Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование и развитие ореолов загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов (На примере Ташлакского участка Алтыарык-Бешалышского месторождения подземных вод)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование и развитие ореолов загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов (На примере Ташлакского участка Алтыарык-Бешалышского месторождения подземных вод)"

Государственный комитет по геологии и минеральным ресурсам Республики Узбекистан Государственное гидрогеологическое предприятие "Узбекгидрогеология" Институт пщрогеологии и инженерной геологии (ГИДРОИНГЕО) ^ им. О. К. Ланге

N #

4 На правах рукописи

УДК 550.424:556.3

Абдуллаев Ботиржон Дадажонович

ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ОРЕОЛОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ВОД МАСЛЯНЫМИ ФОРМАМИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

(На примере Ташлакского участка Алтыарык-Бешалышского месторождения подземньк вод)

04.00.06 - гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Ташкент - 1998

Работа выполнена в институте Гидрогеологии и инженерной геологии (ГИДРОИНГЕО) им. О. К. Ланге ГГП "Узбекгидрогео-логия" Государственного комитета по геологии и минеральным ресурсам республики Узбекистан

Научный руководитель кандидат геолого- минерало-

гических наук В. В. Сергеев

Официальные оппоненты : доктор геолого-минерало-

гических наук Р.И.Гольштейн кандидат геолого-минералогических наук Н.М.Умаров

Ведущее предприятие: Институт геологии и разведки нефтяных и газовых месторождений (ИГТНИГМ) АК "Узбекнефтегаз" республики Узбекистан

Защита состоится Мс^тся 1998 г. в 10 часов на заседании специализированного Совета Д 071.01.01 при институте гидрогеологии и инженерной геологии (ГИДРОИНГЕО) ГГП "Узбекгидро-геология" государственного комитета по геологии и минеральным ресурсам республики Узбекистан по адресу: 700041, г.Ташкент, ул.Н.Ходжибоева,64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института ГИДРОИНГЕО

Автореферат разослан " ¿5 " 1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

Актуальность темы. Интенсивное экономическое развитие республики Узбекистан предопределяет постоянное увеличение потребления нефтепродуктов. Обладая определенными запасами углеводородного. сырья, республика постоянно наращивает объемы его переработки, обеспечивая топливно-энергетическую независимость. Однако широкое использование нефтепродуктов влечет за собой неблагоприятные экологические последствия. Потери нефти и продуктов ее переработки, происходящие на нефтепромыслах, нефтеперерабатывающих заводах, нефте- и продуктопроводах, нефтебазах, заправочных станциях и других объектах народного хозяйства, сопровождаются загрязнением геологической среды и, в частности, пресных подземных вод. В условиях засушливого климата Средней Азии за счет пресных подземных вод, главным образом, решаются проблемы питьевого водоснабжения населения. Они являются одним из важнейших объектов природоохранной деятельности. Поступление же в водоносные горизонты нефтепродуктов влечет за собой развитие процессов загрязнения и, как результат, вывод из строя значительных участков месторождений пресных подземных вод. Помимо этого в очагах загрязнения подземных вод и грунтов нефтепродуктами в результате испарения, биологического и химического разложения образуются токсичные и взрывоопасные газы, которые могут вызывать отравления и гибель людей. Вышеизложенное поставило охрану подземных вод от загрязнения нефтепродуктами в ряд наиболее актуальных проблем, требующих безотлагательного решения.

Объектом исследований является участок Алтыарык- Беш-алышского месторождения подземных вод, подверженный влиянию Ферганского нефтеперерабатывающего завода, занимающий левобережье Бешалышсая (Исфайрамсая) от северной оконечности Киргулийского адыра до периферии его конуса выноса.

Цель и задачи. Цель работы - исследование особенностей формирования и развития ореолов масляных форм- нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод, развитых в пределах конусов выноса.

В соответствии с целевой направленностью формулируются основные задачи исследований:

1. Усовершенствовать методические основы гидрогеологического исследования очагов загрязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов;

2. Разработать приемы гидрогеологического прогнозирова-

ния процесса загрязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов.

На защиту выносятся:

I. Особенности формирования и развития ореолов масляных форм нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод конусов выноса в условиях макронеоднородности вмещающей среды:

-В стационарных областях ореолов загрязнения максимальные слои нефтепродуктов фиксируются не перед литологическими барьерами, а в пределах участков распространения. наименее проницаемых отложений - т.е. в самих барьерах. Отмечается обратно пропорциональная зависимость между мощностью слоя нефтепродуктов и проницаемостью отложений;

-Зоны распространения мелкоземов подобно губке аккумулируют нефтепродукты и удерживают их даже на участках со значительными уклонами зеркала грунтовых вод. При наличии мощных слоев нефтеотдача мелкоземов незначительна;

-Основные объемы нефтепродуктов, которые могут быть эффективно извлечены из водоносного горизонта, располагаются не в пределах участков с максимальными фиксируемыми слоями, а в пределах зоны распространения наиболее проницаемых отложений, где слои незначительны;

-Фильтрационная неоднородность отложений в плане и разрезе может вызывать несовпадение направлений развития ореолов масляных и растворенных форм нефтепродуктов.

2. Способ прогнозирования развития ореолов загрязнения -определение скоростей и путей миграции нефтепродуктов на основе их связей с геофизической (ВЭЗ) информацией о пространственном распределении литолого-гранулометрического состава вмещающей среды (р*).

' Методика исследований включает:

-анализ и обобщение опубликованных и фондовых материалов по рассматриваемому вопросу, а также о гидрогеологических условиях района, процессах и проявлениях за1рязнения;

-использование метода пластики рельефа;

-комплекс полевых исследований (изучение режима уровней, мощностей слоя , нефтепродуктов и качественного состава грунтовых вод, бурение скважин, опытно-фильтрационные работы, вертикальное электрозондирование, термометрические наблюдения и пр.);

-структурную дифференциацию водоносного горизонта пс

материалам бурения и теофизики;

-использование аналитических и статистических (с привлече-теем ЭВМ) методов для поиска закономерностей протекающих 1роцессов загрязнения.

