Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оценка эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации"

На правах рукописи

КРАВЦОВ Владимир Васильевич

ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

*

, Специальность 25.00.36 - Геоэкология

I

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Московском Государственном Университете геодезии и картографии (МИИГАнК) на кафедре природопользования и географии

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сладкопевцев Сергей Андреевич Официальные оппоненты: - доктор геолого-минералогических наук

Можаев Борис Николаевич; - кандидат технических наук

Сторожик Игорь Николаевич Ведущая организация: Московская государственная

геологоразведочная академия

Защита состоится ^¿-^ -¿¿¿¿^-у на

заседании диссертационного совета Д. 212.143.02 при Московском Государственном Университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, К-64, Гороховский пер., д.4,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Университета геодезии и картографии (МИИГАнК)

Автореферат разослан "_"_2005г.

Ученый секретарь

диссертационного совета л ^ СЛАДКОПЕВЦЕВ С.А.

/

м ты

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Наращивание добычи нефти и газа, наблюдаемое в последнее время на месторождениях Западной Сибири, обеспечившее лидерство России на мировом рынке углеводородного сырья, сопровождается активизацией опасных процессов и явлений, приводящей к кризисному состоянию окружающей природной среды (ОПС). Предупреждение опасных природных процессов и критических состояний инженерных объектов может быть эффективным только при использовании современных технологий принятия решений на основе анализа причинно-следственных связей в системе «природная среда -человек - техногенный комплекс». В то же время практика государственного управления охраной ОПС показывает, что большее внимание традиционно уделяется не причинам, а следствиям. В результате продолжает снижаться качество среды обитания и усиливаться экологическая напряженность на освоенных территориях, а с точки зрения средне- и долгосрочного планирования такие методы управления становятся экономически невыгодными.

Следствием такой стратегии являются многочисленные аварии и катастрофы техногенного и природно-техногенного характера, происходящие в мире, и, в частности, в России. Не является исключением и нефтегазовая отрасль, на объектах которой происходит около 50 тысяч аварий в год. До недавнего времени большинство аварий связывалось в основном с причинами технологического характера. И только в последнее время наметился пересмотр взглядов на роль геодинамического фактора при оценке рисков. Исследования в рамках нового научного направления - современной геодинамики -убедительно доказывают, что весьма опасными для человека и среды его обитания являются современные деформационные процессы, протекающие в зонах разломов. В настоящее время разрабатывается научно-методическая база, отвечающая требованиям государственной службы Ростехнадзора, и осуществляется пересмотр с новых позиций устаревших нормативных документов на проектирование, строительство и эксплуатацию экологически опасных и особо ответственных промышленных объектов. Важной частью разработок является изучение возможностей использования аэрокосмической информации для оценки эколого-геодинамической опасности функционирования этих объектов на разных этапах освоения месторождений. Особую практическую значимость это имеет для изучения труднодоступных территорий Западно-Сибирского региона, в пределах которого развита густая сеть трубопроводов общей протяженностью свыше 100 »•" " «чрйгтно около 500

месторождений углеводородного сырья - объектов высокой эколого-геодинамической опасности.

Основой количественного определения степени опасности служат данные геодинамического (геодеформационного) мониторинга, получаемые методами повторных инструментальных наблюдений. При проектировании систем мониторинга широко используются имеющиеся геолого-геофизические и промысловые данные. Исследования, проведенные на ряде месторождений Западной Сибири, свидетельствуют об оптимальности комплексирования этих данных на основе аэрокосмической информации с использованием геоинформационных технологий (ГИС-технологий). Актуальность диссертационной работы, таким образом, обусловлена:

- необходимостью совершенствования методик дешифрирования материалов аэрокосмических съемок на основе современных научных представлений с целью рационального проектирования систем мониторинга, оптимизации размещения и режима эксплуатации промышленных объектов;

- требованием разработки структуры, состава и специального содержания картографических баз данных оценки геодинамически обусловленной экологической опасности освоения нефтегазовых месторождений для практического использования ГИС-технологий при принятии решений;

требованиями научно-методического обоснования нормирования системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли.

Целью диссертационной работы является разработка и апробация основ аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа в условиях Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи исследований:

- выявление взаимосвязей геодинамических и других природных процессов с аварийностью нефтепромысловых объектов и связанных с нею геоэкологических последствий;

- научное обоснование природно-техногенной опасности и особенностей самоорганизации геодинамических процессов в связи с дискретной структурой линеаментов с разработкой системного подхода к ее оценке;

- разработка структуры и состава геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

- разработка рекомендаций по совершенствованию эколого-геодинамического -сопровождения хозяйственной деятельности

*»т»*>.4к* | «" *<■

предприятий нефтегазовой отрасли на основе дешифрирования аэрокосмических снимков и использования ГИС-технологий.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений с природными (в первую очередь геодинамическими) процессами и линеаментно-блоковой структурой территории;

2. Разработан методический подход к выявлению объектов эколого-геодинамической опасности на основе системных принципов дешифрирования и линеаментного анализа нефтегазоносных территорий;

3. Разработана структура и состав геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности функционирования инженерных сооружений на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений Западной Сибири;

4. Определены основные направления по совершенствованию системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли на основе аэрокосмической информации.

Практическая значимость определяется новизной

методического подхода к анализу аварийности нефтепромысловых сооружений, контролируемой элементами линеаментно-блоковой структуры. Данный подход обеспечивает уточнение физико-геологических моделей месторождений с учетом геодинамического и геоэкологического факторов, обладает прогнозными возможностями, позволяющими предвидеть аномальные проявления аварийности сооружений и ее экологические последствия, способствует оптимальному проектированию системы эколого-геодинамического мониторинга разных уровней.

Основные защищаемые положения:

1. Экологическое состояние территорий нефгазодобычи связано с аварийностью промысловых объектов, обусловленной активизацией современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Линеаментно-блоковая структура современных ландшафтов Западной Сибири является иерархически построенной и образует морфометрический ряд из 8 рангов размерностей блоков и разделяющих их линеаментов с кратностью около 3;

3. Элементы линеаментно-блоковой структуры (линеаменты, узлы их пересечений, блоки) являются основой аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

4. Пространственное распределение аварийных объектов зависит от размерностей элементов линеаментно-блоковой структуры и ориентировки систем линеаментов.

;t ч

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: 3-х Всесоюзных конференциях «Системный подход в геологии» (Москва, 1983, 1986, 1989); Региональной научно-практической конференции «Проблемы локального прогноза и разведки нефти и газа в Западной Сибири» (Тюмень, 1987); II и III Всесоюзных совещаниях «Космо-аэрогеоиндикация» (Свердловск, 1986, Киев, 1989); Всероссийской научно-технической конференции «Экология и геофизика» (Дубна, 1995); Международной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии». (Тверь, 2002); Пятой международной научно-практической конференции «Пилотируемые полеты в космос» (Звездный городок, 2003); Международной конференции «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья» (Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Ее объем составляет 117 страниц текста, включая 13 рисунков и 2 графических приложения. Список литературы содержит 114 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору С.А. Сладкопевцеву и профессору Ю.О. Кузьмину за ценные замечания и конструктивную помощь при написании работы.

