Роль почвенного покрова в эмиссии метана при подземном хранении природного газа

Ушаков, Сергей Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль почвенного покрова в эмиссии метана при подземном хранении природного газа
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Роль почвенного покрова в эмиссии метана при подземном хранении природного газа"

На правах рукописи

УШАКОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РОЛЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЭМИССИИ МЕТАНА ПРИ ПОДЗЕМНОМ ХРАНЕНИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Специальность 03.00.27 - «Почвоведение»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -2004

Работа выполнена на кафедре географии почв факультета Почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

академик РАН, профессор Добровольский Г. В.

доктор биологических наук Смагин А. В.

кандидат геолого-минералогических наук Никонов А.И.

Ведущее учреэвденне:

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения (г. Пущино).

Защита состоится «2,2. >>^аякд<\2005 г. В 15:30 в ауд. М-2 на заседании диссертационного совета к 501.001.04 при МГУ им. М.В. Ломоносова на факультете Почвоведения по адресу: 119992, ГСП-2 Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.в. Ломоносова, ф-т Почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения. ~ ,

Автореферат разослан « »_0£__2005 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или присылать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т Почвоведения, Ученый совет. Факс (095) 939-28-63.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Л.Г. Богатырев

Актуальность темы исследований. Быстрые темпы развития газовой промышленности ведут к увеличению масштабов воздействия предприятий добычи, транспортировки и хранения природного газа на окружающую среду. Одним из наиболее малоисследованных объектов, в этом отношении, являются подземные хранилища газа (ПХГ). Как показали последние исследования, негативным явлением при эксплуатации ПХГ являются утечки и миграции газа, обусловленные целым спектром как технологических, так и геолого-динамических причин. Значительные количества газа попадают в прилегающие к газохранилищам геосферы и принимают участие в разнообразных природных процессах и явлениях. Последствием такой миграции, помимо образования газовых и бактериальных аномалий в подземных водах, грунтах и почвах, является эмиссия СН4 в приземную атмосферу, на интенсивность которой, помимо других факторов, влияют и почвы, как конечное звено в миграционной цепи метана на ПХГ. С явлением эмиссии метана связана и проблема защиты воздуха, как в районах нахождения подземных газохранилищ, так и в атмосфере в целом, т.к. метан, как известно, является одним из наиболее распространенных и активных еб загрязнителей.

С другой стороны, для теоретических исследований подземные хранилища газа являются, в своем роде, уникальными объектами, дающими возможность изучения динамики микрокомпонентного состава газовой фазы > почв при наличии не традиционных источников газообразных углеводородов

(внутрипочвенных и атмосферных), а, по большей части не свойственных почвам - глубинных источников. Вопрос о диффузионной газовой проницаемости почвенного покрова и эмиссии метана в атмосферу при наличии его подземного источника остается слабо изученным, несмотря на его значимость для научно-изыскательских и эколого-прикладных проблем.

Цель исследования. Выявить влияние диффузионной газовой проницаемости почв на эмиссию метана в атмосферу в пределах почвенной газовой аномалии, образовавшейся при подземном хранении природного газа.

Задачи исследования.

1. Выявить характер диффузионной газовой проницаемости и накопления метана в естественных и антропогенно-нарушенных почвах.

2. Изучить пространственные закономерности распределения физических свойств почв, влияющих на диффузионную проницаемость в пределах основных мезоструктур почвенного покрова.

3. Выявить общие закономерности эмиссии метана в атмосферу при различной компрессии в ПХГ и различных гидротермических условиях.

4. Определить связь эмиссии метана в атмосферу и диффузионной проницаемости почв в пределах газовой аномалии.

Научная новизна:

1. Впервые исследована многолетняя динамика эмиссии метана с поверхности почвенного покрова на территории ПХГ.

2. Определены факторы и установлены параметры, влияющие на эмиссию и поглощение атмосферного метана почвами на территории ПХГ.

1РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ 1 БИБЛИОТЕКА I

3. Установлена связь процессов накопления, диффузии и эмиссии СН4 с физическими свойствами почв, изменяющимися в зависимости от гидротермических условий.

4. Показано, что имеется прямая связь поверхностного газопроявления с процессом изменения количества хранящегося газа на глубине газохранилища.

Основные защищаемые положения. В результате проведенного диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Диффузионная газовая проницаемость почвенного покрова для метана обладает пространственно-временной изменчивостью, зависящей от гидротермических условий и разнообразия физических свойств почв.

2. Смена направления потоков метана является следствием функционирования почвенного покрова, как «мембраны», регулирующей диффузионный массоперенос СН4 в газовой системе почва-атмосфера.

3. Содержание метана в почвах и последующая его эмиссия в атмосферу зависит от количества СН4 в газохранилище и от диффузионной газовой проницаемости почвенного покрова.

Практическая значимость обусловлена тем, что имеющиеся в нем теоретические основы и практические рекомендации позволяют:

1. Правильно определять источник и количество эмиссионого метана при проведении газовой съемки и оценивать герметичность газохранилища.

2. Учитывать эмиссию литогеннош метана с поверхности почвенного покрова при разработке проектов предельно-допустимого выброса (ПДВ) метана на объектах подземного хранения газа.

3. Прогнозировать возникновение эмиссии л итоге иного метана с поверхности почв.

Апробаиия работы. Основные положения диссертации докладывались на: Международной конференции «Экологическая безопасность» (Москва, 1998), Всероссийской конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2000» (Москва, 2000), Международной школе «Экологическая геохимия» (Новороссийск, 2003), IV Всероссийском Съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), IX Международном форуме «Технологии Безопасности» (Москва, 2004), заседаниях кафедры географии почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автор работы участвовал в создании раздела «Воздействие ПХГ на почвенный покров» (ОВОС, 2003).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложения, общим объемом 110 страниц печатного текста, иллюстрирована 8 картами, 27 графическими приложениями, 10 таблицами и сопровождается списком литературы, содержащим 107 наименований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю академику РАН Г.В. Добровольскому за постановку задачи и помощь в период работы над диссертацией. Особую благодарность автор выражает начальнику экспедиции к.б.н. доценту Можаровой Н.В. за моральную поддержку, ценные консультации и организацию экспедиций и полевых работ в период 1998-2004 гг. Автор выражает признательность аспирантам кафедры географии почв Кулачковой С., Прониной В. и Кошелеву А. за помощь в период экспедиционных, камеральных и лабораторных работ, также автор благодарен сотруднику Института проблем нефти и газа РАН к. гм. н. Никонову А.И. за предоставленные научные материалы.

Глава 1. Современное состояние проблемы. Литературный обзор.

Еще в начале 30-х годов XX века было установлено, что почвенный воздух над нефтяными и газовыми залежами обогащен газообразными углеводородами. Было определено, что высокая миграционная способность газов определяет их вертикальную фильтрацию и диффузию далеко за пределы залежей (Ковда, Славин, 1953). Причины и факторы миграции углеводородных газов были обоснованы в работах Соколова (1934). На основе совместной интерпретации газовых и микробиологических показателей разрабатывались методы поиска газовых и нефтяных -» месторождений, основанные на определении свободного метана в почвенном воздухе и интенсивности развития почвенной метаноокисляющей микрофлоры (Могилевский, 1964,1970).

Первые подземные газохранилища, являющиеся, по сути, искусственными аналогами газовых месторождений, в СССР появились в начале 50-х годов, хотя сам принцип подземного хранения газа используется зарубежными странами еще с конца 1ХХ века. Примерно с 50-б0х годов начались исследования влияния ПХГ на окружающую среду, сопровождаемые появлением довольно редких публикаций в научной и научно-технической литературе. В последнее время работы, посвященные строительству и эксплуатации ПХГ в пористых средах, достаточно многочисленны (Бузинов, Босняцкий,1993; Будников, 2000; Глоба и др., 1985, Дедиков, 1997, Каприелов, 1983), однако монографий, посвященных влиянию ПХГ на окружающую среду практически нет. Даже в таких новейших капитальных работах, как «Строительство подземных газонефтехранилищ» (Смирнов В.И., 2000) только упоминаются экологические аспекты строительства и эксплуатации ПХГ.

На исследуемом ПХГ с 1970-х годов ведутся научные исследования по оценке ее экологического воздействия на окружающую среду. В рамках проекта ОВОС с конца 90х годов по настоящее время проводятся исследования воздействия ПХГ на почвенный покров, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, геологическую среду (Никонов, 2003). В современной литературе приводятся данные об изменении газонасыщенности подземных вод («Союзбургаз», 1976, 2001), приповерхностных отложений

(Калюжный, 1994), об образовании бактериальных метанотрофных аномалий в почвах и в подземных водах (Могилеве кий, 1984), о загрязнении прилегающей атмосферы летучими углеводородами (данные ЦВГМО, 1993), о механическом и физико-химическом изменении почвенного покрова (Можарова, 2003). В последних публикациях большинство авторов сходятся во мнении, что существуют условия миграции метана, как в пределах глубинной геологической среды, так и на поверхности газохранилища.

Глава 2. Объект и методы исследования.

Объектом исследования является почвенный покров территории одного из ПХГ в Подмосковье, построенного в 1961 году и служащего для

снабжения Москвы газом в зимний период. ПХГ состоит из промышленной (скважинной) зоны, где происходит закачка и отбор газа (площадью около 3 км2), подземного искусственного хранилища и территории горного отвода, площадью около 25 км2. Метан закачивается в

обводненные пески и песчаники нижнещигровского горизонта на глубину около 980 м с поверхности с помощью эксплуатационных скважин (рис1). Площадь подземного пространства, определяемого границей газо-водяного контакта ~6хЗ км. Для того чтобы метан удерживался на глубине и не мигрировал в вертикальном и горизонтальном направлениях, под газохранилище используется природное поднятие (купол) непроницаемой глинистой породы-покрышки. Тем не менее, проведенные исследования (Никонов А.И., 2003) показали, что при хранении газа на данном ПХГ существует ряд неблагоприятных факторов. На протяжении всего периода эксплуатации газохранилища, начиная с 1966 г., имел место существенный разбаланс газа в пласте (разность в количестве закачиваемого и отбираемого газа). В конце 1970 г. он оценивался в 815 - 930 млн. м3, а к концу 1994 г. достиг 1460-1560 млн. м3. Причины утечек носят природный (геологические окна, опесчанивание глин, растворение газа, адсорбция, миграция по напластованию) и технический характер (негерметичность обсадных колонн). В последних работах (Кузьмин, 1996, 1999, 2002; Никонов, 2003) показано, помимо этого, причиной миграции

флюидов из искусственной залежи являются деформации, возникающие при техногенных нагрузках (закачка и отбор газа) на породы разреза.

