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Эколого-геологический мониторинг подземного захоронения отходов в солянокупольных областях

ВАК РФ 04.00.24, Экологическая геология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Омельченко, Николай Семенович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПОЛИГОНА

ЗАХОРОНЕНИЯ

1.1. Геоморфологические условия.

1.2. Стратиграфия.

1.3. Тектоника

1.4. Гидрогеологические условия 13 1.5 Физико-механические свойства грунтов

1.6. Современные геологические процессы и явления

1.7. Сейсмичность

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ В СОЛЯНОКУПОЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ОБЪЕКТЫ ТЕХНОГЕНЕЗА

2.1 Современные движения соляных структур.

2.2 Влияние движения соляных структур на окружающую среду

2.3 Разломы и трещиноватость надсолевого комплекса

2.4 Влияние соляных структур на подземные техногенные объекты

2.5 Математическое моделирование движений соляных структур

ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИГОНА 50 4. ОЦЕНКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОБЪЕКТОВ ПОЛИГОНА С ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДОЙ КАК ОСНОВА КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

4.1 Оценка возможных воздействий Паромненской соляной структуры на полигон закачки. 62 4.1.1 Обоснование расчетной схемы

4.2 Распространение жидких отходов в вертикальном и горизонтальном направлениях 78 4.2.1 Распространение стоков в вертикальном направлении.

4.3 Перетоки жидких отходов по затрубью и межтрубью скважин

4.4 Фильтрация жидких отходов в грунт из прудов накопителей и других сооружений.

4.5 Техногенная сейсмичность

ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И ПРОГРАММА МОНИТОРИНГА

5.1 Структура эколого-геологического мониторинга.

5.2 Геодинамический мониторинг современных тектонических движений Паромненской соляной структуры

5.3 Мониторинг вертикальной и горизонтальной миграции жидких отходов

5.4. Мониторинг межтрубной и затрубной циркуляции.

5.5. Гидрогеологический мониторинг в районе прудов накопителей

5.6. Контроль закачиваемой жидкости

5.7. Сейсмический мониторинг

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 143 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ:

Введение Диссертация по геологии, на тему "Эколого-геологический мониторинг подземного захоронения отходов в солянокупольных областях"

Актуальность работы. Полигоны захоронения жидких отходов в глубокие водоносные горизонты являются объектами повышенного экологического риска; в особенности риск возникает при их размещении в солянокупольных областях (Гольдберг, 1995). Это связано с современными движениями соляных структур, способными, с одной стороны нарушить герметичность тектонических разломов, и с другой стороны привести к авариям скважин, что в конечном счете может вызвать загрязнение водоносных горизонтов над пластом-коллектором и привести к общему загрязнению окружающей среды.

Вместе с тем возникают ситуации, когда подземное захоронение не имеет альтернатив, в особенности в условиях Прикаспийской впадины с плоским рельефом и неглубоким залеганием грунтовых вод, не позволяющим создавать достаточно крупные поверхностные хранилища в естественных понижениях местности. Об этом свидетельствует опыт создания ряда поверхностных хранилищ вблизи г. Волгограда, где загрязнены грунтовые и поверхностные воды и атмосфера на площади 720 км2, и вблизи г. Волжского, где площадь загрязнения равна 252 км2.

Поэтому полигоны подземного захоронения в Прикаспии используются и продолжаются строиться на Оренбургском, Карачаганакском и Астраханском газокон-денсатных месторождениях, а также на объектах химической промышленности, в частности завода «Волжский Оргсинтез».

Повышенные требования к обеспечению экологической безопасности наряду с расширением существующих представлений о влиянии солянокупольной тектоники на природные и техногенные объекты обусловили необходимость радикальной модернизации стандартной системы контроля процессов, происходящих при закачке промстоков и ее научного обоснования.

Цель работы. Разработка общей концепции и научно-методических подходов к проблеме комплексного эколого-геологического мониторинга захоронения жидких отходов в глубокие водоносные горизонты в солянокупольных областях и их реализация на примере полигона закачки жидких отходов завода «Волжский Оргсинтез».

Основные задачи исследований:

• анализ современных движений земной коры в солянокупольных областях и их влияния на геологическую среду и объекты техногенеза;

• оценка особенностей геологической среды полигона захоронения; 5

• анализ взаимодействия объектов полигона захоронения с геологической средой как основа концепции комплексного эколого-геологического мониторинга;

• разработка структуры эколого-геологического мониторинга;

• разработка схемы эколого-геологического районирования полигона;

• разработка программ различных видов мониторинга (геодинамического, газогеохимического, гидрогеохимического, гидравлического, промыслово-геофизического, сейсмического и др.).

Научная новизна и защищаемые положения:

• выполнен анализ комплекса взаимодействий объектов полигона закачки с геологической средой в солянокупольных областях;

• выявлены характер и возможные последствия влияния вертикальных движений солянокупольных структур на буровые скважины;

• разработана концепция комплексного эколого-геологического мониторинга захоронения промстоков в солянокупольных областях, его структура и программа различных видов мониторинга.