Особую признательность автор выражает заведующему сектором эколого-геодинамических исследований, к. г.-м. н. А.И. Никонову, а также всем сотрудникам лаборатории экологических проблем нефтегазового комплекса ИПНГ РАН за научные консультации, техническую помощь и моральную поддержку.

Содержание работы

Глава 1. Эколого-геодинамическое изучение нефтегазоносных территорий

В последнее время повышенный интерес вызывает одно из новых направлений геодинамических исследований, связанное с изучением современных геодинамических зон и аномалий литосферы и их интегральным воздействием на биоту, включая человека. Проявление на этих участках активных геодинамических процессов оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние недр и перераспределение в них аномалий повышенной трещиноватости и проницаемости, на режим подземных вод, интенсификацию неблагоприятных геологических и опасных техногенных процессов.

Исследования, проведенные в 1970-80-е годы на геодинамических полигонах нефтегазоносных территорий методами высокоточного повторного нивелирования, позволили получить принципиально новые данные о современном состоянии недр и земной поверхности. Выделены устойчивые типы локальных аномалий вертикальных движений земной поверхности в зонах разломов. Поперечные размеры для у-аномалий составляют 0,1-2 км, для 5-аномалий 5-10 км, а для аномалий типа (3 равны 10-30 км. Источники аномальных деформаций залегают в диапазоне глубин от первых десятков метров до первых километров (Кузьмин, 1999, 20026).

Природа геодинамических аномалий в зонах разломов и линеаментов обнаруживает между ними многие черты сходства, что позволяет проводить их взаимодополняющую интерпретацию при геодинамической оценке нефтегазоносных территорий по комплексу прямых и косвенных методов. Установлено, что на нефтегазовых месторождениях активизация современных геодинамических процессов может быть реализована в виде обширных просадок земной поверхности, аномальных подвижек в зонах нарушений или техногенной сейсмической активности. Неизбежным следствием этих процессов явилась высока я аварийность промысловых сооружений (смятие и нарушение герметичности буровых колонн, порывы трубопроводов и др.), приведшая к огромным экологическим и экономическим потерям. По данным Л.В. Михайловой (1995) в окружающую среду Тюменской области (в основном в поверхностные и подземные воды) в результате аварий на скважинах, компрессорных станциях и трубопроводах поступает около 1 % добываемой нефти, что в объемах 2000г. составляет более 2 млн. т. В Нижневартовском районе по материалам Н.Я. Крупинина (1995) из-за интенсивной коррозии трудопроводов и несовершенства технологий добычи, аномальных на участках активных тектонических движений, происходит около 900 аварий в год, поставляющих в окружающую среду 1,5 тыс. т нефтепродуктов и более 300 т пластовых вод. О бщая площадь загрязнения нефтью составляет около 1000 га, что приводит к дефициту кислорода и резкому снижению биопродуктивности водных экосистем.

Критических показателей техногенная нагрузка достигла на месторождениях, разрабатываемых более 30 лет, например Самотлорском. По данным Ю.В. Васильева и др. (2004), в зонах геодинамических аномалий значительных изменений достигло напряженно-деформированное состояние как пластов-коллекторов и вышележащих пород-покрышек, так и надпродуктивных горизонтов. Это привело к формированию мульды проседания земной поверхности

со скоростью около 100 мм в год, многочисленным разрушениям эксплуатационных колонн скважин, утечкам и прорывам газовожидких флюидов в околоскважинное пространство, межпластовым перетокам с газовыми грифонами на акватории оз. Самотлор, загрязнению водоносных горизонтов нефтепродуктами с превышением их предельно допустимых концентраций в десятки раз. Отмечается, что значительное число сломанных скважин тяготеет к линеаментам, связанным с градиентными зонами мульды проседания.

На Усть-Балыкском месторождении Сургутсткого района установлена высокая степень совпадения случаев аварий скважин (свыше 50-60%) и порывов трубопроводов (76-94%) с геодинамическими аномалиями, выделенными по результатам нескольких циклов повторного нивелирования 2-го класса точности (Касьянова, Кузьмин, 1996; Касьянова и др., 1998). По мнению В.Т. Трофимова и др. (2000), все это позволяет считать, во-первых, что геодинамический фактор оказывает существенное влияние на техническое состояние потенциально опасных объектов и снижение аварийности имеет прямую связь с улучшением экологического состояния атмосферы, гидросферы, поверхности литосферы и ее верхней части в зоне техногенного влияния этих объектов; во-вторых, прогноз возникновения экологически опасных ситуаций при функционировании техногенных объектов по геодинамическому фактору возможен и его проведение совершенно необходимо. В то же время подчеркивается, что реальное снижение риска может быть достигнуто лишь при условии использования геодинамической информации еще на стадии проектирования потенциально опасных объектов, учета геодинамически обусловленной аварийной опасности при разработке нормативных документов и проведения мониторинга на этих объектах.

Анализ хода аварийности промысловых сооружений на месторождениях Широтного Приобья, выполненный автором, выявил ряд характерных закономерностей в их многолетнем и внутригодовом распределении (рис.1). Многолетний ход аварийности скважин за период 1973-89г.г. (всего более 1000 событий, суммированных по 15 месторождениям), отражает волновой характер динамики возрастания воздействия на недра этого техногенного фактора с удвоением количества аварий каждые 5-6 лет по сравнению с предыдущим пиком. Сопоставление его с периодическим изменением угловой скорости вращения Земли и расхода воды в р. Обь выявил квазилинейный характер взаимосвязи этих природных и техногенных процессов. Еще более строгая зависимость получена на локальном уровне: для скважин Федоровского и трубопроводов Самотлорского месторождений отмечается совпадение хода аварийности этих двух

Рис. 1 Ход аварийности нефтепромысловых сооружений и природных провесов на месторождениях Широтного Приобья.

разных видов сооружений с различными объектами воздействия экзогенного и эндогенного происхождения.

Внутригодовой ход аварийности скважин за период 1973-95г.г. (всего более 1000 событий, суммированных по 15 месторождениям) и трубопроводов за период 1987-93г.г. (всего около 300 событий, суммированных по 10 месторождениям) указал на другую общую для обоих видов сооружений закономерность распределения, выявив два отчетливых максимума аварийности, приходящихся на март и июль месяцы. Сравнение полученной зависимости с аналогичным ходом аварийности скважин Федоровского месторождения (всего более 300 событий) обнаружило такие же внутригодовые пики, почти в 2 раза превосходящие средний уровень. Подобное согласованное поведение составляющих природно-технической системы (ПТС), по-видимому, указывает на взаимообусловленность процессов, происходящих на разных срезах геологической среды, стремление ПТС к упорядоченному состоянию. Как отмечает В.В. Кюнцель (1999), все современные проявления экзогенных геологических процессов в той или иной степени являются результатом функционирования эндогенных геодинамических систем. В первую очередь большинство авторов относит к последним разломные структуры.