Методы исследования

Полевые исследования проводились в июле 1998-2002 гг. Общая площадь исследованной территории около 25 км2. Поверхностная газовая съемка проводилась по сетке квадратов через 700 - 1000 м согласно «Проекту международного стандарта ISO: методы отбора проб при оценке загрязнения почв, 1996». Эмиссия метана определялась методом эмиссионных камер, путем установки на поверхность почвы полых, открытых снизу камер и периодического отбора проб с интервалом 60 мин (по методике Степанова, 1998). Образцы на эмиссию, концентрацию СИ, в приземном слое воздуха (высота отбора 1 м) отбирались в стеклянные флаконы объемом 50 мл с насыщенным раствором NaCl. Образцы анализировались на газовом хроматографе марки 3700 (детектор - пламенно-ионизационный, адсорбент - SE-30, металлическая колонка длиной 1м). Эмиссия рассчитывалась в размерности мг/м2/ч по разности концентрации СН4 в эмиссионной камере перед началом измерения и через 1 ч. Концентрация метана в почве и в атмосферном воздухе рассчитывалась в размерности ррш (parts per million, 10*4 % об.) путем сравнения данных хроматографического анализа концентрации СИ, в пробе и в эталоне. Общее количество отобранных и проанализированных образцов поверхностной газовой съемки - 455.

Для построения сезонных карт содержания метана в приземном слое атмосферы был отобран 101 образец воздуха по горному отводу и 116 образцов по скважинной зоне, также было отобрано 180 образцов почвенного воздуха из трех горизонтов каждой исследуемой почвы.

Почвенные разрезы закладывались на территории промышленной зоны, горного отвода и фоновых участках. Общее количество заложенных разрезов - 36. В разрезах отбирались образцы на определение физических свойств почвы (плотность, общая пористость, влажность, структура, сложение, гранулометрический состав) и проводилась почвенная газовая съемка (Александров, Степанов, 1996), путем размещения газового пробоотборника в почву на глубину 20, 40 и 60 см. и последующего отбора пробы с интервалом 60 мин. Температура почвы на поверхности и в разрезах измерялась термометрами Савинова.

Эффективный коэффициент диффузии метана в почвах определялся в почвенных монолитах с использованием лабораторных диффузиметров. Различные влажности монолитов достигались их центрифугированием при 500, 1000,2000, 3000, 5000 об/мин, одновременно рассчитывалась основная гидрофизическая характеристика (Смагин, 1998). Влажность почвы, соответствующая ПГГО рассчитывалась из кривой ОГХ по методу Воронина. Газовая емкость почв определялась насыщением почвенных образцов метаном по методу Антонова (1977) с одновременным ингибированием деятельности метанотрофов ацетиленом. Гранулометрический состав почвы определялся пирофосфатным методом (Вадюнина, Корчагина).

Потоки метана рассчитывалась по величинам: концентрации метана в почвенных горизонтах, мощности почвенных горизонтов, эффективного коэффициента диффузии в каждом горизонте и концентрации СН» в приземном слое воздуха с поправкой на температуру.

Карга диффузионной проницаемости почв, карта эмиссии метана и карта концентраций метана в приземном слое воздуха строились на основе карты структур почвенного покрова масштаба 1: 60 000 в программе Maplnfo версии 5.5. Обработка

результатов проводилась в программах Microsoft Excel и Statistica, для графических иллюстраций использовались программы CoFel Draw и Adobe Photoshop.

Глава 3. Природные условия.

В главе приводится описание геологических, гидрогеологических, геоморфологических, климатических условий, а также описание почвообразующих пород, почвенного покрова и растительности изучаемой территории. Особое внимание уделено: 1) геологическому строению, определяющим миграционные процессы в зоне осадочных пород; 2) гидрогеологическим условиям, указывающим на изменение газонасыщенности подземных вод; 3) климатическим условиям, влияющим на диффузионные процессы в почвах.

Геологическое строение. Геологическое поднятие, используемое под ПХГ, является платформенной структурой, созданной в результате вертикальных движений блоков фундамента, и приурочено к северному борту Московского грабена. Оно имеет асимметричное строение с преобладанием крутизны юго-западного крыла над северо-восточным. Газовая залежь расположена в нижнещигровском горизонте верхнего девона (порода-коллектор). Самая верхняя часть щигровского горизонта толщиной от 15 до 40 м представлена глинами и входит в состав покрышки искусственной залежи. Размещение газовой залежи в геологической структуре показано на рис. 2: Рис 2 Размещение газовой

залежи в геологической структуре

«ста ЩФ мовшоеп

ш>(2 246 м

Югап-мвшмя 10-15 м

9«л1 nptnC КжяжяеаЛгг «4 1\9 и

Гтьоой г-т

Сит! Хфбв! с, Пмольосо- Ш H U II'Uli Г Т 112-147 м

Kenpcai г-т

ВерсйааЯ г-г

Итак прем А СерпуяошаА г-т

Риийс»»! С|Т 95 141 ы

lypteftoodl C,t 33 32 Ii

Bepnsi lemD, фамеааш! D, 6в 229-260 и

Фршсай EJ,fr 335-432 и

Среджвй «INID] Жветажв D, gr 53 71 я

ЭМимавр,в 105 133*

В последних исследованиях (Никонов, 2003) показано, что в геологическом разрезе существуют системы областей повышенной трещиноватости, которые создают благоприятные условия для осуществления субвертикальных миграционных процессов и выноса флюида в приповерхностную толщу геологической среды.

Гидрогеология. Гидрогеологические условия определяются положением в пределах Московского артезианского бассейна, характеризуются чередованием водоносных горизонтов, приуроченных к толще карбонатно-терригенных пород, и весьма слабо водопроницаемых глинистых пластов. В главе дается подробное описание водоносных горизонтов осадочного разреза, а также показывается, что в них существуют участки с аномально высоким развитием углеводородокисляющих бактерий (Могилевекий, 1964; Короткое, 1983; Назина, Кандаурова, Кандукова, 1998; Бухгалтер, 2000), а также фиксируется повышенный уровень насыщения метаном во всех водоносных горизонтах (Могилевский, 1984; «Мосгазгеофизика», 1976; «Союзбургаз», 2000). Приведенные данные свидетельствуют о том, что вертикальная миграция метана по геологическому разрезу существует и влияет на химический состав подземных вод.

Почвообразуюшие породы представлены следующими группами: -Г 1) Аллювиальные и древнеаллювиальные пески и супеси; верхняя

часть разреза сложена песками мелкозернистыми с единичными включениями гальки и гравия, неравномерно-глинистыми. В нижней части «. преобладают средне-крупнозернистые пески с прослоями гравия и

скоплениями грубого материала в основании; 2) суглинистые, супесчаные, песчаные отложения водно-ледниково-озерного, ледниково-озерного, ледникового, вводно-ледникового происхождения; толща разнозернистого песка с суглинистыми прослоями неравномерно-глинистая. В нижней части разреза единичные включения гальки' и гравия; 3) техногенно-переотложенный материал.

Климат. Объект расположен в умеренно-континентальной климатической зоне с невысокими амплитудами суточных и сезонных изменений температуры воздуха, достаточно равномерным распределением по сезонам количества выпадающих осадков, преобладанием облачной погоды и преимущественно циклоническим характером циркуляции атмосферы. Наиболее жаркий месяц года - июль, средняя многолетняя июльская норма температуры воздуха 18,3 С°, многолетняя июльская норма осадков 120 мм. Отмечается неравномерность среднемесячных июльских значений температуры воздуха, количества дождевых осадков и температуры почвы на поверхности и на глубине 60 см в различные года наблюдений. Изменение гидротермических условий влияет на температуру и влажность почв. В сухие периоды (июль 1999, 2001 гг.) температура почв на открытых участках повышается на 5-10 градусов, а влажность - уменьшается на 5-15%.

Естественный почвенный покров представлен: 1. Сочетаниями агродерново-подзолов псевдофибровых песчаных и супесчаных, торфянисто-подзолистых поверхностно-оглееных почв на древнеаллювиальных отложениях; 2. Сочетаниями агродерново-подзолистых и дерново (торфянисто)- подзолистых поверхностно-оглеенных и торфяно-глеевых почв на озерно-водно-ледниковых отложениях (по классификации 1999 г.);

Антропогенно-нарушенный почвенный покров представлен: 3. сочетаниями-мозаиками хемо-техно-дерново-подзолистых, хемо-техноземов и хемоземов на переотложенном техногенном материале («Антропогенные почвы», Можарова, 2003).

Глава 4. Результаты и обсуждение.

4.1 Пространственные и профильные закономерности распределения концентрации метана в почвах.

