ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 6, с. 585-595
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 550.47:556.54
УГЛЕВОДОРОДЫ ДОННЫХ ОСАДКОВ ШТОКМАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ БАРЕНЦЕВА МОРЯ1
© 2014 г. И. А. Немировская, А. В. Травкина
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский просп., 36 E-mail: nemir@ocean.ru Поступила в редакцию 18.02.2013 г.
Проведено исследование проб углеводородов донных осадков Баренцева моря, отобранных летом 2010 г. на двух полигонах в районе Штокманского газоконденсатного месторождения. Установлено, что с глубиной захоронения на фоне уменьшения концентраций Сорг наблюдалось увеличение содержания углеводородов. Состав алканов имел смешанный генезис: в низкомолекулярной области доминировали автохтонные гомологи (н-С^—С^), а в высокомолекулярной — нефтяные; в составе полициклических ароматических углеводородов — легкие полиарены. В качестве основного источника рассматривается просачивание углеводородов из осадочной толщи и их трансформация в поверхностном слое донных осадков. Предполагается, что довольно низкие концентрации углеводородов в пересчете на сухую массу и в составе С™, обусловлены снижением интенсивности флюидных потоков, так как углеводородные залежи Штокманского месторождения надежно перекрыты непроницаемой толщей преимущественно глинистых пород.
Ключевые слова: алифатические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды, ал-каны, донные осадки, месторождение, покмарки, флюидные потоки.
DOI: 10.7868/S0321059614050071
Повышенный интерес к исследованию углеводородов (УВ) в арктических морях в значительной степени обусловлен огромным нефтегазовым потенциалом шельфа и перспективой эксплуатации месторождений. Только на акватории Баренцева моря к настоящему времени открыто одиннадцать месторождений нефти и газа. Считается, что в Баренцевом море сосредоточено 998.1 млн т ресурсов жидких УВ, и 23540.8 млрд м3 газа, что составляет, соответственно, 28.1 и 90.4% ресурсов арктического шельфа [3]. Увеличение объемов добычи, производства и транспортировки нефтепродуктов приводит к возрастающей антропогенной нагрузке на окружающую среду. Поэтому введение в строй ледостойкой морской нефтедобывающей платформы "Приразломная" и связанных с этим маршрутов транспортировки нефти может оказать влияние на экологию шельфового района Баренцева моря.
1 Работа выполнена при финансовой поддержке ООО "Сва-
рог", РФФИ (проект 14-05-00223-а); Президиума РАН (программа 23), в рамках проекта РФ НШ-2493.2014.5 пре-
зидента РФ; проекта "Наночастицы во внутренних и внешних сферах Земли".
В Баренцевом море к основным источникам антропогенных УВ относятся атлантические воды, поступающие со стороны промышленных районов Европы, США и из акваторий добычи нефти и активного судоходства [16], т.е. в море происходит "разгрузка" различных антропогенных соединений [6]. Однако проведенные исследования не выявили значительного загрязнения моря, и экстремально высокие концентраций УВ были единичными на локальных прибрежных участках [3]. Мозаичность распределения УВ обусловлена в значительной степени гидрологическими процессами — перераспределением на акватории атлантических вод.
С целью определения уровней и состава УВ в донных осадках (ДО) юго-восточной части Баренцева моря в августе 2010 г. (57 рейс НИС "Академик Мстислав Келдыш") были отобраны пробы в районе Штокманского газоконденсатного месторождения (ШГКМ) (рис. 1). Полигон 1 расположен на акватории, где отмечены воронкообразные углубления морского дна (рис. 1а), образование которых может быть связано либо с процессами вытаивания погребенного льда (ро&о^), либо
с.ш.
Рис. 1. Расположение станций в юго-восточной части Баренцева моря: а — полигон 1 с воронкообразными углублениями на дне; б — полигон 2 в районе ШГКМ.
с просачиванием из осадков газа (роскшагкз) [18, 27]; а полигон 2 — на акватории самого месторождения (рис. 1б).
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ДО отбирали бокскорером и замораживали при температуре —18°С. В лабораторных условиях пробы размораживали, сушили при 50°С и отсеивали фракцию 0.25 мм. УВ экстрагировали метил енхлоридом на ультразвуковой бане "Сапфир" при температуре 30°С. Содержание УВ определяли методом ИК-спектрофотометрии на приборе "IRAfíinity-1" (фирма "Shimadzu"). В качестве стандарта использовали ГСО 7554-99 (состав нефтепродукта в СС14). Этот метод в эквиваленте используемого стандарта принят в качестве арбитражного при анализе нефтяных УВ (НУ) [8]. Для пересчета концентраций УВ в концентрации Сорг использовали коэффициент 0.86 [9]. Содержание и состав полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе (фирма "Lab Alliance"), снабженном колонкой "Диасфер" (фирма "БиоХим-Мак"). В качестве стандартов использовали смесь индивидуальных ПАУ (фирма "Supelco"). Состав алканов определяли на газо-жидкостном хроматографе с колонкой 30 м и жидкой фазой ZB-5 (фирма Intersmat GC 121-2), оснащенным пламенно-ионизационным детектором при программировании температуры от 100 до 320°С со ско-
ростью 8град/мин. Подробности методических процедур описаны в работах [10, 11].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
На полигоне 1 ДО состояли из пелито-алеври-товых или суспенчатых илов коричневато-серого цвета на поверхности, переходящего с глубиной захоронения в серый с зеленоватым оттенком, без запаха сероводорода (за исключением ст. 6) (табл. 1). В толще ДО встречались сгустки черного цвета, иногда с гидротроилитом. В разрезе ДО были видны ходы и останки трубчатых червей. На некоторых станциях (ст. 7) попадались обломки различных метаморфических пород (от мелко гравийных до гравийных, от светлых до темных) различной окатанности.
ДО визуально разделялись на три слоя, которые отражают три основных этапа послеледникового седиментогенеза [15]. На раннем этапе сформировались голоценовые ДО, в них преобладает пелитовая фракция, образованная за счет питания бассейна тонкозернистыми продуктами таяния ледников. Второй этап относится ко времени атлантического климатического оптимума с его максимальным уровнем трансгрессии, активной абразией берегов и возрастанием роли песчано-алевритовой фракции. Третий этап — отложение современных позднеголоценовых ДО — приходится на суббореально-субатлантический период регрессии бассейна, при этом снова возрастает количество пелитовых частиц из-за стабилизации
Таблица 1. Содержание органических соединений в ДО на полигоне 1 (пробы отобраны в углублениях, * — фоновый район, расположенный поблизости)
Станция Горизонт, см Влажность, % С % орг УВ, мкг/г УВ, % Сорг
1 0-5 49.92 1.938 7.14 0.03
12-17 45.22 1.748 63.53 0.31
2 0-5 43.14 1.524 17.87 0.10
12-17 43.40 1.749 32.86 0.16
3 0-5 33.80 1.357 32.84 0.20
20-25 25.01 0.453 79.76 1.62
3* 0-5 45.44 1.404 9.10 0.05
20-25 27.17 0.544 58.83 0.93
4 0-5 35.98 1.165 8.41 0.06
15-20 32.82 0.843 22.94 0.24
4* 0-5 43.52 1.182 10.85 0.08
15-20 34.45 0.953 16.60 0.14
5 0-5 41.02 1.259 9.47 0.06
14-19 30.87 0.807 84.62 0.90
5* 0-5 38.35 1.221 13.17 0.09
15-20 31.15 0.849 24.59 0.24
6 0-5 43.55 1.195 4.56 0.06
14-19 32.50 0.880 7.78 0.04
6* 0-5 41.13 1.105 7.58 0.06
14-19 35.79 1.006 8.91 0.08
7 0-5 30.09 0.548 18.58 0.25
9-14 31.45 0.389 11.51 0.28
7* 9-14 23.58 0.654 21.12 0.30
8 0-5 34.33 0.544 4.44 0.07
10-15 24.01 0.415 25.92 0.52
8* 0-5 31.12 0.456 5.55 0.10
10-15 24.56 0.380 14.78 0.32
темпов абразии берегов, поставляющих грубооб-ломочный материал.
Содержание Сорг в ДО изменялось от 0.38 до
I.938% (табл. 1). В поверхностном слое их средняя концентрация составила 1.135, а в нижнем — 0.845%. Практически на всех станциях (исключение — ст. 2) их содержание, так же как и влажность ДО, традиционно уменьшалось с глубиной захоронения. Между распределением Сорг и влажностью ДО наблюдалась зависимость с высоким коэффициентом корреляции: г(Вл. — Сорг) = 0.89 (п = 27). Напротив, концентрации УВ, которые изменялись от 4.4 до 88.6 мкг/г, с глубиной захоронения увеличивались (табл. 1). В поверхностном горизонте их содержание в среднем составило
II.2 мкг/г (при стандартном отклонении а = 7.4, п = 13), а в нижнем — 34.1 мкг/г (а = 25.6 мкг/г,
п = 14). На станциях 1 и 5 их концентрации различались почти в 9 раз. В составе Сорг в нижнем горизонте доля УВ в среднем в 4.4 раза была выше, чем в верхнем (0.1 и 0.44% соответственно). Максимум установлен на ст. 3 — 1.62% Сорг (рис. 2). В этом осадке наблюдалось появление каверн, из которых, предположительно, выходил газ. На полигоне 1 полностью отсутствовала связь между распределением УВ, влажностью ДО и Сорг: г(Вл. — УВ) = -0.30, г(Сорг - УВ) = -0.09.
Происхождение УВ определяет состав алка-нов. В нефтях алканы имеют плавное распределение гомологов и отношение нечетных к четным соединениям в высокомолекулярной области -индекс нечетности СР1 ~ 1 [11, 19, 31]. Для автохтонных алканов характерны максимумы в низкомолекулярной области. В составе алканов фито-
%
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
0
Л
Ш 1
лл
ли
лй
пть IГГТИИ
3*
4*
6
7 7*
Станции
Рис. 2. Изменение доли УВ в составе Сорг на полигоне 1. 1 — Верхний, 2 — нижний слои колонки ДО. * — Фоновый район.
планктона и фитобентоса чаще всего преобладает н-С17, иногда гомологи н-С15 и н-С19, составляющие более 90% всех алканов [20]. В результате бактериальной трансформации органического вещества (ОВ) в низкомолекулярной части хро-матограмм алканов образуются сравнительные по содержанию с нечетными гомологами четные ал-каны н-С16—С18 [26]. Поэтому соотношение нечетных и четных алканов с длиной цепи <С22 (в низкомолекулярной области СР1 < 1) может служить индикатором интенсивности трансформации УВ микроорганизмами. Наземная растительность характеризуется доминированием высокомолекулярных нечетных алканов (н-С25—С31) [11, 31], и для аллохтонного ОВ в высокомолекулярной области СР1 > 1. Такой тип алканов наиболее распространен в морских ДО [11], так как нечетные гомологи более устойчивы по сравнению с четными, и при трансформации ОВ их роль возрастает.
На пол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.