Анализ космических снимков нескольких уровней генерализации в комплексе с геолого-геофизическими данными позволяет установить пространственную взаимосвязь дискретных систем линеаментов с активными разломами (зонами трещиноватости) различного структурного положения. Узлы пересечения линеаментов представляют собой места повышенной активности современных природных процессов (Ранцман, Гласко, 2004). В этих местах наблюдаются активные вариации физических полей, усиление глубинных флюидогенных потоков; в выходах разломов на поверхность обнаружены геохимические аномалии со значительными концентрациями редких элементов.

Глава 2. Дистанционная индикация и тектонодинамический анализ линеаментно-блоковых структур

Основы современного представления о самоподобии геолого-геофизической среды были впервые даны в работах М.А. Садовского и др. (1982, 1987), согласно которым геосреда показана как неоднородная система, состоящая из отдельностей, подобных в большом диапазоне масштабов. Существенный признак этой системы -дискретность на всех иерархических уровнях обеспечивается благодаря наличию среди всех составляющих ее частей любого ранга элементов двух типов: блоков и разделяющих их граничных участков.

Сходство линеаментно-блоковых структур (ЛБС) в их геодинамической интерпретации и закономерно упорядоченных тектонодинамических систем подтверждается всей вековой историей становления термина «линеамент», введенного В. Хоббсом в геологию еще в 1904г. В середине XX века Р. Зондер, а в дальнейшем С.С. Шульц установили закономерную ориентировку линеаментов по четырем сопряженным системам относительно меридиана (двум ортогональным и двум диагональным) и выделили в связи с этим «регматическую» (планетарную) трещиноватость, рассматривая ее как первичную особенность земной коры, к которой приспосабливаются тектонические структуры. Последующие исследования подтвердили строгую упорядоченность линеаментов относительно оси вращения Земли и эквидистантное (равноудаленное) взаиморасположение линеаментов с образованием их разноранговых решеток. В данной работе под линеаментами автор понимает совокупность характерных ландшафтных индикаторов разноглубинных геодинамических (включая современные) процессов в зонах разломов (трещиноватости), образующих на земной поверхности системы вложенных друг в друга решеток разных рангов и ориентировок.

Использование особых специфических свойств космических снимков (обзорности, естественной генерализации,

разномасштабности и «рентгеноскопичности») позволило установить, что с уменьшением масштаба изменение линеаментной сети не сводится к простому суммированию линеаментов, а представляет собой более сложное явление, отражающее системные (эмерджентные) свойства разноранговой линеаментной трещиноватости и соответствующую иерархическую специфику тектонодинамических систем.

Исследованиями различных авторов доказывается факт размерной дискретности природных объектов, кратность соседних рангов которых изменяется- в диапазоне 2,7 - 3,3. Результаты этих исследований вместе с установленными закономерностями пространственно-временной взаимосвязи природных и техногенных процессов на нефтегазовых месторождениях (Кравцов, Никонов, 1996) были положены в основу разработки методики линеаментного анализа аварийности нефтепромысловых сооружений. Этот анализ базируется на результатах дешифрирования материалов аэрокосмических съемок методом ландшафтной индикации. В целях совершенствования существующих методик с позиций системного подхода предлагается построение иерархической модели ЛБС с кратностью около 3. Этот подход подразумевает анализ закономерностей самоорганизации и саморазвития ландшафтных (орогидрографических) систем с последующей оценкой их взаимодействия с геологическими структурами, например, разломами и линеаментами (Кадетов, Кравцов, 1989). Следуя выбранной структуре дискретных размерностей, проводится последовательное (от общего к частному) ранжирование линейных структур, отражающих полигенетическую неоднородность литосферы и регулярных решетчатых линеаментов с опорой на эталонные и ключевые участки, обеспеченные как аэрокосмическими, так и разноглубинными геолого-геофизическими данными.

Разработка данного подхода и его апробация проводилась в период 1986-2004 г.г. в пределах нефтегазоносных территорий Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского а. о. с детализацией итоговых построений на 15 месторождениях нефти и газа Западной Сибири. В работе приводятся результаты исследований на Суторминском и Федоровском эталонных месторождениях, рассматриваемых на разных стадиях разработки. Главными критериями выбора месторождений в качестве эталонных явились связь с различными элементами экологического каркаса территории, различия в физиономичности дешифровочных признаков геодинамической активности и наличие геодинамических аномалий, обусловленных индивидуальными

особенностями элементов ЛБС, сопоставимых с полным набором типов вертикальных движений земной поверхности в зонах разломов по Кузьмину (1999).

При составлении каркаса ЛБС рассматриваемой территории прежде всего намечался общий рисунок сети линеаментов (обзорный и региональный уровни генерализации), устанавливались их системы с определенным азимутальным распределением (ортогональная и диагональная системы), выделялись наиболее крупные зоны линеаментов. Эти зоны, как правило, включают полосы также закономерно распределенных и параллельных линеаментов с характерными значениями их ширины, что позволило отнести их к тому или иному рангу. Ранжирование зон осуществлялось путем своеобразного просеивания (фильтрации) их преимущественных размерностей в соответствии с заданной кратностью.

В процессе дешифрирования обзорно-регионального уровня установлены две группы ландшафтных индикаторов зон линеаментов в пределах речных долин и междуречий. При переходе к детальному дешифрированию фиксируемые размерности и ориентировки линеаментов претерпевают искажения за счет влияния, как считает большинство исследователей, частных полей деформаций, специфических для локальных тектонических структур. Тем не менее, изначально заданная системная направленность процесса дешифрирования позволяет выдержать целостность каркаса структурных линий и сохранить единство модели вложенных друг в друга ЛБС разных уровней генерализации. При этом принцип самоподобия реализуется в том, что индивидуальные особенности ландшафтных индикаторов остаются практически без изменений, уменьшается лишь размерность их проявления. В то же время степень их проявленности оказалась различной для каждого из эталонов, что, по-видимому, указывает на разные геодинамическую активность линеаментов и условия их формирования. Поэтому при составлении итоговых таблиц, моделирующих портрет ЛБС месторождения для отдельных линеаментов или их совокупностей, отбирался определяющий дешифровочный признак, давалась оценка степени дешифрируемости в баллах (высокая - 3 балла, средняя - 2 балла, низкая - 1 балл) и соответствующая ей характеристика геодинамической активности.

Глава 3. Разработка научно-методических основ оценки эколого-геодинамической опасности

В ходе проведенных исследований разработана технологическая цепочка преобразований картографической информации по схеме:

систематизация исходных материалов - анализ ЛБС и выявление объектов эколого-геодинамической опасности - локальная оценка степени опасности и обусловленной ею уязвимости экосистем в зоне влияния месторождения - детальные исследования на участках месторождений с высокой степенью опасности - разработка рекомендаций по ее снижению.