Результаты измерения концентрации метана в почвах показали, что газохранилище влияет на микрокомпонентный состав почвенной газовой фазы. В частности, в почвах над газохранилищем, по сравнению с аналогичными почвами фоновых участков, аномально увеличивается содержание свободного СН4 в порах аэрации. Границы почвенной атмохимической аномалии (по Алексеенко, 2002) зависят от подземной формы газохранилища и обусловлены шириной горизонтального распространения метана до границы газо-водяного контакта (Никонов, Можарова, Кошелев, 2003) и наличием на этом участке миграционных процессов. Так, средние и медианные значения концентрации метана в автоморфных почвах составляют: на фоновых участках 0,9 и 0,8 ррт; в зоне влияния ПХГ 5,2 и 2,2 ррт; в центре ПХГ 15 и 7,9 ррт. Увеличение обусловлено как диффузионным подтоком метана от подземной залежи на территории влияния газохранилища, так и свойствами почв, влияющими на накопление и удержание в них газообразных веществ, основным из которых является величина газовой емкости, выражаемая через соответствующий коэффициент р (отношение количества поглощенного образцом метана к его концентрации насыщения (Антонов, 1977)). Газовая емкость почв обеспечивается процессами сорбции метана твердой фазой, его растворения в жидкой фазе и относительно высокой, по сравнению с геологическими породами, пористостью. Эксперимент показывает, что газовая емкость почв (с коэффициентом р 0,04-0,2) значительно превосходит газовую емкость различных геологических пород, коэффициент газовой емкости которых не превышает 0,02, что определяет более интенсивное накопление метана именно в почвах, где СНЦ представлен суммой растворенной, сорбированной и свободной его форм. При определении содержания метана в почвах методом, используемым в данной работе, доступным является только метан, находящийся в порах аэрации и взаимодействующий с сорбированным и растворенным метаном в единой трехфазной системе.

На концентрацию метана в порах аэрации почв может влиять не только воздействие диффузионных потоков подземного (аллохтоиного) СН4, газовая емкость почв, но также и интенсивность его внутрипочвенного автохтонного образования (метаногенеза), интенсивность которого определялась во всех исследуемых почвах. По данным Прониной (2001), в гидроморфных почвах интенсивность бактериального метаногенеза на 2-3 порядка провосходит таковую в автоморфных и полу гидроморфных почвах и достигает 1-3 нгг'- ч~'. Также, в гидроморфных почвах наблюдается корреляция интенсивности метаногенеза и концентрации свободного метана в порах аэрации (рис.3):

Рис. 3. Пример профильного распределения концентрации метана (а, ррм) и активности его бактериального образования (б, нг-г'1 ч"') в техноземе гидроморфном (р. 105) и торфянисто-глеевой почве (р.406). (данные Прониной,2001)

А.

б)

ртртЛЛ

ООО

Ркра>40»

В автоморфных почвах бактериальный метаногенез не выражен, т.к. условия аэрации и высокого окислительно-восстановительного потенциала (300-600 мВ), свойственные автоморф ным почвам, являются неблагоприятным фактором для интенсивного развития почвенной метанопроаудирующей микрофлоры (Орлов с соавт., 1989) и влияние его на концентрацию метана в порах аэрации является незначительным. Действительно, в фоновых автоморфных почвах метан является микрогазом с концентрацией порядка 0,1-1 ррт., и не имеет выраженных закономерностей распределения по глубине почвы (рис 4), что хорошо согласуется с литературными данными (Заварзин,1994; Кш&1992).

Рис. 4. Пример профильного распределения концентрации метана в фоновых дерново-подзолистых почвах, ррм

рцри 101

у О ^

ут..,....... е. * 1-

ОД

р«ф*1402

ММ)

0.30 0,80 0.70 ОДО

Однако, в зоне влияния ПХГ концентрация СН4 в автоморфных и полугидроморфных почвах с низким уровнем метаногенеза (0,001-0,01 нг-г'1 ч~') аномально увеличивается с глубиной профиля, достигая значений 10-100 ррт (при межколонных утечках до 10 000 ррш) что можно объяснить только подземным аллохтонным характером источника его поступления (рис 5):

Рис. 5. Пример профильного распределения концентрации метана в дерново-подзолистых почвах зоны влияния ПХГ, ррм.

Помимо пространственных и профильных закономерностей отчетливо заметна и годовая динамика концентрации СН4 в почвах, медианные значения которой постепенно уменьшились с 17,7 ррт в июле 1998 года до 0,37 ррт в июле 2002 года. Уменьшение содержания СН4 в почвах в период 2000-2002 гг. исследования является следствием уменьшения компрессии в газохранилище, т.е. ослабеванием действия аллохтонного источника. В гидроморф ных почвах за этот же период не произошло существенного изменения диапазона концентрации СН4, по причине доминирования автохтонного источника СН4 над аллохтонным.

Таким образом, метан в порах аэрации почв имеет автохтонный и аллохтонный генезис. Аномально высокое содержание свободного СН4 в автоморфных почвах в зоне влияния газохранилища обусловлено воздействием миграции метана от ПХГ. При этом основными пространственными, профильными и временными закономерностями его концентрации в почвах являются:

1) Различие медианных значений в фоновых почвах и в почвах зоны рассеяния и центра газовой аномалии; 2) увеличение концентрации метана с глубиной почвы в зоне влияния ПХГ; 3) постепенное снижение газосодержания СН4 в почвах приуменьшении компрессии в ПХГ.

4.2 Особенности диффузии метана в почвах.

Аллохтонный метан, миграционно поступающий в почву, поглощается ею, вступает в сложную систему межфазных взаимодействий, а свободная его форма участвует в газообмене почвенного и атмосферного воздуха. Интенсивность этого газообмена, зависимого от газовой проницаемости почвы, определяется как конвективным, так и диффузионным массопереносом. Известно, что приоритет диффузии над конвекцией определяется относительным постоянством градиентов концентраций в подпочвенном горизонте и в приземном слое воздуха и общее количество вещества, переносимое диффузией за длительные промежутки времени, больше, чем при конвективном массопереносе (Смагин, 2000). Исходя из этого положения, в настоящей работе за основной тип массопереноса метана в почве принимается диффузионный, определяемый произведением градиента концентрации СН4 и эффективного коэффициента диффузии в почве (0,ф). Для характеристики газовой проницаемости почвы необходимо знать численное значение соответствующего коэффициента Оэф. (г Измерение коэффициента диффузии метана в разных по влажности и

гранулометрическому составу почвенных монолитах показывает его сложную экспоненциальную зависимость от отношения пористости аэрации » к общей пористости почвы, являющегося функцией ее влажности (рисунок 6)

Рис. б. Зависимость эффективного коэффициента диффузии метана в

Коэффициент диффузии в почве, как в пористой среде, меньше соответствующего коэффициента диффузии Ц> в воздухе (0,138 см^с), т.к.

почвенные частицы и влага, заполняющая поры, понижают площадь эффективного поперечного сечения, доступную для диффузии газа. Чем больше объема занимают поры аэрации, в основном по которым происходит интенсивная диффузия, тем больше диффузионная проницаемость почвы.

При влажности монолитов, близкой к полной влагоем кости, становится меньше, чем Б метана в воде (1,39-10"5 см^/с против 2,22-10 см2/с). Аналогичные данные получены ранее Антоновым (1970) для обводненного песка (0,56-10'5 см2/с). В торфе, при полном влагонасыщении, Бэф (0,5-10"4 см2/с) больше, чем в воде, что согласуется с данными Смагина (2000) по изучению активированной диффузии. Интересен тот факт, что метана в минеральных горизонтах почв, при состоянии полного влагонасыщения, сопоставим с О метана для некоторых известняков (8,33-Ю"5 см2/с) и алевролитов песчанистых (0,28-10*5 сьг/с) в состоянии природной влажности, а породы с О порядка 10"* -10~7 см2/с уже считаются диффузионно-слабопроницаемыми (по классификации Соколова с соавт., 2001). Кроме влажности, наблюдается влияние гранулометрического состава почвы на различный характер изменения функции Ц^, от П^общ. Для изучения отбирались образцы минеральных горизонтов почв глинистого (гор. ТГ2В технозема гидроморфного), суглинистого (гор, В дерново-подзолистой почвы), супесчаного (rop.Bg дерново-подзолистой поверхностно-оглееной почвы) и песчаного (гор. ТГ2 хемозема) гранулометрического состава. Расчет ,

коэффициентов диффузии метана при влажности почвы, соответствующей ППВ показал, что только в песке и, в меньшей мере в супеси, при этой влажности и соответствующему ей отношения П8/По6щ=0,4 создаются условия •

для относительно интенсивной диффузии метана с О^, порядка 0,01 см2/с (рисунок 7). При соотношении П8/П0бЩ= 0,95, Ц,ф в бесструктурном песке на

порядок больше, чем в плохооструктуре иной глине (0,5 см2 / е., против 0,05 см2 /ч). При соотношении Пе/Повш=0,3 различие в бесструктурном песке и глине увеличивается до 2х порядков.

Таким образом, диффузионная газовая

проницаемость почвы зависит от ее влажности и гранулометрического состава, экспоненциально возрастая при увеличении отношения пористости аэрации к общей пористости. Основываясь

Рис. 7 .Коэффициент диффузии метана в почвенных монотипах при влажности, соответствующей ППВ.

0.06

41 60 85 03

Содержание физического песка, %

на данных по влажности, гранулометрическому составу почв и функциональной зависимости от них диффузии СН4, можно оценить интенсивность диффузионного массопереноса метана в масштабах почвенного покрова.

Подобные экспоненциальные и прямые зависимости D^ от П^ОП для различных почв были получены и ранее: (Пенман, 1940; Блейк, Пейдж, 1948; Де Фриз, 1950; Маршалл, 1959; Миллинггон, 1959; Голубев, 1981; Campbell, 1985; Воронин, 1986; Смагин, 2001), приводились разные трактовки этого явления, однако в литературе практически не встречается попыток интерпретировать диффузию газов в масштабах ландшафта, структуры почвенного покрова и гидротермических условий, основываясь на данных по влажности, порозности, структуры и гранулометрического состава почв.

4.3 Профильные и пространственные закономерности диффузионной газовой проницаемости почвенного покрова.

Интерпретация диффузии метана в масштабах структуры почвенного покрова (СПП) основывается на закономерностях, зависящих от неоднородности профильного и пространственного распределения основных физических свойств почв, влияющих на диффузию и последующее накопление в них метана (рис 8):

Рис. 8. Схема строения профилей автоморфных (а, в, е), полугидроморфных (б, г, д, ж) и гидроморфных (з) почв исследуемой территории

а) б) в) г)

Условные обозначения: а) агродерново-подзолы псевдофибровые на древнеаллювиальных песках; б) агродерново-подзолы поверхностно-глееватые на древнеаллювиальных песках; в) агродерново-подзолистая на водно-озерно-ледниковых песках и супесях; г) агродерново-подзолистая поверхностно-слабоглееватая на водно-озерио-ледниковых песках и супесях; д) торфянисто-

подзолисто-глеевая на отложениях древних ложбин стока; е) хемозем битуминозный засоленный на переотложенном техногенном материале; ж) хемотехнозем поверхностно-глееватый на переотложенном техногенном материале; з) техиозем профильно-глееватый на переотложенном техногенном материале.