Научная новизна выполненных исследований усматри-заетсяв:

-изучении влияния макронеоднородности вмещающей среды т формирование и развитие ореолов загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов;

-обосновании применения геофизических данных для анализа л прогноза формирования ореола загрязнения подземных вод мас-чяными формами нефтепродуктов в пространстве и во времени.

Практическая ценность работы определяется:

1. Разработанной методикой изучения очагов загрязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов, включающей:

-комплекс прямых и косвенных методов изучения процессов 5а1рязнения;

-методические приемы прогнозирования развития ореолов загрязнения.

2. Подготовкой информационной базы для гидрогеологического обоснования локализационно-ликвидационных работ на Гашлакском участке.

Реализация результатов. Основные результаты диссертации использованы для гидрогеологического обоснования и строительства II очереди системы локализации загрязнения на Таш-пакском участке Ферганской области (в 1998 г. намечен ее пуск в промышленную эксплуатацию).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международном симпозиуме "Гидрогеологические процессы и эволюция ресурсов подземных вод аридной зоны" (Ташкент, 1996 г.), научно-технических конференциях "Проблемные вопросы по экологии и охране окружающей среды в нефтегазовой отрасли и пути их решения" (Бухара, 1995 г., Ташкент, 1997 г.),.заседаниях Ученого Совета института ГИДРОИНГЕО государственного геологического предприятия "Узбекгидрогеология" (1997 г.).

Публикация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 4-* статьях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит

из введения, 5 глав и заключения, общим объемом 166 стр. машинописного текста, иллюстрированных 31 рисунком и 3 таблицами. Список литературы включает 112 наименований.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории методики изучения и технологии защиты подземных вод от загрязнения института ГИДРОИНГЕО ГГП "Узбекгидрогеология", где соискатель работает с 1992 г. '

Научное руководство осуществлялось кандидатом геолого-минералогических наук В. В. Сергеевым, доктором геолого-минералогических наук | В. Г. Самойленко] . Соискатель считает своим долгом поблагодарить за помощь, оказанную при работе над диссертацией и обсуждении ее результатов сотрудников института ГИДРОИНГЕО: директора, к. г. -м. н. P.A. Ниязова, к. т. н. Н.Т. Тахирова, д. г.-м.н. Н.И. Еникеева, к. г. н. Н.И. Сабитову, д. т. н. И.Х. Хабибуллаева, к. г. -м. н. Ш.Х. Абдуллаева, к. г. -м. н. П.П. Нагевича; сотрудников Ферганской ГГЭ ГГП "Узбекгидрогеология": Т.Я. Авулчаева, Ю.И. Тарасова; заместителя главного инженера ГПО "Узнефтепереработка"Р.М. Хасанова.

Содержание работы.

Глава. I. Условия формирования подземных вод конуса выноса р. Бещалышсай Условия формирования грунтовых вод конуса выноса р. Бешалышсай изложены в работах В.А. Гейнца, С.Ш Мирзаева, М.М. Махкамова, Д.Г. Калиа;шди, Т.Я. Авулчаева, Д.К. Каю-мова, Ю.И. Тарасова и др., где отмечается, что основной водо-вмещающей средой, сосредоточивающей значительные запасы воды, являются четвертичные отложения. Четвертичный комплекс представлен аллювиально-пролювиальными' отложениями древних и современных рек. В нем выделяются водоносные горизонты нижнечетвертичных (Q0, среднечетвертичных (Qu) и верхнечетвертичных (Qui) отложений. Водоносный горизонт современных отложений (Qiv) не имеет регионального распространения и выделяется узкими полосами лишь вдоль русел саев и рек.

Нижнечетвертичный водоносный горизонт распространен повсеместно. В головной части конуса выноса водовмещающими породами являются галечники и слабосцементированные конгломераты. Подземные воды безнапорные, уровни воды идентичны уровням среднечетвертичных и верхнечетвертичных водоносных горизонтов. По мере движения от адыров на север подземный

поток, заключенный в нижнечетвертичных отложениях, приобретает напор. Коэффициенты фильтрации изменяются от 15,2 до 0,64 м/сут.

Среднечетвертичный водоносный горизонт развит повсеместно, перекрыт верхнечетвертичным, и составляет с ним единую водоносную толщу. Водосодержащими породами являются, в основном, валунно-галечники и галечники с песчано-гравийным заполнителем. Коэффициенты фильтрации изменяются от 20 до 60 м/сут. Уровни воды такие же, как и в верхнечетвертичном.

Верхнечетвертичный водоносный горизонт имеет практически повсеместное распространение. В головной части конуса выноса отложения представлены валунно-галечниками и галечниками с песчанно-гравийным заполнителем. Мощность их составляет 90105 м. В западной части участка вскрываются галечники с глинистым заполнителем, в восточной части заполнителем галечников с включением взлуноз является песок. К периферии конуса выноса однородная толща галечников разделяется на отдельные слои за счет появления в разрезе глин и суглинков. В северном направлении отмечается постепенное увеличение мощности этих слоев и уменьшение мощности галечников. Коэффициенты фильтрации верхнечетвертичных отложений изменяются от 19 до 90 м/сут. К периферии они уменьшаются до 10-15 м/сут.

Основными источниками питания грунтовых вод являются фильтрационные потери из оросительной сети, инфильтрация атмосферных осадков и поливных вод на орошаемых площадях. Наиболее интенсивное питание происходит, в основном, в головных частях конуса выноса. Разгрузка грунтовых вод происходит за счет выклинивания в искусственные дрены - з периферийной части и оттока за пределы района.

Уровни грунтовых вод залегают аа глубинах от 40- 45 м з южной, вершинной части, до 3,0- 0,5 м - в северной на границе с периферией. Амплитуда колебаний УГВ от 10 -12м - на юге, до 1,52 м - на севере. Минерализация грунтовых вод изменяется от 0,4 до 1,2 г/л, общая жесткость составляет 15- 19мг- экв/л. Тип воды сульфатно-гндрокарбонатный, кальциево-магниевый.

Сезонная .изменчивость уровней грунтовых вод характеризуется в основном интенсивным подъёмом с апреля по июль и замедленным спадом с августа- сентября по март.