Комплексный тектонодинамический анализ ЛБС проводился на трех уровнях генерализации (обзорном, региональном и локальном). Сначала осуществлялся анализ геофизических карт и составленных на их основе карт тектонического каркаса Западно-Сибирской плиты, отражающих наиболее крупные и устойчивые в истории геологического развития структурные неоднородности: блоки и разделяющие их межблоковые зоны. Важным выводом этого анализа является то, что межблоковые зоны (линеаменты) различных этапов тектонической активизации часто прослеживаются на разных участках, но при строгом сохранении во времени определенной азимутальной ориентировки.

Полученные схемы на следующем масштабном уровне сопоставлялись с более подробными картами пликативной и разломной тектоники и процедура детализации и ранжирования элементов каркаса повторялась уже с использованием результатов дешифрирования среднемасштабных космических снимков и орогидрографических карт. В качестве эталонного участка регионального уровня генерализации выбрана территория Сургутского Полесья, охватывающая районы пионерного освоения с наиболее высокой в регионе геолого-геофизической изученностью и максимальной плотностью разведанных запасов углеводородов и разрабатываемых месторождений.

Анализ схемы ранжирования и ее сопоставление с картой нефтегазоносности (рис.2) позволили сделать следующие важные выводы:

на региональном уровне генерализации выделяется иерархический ряд ЛБС Ш-У рангов с преимущественными размерностями соответственно 300-350 км, 100-110 км, 30-35 км для значений сторон блоков и 20-25 км, 6-8 км, 2,0-2,5 км для значений ширины межблоковых зон линеаментов;

- отмечается связь зонального распределения нефтегазоносности с линеаментами меридиональной ориентировки, которая возрастает в восточном направлении по мере приближения к осевой линейной структуре фундамента Западно-Сибирской плиты - Уренгой-Колтогорскому грабен-рифту;

- значительная часть контуров нефтегазоносности тяготеет к разноранговым зонам линеаментов и узлам их пересечения, что

Сопоставление линеаиентно-блоковых структур ортогональной системы с контурами месторождении

^4541-

С от оставление линеаментно-блоковы* структур диагональной системы с контурами месторождений

Выделение участков повышенной геодинамической опасности

Ч V V

__V ^ _♦

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Зоны лииимавнтои (граним ы«габлоиов)

17-

•> аоитур мсторвианиа

н»м* иесгоро«дет

О

О-

— , :

геминмимесап! оп^сяог т<

Рис. 2 Аначиз линеаиентно-блоковых структур для оценки тектонодиналшческих систем и выявления участков повышенной геодинамической опасности

привлекает повышенный интерес к этим аномалиям как объектам геодинамической опасности.

На локальном уровне исследований по результатам дешифрирования космоснимков высокого разрешения и их сопоставления с геолого-геофизическими материалами повышенной детальности установлены ЛБС V1-VIII рангов с преимущественными размерностями соответственно 1012, 3,0-3,5 и 1,0-1,1 км для значений сторон блоков и 0,6 -0,8, 0,2-0,3 и 0,07-0,1 км для значений ширины межблоковых зон. Принцип построения на этой основе карты участков геодинамической опасности связан с представлениями о разной степени трещиноватости (проницаемости) геологической среды и обусловленной этим аномальности геодинамических процессов в узлах пересечения линеаментов, в зонах динамического влияния отдельных линеаментов и за их пределами (в блоках). Эти различия в первом приближении можно классифицировать по степени опасности (высокая, средняя, низкая) любой заданной территории по отношению к имеющимся на ней техногенным объектам. По данным разных авторов, зона динамического влияния узловых аномалий обычно оценивается радиусом, в 2-4 и более раз превышающим границы самого узла. На эталонных месторождениях за этот радиус принималась ширина самого крупного в узле линеамента, проводимого из перекрестия осевых линий линеаментов.

На Суторминском месторождении, рассматриваемом на начальной стадии разработки, среди наиболее крупных выделены зоны линеаментов IV ранга субмеридиональной и северо-восточной ориентировок, сопоставимые с S-аномалиями вертикальных движений земной поверхности. Сопоставление карты ЛБС с местоположением аварийных объектов выявило следующие их процентные соотношения по участкам с разной степенью опасности: высокая - 78%, средняя - 19%, низкая - 3% аварийных объектов. Ретроспективная оценка участков с повышенной геодинамической опасностью на момент проектирования обустройства месторождения показала, что при близкой степени аварийности объектов, обусловленной узлами пересечения линеаментов, могут иметь место разные последствия в зависимости от степени уязвкмости экосистем.

На Федоровском месторождении (рис. 3), рассматриваемом на пике своих добывающих возможностей, аналогичное сопоставление выявило другие соотношения: высокая степень опасности - 46%, средняя -43%, низкая- 11% кустов аварийных скважин. Построение карты ЛБС позволило установить на северо-восточной периферии крупную зону III ранга северо-западной ориентировки шириной более 20 км, сравнимую с ß-аномалией, а на остальной части территории месторождения выявлены линеаменты V-VIII рангов, сопоставимые с у-аномалиями современных вертикальных движений земной поверхности.

Сравнительная оценка гистограмм распределения аварийности по

\ Х-

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

I Лимсамагги п ш ям мл

II Степень гсидаяамичесши ышсшхггм и^З-ныкмм I I ^и»* 1 |

III Прочие обоммчсжм

м нсрыскип* тжзмеппт О1^ ■> ом .л^иип « -I ю

*44 Кчим..кндаияыир«1аи»ммн«>ур1ммчншиииыми «н»г>1»■««'»гсшкчкч.ти

Рис. 3 Схема геодинамически обусловленной аварийной опасности Федоровского месторождения.

элементам ЛБС на Федоровском и Суторминском месторождениях (рис. 4), позволяет предположить наличие зависимости динамики распространения аварийности от ранга линеаментов и его размерности, а также связанных с этим различий в преобладающих типах современных вертикальных движений земной поверхности. Вероятно, для месторождений, пересекаемых крупными зонами линеаментов (типа Б-аномалий) с охватом значительных территорий, будет характерно сравнительно быстрое площадное распространение аварийности сооружений, прежде всего по участкам узлов пересечения этих линеаментов. Наоборот, на месторождениях с преимущественным развитием линеаментов мелких рангов (типа у-аномалий), можно ожидать более замедленного и локализованного появления аварийности в узлах

линеаментов с последующим нарастающим увеличением числа аварий по тем из них, которые выходят из активизированных узлов пересечения.

1 2 з

Условные обозначения:

■ - С'уторминское месторождение; а - Федоровское месторождение

"Элементы л I [ н еа ме нтно-бл о ко во и структуры: I - утлы пересечения линеаментов: 2 - .ишсамешы (орю!опальной и лнш'ошыыюи сис1ем): 3 - блоки

Рис. 4 Сопоставление характера пространственного распределения общего числа аварийных объектов Суторминского и Федоровского месторождений в зависимости от основных элементов линеаментно-блоковой структуры.