Основной профильной закономерностью является накопление метана, которое наблюдается в глеевых и иллювиальных горизонтах почв суглинисто-глинистого гранулометрического состава и в техноземах с техногенными сильно уплотненными битуминозными горизонтами с низкой пористостью аэрации. Это подтверждается зависимостью концентрации свободного метана в почвах от величины его эффективного коэффициента диффузии на глубине формирования иллювиальных, глеевых и техногенных горизонтов, соответствующей глубине пробоотборника 60 см (рис 9):

Рис. 9. Зависимость концентрации свободного метана в суглинистых горизонтах почв на глубине 60 см от величины его эффективного коэффициента диффузии

• • л ,* <4 >-,■"*•■

Г' I' (■' 1 ('"' \< Г I 'I I"" 1—I—+

— — гп оо — •

о р о р П П Ч « » Ч. "I •*>. - П* Я. "" 1 1 ооооооо------ -ч-

Концентрация метана в почвах Ов ррш).

Низким значениям соответствуют значительные уровни (до 10 ООО ррт) концентрации свободного СН4. Очевидно, что при высоком значении Бэф (180-200 см2/ч), близком кО,в атмосферном воздухе (500 см2/ч), накопления СН4 в почвах не происходит, т.к. при интенсивной диффузии концентрация СКЦ в термодинамически неравновесной системе почва-атмосфера стремится к выравниванию до атмосферного значения, тем самым, уменьшая содержание свободного СН4 в почве, при условии невысокой концентрации СН4В приземном слое воздуха.

Таким образом, уменьшение коэффициента диффузии в иллювиальных, глеевых и техногенных горизонтах почв суглинистого гранулометрического состава ведет к увеличению в них концентрации метана, что говорит о формировании в почвах горизонтов-«барьеров», ограничивающих диффузию и способствующих депонированию газа.

Помимо профильных, наблюдаются определенные

пространственные закономерности диффузионной проницаемость почв, которые основываются на различии гранулометрического состава почв, сформированных на древнеаллювиальных, ледниковых и техногенных

почвообразующих породах, а также на неоднородности

гранулометрического состава почв и изменения их увлажненности в зависимости от положения в почвенной катене.

В таблице 1 и на рис. 10 показано распределение средних профильных значений содержания физической глины, отношения порозности аэрации к общей порозности и эффективного коэффициента диффузии метана в основных типах почв в пределах древнеаллювиальной, ледниковой и техногенной равнин. Наблюдается неоднородность количества дождевых осадков и температур воздуха, прямо влияющих на почвенный климат, в разные года исследований, поэтому для выявления влияния гидротермических условий на влажность и коэффициент диффузии, вышеописанные данные сгруппированы по двум сезонам, резко отличающимся по климатическим условиям.

(в июле 1998 г. среднемесячные значения: температуры воздуха составляло 18.9 С0, количества осадков 120 мм, что близко к среднегодовой норме, а в июле 1999 г. среднемесячное значение температуры воздуха составляло 22,1 С0 , количества осадков 46 мм, или менее 50% от нормы, (бюллетень метеостанции МГУ, 1998-2001).

Таблица 1. Средние и медианные значения (п=180) содержания физической глины, отношения порозности аэрации к общей порозности и эффективного коэффициента диффузии метана в исследуемых почвах.

Почвообразующие породы Древнеал- лювиальиые пески Озерно-водноледннковые пески, супеси и суглинки Техногенный переотложенный материал

Типы почв а* б в г д е ж 3

Содержание физической глины, % 13,06 ±2 58 21,4± 2,04 17,39 ±2,08 19,54 ± 1,67 19,73± 2,33 17Д± 1,32 13,81* 1,52 66,89 ± 8.04

Эффективный коэффициент диффузии метана, ск^/сек (Med) Норма осадков 0,045 0,02 0,031 0,023 0,0003 0,037 0,015 0,001

Дефицит осадков 0,052 0,23 0,04 0,014 Нет данных Нет данных 0,022 0,034

Отношение порозности аэрации к общей порозности почвы Норна осадков 0,81 ± 0,005 0,42± 0,1 0,64± 0,04 0,57± 0,05 0,22± 0,1 0,64± 0,03 0,3± 0,07 0,31± 0,02

Дефицит осадков 0,88 ±0,01 0,61± 0,05 0,67± 0,04 0,62± 0.065 Нет данных 0,67 ±0,04 0,61± 0,05 0,64± 0,07

* обозначения типов пом» см. на рис 8.

Оценке подвергались изменения физических свойств, непосредственно влияющих на диффузионную проницаемость в почвах, расположенных на древнеаллювиальных, ледниковых и техногенных литологических разностях, на различных ландшафтных позициях и в разных гидротермических условиях. Выявлены следующие закономерности: 1. Наибольшие значения гул^щ (0,67-0,88) и (0,036-0,047 см2/с) характерны для почв автоморфного ряда (дерново-подзолистые и дерново-подзолистые псевдофибровые) в период дефицита осадков, а наименьшие

значения iyn^ (0,22-0,31) и D^ (0,0003-0,001 см2/«;) - для гидроморфных почв (торфяно-глеевые и техноземы глеевые) при норме осадков.

2. Наибольшей газовой проницаемостью обладают дерново-подзолистые почвы на древнеаллювиальных песках. Усредненный D^ (Med=0,052 см2/с) в них статистически значимо отличается от других почв автономных позиций, таких, как дерново-подзолистые почвы на суглинисто-супесчаных отложениях ледниковой равнины и техногенные солончаки на гетерогенном по гранулометрическому составу карбонатном материале.

3. Независимо от гидротермических условий диффузионная газовая проницаемость уменьшается в ряду почв (медианы D^ даны для сухого периода): дерново-подзолистые псевдофибровые и ордзандовые почвы на древнеаллювиальных песках (Med D^ =0,052 см2/с) —► хемоземы песчаные (Med Иэф =0,041 см^с) дерново-подзолистые и хемодерново-подзолистые почвы на суглинисто-супесчаных озерно-ледниковых отложениях (Med D^ =0,04 cmVC) .

4. Уменьшение П^/П,^, и Цф в дерново-подзолистых оглеенных, торфянисто-подзолистых и торфяно-глеевых почвах на более низких элементах рельефа прослеживается независимо от гидротермических условий, и может быть связано с близким залеганием уровня грунтовых вод.

5. Наибольшее увеличение ITg/IIoem и D^ в период дефицита осадков наблюдается в почвах гидроморфного ряда, наименьшее-в почвах автоморфного, что может объясняться большей зависимостью влажности гидроморфных почв от УГВ, а влажность автоморфных почв зависит от дождевых осадков и наличия водоупора.

6. Общей закономерностью является увеличение отношения Пд/По&ц в почвах при гидротермических условиях дефицита осадков по сравнению с нормой.

Таким образом, газовая диффузионная проницаемость почвенного покрова, помимо профильных, обладает определенными пространственными закономерностями, зависящими от литолого-геоморфологических и гидротермических условий. Наибольшей газовой проницаемостью обладают песчаные почвы автономных позиций (дерново-подзолистые на древнеаллювиальных песках) в условиях дефицита дождевых осадков, наименьшей - суглинисто-супесчаные почвы аккумулятивных позиций (торфянисто-глеевые в ложбинах стока и техноземы глеевые на переотложенном суглинисто-глинистом техногенном материале) в условиях нормы дождевых осадков.

4.4 Эмиссия метана в атмосферу и зависимость се от диффузионной проницаемости почвенного покрова.

Эмиссия метана измерялась по сетке квадратов с последующей группировкой полученных данных с учетом геоморфологических и кате парных особенностей, почвообразующих пород, типом почв и почвенных комбинаций, а также гидротермических условий. Также учитывалось расположение точки отбора пробы на определенных зонах

газопроявления. К таким зонам относятся: зона технологического влияния, где миграция метана к почвам усиливается наличием его межколонного движения; зона трещиноватости геологических структур, где процессы миграции наиболее выражены; зона рассеяния. На автоморфных и полугидроморфных почвах фоновых участков эмиссия метана не выражена и преобладает процесс его поглощения из атмосферы с интенсивностью 0,020,04 мг/м*/ч, что хорошо согласуется с литературными данными (King, 1992; Смагин, 2000). Наличии эмиссии СИ» в фоновых гидроморф ных почвах обусловлено его бактериальным образованием (Гальченко, 1994; Заварзин,1986).

В зоне влияния ПХГ, где концентрация метана в почвах на определенных участках может значительно превосходить его концентрацию в атмосфере, эмиссия составляет диапазон 0,01-1 мг/м^ч и зависит от диффузионной проницаемости почв и градиентов его концентрации в почвах и в приземном слое воздуха. Группировка точек отбора проб по почвенным комбинациям, зонам газопроявления и гидротермическим условиям дает возможность оценить зависимость эмиссии метана от газовой проницаемости почвенного покрова (рис. 10)

Рис. 10. Эмиссия метана и диффузионная газовая проницаемость почв основных мезоструктур почвенного покрова: а) при гидротермических условиях нормы среднемесячного количества осадков; б) - при дефиците осадков.