Глава 2. Состояние изученности проблемы

Интенсивное развитие народного хозяйства требует самого широкого использования различных типов нефтепродуктов. На всех этапах прохождения нефти и нефтепродуктов от участков добычи и переработки до потребителей в результате аварий, нарушений технологии или халатности происходят их постоянные потери. Наибольшее количество нефтепродуктов теряется с нефтебаз, крупных заправочных станций. Крупнейшими объектами постоянных потерь нефти и нефтепродуктов являются нефтепромыслы и нефтеперерабатывающие заводы. Серьезные случаи потерь происходят при транспортировке нефти и нефтепродуктов.

В результате происходящих утечек и последующей фильтрации в водоносные горизонты происходит загрязнение подземных вод, которое может проявляться как на локальном, так и на региональном уровнях (А.П. Бухтияров, JI.C. Устинова, 1971; L. Zilliox, Р. Müntzer, 1977; В. Пеликан 1983; D. Lamas, L. Huijat, 1983; В.М. Гольдберг, С. Газда, 1984; М. М. Махкамов, 1990; Н.И. Еникеев, 1991, 1993, 1995; В.В. Сергеев, 1993, 1995 и др}

Актуальность проблемы загрязнения подземных вод нефтепродуктами явилась причиной пристального внимания к ней исследователей во многих странах мира. В последние годы в печати появилось большое количество публикаций, посвященных изучению процессов связанных с углеводородным загрязнением геологической среды. Наиболее обширный материал по загрязнению подземных вод нефтепродуктами представлен в работах В. Пеликана (1975, 1978, 1983, 1984); Т. R. Harper (1976); Н. Schmidt, О. Heimann (1977); J. Sumbal (1978); Л. Зилиокса (1978, 1982, 1984); -В.М. Гольдберга (1978, 1984); Ж. Фрида (1979); Ю. С. Бута (1979); В.М. Гольдберга, С. Газда (1984), Я. Шовма (1984); М.М. Махка-мова (1990); В. М. Лукьянчикова (1990,1991); В.А. Мироненко, Н.С. Петрова (1995) и многих других исследователей.

На основе обзора литературных и фондовых источников показано, что: - .

1. Поступление нефтепродуктов в геологическую среду влечет за собой формирование долговременных очагов загрязнения, характеризуемых насыщением пород сорбированными их формами, формированием развивающихся линз масляных форм на поверх-' кости грунтовых вод, интенсивной миграцией растворенных форм

с потоком подземных вод, а также образованием горючих, и токсичных газообразных продуктов. Ликвидация сформировавшихся очагов загрязнения должна предусматривать, в первую очередь, устранение масляных форм нефтепродуктов с поверхности грунтовых вод.

2. Формирование ореолов загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов является сложным процессом и определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются физико-химические свойства этих веществ и геолого-гидрогеологические условия среды миграции. Выводы многочисленных исследований по оценке роли этих факторов в развитии процесса загрязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов часто базируются на лабораторных экспериментах, результаты которых не всегда соответствуют природно-техногенным условиям на объектах.

■ 3. Используемые методические приемы изучения очагов загрязнения подземных вод нефтепродуктами, включающие газовую съемку, бурение скважин, режимные наблюдения, геофизические работы дают хорошие результаты при выявлении и оценке масштабов загрязнения, в то же время методика детальных исследований закономерностей развития процесса загрязнения для гидрогеологического обоснования эффективных водоохранных мероприятий недостаточно отработана. ..

4. Математическое отображение процесса загрязнения подземных вод масляными-формами нефтепродуктов базируется на детерминированных моделях, дающих неплохие результаты при прогнозировании миграции растворенных в воде загрязняющих ингредиентов. В случае с масляными формами нефтепродуктов (придвижении в пористой среде контактирующих жидкостей различной плотности и вязкости) использование этих моделей вызы-вает.затруднение. Трудности учета реальных гидрогеологических условий и недостаточная изученность процесса миграции существенно осложняют решение конкретных прогностических задач, обусловливают необходимость схематизации природной обстановки и упрощения дифференциальных уравнений, реализующих модельные представления. В 'сложных гидрогеологических условиях, характеризуемых ярко выраженной неоднородностью среды миграции, осреднение фильтрационных параметров и проницаемости отложений часто оказывается недопустимым.

5. Закономерности формирования и развития ореолов за-

грязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов являются наименее изученными в практике гидрогеологических исследований экологического характера. Возрастающие масштабы загрязнения и сложности протекающих процессов ориентируют научные исследования на разработку более современных методов их изучения, прогнозирования и обоснования водоохранных мероприятий.

Глава 3. Характеристика современного уровня загрязнения нефтепродуктами подземных вод Бешалышского конуса выноса

Изучением загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами в пределах конуса выноса Бешалышсая в различные периоды (1976-1996г.г.) занимались М.М. Махкамов, Т.Я. Авулчаев, В.Г Самой-ленко, Б.К. Слепцов, Ю.И. Тарасов, Г.Л. Григорова, Г.В. Перевозчиков, В.В. Сергеев, Н.И. Еникеев, Б.Д. Абдуллаев и др. Исследованиями последных лет (В.В. Сергеев, Н.И. Еникеев, Б.Д. Абдуллаев и др., 1996) были определены современные параметры ореола загрязнения грунтовых вод нефтепродуктами, а также выявлены основные тенденции его развития. .

Изучение площади распространения масляных форм нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод осуществлялось путем замеров толщины их слоя по 55 наблюдательным' скважинам, а также 19 нефтезаборным скважинам системы локализации загрязнения. Помимо режимных наблюдений по скважинам, для этой цели использовались также результаты ручного бурения и электроразведочных работ методом ВЭЗ-ВП.