Более углубленный анализ взаимосвязей элементов ЛБС и аварийности указывает на определенные закономерности пространственно-временного распределения последней в процессе эволюции ПТС. Выделяемые на Федоровском месторождении (рис. 1) три уровня внутригодовой динамики аварийности (минимальный, средний и максимальный) отвечают разным стадиям саморазвития ПТС и различным по масштабности и интенсивности проявления геоэкологическим последствиям. С одной стороны, по мере возрастания аварийности, в узлах неизменно сохраняется стабильно высокий, а в блоках - стабильно низкий уровень ее значений. В то же время, число аварий в линеаментах отличается характерной нестабильностью: с возрастанием уровня аварийности отмечается перераспределение активности линеаментов от ортогональной системы к диагональной (рис.5). Тем самым проявляется механизм саморегулирования аварийности аномальной геодинамикой, отражающий взаимообусловленность изменений геодинамической и техногенной составляющих ПТС.

I 50

40

з 30

г 20

- 10

А\

2 3

Условные обозначения:

I Уровни аварийности

■ - минимальным скпажин на 56 кустов)

3 ърс ищи 113 I 1-К|и'/*11па ма N0 кмюн)

□ маьишалан.ж (\iapi '.кнажипы ма 2С> Г!т I поп. ^сквалинна I ^ к\ с гой I

П. )лсменгы линсачсн I но-Гитконои

1 - у«)ы пересечения шнсачснюп

2 - ншслмоп ы ир к)1 (.та.II.нии I и^:а\и.

шнсамсшы шанша м пои ом. к-мы 4 - блоки

| рч етчры

Рис. 5 Характер пространственного распределения аварийных объектов по уровням аварийности Федоровского месторождения в зависимости от элементов линеаментно-блоковой структуры.

Используя выводы регионального этапа исследований, которые указывают на связь условий нефтегазонакопления с ортогональной системой линеаментов, можно предположить, что последняя отражает фоновую составляющую регионального поля напряжений, а диагональная система, будучи наложенной, проявляется за счет дополнительных источников энергии. Опираясь на автоволновой механизм, можно объяснить связь возрастания аварийности скважин с диагональной системой линеаментов и рассматривать ее влияние на функционирование ПТС как первоочередную задачу оценки эколого-геодинамической опасности освоения месторождений.

Глава 4. Рекомендации по применению результатов исследований для совершенствования эколого-геодинамического сопровождения хозяйственной деятельности.

Оценка эколого-геодинамической опасности в районах развитой нефтедобычи Западной Сибири показала, что особую тревогу вызывает ситуация, сложившаяся на участках пионерного освоения Широтного

Приобья вокруг городов Нефтеюганск, Сургут, Лангепас, Мегион, Нижневартовск и других подрабатываемых территорий, где проживает основная часть населения. Характерно, что большинство из этих территорий расположено в зонах динамического влияния разломов и узлов их пересечения, проявленных на земной поверхности в виде элементов ЛБС разного ранга. Все это свидетельствует о необходимости практического использования разработанного методического инструментария и организации в регионе научно обоснованной системы эколого-геодинамического мониторинга.

Проведенные исследования дают основания считать, что развитие ГИС-технологий на основе установленных закономерностей позволяет достаточно эффективно решать названные проблемы. С нашей точки зрения, возможная прогнозная оценка может быть основана на учете важнейшей особенности современных геодинамических процессов -поддерживать причинно-следственную взаимообусловленность природной и техногенной составляющих на разных стадиях эволюции ПТС, обеспечивающую согласованность изменений их параметров и интегральность характеристик состояния природно-техногенной среды. Эта особенность значительно повышает сопоставимость данных по разным средообразующим компонентам при сохранении комплексности самих оценок. Этому способствует также использование картографической формы представления данных, которая создает необходимую пространственную основу для систем мониторинга и принятия управленческих решений.

Особое практическое значение приобретает проведение подобного анализа на предпроектном (прединвестиционном) этапе освоения, когда еще не накоплено достаточно информации об аварийности инженерных объектов и аномальном геодинамическом состоянии недр. Используя метод аналогий путем экстраполяции пространственно-временных взаимосвязей критических состояний ПТС и элементов ЛБС с хорошо изученных месторождений на новые территории, можно создавать тождественные прогнозные модели. Оптимизация на этой основе геологических моделей объектов поиска и разведки позволяет с учетом геодинамического и геоэкологического факторов скорректировать проектные решения, предвидеть разного рода осложнения геолого-промыслового характера, аномальные проявления аварийности сооружений, а также уязвимость территории от процессов аномальной геодинамики, характер и масштабы распространения многих негативных процессов последующих этапов освоения.

На предэксплуатационном и предреконструкционном этапах освоения месторождений локальная модель ЛБС может быть использована для паспортизации ПТС, обоснования дополнительных мер

ее инженерной защиты на участках аномальной геодинамики, очередности проведения ремонтно-профилактических работ и т.п.

На основе полученных результатов разработана технологическая схема геоинформационного обеспечения оценок как единая система многопараметрического анализа эколого-геодинамической опасности освоения нефтегазоносных территорий, логически объединяющая не менее 3-х уровней исследований (обзорно-региональный, локальный и детальный). На каждом из уровней решается самостоятельная задача и одновременно создается базовая и специальная производная геоинформационная основа для ее детализации на следующем этапе исследований. По мере достижения информационного насыщения специализированных баз данных и осуществления сложных преобразований картографических материалов, в итоге потребитель получает достаточно простые и понятные ему результирующие карты с содержанием и детальностью, необходимыми для научно обоснованного принятия решений.

В зависимости от этапа (стадии) освоения месторождений подобные работы рекомендуется проводить в рамках оценок воздействий на окружающую среду или экоаудита хозяйственной деятельности предприятия, которыми предусмотрена разработка мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций и защите окружающей среды. В ходе аудита нефтедобывающего предприятия необходимо проводить анализ пространственно-временных взаимосвязей аварийности и ЛБС с созданием детальных карт геодинамически обусловленной аварийности нефтепромысловых сооружений. Построенные карты целесообразно использовать в качестве основы для анализа данных режимных наблюдений за уровнем загрязненности поверхности (водных объектов, земель и др.) и подземных вод, направленного на оптимизацию природоохранных мероприятий. Подобный анализ рекомендуется проводить также при составлении декларации промышленной безопасности нефтедобывающих предприятий, требования которой направлены на сбалансированное регулирование условий среды обитания и поэтому нормативно закреплены в содержании государственного земельного и градостроительного кадастров.