1.5

500 И

Успеение оботачгяня:

Мезоструктуры покрова:

почвенного

Песп я супсся Суглинки I глшы Уровень грунтовых вод

щ Содержащие фю шшц%

Коэффициент дифуэии 9 меток. ем'/сек

д Рмр/Робщ

Энссая (срои ) метка в 1 оке технологического влняиц'КГ1 мг/н'/ч

Эмиссия (среда) неттеав эонетрядановатост геолопиееии чруыур. • 101и/и1/ч

Эмиссия (среда) мета в эове рассеягая углеводородов* 1 (С' иг/и1/*

Эмиссия автохтонного игпва*10'1иг/и,/ч

Отсутствие зшссни в поглощение лиосффного метана в эове рассеяния углеводородов

1 - Сочетания дерново-подзолов пссвдофибровых песчаных и супесчаных, торфянисто-подзолистых поверхностно-оглееных почв на древнсашповиальных отложениях;

2 - Сочетания дерново-подзолистых и дерново (торфянисто)-подзолистых и торфяно-глеевых почв на озерно-водноледниковых отложениях;

3 - Сочетания-мозаики хемо-техно-дерново-подзолистых, хемо-техноземов и хемоземов на переотложенном техногенном материале

Определенные закономерности эмиссии СН4 прослеживаются как на почвах, расположенных на различных почвообразующих породах, так и на почвах, расположенных на различных элементах рельефа, т.к. гранулометрический состав почвенной толщи заметно влияет на

диффузионную проницаемость и эмиссию в атмосферу. Так, например, дерново-подзолистые псевдофибровые и торфянисто-подзолистые ордзандовые супесчаные и песчаные почвы на древнеаллювиальных отложениях, а также техногенные солончаки песчаного гранулометрического состава характеризуются наиболее высокими эффективными коэффициентами диффузии метана. Соответственно, в них проявляется более высокая эмиссия, чем в супесчано-суглинистых почвах озерно-ледниковой равнины. Отмечается значительное усиление эмиссии до 1,5 мг/м2/ч в зоне технологического влияния, что обусловлено интенсивной миграцией СН4. В условиях дефицита среднемесячного количества осадков и повышенной температуры воздуха (июль 1999 г.), при отношении Гул^щ 0,61-0,88 и соответствующие им эффективные коэффициенты диффузии 0,026-0,047 см2 /с, эмиссия метана проявляется по всей территории газовой аномалии с интенсивностью 0,01-0,6 мг/м^ч. В условиях нормы среднемесячного количества осадков и температуры воздуха коэффициенты диффузии в почвах уменьшаются, что приводит к преобладанию процесса поглощения атмосферного метана почвами над процессом эмиссии. В диссертации эмиссия метана в июле 1998-2000 г.г. исследования представлена на соответствующих картах, на которых хорошо видна ее годовая динамика.

Таким образом, диапазон интенсивности эмиссии метана с поверхности почвенного покрова в зоне влияния ПХГ составляет 0,01-1 мг/м/ч. Эмиссия коррелирует с диффузионной проницаемостью почв и уменьшается вместе с ней при смене гидротермических условий с дефицита осадков до нормы, т.к. во влажный период почвы лучше «держат» миграционный метан. В сухой период эмиссия СН4 возрастает и становится наиболее выраженной на дерново-подзолистых почвах, сформированных на древнеаллювиальных песках, а также на супесчаных антропогенно-нарушенных почвах в зоне технологического влияния.

4.5 Потоки метана в почвах. Поглощение атмосферного СНа почвами.

Накопление литогенного метана в почвах до уровней, превышающих концентрацию СН* в приземном слое воздуха и возникновение определенного градиента концентраций в газовой системе почва-атмосфера, является основной причиной возникновения процесса эмиссии, представляющей собой атмотропический поток СН4 через поверхность почвы, который, согласно первому закону Фика, пропорционален диффузивности, выражаемой через коэффициент Эф и градиенту концентрации в почве и в приземном слое воздуха.

Для расчета потоков метана и сопоставления их с результатами определения эмиссии, в почвенных разрезах анализировались данные по диффузионной проницаемости, а также данные по газосодержан ию метана в почвенных горизонтах и в приземном слое воздуха. Расчетные величины потоков СН4 близки к экспериментальным оценкам эмиссии и поглощения СН4 почвами. При отсутствии в почвах горизонтов-«барьеров» с низкой

диффузионной проницаемостью, величина эмиссии метана с поверхности почвенного покрова коррелирует с усредненными по профилям эффективными коэффициентами диффузии СИ,. При этом наблюдается прямая зависимость: чем больше средний Оф тем больше величина эмиссии (рисунок 11). Интересен тот факт, что в определенном диапазоне Оэф (0,040,05 см2/с), поток переходит от отрицательных величин (поглощение атмосферного метана) к положительным (эмиссия СНД

Рисунок 11. Зависимость эмиссии метана от усредненной профильной величины эффективного коэффициента диффузии в почвах

ЕМвЖМ • -ми ♦ ДИ20 ■ ко

Изменение направления потока (смена эмиссии на поглощение атмосферного метана) при определенном значении В^ является следствием функционирования почвенного покрова, как своеобразной «мембраны», регулирующей диффузионный массоперенос СН4 в газовой системе почва-атмосфера

Более четкая корреляция потоков и средних осложняется влиянием таких факторов, как неоднородность диффузионной проницаемости в пределах почвенных профилей и наличие в атмосфере скважинной зоны повышенных концентраций метана и других газообразных загрязнителей (оксида углерода, оксида азота, меркаптанов и др.). Метан может выделяться в атмосферу, помимо эмиссии из почв, в результате некоторых технологических утечек (негерметичность газовых скважин и технологического оборудования). В результате, по сравнению с региональным фоном (1-2 ррш), атмосферная концентрация СН4 в центре, над скважинной зоной, при неблагоприятных метеорологических условиях может достигать 40-50 ррш, что изменяет направление потока метана в системе почва-атмосфера с эмиссионного на геотропический. Заметен тот факт, что на тех точках территории скважинной зоны, где зафиксировано поглощение почвой атмосферного метана, наблюдается корреляция интенсивности этого процесса и концентрации СН4 в приземном слое воздуха (рис. 12).

Составлены карты концентрации метана в приземном слое воздуха, на которых заметно существование атмосферной метановой аномалии сложной формы с центром над скважинной зоной, практически исчезающей после резкого снижения объемов закачки СЬЦ в ПХГ. При больших объемах и интенсивных выбросах и утечках, сложное поведение загрязняющего компонента в атмосфере, зависящее от

изменения температурной и барической стратификации ее нижней части, диффузионного и турбулентного рассеяния, а также от «розы ветров», осложняют однозначную трактовку

зависимости эмиссии и поглощения метана почвами от его концентрации в воздухе.

4.6 Зависимость эмиссии метана от компрессии газа в газохранилище.

Результаты измерения газонасыщенности почв и эмиссии метана в атмосферу в различные сезоны (июль 19982003 гг.) позволили установить зависимость этих показателей от компрессии газа в газохранилище. Известно, что технологические условия хранения газа могут меняться. Так с 2000 по 2004 гг. была уменьшена компрессия хранящегося газа на 2/3 по сравнению с 1998 и 1999 тт. Сопоставление данных по газонасыщенности метаном почв в зоне влияния ПХГ, эмиссии метана и технологических условий позволили установить сопряженность этих процессов. Предполагается, что общее сужение распространения метана в куполе пласта-коллектора и уменьшение активного объема хранящегося газа, снижает поступление субвертикальных конвективных и диффузионных потоков метана к четвертичным отложениям и почвам. Соответственно, уменьшается газосодержание СН» в почвах и его эмиссия в атмосферу (рис 13). Отчетливо заметна сопряженность процесса изменения количества хранящегося газа и его компрессии и ширины формирования почвенно-геохимической аномалии в почвах, а также интенсивности эмиссии метана в атмосферу. На основе совместной интерпретации данных газовой съемки, динамики поверхностного газопроявления и глубинных технологических процессов, можно сделать вывод о существовании однонаправленной связи между компрессией метана в глубине газохранилища и эмиссией его с поверхности.

При падении компрессии в ПХГ концентрация метана в почвах уменьшается до фоновых значений, а эмиссия в атмосферу падает на порядок, поэтому в этих условиях сложно правильно интерпретировать влияние природных условий на эмиссию.

Рис 12 Зависимость поглощения атмосферного метана почвами от его концентрации в пряэеююм слое воздуха.

1=0.75

| 1.» 1.«

»•"1 о л

3 10 12 14 19 16 20 21 24 27 39 35 37 М 45 Коящитрач», ИШ

Рис. 13. Эмиссия метана в атмосферу и почвенно-геохимическая аномалия в почвах в 1999 и 2000 гг. исследования.

(М

Эмиссия метана х 10"' мг/м7ч. Июль 1999г. ^ Эмиссия метана х 10'1 мг/м2/ч. Июль2000г. Границы:

Распространения газа в пласте-коллекторе при полной компрессии газа. Распространения газа в пласте-коллекторе при компрессии, уменьшенной на 2/3.

Потаенно-геохимической аномалии: Июль 1999 г Июль 2000 г Почвенных контуров нп Ореолов с автохтонным продуцированием метана

В связи с этим, наиболее отчетливо закономерности эмиссии литогенного метана с поверхности почвенного покрова ее и связь с природными условиями наблюдаются при нормальной компрессии газа (июль1998-1999 гг. исследования).

Зная среднюю величину интенсивности эмиссии или поглощения метана на определенном почвенном контуре, а также его площадь, можно оценить количество метана, поглощенного почвами или эмитировавшего в атмосферу за определенное время. Наибольшее количество литогенного метана эмитирует в атмосферу с поверхности автоморфных почв при нормальной закачке СН4 в газохранилище и в сухой период. В пересчете на время проведения газовой съемки (1 месяц) это количество составляет -1,24 т СН4. При аналогичной компрессии, но во влажный период, преобладает процесс поглощения атмосферного метана почвенным покровом (-0,89 т СН4).

Выводы:

1. Почвенный покров газовой аномалии функционирует, как специфическая, периодически проницаемая мембрана, способная менять направление потока метана (смена процесса эмиссии на процесс поглощения атмосферного метана) в диапазоне своей диффузионной газовой проницаемости, соответствующему D^ 0,04-0,05 см2/с.

2. Диффузионная газовая проницаемость почв для метана изменяется в широких пределах, зависит от отношения пористости аэрации к общей пористости и гранулометрического состава и уменьшается в следующем ряду автоморфных почв (для сухого периода): дерново-подзолистые псевдофибровые и ордзандовые почвы на древнеаллювиальных песках (Med ц>ф = 0,052 см2/с) —* хемоземы песчаные (Med = 0,041 см2/с) —► дерново-подзолистые и хемодерново-подзолистые почвы на суглинисто-супесчаных озерно-ледниковых отложениях (Med D^ = 0,04 cmVc).