Практическая ценность. На основе детальной характеристики инженерно-геологических условий полигона, включая геологическое строение, гидрогеологические условия, состав и физико-механические свойства грунтов и современные геологические процессы ( в том числе современные движения земной коры и сейсмичность):

• разработана программа комплексного эколого-геологического мониторинга на территории полигона закачки жидких промышленных отходов ОАО «Волжский Орг-синтез»;

• разработана схема эколого-геологического районирования территории как основа наблюдательной сети;

• определена конфигурация наблюдательной геодезической сети, конструкция центров пунктов инструментальных наблюдений и схема их размещения на полигоне. Разработана программа наблюдений (включая спутниковые) для исследования современных вертикальных и горизонтальных движений Паромненской соляноку-польной структуры.

Выполненные исследования могут найти широкое применение при разработке проектов полигонов захоронения жидких отходов в солянокупольных областях для предприятий химической, газо - и нефтеперерабатывающей промышленности в других регионах России и за рубежом. 6

Реализация работы. Основные выводы работы широко использованы в проекте промышленной эксплуатации полигона по закачке жидких отходов ОАО «Волжский Оргсинтез», при создании сети геодезического полигона, проведении нивелирования, спутниковых наблюдений и других видов мониторинга.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и были представлены на научно-технических конференциях ВолгГАСА (1998-1999), на Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность городских теплоэнергетических комплексов» (Волгоград, 1999), Международной научно-практической конференции «Город, экология, строительство» (г. Каир, Египет, 1999), экологических чтениях Волгоградского отделения Российской Экологической академии (Волгоград, 1999), чтениях в Волгоградском областном обществе краеведов (1999).

Публикации: Основное содержание работы опубликовано в 10 статьях.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем 141 страница. Работа иллюстрирована 37 рисунками и содержит 25 таблиц. Список литературы включает 137 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Экологическая геология", Омельченко, Николай Семенович

5.7.3. Основные результаты, отчетные материалы

Основными результатами сейсмического мониторинга могут являться: обеспечение полного контроля сейсмического режима полигона закачки и прилегающих территорий; определение наличия или отсутствия корреляции или причинной связи закачки жидких промышленных отходов и возможных изменений сейсмического режима.

Отчетными материалами будут являться :

1. Карта пространственного и временного распределения эпицентров возможных сейсмических событий

2. Карта пространственных вариаций характеристик сейсмических шумов по пунктам измерений.

3. Таблицы временных вариаций характеристик сейсмических шумов.

4. Графики спектрально- временного анализа сейсмических шумов.

5. Отчеты и рекомендации по проводимым наблюдениям.

143

ГЛАВА 6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕ

СКОГО МОНИТОРИНГА

Концепция мониторинга и рабочие программы большинства видов мониторинга практически реализованы: создан геодинамический полигон и проведены первые измерения вертикальных и горизонтальных деформаций земной коры; продолжается гидрогеохимический мониторинг по наблюдательным и контрольным скважинам за перемещением фронта закачиваемых отходов в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также мониторинг фильтрации отходов из прудов-накопителей мониторинг межтрубной и затрубной циркуляции и контроль закачиваемой жидкости в скважины; расширяется сеть сейсмического мониторинга.

Наибольший интерес представляют результаты измерений вертикальных и горизонтальных деформаций земной коры, выполненных Институтом физики Земли РАН в 1999 году [122].

Нивелирование.

Трасса нивелирования проходила вокруг завода Оргсинтез, включает репера 4Р, База, 7,4, ЛЭП, 14П, 1,2,2А,3 и имеет длину 7 км (рис. 36.).

Методика нивелирования II класса повышенной точности заключается в выполнении измерений способом совмещений с точностью, характеризующейся средней квадратичной ошибкой г|км уравненного превышения [г|Ср]кМ в ходе длиной 1 км не более 0,8 мм, а превышения на станции - 0,3 мм. Допустимая невязка в замкнутом ходе оценивается по выражению 5-VZ где L - длина хода в км. Нивелирная трасса прокладывалась по двум парам переходных точек в одном направлении.

Длина визирного луча от прибора до рейки составляла не более 40 м. Неравенство расстояний от нивелира до реек не превышало 0,5 м, а накопление в секции не более 1 м.

Первая эпоха измерения выполнялась 14-18 августа 1998 г., вторая эпоха - 2427 апреля 1999 г. Ведомость превышений между пунктами приведена в табл. 23.

К сожалению, линии нивелирования, выполненного ИФЗ, не охватили территории Восточно-Паромненской мульды, что могло бы дать более контрастные результаты (рост привершинной части купола и погружение мульды). Тем не менее данные нивелирования по линии реперов 014Р - 1 - 2 - 2а - 3 - 4Р - RpO (BASE) вполне соответствуют геологическому строению территории (см. рис. 1 и 23). В западной склоновой части Паромненской структуры (Rp1) наблюдается слабый подъем на 2,1 мм, который сменяется устойчивым подъемом в привершинной части купола (Rp2, 2а и

144

3) на 4,8-5,9 мм. А репера 4Р, 7 и 0, расположенные за разломом на склоне Восточ-но-Паромненской мульды испытывают опускание (-1,7-3,4 мм). Наибольший градиент движений зафиксирован между РрЗ и КрО по разные стороны разлома, величина которого составляет 7,6 мм (рис. 36).