Заключение

В ходе проведенных исследований разработаны научно-методические основы аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности освоения нефтегазовых месторождений, проведена их апробация на эталонных участках Западной Сибири. Результаты работы сводятся к следующему:

1. Анализ аварийности нефтепромысловых сооружений и природных процессов на месторовдениях Широтного Приобья выявил высокую

степень согласованности многолетнего и внутригодового хода аварийности с периодическим изменением угловой скорости вращения Земли и расхода воды в р. Обь, оказывающим влияние на активизацию современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Изучение причин аварийности нефтепромысловых сооружений позволило сделать вывод о решающей роли современных геодинамических процессов в зонах разломов и их аномального проявления в особенностях линеаментных структур при оценке эколого-геодинамической опасности;

3. Обобщение существующих моделей самоподобия геосреды, отражающих ее закономерно упорядоченную трещинно-блоковую дискретную структуру с кратностью около 3, положенное в основу комплексного анализа дистанционно-картографических, геолого-геофизических и промысловых материалов, обеспечило разработку методического подхода к построению иерархической модели линеаментно-блоковых структур, что позволило установить морфометрический ряд из 8 рангов фиксированных размерностей их основных элементов;

4. Анализ полученной модели на эталонных месторождениях выявил пространственно-временные взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений с характерными особенностями самоорганизации линеаментно-блоковых структур и их элементов, определив последние в качестве основы аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности и указав на связь возрастания аварийности с диагональной системой линеаментов.

5. Установленные закономерности вместе с разработанной на их основе технологической схемой геоинформационного обеспечения оценки геодинамически обусловленной экологической опасности определили перспективы их использования на предпроектном, предэксплуатационном и предреконструкционном этапах освоения месторождений, а также основные направления совершенствования нормативно-методической базы системы эколого-геодинамического сопровождения хозяйственной деятельности с использованием аэрокосмической информации.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Функции геоинформатики и геокибернетики в системных исследованиях Земли // Тез. докл. II Всесоюзн. конф. «Системный подход в геологии» . М., МИНГ, 1986. С. 128-129 (соавторы - Кадетов O.K., Колесников А.И.)

2. Системная методология и автоматизированное моделирование при структурно геоморфологическом изучении нефтегазоносных территорий //

Тез. докл. II Всесоюзн. конф. «Системный подход в геологии» . М„ МИНГ, 1986. С. 187-188 (соавторы - Кадетов O.K., Колесников А.И.)

3. Флексурно-блоковая модель Суторминского месторождения по результатам структурного дешифрирования материалов дистанционного зондирования // Тез. докл. регион, научн.-практ. конф. «Проблемы локального прогноза и разведки нефти и газа в Западной Сибири». Тюмень. 1987. С. 134-135 (соавтор - Гридин В.И.)

4. Системоконтролирующие факторы высокодебитности пластовых флюидов Западно-Сибирского мегабассейна // Тез. докл. III Всесоюзн. конф. «Системный подход в геологии». M., МИНГ, 1989. - 65-66 (соавторы - Матусевич В.М., Бакуев О.В.)

5. Опыт геоиндикационных исследований при нефтегазопоисковых работах на эталонных участках Западной Сибири // Тез. докл. III Всесоюзн. совещ. «Космо-аэрогеоиндикация - 89». Киев, 1989. - С. 53-54 (соавтор - Широбоков В.В.)

6. Геоинформатика и геокибернетика - два новых направления в системных исследованиях Земли // Системный подход в геологии: Сб. 1 ■ научн. тр. / - М., Наука, 1989. С. 193-202 (соавторы - Кадетов O.K., ^ Колесников А.И.).

7. Проблемы геолого-географического картографирования // География и природные ресурсы.- 1989 - №2. - С. 173-175 (соавтор - 1 Кадетов O.K.)

8. Неотектоническая обусловленность параметров продуктивности Бованенковского месторождения по комплексу аэрокосмических, морфометрических и геолого-промысловых данных / Деп. в ВИНИТИ, М., 1990 (соавторы - Василевский B.JI., Кадетов O.K.).

9. Современная геодинамическая концепция // Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конференции "Экология и геофизика". - Дубна, 1995. - С. 51-52 (соавторы - Никонов А.И., Ромашов A.A.)

10. Картографическое обеспечение экологического мониторинга нефтегазоносных районов Западной Сибири // Изв. ВУЗов, сер. геодезия и аэрофотосъемка. - 1995.- N 3. - С. 125-134. (соавторы - Кадетов O.K., Сладкопевцев С.А.)

11. Геодинамическая цикличность как фактор потенциальной аварийной опасности природно-техногенных систем в нефтегазоносных районах // Нефтепромысловое дело. - 1996. - № 8-9. - С. 20-23 (соавтор -Никонов А.И.)

12. Системно-иерархическая структура полей напряжений и ее отражение на аэрокосмических снимках на примере Самотлорского месторождения (Черногорская площадь) // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. - 1996. - № 8-9. - С. 18-21 (соавтор -Никонов А.И)

13. Роль геодинамики в формировании пространственно-временной неоднородности геологической среды как фактора геоэкологического риска (на примере Касимовской структуры) // Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности: Сб. науч. тр. / -М.: 1999. - С. 329-338 (соавторы - Никонов А.И., Юрова М.П.)

14. Геодинамические аспекты оценок воздействия на окружающую среду и экологического мониторинга нефтегазовых объектов: Сб. науч. тр. / Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности / Отв. ред. А.Н. Дмитриевский. - М.: Наука, 2000. - С. 350-358 (соавторы - Никонов А.И., Юрова М.П.)

15. Оценка геодинамической опасности и геодинамического риска Анадырской трубопроводной системы // Горный информационно-аналитический бюллетень, М.: МГГУ, N 9, 2002, С. 48-55. (соавторы -Жданович В.В., Кузьмин Ю.О., Никонов А.И.).

16. Геоэкологический анализ кризисных территорий с использованием системно-картографического подхода // Тез. докл. межд. конф. «Актуальные проблемы геоэкологии». Тверь, 2002. - С. 87-89 (соавторы Никонов А.И., Переверзев М.В., Торопова Е.В.)

17. Значение аэрокосмического мониторинга для экологически безопасного освоения месторождений полезных ископаемых в криолитозоне России // Тез. докл. 5-й межд. научн.- практ. конф. «Пилотируемые полеты в космос». Звездный городок, 2003. - С. 193-194 (соавторы Давиденко Н.М., Никонов А.И.)

18. Оценка эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа Западной Сибири с использованием дистанционных методов // Тез. докл. Межд. конф. «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья». М., 2004. - С. 294-295

РНБ Русский фонд

2006-4 15319

Подписано в печать 16.05.2005. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,5. Уч.-взд. л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ М79 Цена договорная

упп «Репрография» МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кравцов, Владимир Васильевич

Введение

Глава 1. Эколого-геодинамическое изучение нефтегазоносных территорий

1.1. Понятие геоэкологии и основные научные подходы, геодинамическая экологическая функция литосферы

1.2. Природная опасность и концепция эволюции природно-технических систем

1.3. Процессы самоорганизации геосреды и диссипативные структуры

1.4. Современная аномальная геодинамика недр - новое направление геоэкологических исследований

1.5. Анализ линеаментов, их связь с разломно-блоковой структурой и геодинамическими особенностями геосреды Западной Сибири

1.6. Особенности хода аварийности сооружений и природных процессов на месторождениях Широтного Приобья

Глава 2. Дистанционная индикация и тектонодинамический анализ линеаментно-блоковых структур