3. Уменьшение диффузионной газовой проницаемости во влажных почвах обусловлено уменьшением коэффициента диффузии метана в жидкой среде. Диффузионная газовая проницаемость уменьшается от автоморфных к полугидроморфным и гидроморф ным почвам в зависимости от гидротермических условий. В период дефицита дождевых осадков наблюдается увеличение значения диффузионной проницаемости почв, в период нормы осадков - уменьшение.

4. Содержание свободного метана в почвах и последующая его эмиссия в атмосферу зависят от величины компрессии газа в газохранилище и диффузионной проницаемости почв. При нормальной компрессии (2,5 млрд. м3 газа в ГТХГ) проявляется эмиссия метана в атмосферу с диапазоном интенсивности 0,1-2 мг/м^ч. При снижении компрессии на 2/3 средняя величина эмиссии метана падает на порядок, а медианные значения содержания свободного метана в порах аэрации почв в зоне влияния ПХГ уменьшаются от 17 до 1 ррш и меньше.

5. При нормальной компрессии эмиссия литогенного метана в атмосферу зависит от диффузионных параметров почв, определяемых гидротермическими условиями. Максимальная эмиссия наблюдается в условиях дефицита среднемесячного количества осадков и повышенных температур атмосферного воздуха и поверхности почв, минимальная - в условиях нормы.

6. На исследуемой площади влияния ПХГ на почвенный покров (25 км2) обшее количество подземного метана, эмитирующего из автоморфных почв при больших закачках в ПХГ и в сухой период, составляет ~1,24 т СН* /1 мес. (июль 1999 г.). При малых закачках и во влажный период (июль 2000 г.), при преобладании процесса поглощения почвами атмосферного метана, общее количество поглощенного метана составляет -0,89 т СН4.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Ушаков С.Н. Об экологическом контроле почв на ПХГ. Тез. Международной конференции «Экологическая безопасность» Москва, 1998. с. 121-122.

2. Ушаков С.Н. Диффузионная проницаемость почвы для метана в зависимости от ее физического состояния. Тез. конференции студентов и аспирантов Ломоносов-2000, Москва, 2000, С. 98.

3. Ушаков С.Н. К оценке эмиссии метана с поверхности почвенного покрова на подземных хранилищах природного газа. Тез. Международной школы «Экологическая геохимия», Новороссийск, 2003, С. 44.

4. Ушаков С.Н. Роль газовой емкости почвы в формировании безопасного уровня эмиссии метана на подземных хранилищах газа. Тез. Международного форума «Технологии безопасности», Москва, 2004.С. 408409.

5. Можарова Н.В., Ушаков С.Н., Роль почвенного покрова в регулировании эмиссии метана на газоносных территориях. Доклады Академии наук, 2004, том 399, № 3, С. 1-5.

6. Можарова Н.В., Ушаков С.Н. Диффузионная проницаемость почвенного покрова газовой аномалии. // Материалы IV Съезда Докучаевского общества почвоведов, Новосибирск, 2004. С. 376.

7. Mozharova N., Ushakov S. The Role of the Diffusion Permeability of Soils in the Regulation of Methane Emission on Gas-Bearing Areas, Dokladi Biological Sciences 6/1,2004.

Подписано в печать 200-?года. Заказ № /

Формат 60х90/16. Усл. печ. п. /.У . Тираж /00 экз. Отпечатано на ризографе в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ.

1-2*50

РНБ Русский фонд

2006-4 13056

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Ушаков, Сергей Николаевич

RRF/у.НИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ. ПЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ.

1.2 ГАЗОВЫЕ ОРЕОЛЫ И АТМОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ.

1.3 ВНУТРИПОЧВЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ МЕТАНА.

1.4 ОСОБЕННОСТИ МАССОПЕРЕНОСА ГАЗОВ В ПОЧВАХ.

1.5 ЭМИССИЯ МЕТАНА В АТМОСФЕРУ.

1.6 МИГРАЦИЯ И ЭМИССИЯ МЕТАНА НА ПОДЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩАХ ГАЗА.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ИЗУЧАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ

3.1 КЛИМАТ.

3.2 РАСТИТЕЛЬНОСТЬ.

3.3 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ.

3.4 ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ.

3.5 ГЕОМОРФОЛОГИЯ.

3.6 ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ.

3.7 ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

4.1 ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕТАНА В ПОЧВЕННЫХ ПРОФИЛЯХ.

4.1.1 ПРОСТРАНСТВЕНННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ.

4.1.2 ПРОФИЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ.

4.2 ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИИ И НАКОПЛЕНИЯ МЕТАНА В ПОЧВАХ.

4.2.1 ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ МЕТАНА ОТ

ПОРОЗНОСТИ АЭРАЦИИ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ.

4.3 ПРОФИЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИФФУЗИОННОЙ ГАЗОВОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА.

4.3.1 ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ

ГАЗОВОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА.

4.4 ЭМИССИЯ МЕТАНА В АТМОСФЕРУ И ЗАВИСИМОСТЬ ЕЕ ОТ ДИФФУЗИОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА.

4.5 ВНУТРИПОЧВЕННЫЕ И ЭМИССИОННЫЕ ПОТОКИ МЕТАНА. ПОГЛОЩЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО МЕТАНА ПОЧВАМИ.

4.6 ЗАВИСИМОСТЬ ЭМИССИИ МЕТАНА ОТ КОМПРЕССИИ ГАЗА В ГАЗОХРАНИЛИЩЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль почвенного покрова в эмиссии метана при подземном хранении природного газа"

Быстрые темпы развития газовой промышленности в последние годы неизбежно ведут к увеличению масштабов воздействия объектов добычи, транспортировки и хранения природного газа на окружающую среду: недра, подземные и поверхностные воды, почвы, атмосферу. На современном этапе важнейшей задачей для исследователей-экологов и специалистов в области охраны окружающей среды является определение утечек и выбросов газообразных загрязнителей, а также характера их миграции, поведения и трансформации в различных природных средах. В связи с этим, одним из интересных и перспективных направлений при экологических и почвенно-географических исследованиях на объектах газовой промышленности является изучение диффузии метана через почвенно-грунтовые толщи из подземных газохранилищ (ПХГ) и эмиссия его в атмосферу. Эта проблема, фактически, являясь актуальной как в теоретическом, так и в прикладном аспектах, приобретает все больший интерес в связи с увеличением количества и объемов объектов подземного хранения газа. За последние десятилетия количество природного газа, хранящегося подземным способом (его активный объем) практически удвоилось и к 2001 году достигло 55 млрд. м3. Если учесть, что потери газа при его подземном хранении находятся в интервале 1,5 - 3% от активного объема (по данным РАО «ГАЗПРОМ»,2000), можно приблизительно оценить, какие количества газа попадают в прилегающие к газохранилищам геосферы и могут принимать участие в разнообразных природных процессах и явлениях.

Адекватно с этим воздействием, увеличилась и антропогенная нагрузка на поверхностные экосистемы, т.к. при увеличении активного объема неизбежно возрастает и площадь территорий, занимаемых газохранилищами. К сожалению, экологическим аспектам влияния ПХГ на окружающую среду до недавнего времени уделялось явно недостаточное внимание. Между тем, с явлением миграции и эмиссии метана, а также образования газовых аномалий, связана и проблема защиты воздуха, как в районах нахождения подземных газохранилищ, так и в атмосфере в целом, т.к. метан, как известно, является одним из наиболее распространенных и активных её загрязнителей.

С другой стороны, для предприятий газового комплекса вопросы герметичности газовых месторождений и подземных хранилищ, и связанные с этим экологические аспекты, также весьма актуальны. Хотя и считается, что подземное хранение газа, по сравнению с наземным, способствует охране окружающей среды за счет минимального испарения и эмиссии газов, всё же, одним из негативных явлений при эксплуатации ПХГ является их разгерметизация, т.е. диффузионный и конвективный вертикальный переток газа различными путями через вышележащие пласты, четвертичные отложения и почвенный покров. Последствием такой миграции, помимо образования газовых и бактериальных аномалий в подземных водах, грунтах и почвах, является эмиссия СН4 в приземную атмосферу, на интенсивность которой влияют именно почвы, как конечное звено в цепи миграционных перемещений метана в литосфере. Обладая регуляторной газовой функцией в биосфере и широким спектром физико-химических и биологических свойств, почвы не могут не оказывать воздействие на миграцию газообразных углеводородов, имеющих не только внутрипочвенное, но и литогенное, глубинное происхождение. С этой точки зрения, для теоретических исследований подземные хранилища газа являются интересными объектами, дающими возможность изучения динамики микрокомпонентного состава газовой фазы почв при наличии не традиционных источников газообразных углеводородов (внутрипочвенных и атмосферных), а, по большей части не свойственных почвам - глубинных источников.

Изучение массопереноса газов в пределах почвенного профиля имеет достаточную теоретическую и практическую проработку, однако, вопрос о диффузионной газовой проницаемости почв для углеводородных газов в масштабах ландшафта, а также при наличии подземного источника, остается слабо изученным, несмотря на его значимость для экологических и прикладных проблем. С практической точки зрения, отсутствие теоретических проработок по этому вопросу может привести к неполному охвату всех возможных источников загрязнения атмосферы метаном на ПХГ, что приобретает все большее значение при нормировании предельно-допустимых выбросов газообразных загрязнителей на объектах подземного хранения газа и газового комплекса в целом.

Цель исследования: Выявить влияние диффузионной газовой проницаемости почв на эмиссию метана в атмосферу в пределах почвенной газовой аномалии, образовавшейся при подземном хранении природного газа.

Задачи исследования:

3. Выявить общие закономерности эмиссии метана в атмосферу при различной компрессии в газохранилище и различных гидротермических условиях.

Определить связь эмиссии метана в атмосферу и диффузионной проницаемости почв в пределах газовой аномалии. Научная новизна исследования определена его предметом и полученными результатами:

1. Впервые исследована многолетняя динамика эмиссии метана с поверхности почвенного покрова территории ПХГ.