На основе сопоставления материалов интерпретации режимных наблюдений и электроразведочных работ выделены современные (на конец 1996 г.) границы ореола загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов. В его пределах выделяется собственно линза нефтепродуктов (с постоянными слоями) и зона их выноса с территории Ферганского нефтеперерабатывающего завода (где слои отмечаются периодически). Фронтальная граница ореола, расположенная в пределах линии,: пролегающей между поселками Конзор, Яккаут и Садда, Кошкуприк, представлена двумя "языками". Длина ореола составляет 4,5 км, максимальная ширина -2,1 км: Общая площадь ореола (с зоной выноса нефтепродуктов с территории ФНПЗ) составляет около 4,5 км2. В пределах контуров ореола выделены две зоны стабильно значительных слоев нефтепродуктов- в тыловой и фронтальной его частях. В этих зонах независимо от сезона года и положения УГВ фиксируются

слои нефтепродуктов превышающие 0',5 - 1,0 м. Глубины залегания слоя нефтепродуктов от поверхности земли изменяются от 45-50 м в пределах ФНПЗ до 0,5 - 1 м в пределах фронтальной зоны. В результате капиллярного всасывания, при благоприятных условиях, нефтепродукты могут втягиваться з грунты намного выше положения их уровня в скважинах.

Площадь загрязнения грунтовых зод растворенными формами нефтепродуктов, в связи с интенсивным 'движением потока-носителя, значительно превышает площадь распространения их масляных форм и составляет в пределах исследуемого участка около 8 км2. Растворенные нефтепродукты фиксируются в потоке грунтовых вод на глубинах более 150 м в концентрациях от 0,4 до 3,8 мг/л. В приповерхностном слое грунтовых вод, контактирующем с нефтепродуктами концентрации их -растворенных форм достигают 40 и более мг/л.

Максимальная ширина ореола загрязнения грунтовых зод растворенными формами нефтепродуктов отмечается з пределах линии пролегающей через поселки Конзор и Яккаут. Здесь его ширина составляет 2,4 км. Далее происходит его сужение до 0,9 км.

На основе полученных материалов построена карта загрязнения грунтовых вод Бешалышского месторождения нефтепродуктами, на которой показаны контуры ореолов распространения их масляных и растворенных форм, изолинии мощностей слоев нефтепродуктов.

Загрязнение '• подземных зод нефтепродуктами помимо увеличения их содержания в водах'и роста мощностей слоя .масляной фазы приводит к глубокому преобразовал™ химического яоетав'а вод - изменению окпслителыю-восстаттсплтелъного потенциала, содер-плий сульфатов, питрато? и кислорода. Характер произошедших изменений позволяет судить о факте нефтяного загрязне-. ния подземных вод и пород, его зкачител^пости и длшетьност:: воздействия. Выявленные закономерности площадного измегггипя химического состава подземных вод использованы для уточнения современного положения фронтальной части ореола нефтепродуктов и генерального направления его движения к зоне выклинивания. По результатам геофизических работ, режимных наблюдений и гидрогеохимического опробования на территории исследованного участка Бешалышского конуса выноса выделены два преимущественны« направления движения подземных вод и нефтепродуктов- северо-западное - для верхней части водоносной^ горизонта и

северо-восточное - для более глубоких его частей,

В конце июля 1996 г. на фронтальной границе ореола был зафиксирован факт выклинивания нефтепродуктов в ороситель Варзык, а также появление пятен нефтепродуктов на поверхности земли, что явилось свидетельством внедрения нефтепродуктов в зону неглубокого залегания уровней грунтовых вод. Выклинивание нефтепродуктов резко ухудшило экологическую ситуацию на участке.

Глава 4. Анализ условий загрязнения подзелшых вод нефтепродуктами Глава посвящена анализу значимости факторов, влияющих на миграцию и накопление нефти и нефтепродуктов в подземных водах. Теоретический и практический интерес в этой области представляют работы В.М. Гольдберга, С. Газды, В. Пеликана, Я. Шо-лма, В.А. Мироненко, Л.Г. Лукьянчиковой и других, отмечающих, что процесс миграции нефтепродуктов определяется внутренними и внешними факторами. К внутренним относятся физико-химические свойства этих веществ, которые определяют формы миграции и характер развития загрязнения, к внешним- геолого- гидрогеологические условия среды миграции. -

Главными физико-химическими свойствами нефтепродуктов являются плотность, вязкость, температура кипения, растворимость, сорбируемость, способность к химическому окислению и биодеструкции, взаимодействию с другими органическими веществами. Характеристики этих свойств приводятся по В. М. Гольдбергу, С. Газда (1984), Я. Шовме, В. Пеликану (1984). Нефтепродукты, загрязнившие грунтовые воды на Ташлакском участке и фиксируемые в виде слоя различной мощности, представлены преимущественно легкими фракциями нефти- бензином (до 75%) и дизельным топливом (до 20- 25% объема). В незначительных количествах в смеси присутствуют различные масла и смолистые вещества- продукты окисления нефтепродуктов. Плотность этой смеси в среднем 0,77 г/см3, вязкость - 5^ 15 мм/с (Б.К. Слепцов и др., 1991 г.). Подвижность этой смеси в хорошо проницаемых отложениях довольно высока.

Существенное влияние на миграцию нефтепродуктов оказывает литологический состав пород и гидрогеологические условия водоносного горизонта. За1рязнение грунтовых вод масляными и растворенными формами нефтепродуктов у ФНПЗ развивается в пределах конуса выноса р. Бешалышсая, который является классичес-

ким конусом выноса, в пределах которого хорошо проницаемые валунио-галечникозые отложения головной части на его периферии замещаются слабопроницаемыми песками, супесями, суглинками и глцнами. При этом тело конуса выноса, выполненное грубообломочным материалом, представляется довольно однородным, характеризующимся высокой фильтрационной проницаемостью отложение. В этих условиях накопление значительных слоев нефтепродуктов следовало ожидать у периферии конуса выноса - там, где галечники замещаются мелкоземами. Однако, как отмечалось в тыловой- южной части ореола, где уклоны зеркала грунтовых вод значительны, так же выделен участок, характеризуемый значительными слоями. При проведении предыдущих исследований (Ю.И. Тарасов и др., 1989, Б.К. Слепцов и др., 1939, 1991, Г.Л. Григорова и др., 1991) образование участков со значительными мощностями слоя нефтепродуктов объяснялись наличием литолопггескнх барьеров- т.е. появлением на пути дзижущнхел нефтепродуктов слабопроницаемых отложений предопределяющих процесс накопления у их границы. Анализ карт относительной проницаемости отложений па срезы, характеризующие интервал миграции и накопления нефтепродуктов (построенных на основе интерпретации материалов ВЭЗ) показывает, что действтгг.олыю, з водоносном горизоню существуют линзы и блоки' слпбепроницаемых отложений, которые могут замедлять двия:с::;:е нефтепродуктов. Однако з стац;.парной области ореола (гл;у\;р;; пего)' максимальные слои ки^елродуктов фиксируются не ттеред. литологическим. барьером, а в пределах участков распространения наименее проницаемых о ¿ложешш- т.е. самом барьере,. Т-а начальных стадиях процесса загрязнения, когда фронтальная часть ореола нефтепродуктов подходит к лито логическому бар:.,г»}', действительно может происходить их накопление .у его границы, однако в дальнейшем происходит втягивание нефтепродуктов з толщу слабопроницаемых отложений за счет дейс-.тпия, главным ,образом, капиллярных сил и, з меньшей степени, конвекции. Учитывая повышенную относительно еоды, вязкость нефтепродуктов последние труднее проникают в грунт, однако после проникновения гораздо эффективнее, чем вода, удерживаются грунтом.