2.1. Основы дистанционной индикации линеаментов и механизм их проявления

2.2. Разработка системно-иерархической модели линеаментно-блоковых структур на основе принципа самоподобия

2.3. Анализ линеаментно-блоковых структур для оценки тектонодинамических систем и выявления участков геодинамической опасности

2.4. Выбор комплекта материалов дистанционного зондирования и особенности автоматизированной обработки результатов их дешифрирования

Глава 3. Разработка научно-методических основ оценки эколого-геодинамической опасности

3.1. Научные основы эколого-геодинамических оценок

3.2. Особенности методики выделения объектов эколого-геодинамической опасности

3.3. Результаты экспериментальных исследований на эталонных месторождениях Западной Сибири

Глава 4. Рекомендации по применению результатов исследований для совершенствования нормативно-методической базы эколого-геодинамического сопровождения хозяйственной деятельности

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа Западной Сибири с использованием аэрокосмической информации"

Актуальность темы исследований. Наращивание добычи нефти и газа, наблюдаемое в последнее время на месторождениях Западной Сибири, обеспечившее лидерство России на мировом рынке углеводородного сырья, сопровождается активизацией опасных процессов и явлений, приводящей к кризисному состоянию окружающей природной среды. Предупреждение опасных природных процессов и критических состояний инженерных объеюов может быть эффективным только при использовании современных технологий принятия решений на основе анализа причинно-следственных связей в системе «природная среда - человек - техногенный комплекс». В то же время практика государственного управления охраной окружающей среды показывает, что большее внимание традиционно уделяется не причинам, а следствиям. В результате продолжает снижаться качество среды обитания, сдерживается развитие нормативно-методической базы экологически сбалансированного природопользования, а с точки зрения средне- и долгосрочного планирования такие методы управления становятся экономически невыгодными

Следствием стратегии, диктуемой стремлением к достижению скорейших экономических выгод, являются многочисленные аварии и катастрофы техногенного и природно-техногенного характера, происходящие в мире, и, в частности, в России. В этом отношении не является исключением и нефтегазовая отрасль, на объектах которой происходит около 50 тысяч аварий в год. До недавнего времени большинство аварийных ситуаций связывалось в основном с причинами технологического характера. И только в последнее время наметился пересмотр взглядов на роль геодинамического фактора при оценке рисков. Исследования в рамках нового научного направления - современной геодинамики -убедительно доказывают, что весьма опасными для человека и среды его обитания являются современные деформационные процессы, протекающие в зонах активных разломов. В настоящее время разрабатывается научно-методическая база, отвечающая современным требованиям государственной службы Ростехнадзора, и осуществляется пересмотр с новых геодинамических позиций устаревших нормативных документов на проектирование, строительство и эксплуатацию экологически опасных и особо ответственных промышленных объектов. Важной

частью разработок является изучение возможностей использования аэрокосмической информации для оценки эколого-геодинамической опасности и обусловленного ею геоэкологического риска функционирования этих объектов на разных этапах освоения месторождений. Особую практическую значимость это имеет для изучения обширных и труднодоступных территорий ЗападноСибирского региона, в пределах которого развита густая сеть нефте- и газопроводов общей протяженностью свыше 100 тыс. км и разрабатывается около 500 месторождений углеводородного сырья - объектов высокой эколого-геодинамической опасности и геоэкологического риска.

Основой количественного определения степени опасности служат данные геодинамического (геодеформационного) мониторинга, получаемые методами повторных инструментальных наблюдений. При проектировании систем мониторинга широко используются имеющиеся геолого-геофизические и промысловые данные. Исследования, проведенные на ряде месторождений Западной Сибири, свидетельствуют об оптимальности комплексирования этих данных на основе аэрокосмической информации с использованием геоинформационных технологий (ГИС-технологий). Актуальность диссертационной работы, таким образом, обусловлена: необходимостью совершенствования методик дешифрирования и линеаментного анализа дистанционно-картографических материалов на основе современных научных представлений с целью рационального проектирования систем мониторинга, оптимального размещения промышленных объектов и правильного выбора режима их эксплуатации;

- требованием разработки структуры, технологии и специального содержания картографических баз данных оценки эколого-геодинамической опасности для практического использования ГИС-технологий при принятии решений;

- требованиями научно-методического обеспечения нормирования системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли.

Цель работы: Разработка и апробация основ аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности освоения месторождений нефти и газа в условиях Западной Сибири.

Задачи исследований: оценка пространственно-временных взаимосвязей аварийности нефтепромысловых объектов и связанных с нею геоэкологических последствий с природными, в первую очередь геодинамическими процессами;

- научное обоснование особенностей самоорганизации геодинамических процессов в связи с дискретной структурой линеаментов и разработка системного подхода к ее оценке для совершенствования методики структурного дешифрирования и линеаментного анализа дистанционно-картографических материалов;

- разработка структуры и технологии геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

- разработка рекомендаций по совершенствованию системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли на основе аэрокосмической информации.

Фактический материал. Диссертация выполнена на кафедре природопользования и географии Московского государственного университета геодезии и картографии. Основу исследования составляют данные, собранные автором при проведении полевых (наземных и аэровизуальных) геоэкологических работ при выявлении линеаментно-блоковых структур на месторождениях Западной Сибири. В работе также использованы результаты, полученные при проведении камеральных работ, дешифрировании материалов дистанционного зондирования и картографировании результатов исследований. В ходе интерпретации полевых и лабораторных данных использовались фондовые геоэкологические, геолого-геофизические, ландшафтно-геоморфологические и др. материалы локального, регионального и обзорного уровней, а также данные аварийности нефтепромысловых сооружений.

Научная новизна:

- установлены взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений с природными (в первую очередь геодинамическими) процессами и линеаментно-блоковой структурой территории;

- разработан методический подход к выявлению объектов эколого-геодинамической опасности на основе системных принципов дешифрирования и линеаментного анализа нефтегазоносных территорий;

- разработана структура и содержание геоинформационного обеспечения оценок эколого-геодинамической опасности функционирования инженерных сооружений на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений Западной Сибири;

- определены основные направления по совершенствованию системы эколого-геодинамической безопасности нефтегазовой отрасли на основе аэрокосмической информации.

Основные защищаемые положения:

1. Экологическое состояние территорий нефтегазодобычи связано с аварийностью промысловых объектов, обусловленной активизацией современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Линеаментно-блоковая структура современных ландшафтов Западной Сибири является иерархически построенной и образует морфометрический ряд из 8 рангов размерностей блоков и разделяющих их линеаментов с кратностью около 3;

3. Элементы линеаментно-блоковой структуры (линеаменты, узлы их пересечений, блоки) являются основой аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности на различных этапах освоения нефтегазовых месторождений;

4. Пространственное распределение аварийных объектов зависит от размерностей элементов линеаментно-блоковой структуры и ориентировки систем линеаментов.

Практическая значимость определяется новизной методического подхода к анализу аварийности нефтепромысловых сооружений, контролируемой элементами линеаментно-блоковой структуры. Данный подход обеспечивает уточнение физико-геологических моделей месторождений с учетом геодинамического и геоэкологического факторов, обладает прогнозными возможностями, позволяющими предвидеть аномальные проявления аварийности сооружений, осложнения при бурении скважин и т.п., способствует оптимальному проектированию системы эколого-геодинамического мониторинга разных уровней.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: 3-х Всесоюзных конференциях «Системный подход в геологии» (Москва, 1983, 1986, 1989); Региональной научно-практической конференции «Проблемы локального прогноза и разведки нефти и газа в Западной Сибири» (Тюмень, 1987); II и III Всесоюзных совещаниях «Космо-аэрогеоиндикация» (Свердловск, 1986, Киев, 1989); Всероссийской научно-технической конференции «Экология и геофизика» (Дубна, 1995); Международной конференции «Актуальные проблемы геоэкологии». (Тверь, 2002); Пятой международной научно-практической конференции «Пилотируемые полеты в космос» (Звездный городок, 2003); Международной конференции «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья» (Москва, 2004).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Ее объем составляет 117 страниц текста, включая 13! рисунков и 2 графических приложения. Список литературы содержит 114 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Кравцов, Владимир Васильевич

Основные выводы:

1. Оценка эколого-геодинамической опасности районов развитой нефтедобычи Западной Сибири показала, что на участках пионерного освоения Широтного Приобья вокруг городов Нефтеюганск, Сургут, Лангепас, Мегион, Нижневартовск и других подрабатываемых территорий, где проживает основная часть населения, требуется научно обоснованные организация и проведение специализированной системы мониторинга.

2. На основе полученных результатов предлагается технологическая схема геоинформационного обеспечения прогнозных оценок (Приложение 2) как единая система многопараметрического анализа показателей эколого-геодинамической опасности и обусловленного ею геоэкологического риска освоения нефтегазоносных территорий. Качество проводимого мониторинга существенно возрастает, если его проектирование проводить с опорой на минимально необходимый комплекс работ, выполняемых по указанной схеме.

3. Первоочередной задачей создания в регионе системы эколого-геодинамической безопасности является инвентаризация и ранжирование наиболее опасных природно-техногенных объектов и их окружения по степени уязвимости экосистем от опасных геодинамических воздействий, прежде всего на месторождениях с длительным сроком эксплуатации и подрабатываемых территориях. Результатом этого этапа должна стать разработка методического руководства по созданию комплексных геодинамических полигонов и проведению мониторинга регионального, зонального и локального уровней.

Заключение

В ходе проведенных исследований разработаны научно-методические основы оценки эколого-геодинамической опасности освоения нефтегазовых месторождений с использованием аэрокосмической информации, проведена их апробация на эталонных участках Западной Сибири. Результаты работы сводятся к следующему:

1. Анализ динамики аварийности нефтепромысловых сооружений и вариаций природных процессов на месторождениях Широтного Приобья выявил высокую степень согласованности многолетнего и внутригодового хода аварийности с периодическим изменением угловой скорости вращения Земли и расхода воды в р. Обь, оказывающим влияние на активизацию современных геодинамических процессов в зонах линеаментов;

2. Изучение причин аварийности нефтепромысловых сооружений позволило сделать вывод о решающей роли современных геодинамических процессов в зонах разломов и их аномального проявления в особенностях линеаментных структур при оценке эколого-геодинамической опасности;

3. Обобщение существующих моделей самоподобия геосреды, отражающих ее закономерно упорядоченную трещинно-блоковую структуру с кратностью дискретности около 3, положенное в основу комплексного анализа дистанционно-картографических, геолого-геофизических и промысловых материалов, обеспечило разработку методического подхода к построению иерархической модели линеаментно-блоковых структур, что позволило установить морфометрический ряд из 8 рангов фиксированных размерностей их основных элементов;

4. Анализ полученной модели на эталонных месторождениях выявил пространственно-временные взаимосвязи аварийности нефтепромысловых сооружений и ее геоэкологических последствий с характерными особенностями самоорганизации линеаментно-блоковых структур и их элементов, определив последние в качестве основы аэрокосмических методов оценки эколого-геодинамической опасности и указав на связь возрастания аварийности с диагональной системой линеаментов;.

5. Установленные закономерности вместе с разработанной на их основе технологической схемой геоинформационного обеспечения оценки геодинамически обусловленной экологической опасности определили перспективы их использования на предпроекгном, предэксплуатационном и предреконструкционном этапах освоения месторождений, а также основные направления совершенствования системы эколого-геодинамического сопровождения хозяйственной деятельности с использованием аэрокосмической информации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кравцов, Владимир Васильевич, Москва

1. Авсюк Ю.Н. Приливные силы и природные процессы. М.: Научный мир, 1996. 188с.

2. Адам A.M., Лаптев Н.И, Шинкин Н.А. Состояние природных ресурсов Западной Сибири // Вестник высш. школы СО РАН. 1996.- №1. С. 111-118.

3. Амурский Г.И, Абраменок Г.А., Бондарева М.С., Соловьев Н.Н. Дистанционные методы изучения тектонической трещиноватости пород нефтегазоносных территорий. М.: Недра, 1988. - 164с.

4. Арманд А.Д. Самоорганизация и саморегулирование географических систем. М.: Наука, 1988. - 264с.

5. Асатрян Х.О., Соболев Г.А. Образование иерархической структуры разрывов при деформации высокопластичного материала // Физика горных пород при высоких давлениях. М.: Наука, 1991. - С. 138142.

6. Афанасьев Ю.Т. Система рифтов Западной Сибири (тектоника и нефтегазоносность). М.: Наука, 1977. - 102с.

7. Барнева Т.А. Организация системы экологического мониторинга на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» // Геодинамика нефтегазоносных бассейнов. Тез. докл. II Межд. конф. М.:РГУНГ им. И.М. Губкина, 2004. - С.110-111.

8. Болтнев Ю.А., Баранов Ю.Б., Грушин Р.В., Киселевский Е.В., Кожина Л.Ю. К вопросу об обеспечении геодинамической безопасности разработки месторождений углеводородов аэрокосмическими методами // Маркшейдерский вестник. 2003. -№2. С.34-37.

9. Брюханов В.Н., Буш В.А. и др. Космогеологическая карта СССР масштаба 1:2500000 (принципы составления и информативность) // Доклады 27-й Межд. геол. конгресса. Дистанционное зондирование.- М.: Наука, 1984. Т. 18. С. 7-18.

10. Вартанян Г,С., Куликов Г,В. О глобальном гидрогеодеформационном поле // Советская геология. 1983. - №5. - С.116-119.

11. Васильев Ю.В., Мартынов О.В., Радченко А.В., Васильев В.Ю. Обеспечение геодинамической и геоэкологической безопасности на территории Самотлорского месторождения // Геодинамика нефтегазоносных бассейнов. Тез. докл. II Межд. конф. М.:РГУНГ14