2. Определены параметры, влияющие на диффузионную проницаемость почв и на эмиссионно-геотропические потоки метана на поверхности почвенного покрова территории газохранилища.

4. Показано, что имеется прямая связь поверхностного газопроявления с процессом изменения количества хранящегося газа на глубине.

1. Диффузионная газовая проницаемость почвенного покрова для метана обладает пространсвенно-временной изменчивостью, зависящей от гидротермических условий и разнообразия физических свойств почв, возникших в процессе почвообразования и техногенеза.

2. Смена направления потоков метана от геотропического к атмотропическому является следствием функционирования почвенного покрова, как «мембраны», регулирующей диффузионный массоперенос СН4 в газовой системе почва-атмосфера.

3. Содержание и последующая эмиссия метана в атмосферу зависит от количества СН4 в газохранилище и от диффузионной газовой проницаемости почвенного покрова.

1) правильно интерпретировать источник и количество эмиссионного метана при проведении газовой съемки. Основываясь на этих данных можно оценить как характер поверхностного газопроявления, так и сделать выводы о миграционных процессах в общей трактовке проблемы герметичности газохранилища;

2) учитывать эмиссию литогенного метана с поверхности почвенного покрова, как еще один из источников поступления метана в приземную атмосферу при проведении научно-изыскательских и проектно-экологических работ, таких, как разработка проектов предельно-допустимого выброса метана в атмосферу на объектах подземного хранения природного газа;

3) прогнозировать неблагоприятные условия, при которых возможно возникновение эмиссии литогенного метана из почв; такими условиями являются высокие уровни компрессии метана в газохранилище (до 2000 г.), сопровождаемые гидротермическими условиями дефицита дождевых осадков и повышенных температур атмосферного воздуха и почв.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: Международной конференции «Безопасность» (Москва, 1998), Всероссийской конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2000» (Москва, 2000), Международной школе «Экологическая геохимия» (Новороссийск, 2003), IV Всероссийском съезде почвоведов (Новосибирск, 2004), IX Международном форуме «Технологии безопасности» (Москва, 2004), а также на заседаниях кафедры географии почв факультета Почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Автор работы участвовал в создании раздела «Воздействие ПХГ на почвенный покров» проекта «Оценка воздействия ПХГ на окружающую среду» (ОВОС), 2003.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложения, общим объемом 131 страница печатного текста, иллюстрирована 8 картами, 43 графическими приложениями, 7 таблицами и сопровождается списком литературы, содержащим 103 наименования. Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Ушаков, Сергей Николаевич

Выводы:

2. Диффузионная газовая проницаемость почв для метана изменяется в широких пределах, зависит от отношения пористости аэрации к общей пористости и гранулометрического состава и уменьшается в следующем ряду автоморфных почв (для сухого периода); агродерново-подзолы псевдофибровые и ортзандовые на древнеаллювиальных песках (Med D^ = 0,052 cmVc) —> хемоземы песчаные(Ме<! D^ = 0,041 см2/с) —> агродерново-подзолистые и хемодерново-подзолистые почвы на суглинисто-супесчаных озерноу ледниковых отложениях (Med D^ = 0,04 см /с).

3. Уменьшение диффузионной газовой проницаемости во влажных почвах обусловлено уменьшением коэффициента диффузии метана в жидкой среде. Диффузионная газовая проницаемость уменьшается от автоморфных к полугидроморфным и гидроморфным почвам в зависимости от гидротермических условий. В период дефицита дождевых осадков наблюдается увеличение значения диффузионной проницаемости почв, в период нормы осадков -уменьшение.

4. Содержание свободного метана в почвах и последующая его эмиссия в атмосферу зависят от величины компрессии газа в газохранилище и диффузионной проницаемости о почв. При нормальной компрессии (2,5 млрд. м газа в ПХГ) проявляется эмиссия метана в атмосферу с диапазоном интенсивности 0,1-2 мг/м2/ч. При снижении компрессии на 2/3 средняя величина эмиссии метана падает на порядок, а медианные значения содержания свободного метана в порах аэрации почв в зоне влияния ПХГ уменьшаются от 17 до 1 ppm и меньше.

6. На исследуемой площади влияния ПХГ на почвенный покров (25 км ) общее количество подземного метана, эмитирующего из автоморфных почв при больших закачках в ПХГ и в сухой период, составляет -1,24 т CH4/I мес. (июль 1999 г.). При малых закачках и во влажный период (июль 2000 г), при преобладании процесса поглощения почвами атмосферного метана, общее количество поглощенного метана составляет ~0,89 т СН4.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ушаков, Сергей Николаевич, Москва

1. Акопова Г.С., Сидорова Е.В., Немкова Н.С., Можарова Н.В Охрана почв на объектах газовой промышленности.- ИРЦ РАО «Газпром», 1994.С 5-50.

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000, 627 с.

3. Антонов П.Л. Результаты исследования диффузионной проницаемости осадочных пород для углеводородных газов, //в сб. «Геохимические методы поисков нефти и газа и вопросы ядерной геологии». М., 1970. С-38-51.

4. Антонов П.Л. Истощение газовых залежей в процессе восходящей диффузии // в сб. «Геохимические методы поисков нефти и газа и вопросы ядерной геологии». М., 1970. С 25-38.

5. Антонова Т.Ф. О классификации глинистых покрышек в разрезе центральных районов Западно-Сибирской низменности // Тр. СНИИГГИМС. Вып. 47 Новосибирск. С. 128-131. 1996.

6. Атлас Московской области, М. 1976. 55 с.

7. Беляев С.С. Метанообразующие бактерии и их роль в биогеохимическом цикле углерода. Автореф. дис. д-ра биол. наук. Пущино, 1984., 20 с.

8. Беляев С.С. Микробиологическое образование метана в различных экосистемах // в сб. «Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе», изд. «Наука»,М., 1979, с. 205-220.

9. Босняцкий Г.П. Гриценко А.И., Седых А.Д. Проблемы экологического мониторинга в газовой промышленности. М.:АО «Ника-5»,1993. 80 с.

10. И. Будников Б.О., Бухгалтер Э.Б. Комплексный подход к оценке воздействия подземных хранилищ газа на окружающую среду // НТС. Сер. Проблемы экологии газовой промышленности.№1. с 39-21.

11. Бузинов С.Н. Подземное хранение газа в бывшем Советском союзе // Отделение подземного хранения газа. М.: ВНИИГАЗД995, С. 12-21.

12. Бухгалтер Э.Б. Экология подземного хранения газа. М,: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. 431 с.

13. Бюллетень метеорологической станции МГУ, июль 1998-2003 гг.

14. Вадюнина А. Ф., Корчагина 3. А. "Методы исследования физических свойств почв и грунтов", Москва, "Высшая школа", 1973,399 с.

15. Вечерская МС. "Процессы метанообразования и метаноокисления в мерзлотных почвах Колымской низменности," канд. дис.,199 с.

16. Войтов Г.И Химизм и масштабы современных потоков природных газов в различных геоструктурных зонах Земли.- Журн. Всесоюзн. Хим. Об-ва им Д.И. Менделеева. 1986. Т.31, №5. с 533-540

17. Вомперский С.Э. Ковалев А.Г.Глухова Т.В., Смагина М.В. Эмиссия диоксида углерода и разной увлажненности в подзоне южной тайги Европейской территории России. Эмиссия и сток парниковых газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2000.стр. 83.

18. Воронин А.Д, Основы физики почв. М., МГУ, 1986, с. 199-212.

19. Гальченко В.Ф. «Метанотрофные бактерии», М.: ГЕОС, 2001, 500 с.

20. Глазовская М.А. "Геохимия природных и техногенных лаядшафтов СССР", М., 1988г, 328 с.

21. Герасимова М.И, Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы. М.: изд. Ойкумена, 2003, 268 с.

22. Глоба В.М., Яковлев Е.И. и др. Строительство и эксплуатация подземных хранилищ газа. Киев, 1985. 89 с.

23. Голубев В. С., Гарибянц А. А., Геохимическая миграция. 1968. 168 с.

24. Гриценко А.И. Научные основы создания ПХГ: теория и практика. М.: Газпром, 1995. С 17-26.

25. Дедиков Е.В., Бухгалтер Э.Б. Будников Б.О. и др. Экологическое воздействие подземных хранилищ газа на окружающую среду. М.: ИРЦ «Газпром», 1997. 116 с.

26. Дедып С. Я, Паников И. С. "Влияние концентрации метана на скорость его бактериального окисления в сфагновом торфе", Микробиология, №10, 1997.

27. Заварзин Г.А. Роль микроорганизмов в формировании микрокомпонентного состава воздуха" // в сб. ст. "Роль организмов в газообмене почв", М. 1986.

28. Заварзин Г.А. Микроорганизмы и состав атмосферы//в сб. «Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе», изд. Наука, М., 1979, с. 5-35.

29. Звягинцев Д.Г. Газовая фаза почв и микроорганизмы // в сб. «Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе», изд. Наука, М., 1979, с. 92-105.

30. Еременко Н.А. Геология нефти и газа. М. «Недра», 1963. 350 с.

31. Журавлев А.Е., Владыченский А.С., Можарова Н.В. Особенности углеводородного загрязнения почв подземных хранилищ газа. Вестник Московского Ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1999. № 2, с. 27-32.

32. Иванов И.В. Закономерности распределения метана и тяжелых углеводородов в степных ландшафтах. // Геохимические методы поиска нефти и газа и вопросы ядерной геологии. М., Недра, 1979, с.267-265

33. Иванов И.В. Геохимическая дифференциация ланшафтов Волгоградского правобережья и ее учет при поисках нефти и газа. — Автореф. канд.дисс.М. 1969.22 с.

34. Иванов И.В. Углеводородные газы и окисляющие их бактерии в почвах и ландшафтах. Тез. докл. к У дел. съезду почвоведов. Минск, 1977.стр.74-77.

35. Икконен Е.Н., Толстогузов О.В. Диффузия углекислого газа в торфяной почве верхового болота // Почвоведение, 1996, № 7.