Для поиска связи между мощностью слоя нефтепродуктов и проницаемостью вмещающих их отложений использован корреляционный анализ. Ввиду недостаточности данных о результатах пря-

мых оценок проницаемости отложений в корреляционном анализе использовались материалы геофизических исследований методом ВЭЗ. Результаты анализа показали тесную корреляционную связь между мощностью слоя нефтепродуктов и удельным электрическим сопротивлением, характеризующим проницаемость отложений в расчетной точке.

Наличие, максимальных слоев нефтепродуктов в мелкоземах подтверждается результатами ручного бурения в пределах фронтальной части ореола загрязнения. Максимальные слои здесь фиксируются в пределах слабопроницаемых мелкоземов. Зоны их распространения являются аккумуляторами нефтепродуктов- движение последних в них замедляется или практически прекращается, что способствует сокращению интенсивности загрязнении новых, участков водоносного горизонта. •

Проявляющаяся фильтрационная неоднородность существенно осложняет траектории миграции нефтепродуктов и формирование контуров площади их распространения. Движение масляных форм нефтепродуктов хорошо согласуется с направлениями потоковых структур, выделяемых на карте пластики рельефа. Тесная взаимозависимость положения зеркала грунтовых вод от рельефа земной поверхности предопределяет ориентацию движения нефтепродуктов к участкам разгрузки систем потоков, что дает возможность реконструировать прлоцесс формирования линзы нефтепродуктов, а также прогнозировать направления дальнейшего ее развития. Доминирующим направлением выделенных потоков, берущих свой начало от Киргулийского адыра, является северо-западное. В этом же направлении ориентирован и ореол нефтепродуктов. Развитие его фронтальной части согласно карты пластики рельефа будет проходить в направлении пос. Садда и Кошкуприк.

Направление движение растворенных форм нефтепродуктов с потоком грунтовых ,вод на отдельных участках не совпадает с направлением миграции масляных форм на их поверхности. Отслеживанием в пространстве водоносного горизонта выявленной термоаномалии от расположенной рядом с ФНПЗ ТЭЦ (с температурой в ядре 24,7° С) иллюстрируется сложный струйчатый характер фильтрации грунтовых вод. Доминирующим фактором, определяющим направление движения воды с растворенными формами нефтепродуктов, здесь явЛяется фильтрационная неоднородность водовмещающей среды.

Анализ графиков колебаний УГВ и изменений мощностей слоев

нефтепродуктов во времени (за период 1993-1996г.г.) по 55 наблюдательным скважинам выявил различный- характер их взаимосвязей. Сопоставлением результатов геофизических работ и режимных наблюдений подтверждается ведущая роль макронеоднородности водо- и нефтевмещающен среды в формировании этих взаимосвязей. На общий фон колебаний накладываются импульсные увеличения слоя нефтепродуктов, обусловленные утечками на ФНПЗ. Отслеживание импульсных изменений мощностей слоев в скважинах, расположенных на разном удалении от ФНПЗ свиде-г тельстяует о возможностях перемещения от него волны нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод со скоростями до 30 м/сут.

Сравнение результатов выполненных 1993 - 1996 г. режимных наблюдений с материалами ранее проведенных работ выявило тенденцию уменьшения слоев Нефтепродуктов практически по всем скважинам с длительными рядами наблюдений, расположенным в хорошо проницаемых отложениях в пределах адыров, вершинной и центральной частях конуса выноса. Отмеченный факт объясняется сокращением объемов потерь на ФНПЗ, постепенным растеканием, испарением нефтепродуктов, их втягиванием в массивы мелкоземов, а также работой I очереди системы локализации загрязнения.

Глава 5. Прогнозные оценки развития загрязнения подземных вод масляными формами нефтепродуктов Масляные и растворенные формы нефтепродуктов, как наиболее подвижные, обусловливают постоянное расширение масштабов загрязнения. Учитывая это основной задачей прогнозных оценок является определение скоростей их распространения в водоносном горизонте и времени достижения конкретных пунктов.

Миграция растворенных форм нефтепродуктов происходит с потоком подземных еод, в Связи с чем длй ее прогноза приемлемы приемы и математические модели, используемые для прогноза загрязнения различными неорганическими растворенными ингредиентами. Методика такого прогнозирования и оценки расчетных параметров достаточно отработана (Ф.М. Бочовер, Н.М. Лапшин, А.Е. Орадовская, 1959., В. М. Гольдберг, С. Газда, 1984., Ж. Фрид, 1981). В то же время миграция масляных форм нефтепродуктов в пористых средах изучена недостаточно. Уровень многих разработанных математических моделей, описывающих процесс Миграции масляных форм нефтепродуктов особенно в условиях

4 16

макронеоднородности вмещающей среды, является невысоким. Недостаточно отработана методика этого прогнозирования и получения расчетных параметров. В связи с этим, а также учитывая сложности проведения детальных исследований предстаз-' ляет интерес изучение возможностей использования для прогнозных оценок фильтрации масляных форм нефтепродуктов моделей с расчетными параметрами, получаемыми различными косвенными методами, в частности геофизическими.

Располагая данными о плановой, неоднородности площади' распространения загрязненных нефтепродуктами грунтовых вод, можно с определённой степенью Достоверности прогнозировать наиболее вероятные пути (трассы) и скорости их миграции. Характеристика плановой неоднородности литолого-гранулометри-ческого состава натурными данными пробуренных скважин требует очень большого объема полевых работ и поэтому уже давно осуществляется пространственной интерпретацией материалов ВЭЗ. Основанием для такой интерпретации сложат корреляционные связи литологического и гранулометрического состаза грунтов с их удельным электрическим сопротивлением (рк), построенные по опорным выработкам, привязанным к профилям ВЭЗ. Если выявленные корреляционные связи устойчивы и достоверны, охватывают весь диапазон литологического и гранулометрического состава грунтов, то построенные по электроразведочным данным' лнтолого-грануломеггричеекпе карты достаточно надежны и информативны. Такие карт;,! могут служить исходными для прогноза вероятных путей миграции нефтепродуктов на основании различий в литолого-гранулометрическом составе вмещающих отложений и, следовательно, в предполагаемом сопротивлении их массопереносу.

Прогностические возможности такого подхода лровереаы его применением для условий конуса выноса Бешалышсая. Принималась предпосылка, что в исходный момент времени t0 фронт миграции имеет протяженность В при средней мощности слоя нефтепродуктов вдоль него Ahcp, причем объем этих нефтепродуктов составляет

W^tbAh,- (О

где b¡ - протяженность фронтального контакта каждой гранулометрической разности грунтов (£ = ¿6,); Ah¡ - мощность слоя

i-¡

нефтепродуктов на каждом отрезке Ь,-.

Исходя, из ранее изложенного, можно предположить, что при дальнейшем продвижении фронта загрязнения масса нефтепродуктов будет перераспределена между гранулометрическими разностями грунтов прямо пропорционально удельной протяженности их фронтального контакта Ь; и значениям удельного сопротивления. Долевая характеристика такого перераспределения может вычисляться по:

а(=1/((Ь;Р;)/В)=В/Ь;р;, И \У(=а|\У0 (2)

Путь миграции нефтепродуктов в пределах единичной гранулометрической разности грунтов может быть найден из соотношения

«Крй)/р]. (3) '

где ¡з, - путь миграции на участке, характеризуемом р;. а средняя мощность слоя нефтепродуктов в пределах этого миграционного пути, без учета необратимой сорбции,' составит

ДЬ1«\У|/(]1Ь1,сР)«В\Уо/(Ь;р:!;Ь|,ср), (4) где Ь^ср - средняя ширина развития рассматриваемых грунтов на отрезке 1[, или

ДЬр(ЛЬ,р,)/р, (5)

Зная промежуток времени I в течение которого, произошло смещение фронтальной границы можно определить скорость движения нефтепродуктов в пределах каждого отрезка Ь (3)

Ур1,Л (6)

Для проверки связей пути (скорости) миграции нефтепродуктов с характеризуемым литолого-грапулометрический состав вмещающей среды значением рк использовалось сопоставление расчетных путей миграции - 1Р,| и полученных по натурным и косвенным данным ^ - фактических значений этого пути, как расстояния в направлении миграции между северными контурами ореола загрязнения в 1984 и 1996 годах. Область миграции по фронту потока была разбита на 6 расчетных блоков, разнящихся литолого-гранулометрическим составом среды и, соответственно, численными значениями характеризующих его рк.

Для каждого блока рассчитывалось среднее значение р* по

(7)

где Г* - доля площади блока, характеризуемая значениями рку, Рбл ■ общая площадь блока и расчетного пути миграции по (3)

1р=(1;рк,р)/рк,» (8) где - путь миграции в'блоке I, принятый за эталонный и соответствующий 1цф, поскольку для этого блока граница ореола загрязнения в 1996 г. была подтверждена помимо геофизических данных и результатами ручного бурения.

Расчеты пути и скорости .миграции по (6) и (8) выполнены по средним для 50 метровой толщи значениям рк й по срезам их зна^ ченнй на максимальное и минимальное положения УГВ.На основе полученных значений дан прогноз перемещения фронтальной границы ореола загрязнения грунтовых вод масляными формами нефтепродуктов на 2000 г. Результаты прогнозирования показали, что при неизменности условий (уклонов"' поверхности зеркала грунтовых вод, литологического состава) к 2000 году фронтальная граница ореола переместится на расстояние более 240 м, площадь всачивания нефтепродуктов в оросительную сеть и на по-' иерхность земли расширится в 8-10 раз, охватив собой зону жилой застройки.

Заключение _

Основные результаты научных исследований сводятся к следующему: •.'.'.

1. Функционирование предприятий нефтеперерабатывающего профиля, несмотря па все принимаемые меры предосторожности, сопровождается потерями нефтепродуктов (в результате аварий, нарушений технологических процессов, праьил хране- . ния- сырья и готовой продукции, халатности и прочих причин). Долговременные потери приводят к формированию ;,;^щных ореолов загрязнения* подъемных вод, в пределах которых нефтепродукты фиксируются как в масляных, так и растворенных и

' сорбированных формах.

2. Главную угрозу окружающей среде представляют маасшые формы нефтепродуктов, плавающие на'поверхности грунтовых вод, которые постепенно двигаясь за счет конвекции и капиллярного всасывания могут достигать "зоны их неглубокого залегания и выклинивания. В результате этого может произойти интенсивное загрязнение поверхностных водотоков и грунтов, а также возникнуть опасность для проживающего населения. Масляные формы являются долговременным источником выноса растворенных форм нефтепродуктов в поток грунтовых вод.

3. Аллювиально-пролювиальная толща четвертичных отложений

представляет собой совокупность разнопронпцасмых' лит н блоков и характеризуется фильтрационной неоднородностью, как в плане, так н в разрезе. Фильтрационная неоднородность существенно осложняет процесс фильтрации нефтепродуктов и обусловливает значительные изменения их слоен — о г пленок до 2 и более м. Линзы и блоки слабопроницасмых отложений (тш-ологические барьеры) могут замедлять движение нефтепродуктов и способствовать накоплению перед ними слоев значи тельной мощности. Однако в стационарной области ореола максимальные слои нефтепродуктов фиксируются не перед ли шло! п-ческим барьером, а в пределах участков распространения наименее проницаемых отложении - т.е. самом барьере. Отмечается обратно пропорциональная зависимое п. между мощностью слоя нефтепродуктов и проницаемостью отложении.

4. При обосновании местоположения скважин для скачивания нефтепродуктов с поверхности грунтовых вод следует учитывать, что основные их объёмы, которые могуг.бы п. тффек шипо извлечены из водоносного горизон та не всегда расиолакнотсн в пределах участков с максимальными фиксируемыми слоям)!. При наличии значительных слоев в мелкоземах нефтеотдача последних незначительна. В то же время в пределах зоны распространения наиболее проницаемых отложении, даже при незначительных слоях, следует ожидать более высоких нефтепри-токов к скважинам.

5. Характер взаимосвязи колебаний УГВ и мощностей слоев нефтепродуктов определяется строением вмещающей среды -залеганием в разрезе (в зоне колебания УГВ) и плане хорошо и слабо проницаемых отложений. Эти взаимосвязи нарушаются колебаниями мощностей слоев, обусловленными аварийными утечками нефтепродуктов. Формирующиеся по о той причине импульсные волны последних могут распространяться вниз по потоку со'скоростью пт 10-15 до 30 м/сут. По мерс движения отмечается постепенное затухание и "размазывание" движущейся волны.

6. На основе отслеживания в водоносном горизонте выявленной термоаномалии подтверждается сложный струйчатый характер движения подземных вод. Направления движения воды (с растворенными формами нефтепродуктов) определяются главным образом структурными особенностями водовчещаюшей среды, в то время как движение масляных форм нефтепродуктов зави-

сит от зеркала грунтовых вод. Положение последнего, иллюстрируемое обычной картой гидроизогипс, при недостаточном уровне.её детальности, в условиях макронеоднородности водо-вмещающей среды не может являться основой для определения направлений движения грунтовых вод даже в приповерхностных слоях. В результате отмечается несовпадение доминирующих направлений движения масляных и растворенных форм нефтепродуктов. '

7. Тесная взаимозависимость рельефа земной поверхности и положения зеркала грунтовых вод позволяет использовать карту пластики рельефа для изучения'формирования ореола нефтепродуктов. Направление движения последних в водоносном горизонте соответствуют направлению потоковых структур, выделяемых на карте пластики рельефа. Расположение участков разгрузки систем потоков на карте пластики рельефа, с учетом общей гидродинамической структуры потока грунтовых вод и проницаемости отложений, дает возможность реконструировать процесс формирования линзы нефтепродуктов, а также прогнозировать направления дальнейшего её развития.

8. Недостаточная разработанность модельных представлений о процессе движения масляных форм нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод в условиях макронеоднородности вмещающей среды, а также сложности количественной оценки расчетных параметров обусловили необходимость использования для прогнозных оценок развития загрязнения модели с расчетными параметрами, получаемыми косвенными методами, в частности, геофизическими. Учитывая, что литолого-грануло-. метрический состав среды массопереноса масляных форм нефтепродуктов определяет его скорость, последняя может хорошо

. прогнозироваться по зависимостям (6), (8) с использованием численных_характеристик электрического сопротивления пород непосредственно в интервале глубин миграции, полученных по результатам профилирования м^одом ВЭЗ.

9. На основе оценок скоростей миграции по (6), (8) выполнены прогнозные оценки развитая линзы нефтепродуктов, которые показали, что если не принять срочные действенные меры, то к 2000 г. на Ташлакском участке сложится крайне неблагоприятная экологическая ситуация обусловленная высачиванием нефтепродуктов в оросительную сеть и на поверхность земли. Возникнет опасность для проживающего здесь населения, кото-

рая потребует отселения людей из зоны загрязнения. Указанные обстоятельства со всей очевидностью подчеркивают необходимость срочной реализации мероприятий по локализации и последующей ликвидации ореола загрязнения. " Очевидно, что за пятилетний период исследований сложно охватить все аспекты рассматриваемой проблемы, поэтому особо следует остановиться на наименее изученных и нераскрытых вопросах, решение которых открывает пути для дальнейшего понимания процессов, связанных с загрязнением подземных вод нефтепродуктами. Так, в частности, представляет интерес:

- изучение сорбированных грунтами нефтепродуктов, протекающих процессов их биологического и химического разложения;

- изучение возможности повышения подвижности нефтепродуктов в блоках слабопроницаемых отложений для их последующего извлечения; ' -

- разработка методических и технологических приемов моделирования на-ЭВМ процессов формирования ореолов загрязнения подземных вод нефтепродуктами.

Эти и другие вопросы должны стать предметом дальнейших иссиледований. -

По теме диссертации опубликованы следующие рабо ты:

1. О возможности захоронения промышленных стоков в глубоких водоносных горизонтах Бухоро-Хивииской нефтегазоносной области. //Геоэкологические исследования в гидрогеологии и инженерной геологии-Ташкент: Узбекгидрогеология-1993, с. 23-31 (совместно с Алимситовым Н.).

2. Особенности изменения УГВ и мощности слоя нефтепродуктов в пределах ореола загрязнения на Ташлакском участке. //Геоэкологические проблемы в гидрогеологии и инженерной геологии-Ташкент: Узбекгидрогсологня-1995, с. 42-48 (совместно с Сергеевым В.В., Еникеевым Н.И., Тарасовым Ю. И.)

3. Результаты вычислительных экспериментов по реализации технологии очистки грунтовых вод Ташлакского участка^Бсш-алышского месторождения от нефтепродуктов. //Гидрогеологические процессы и эволюция ресурсов подземных вод аридной зоны-Ташкент: Узбектидрогеология,-1998 совместно с Джумановым Ж).

4. Оценка объемов нефтепродуктов на поверхности грунтовых вод в пределах-ореола загрязнения на Ташлакском участке Ферганской области: //Нефть и Газ. Ташкент: 1998, N1. (совместно с Сергеевым В.В., Еникеевым Н.И., Хасановым P.M.), с. 35-39.

АННОТАЦИЯ

Снзот сувлприни нефть махсулотларининг мойли шакллари билан пфлосланиш доираларпни шаклланиши ва ривожланиши (Олтиарик; —Бешо — лнш ер спи суг. конларининг Тошлоц участкаси мисолида)

. Ботиржон Абдуллаев

Ишдан кузланган мак,сад —'чи^арма конуслар ичидаги ер ости сувлари юзасндаги мойли нефть махсулотларини шаклланиш^ з?амда ривожланиш хусчсиятд.лрннч урганишдан {таджик к,илишдан) иборат эди. Тадк,ик,отнинг х,имоя килмш учун. олиб чикилган асосий натижалари хуйидагилардан иборат:

1. «оЛй• .линсли Сулмагаи шароитлардаги чи^арма конусларининг си зет суг. \арп юзасида нефть махсулотларини мойли . шаклларида так \Л'1Н1!пш ^<1МД1 рикожланиши доираларининг хусусиятлари:

- нфлолллпиш донраларининг доимий областларида нефть махсу — логчарптшг макгнмлл Катламлари литологии туощлар олдидан эмас, балки •>нг кам ошгдпрувчлн катламМ1 участкаларда, яъни айнан тусинларнинг узида туп лапали. Нефть махсулотлари цалш/лиги хамда ётцизинларнинг сиш дирувч.шмии орасидаги трскари пропорционаллик кайд цилинэди;

- ммшок, мпйд:\ тупрпц тарцалган. хУЛУАДар нефть махсулотларини тут1\аГ!,у,|, хаггоки улар сизот сувлари сатхининг маълум даражада к;ия булган уч.кч'мчпрндп хам саклаб туради. Майда тупро^лардаги нефть цатламлари кдмш б^лишига дпрлмай ундан нефтни олящ^ийин.

- Супчн горизонтдлн елмарали олинадиган нефть махсулотларининг ас.«'пи х.1>.чми ц,н1д КИ.МШГЛН максимал <-,.. мам л» участхалардан эмас, балки »нг куи енигднрукчан ёщизнклар тарадлган, яъни нес}пъ махсулотлари кам клт\.!>; \м худудчар чогараеида жойлащган.

'Л 1 допра ыринп иашоратлащ усули —нефть махсулотла —

; ;•>.!• и мухипшнг ллголопгк — гранулометрия таркииини дикон буй —

иксияшипим тугрисидаги геофизик так азмойишлаш усули билан бог — \нк\иги асоспдл тезлнги ва харакатланиш йулларини аницлаш.

Ба>:сар1'\ган тадкикот.иршшг нлмнй янЛ/ллгн махробиржмясли бул — маглн мухитнинг сизот сувларини мой шаклидаги нефть махсулотлари билан нфлосланнш доираенни шаклланиш ва ривожланишига таъсирини ургдниш, ер ости сувларнни вакт буйлдб мой шаклидаги нефть махсулотлари билан иф\ос\дниш доираларини щаклланишини башоратлаш хамда тахлил ^нли'и учуй геофизик маълумотларни кулланишини асослащ.

Пшнинг амамш кнймати —ер ости сувларини мой шахлидаги нефть мдхсухотларн бн^н ифлосланиш манбалариии урганиш услубиятларшш 1\ш\йб чнкишдлн ва Тсшло^ учасгкасидаги, нефть махсулотлари билан иф — лос чанииаш т$хтатиш ва бартл; ' ишларини гидрогеологах жихатдан асссхаш маъ.\умот бг>з.-' ' . • -'• •

SUMMARY

FORMING AND DEVELOPING THE POLLUTION AREAS OF SUBSOIL WATERS BY OIL FORMS OF OIL PRODUCTS

(on the example of Tashkent plot in Altyaryk-Beshalysh deposits of underground waters) Botirjon D. Abdullaev.

The aim of the work was to investigate the peculiarities of fanning and devoloping the areas of oil forms in oil-products on the surface of subsoil -.eaters' appearing within the blowout cones limits.

Main results of the research are:

1. The peculiarities of forming and devoloping the areas of oil forms in oil-products on the surface of subsoil waters of fknvout cones in the conditions of microheterogenity of holding fluid:

-In stationary regions of pollution areas the nmimum layers of oil-products are not fixed before lithologic barriers themselves but they are seen in the plots spreading the less permeable deposits -i.e in the barriers. Dependence in inverse proportion is noted between the layer of oil-products and by permeability of dbpositS

-Zones of shallow-grounds spreading like sponge accumulates the oil-products and even keeps thep on plots with considerable inclinatons of subsoil waters' mirror. Given power layers the oil ouyput of shallow grounds is insignificant

-Mail volumes of oil products which can be effectively extract from waterbearing horizone are not placed within plots limits with utmost fixed layers but in the zone of spreading more permeable deposits where the layers are insignificant 2. The forcasting way of dev elopment of the pollution areas is to define the speeds and migration directions on the basis of their relations with geographical (VEZ) information about space distribution of the liihologie-granulametric composition of containing fuild (p k),

The scientific novelty of the investigation fullilled is to study ,tlic influence of microgenity of the holdind fluid on forming and de\:-lopnig the pollution areas of subsoil waters by oil forms of oil-products, by substantiating the use of geophysical data for analisis and forecasting the formation of pollution areas in sub-soils by oil forms of oil-products in space and time.

The practical estimation of the ork is defined by worked out inethodics of. studying the nucleation site of underground waters by oil forms of oil-products, by preparation of information base for hidrogeological «.vitro! of local-avoiding works at Tashlak plot.

БОСМЛХОНЛГЛ ТОПШИРИЛДИ.?^ C>Ä 'JB. h. БОСИШГЛ РУХСЛТ. ЭТИЛДИ Л Í - ■) i/5 ¡i. KOÍ03 БИЧИМИ Р0.Ч8-; 1/10. ОФСРЛ Г.ОСМД УСУЛИ. ДЛЛОВ1! :ОС> НУГ.ХД. ПУЮРТ.МА .3

V.« 1' ФА сКНВЕР'.ШТИКД» МИЧБ СИГА 1уЛРДШЛН КИБЕРНЕТИКА 1ШСТ11ТУТИПИНГ ПОСЛ1ЛХ011ЛС11ДА

ЧОП ЭТПЛГАН. 70ÓÍ43. ТОШКГНТ. Ф. ХУЖДПВ. КУЧ'АСИ 34 Уй.