36. Истомина B.C. Фильтрация в глинистых грунтах. М., 1975. 74 с.

37. Касьянова Н.А.,Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр и ее влияние на объекты нефтегазового комплекса. М., Геоинформмарк, 1996.

38. Каримов М.В. Эксплуатация подземных хранилищ газа. М.: Недра, 1981.248 с.

39. Ковда В.А., Славин П.С. Почвенно-геохимические аномалии в районах нефтяных месторождений // Геохимические методы поиска нефтяных и газовых месторождений. М., Издательство АН СССР, 1959, с. 1-15

40. Кузьмин Ю.О. Современные суперинтенсивные деформации земной поверхности в зонах платформенных разломов//Геологическое изучение и использование недр//Научн.-техн. Сб. «Геологическое изучение и использование недр» вып №4, Геоинформмарк.-М.,1996.С. 43-53.

41. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании.-М.АЭН,1999, 220 с.

42. Кузьмин Ю.О., Никонов А.И. Эколого-геодинамическая опасность подземных хранилищ газа.// Экологические проблемы использования недр. Вопросы современной геодинамики., 2000. С. 163-171.

43. Лейбензон А.И. Фильтрация углеводородов в природных пористых пластах. М, МГУ, 1947, 370 с.

44. Лукшин В.В., Скляренко И.Я. Оценка глобального антропогенного выброса метана в атмосферу.- Изв. АН СССР. Сер физика атмосферы и океана. Т15, 1979, №4, стр. 455-457.

45. Мастепанов М.А. Кинетика газообмена в профиле сфагнового болота: от метаногенеза к эмиссии. Автореф. канд. дисс. М., 2004.22 с

46. Методы отбора проб при оценке загрязнения почв. Проект международного стандарта ИСО — М.: ЦИНАО, 1994.

47. Минько О.Н.Образование углеводородсодержащих газов и водорода переувлажненными почвами. Автореф. дис. канд. биолог, наук. М. 1987 23 с.

48. Могилевский Г.А. Совместная интерпретация газовых и микробиологических показателей при поисках нефти и газа. М.,1964

49. Могилевский Г.А., Богданова В.М., Кичатова С.М. Бактериальный фильтр в зоне нефтяных и газовых месторождений, его особенности и методы изучения. // Геохимические метода поисков нефти и газа и вопросы ядерной геологии. М., Недра, 1970, с.211-301.

50. Можарова Н.В., Кулагина Е.Г. Трансформация почвенного покрова подземных газохранилищ. ВМУ.сер 17,2000, №1, с. 10-18.

51. Осипов В.И., Соколов В.Н., Еремеев В.В. Глинистые покрышки нефтяных и газовых месторождений. Москва, «Наука», 2001., 238 с.

52. Отделение подземного хранения газа: Сб. научных трудов./ Под. Ред С.Н. Бузинова. М.: ВНИИГАЗ, 1995, 152 с.

53. Орлов Д.С. Образование рассеянного углеводородного газа в почвах.-Второе всесоюз.совещ. по геохимии углерода. М. 1986, стр 190-192.

54. Паников Н.С. Эмиссия парниковых газов из заболоченных почв в атмосферу и проблема устойчивости // Экология и почвы, Пущино,1998.

55. Пасынкова В.М., Ляпкин А.А. Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всесоюзн. совещания. Л.: Гидрометеоиздат. 1989.

56. Перельман А. И. "Геохимия", М. Высшая школа, 1989, 527 с.

57. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. М: Изд. МГУ, 1993. 208 с.

58. Питулысо В.М. Вторичные ореолы рассеяния. Л.: Недра,1977.

59. Поверхностная газовая съемка. ОАО «ГАЗПРОМ», «ГАЗПРОМГЕОФИЗИКА», 2001, 32 с.

60. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств и режимов почв. М,МГУ,2001.

61. Поликарпочкин В.В. Вторичные ореолы и потоки рассеяния. Новосибирск: Наука, 1976.

62. Почвы Московской области М.,1965, 662 с.

63. Прозорович Г.Э. Основные свойства глинистых пластов и глин как непроницаемых экранов для нефти и газа // в сб. «Геология инефтегазоносность юго-востока Западно-Сибирской плиты» Тр. СНИИГГИМС. Вып. 65. Новосибирск, 1967.С 43-64.

64. Руттен А. Происхождение жизни. ,1975. 324 с.

65. Сауков А.А Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Изд-во МГУ, 1963.

66. Сидоров В.А., Кузьмин Ю.О. Современные движения земной коры осадочных бассейнов.-М.:Наука, 1989.

67. Смагин А.В. Газовая фаза почв.- Изд. Моск. Ун-та. 1999,200 с.

68. Смагин А.В. Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем. Докт. дисс. М., 2004. 500 с.

69. Смагин А.В Теория и методы оценки физического состояния почв.// Почвоведение.2003 №3, с. 328-341.

70. Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Мизури Маауиа Бен-Али. Определение основной гидрофизической характеристики почв методом центрифугирования // Почвоведение, 1998, №11, с. 1362-1370.

71. Смагин А.В., Смагина М.В., Глухова Т.В. Потоки, эмиссия и генерирование парниковых газов в заболоченных почвах // Болота и заболоченные леса в свете задач устойчивого природопользования. М.ГЕОС.1999, с.230-233.

72. Смагин А.В. Экспериментальное определение эффективных коэффициентов диффузии в торфах // в сб. «Физико-химические и экологические проблемы наукоемких технологий добычи и переработки органогенных материалов», Тверь, 1999. С. 85-89.

73. Соколов Б.А. Прямые геохимические методы поисков нефти и газа. М.-Л. 1947, 254 с.

74. Степанов A.JI. Александров ГА., Соколов K.JI "Сравнительный анализ методов измерения эмиссии газов из почвы в атмосферу" Почвоведение, 1996, №10.

75. Филиппов Б.Н. Непроницаемость перекрытий коллекторов как фактор формирования нефтяных и газовых месторождений Л.:ВНИГРИ,1964,60с

76. Хокс Х.Е., Уэбб Дж.С. Геохимические методы поисков минеральных месторождений. М., Мир, 1964, 250 с.

77. Экологическая карта Московской области, Экопрогноз, 1993.

78. Энциклопедия газовой промышленности. М.:АО «ТВАНТ». 1994,524с.

79. Boeck P., Van Cleemput О. Flux estimates from soil methanogenesis and methanotrophy // Env.Monitor. and Asses. 1996, v.42, P. 189-207

80. Bridges E.M., Batjes N.H. Soil gaseous emissions and global climate change // Geography, 1996, V.81(2). P. 155-169.

81. Ciceron, Oremland "Atmospheric methan and key determinant of global methan dynamic", 1988

82. Campbell G.S. Soil Phisics with BASIC. Elsever, 1985.

83. Ehalt D N The atmospheric cycle of methane// Tellus.1974. Vol. 26. №1-2. P.58-70.

84. Christiansen Knud. Status Report concerning Methane Release from Natural gas Systems in the Nordic Countries/Nordic gas technology Centre, October 1989

85. Hillel D. Fundamentals of soil physics. Akademic press. N.Y., 1980.

86. Houghton R.A., Callander B.A.,Varney S.K. Climate change. Cambridge Univ.Press.1992

87. Gold T. Terrestrial sources of carbon and earthquake outgassing//J. of Petroleum geol. 1979.Vol 1. № 3.P. 3-19

88. Goulding K.W.T., Willison T.V., Webster C.P., Powlson D.S. Methane fluxes in aerobic soils // Env. Monitor, and Asses., 1996, v.42, p. 175-187

89. King G. Ecological aspects of methan oxidation, a key determinant of global methan denamic/ 1992, p. 431-448.

90. Kruse C.W., Moldrup P, Iversen N. Atmosperic methane diffusion and consumption in a forest soil // Soil Sci., 1996, v.161 (6), p.355-365

91. Mitchel C., Sweet J., Jackson T. A Studi of Leakage from the UK Natural Gas Distribution System. Energy Policy. November, 1990. p. 809-818.

92. Mechanical Disturbance of Soils upon Extraction, Storage, and Transportation of Natural Gas. Eurasian Soil Science. Vol. 36.

93. Moldrup P. Kruse C.W., Rolston D.E., Yamaguchi T. Modelling diffusion and reaction in soils: III/. Predicting gas diffusivity from the Campbell soil-water retention model // Soil Sci., 1996, V. 161, №6. P. 366-375

94. Murase J., Kumira M. Methane Production and its Fate in Paddy Hills. //Soil Sci. Plant Nutr., 1966, v. 42, p. 187-190.

95. Osozava S. A simple method for determining the gas diffusion coefficient in soils and its application to soil diagnosis // Hokoku Bull. Nat. Inst. Agro-environ. Sci. 1998, №15. P. 1-66

96. PaniKOV N. S., Semenov A.M.,et. ol.Methane production and uptake in soils off the European pan of the USSR-J. Ecol. Chem. 1993, vol. 1

97. Shahed G., Meshkati Jonu M. Groot. A Study of Unaccounted for gas at the Southern California Gas Company. American gas Association Distribution/Transmission Conference. May 17, 1993.

98. Svensson H., Lantsheer Jan C., Henning Rodhe. Sources and Sinks of Greenhouse gases in Sweden. //A Gas Study, v. 20,№ 3-4,1991.

99. Toop E., Pattey E. Soils as sources and sinks for atmospheric methane // Can. J. Soil Sci., 1997, v.77, p.167-178.

100. Yagi K. Methane emission from paddy fields // Bull. Natl. Inst. Agroenviron. Sci., 1997, v. 14, p.96-210.1. Фондовые материалы.

101. Кузьмин Ю.О., Никонов A.M. Карта механического состава четвертичных отложений территории Щелковского подземного хранилища газа, ИПНГ РАН, 2000.

102. Кадетов O.K. Геоморфологическая карта территории подземного хранилища газа, МГУ, географический ф-т, 2000.

Информация о работе

Ушаков, Сергей Николаевич
кандидата биологических наук
Москва, 2005
ВАК 03.00.27

Диссертация

Роль почвенного покрова в эмиссии метана при подземном хранении природного газа - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы