ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 6, с. 506-517
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 556.388:624.131
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЕХРАНИЛИЩ В МЕЖДУРЕЧЬЕ РЕК ДОН И САЛ
© 2007 г. В. Е. Закруткин, Ю. И. Холодков, А. Д. Подольский
Институт геоэкологии и прогнозирования чрезвычайных ситуаций, Ростов-на-Дону
Поступила в редакцию 28.06.2005 г. После исправления 13.03.2006 г.
Приведены результаты геоэкологических исследований на территории давно не функционирующего крупного нефтехранилища в Ростовской области. Применение широкого комплекса геофизических и геоэкологических методов позволило выявить скрытый источник загрязнения подземных и поверхностных вод рек Сал и Дон, оценить роль отдельных факторов, формирующих загрязнение и его масштаб. Выявлена связь между механическим воздействием резервуаров на фундамент во время "закачки-откачки" нефтепродуктов и возникновением проводящих трещин в слабопроницаемых породах зоны аэрации. Предпринята попытка оценки динамики процесса образования и разрушения техногенного скопления нефтепродуктов, что может стать основой проектирования системы мониторинга и позволит управлять процессами ликвидации загрязнения.
ВВЕДЕНИЕ
Загрязнение природной среды нефтепродуктами - важнейшая экологическая проблема, создающая угрозу для безопасного обитания человека. В перечне компонентов природной среды подземные воды (важный резерв водоснабжения) становятся главным субъектом загрязнения и источником поступления токсичных веществ в биологическую цепочку, в том числе и через загрязнение поверхностных вод. Проблеме изучения, прогнозирования и ликвидации загрязнения нефтепродуктами природной среды посвящены нормативные документы [3, 4, 7, 11], многочисленные публикации [1, 5, 6, 9, 15].
Семикаракорская нефтебаза расположена на правом берегу р. Сал, на первой надпойменной террасе р. Дон, в 250 м выше впадения Сала в Дон. В 33 ее резервуарах ежегодно, с 1982 по 1996 г., могло храниться до 44000 м3 нефтепродуктов (НП), однако фактический объем хранения в среднем составлял порядка 32000 м3. Согласно принятым нормам [14], естественная убыль НП (бензинов и дизельного топлива) при их приеме, хранении и отпуске может составлять 0.42% от их общего объема. Таким образом, за 15 лет в грунт могло поступить более 2000 м3 НП.
Учитывая аридный характер климатических условий, достаточно большую мощность зоны аэрации и литологический состав пород, можно было предполагать, что даже при аварийных разливах не произойдет серьезного загрязнения геологической среды. Излившиеся НП достаточно быстро испарятся или будут разрушены аэробными микроорганизмами [8]. Однако в результате наших исследований выявлено сильное загрязне-
ние грунтовых вод и крупная линза нефтепродуктов на их поверхности, являющаяся долговременным источником загрязнения грунтовых и поверхностных вод рек Сал и Дон.
1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ХРАНИМЫХ НЕФТЕПРОДУКТОВ
Известно [5, 9, 12], что на миграцию и аккумуляцию НП на территориях нефтехранилищ существенное влияние оказывают:
а) физико-химические параметры хранимых нефтепродуктов;
б) литологический состав и физико-механические свойства пород зоны аэрации;
в) гидрогеологические условия.
Эти факторы, как отмечают В.А. Мироненко и В.Г. Румынин [12], проявляются при миграции углеводородов (УВ) в несмешиваемости с водой, в гетерогенности и неоднородности состава, в различной испаряемости и растворимости, сорбци-онной способности, в устойчивости к биодеградации. Велика роль и сезонных колебаний уровня грунтовых вод.
Поскольку на Семикаракорской нефтебазе хранились лишь бензины простых марок (А 76) и дизельное топливо (ДТ), то среди физико-химических параметров следует выделить плотность, вязкость, растворимость в воде, диффузионную способность, теплоту испарения, давление насыщения и поверхностное натяжение.
В табл. 1 [5] приведены некоторые физические свойства бензинов и ДТ. Хранимые нефтепродукты имеют относительно низкие плотность
Таблица 1. Физические свойства нефтепродуктов
Тип нефтепродукта Плотность, р, кг/м3 Вязкость, V, мм2/с Растворимость в воде, q, г/л Коэффициент диффузии, К, см2/с Теплота испарения, R, кал/моль Давление насыщенных паров, d, мм рт. ст. Поверхностное натяжение, о, н/м
Дизельное топливо Автомобильные бензины 830-860 730-867 1.5-6 1.2-1.3 0.01-0.3 0.01-0.3 0.041 0.055 12100 2210-2415 0.04-0.09 500-640 0.025 0.02-0.025
Таблица 2. Физико-механические свойства пород зоны аэрации
Глубина отбора, м Влажность, % Объемная масса, г/см3 Плотность, г/см3 Пористость, % Коэффициент пористости, дол. ед. Коэффициент влажности, дол. ед. Пластичность Консистенция
природная сухого грунта верхний предел нижний предел число пластичности
1.0-1.2 23.6 1.79 1.45 2.69 46.2 0.857 0.74 35.5 21 14 0.17
2.0-2.2 21.3 1.94 1.60 2.69 40.5 0.682 0.84 33.8 20 13 0.09
3.0-3.2 19.0 1.80 1.51 2.69 43.8 0.778 0.66 30.7 18.4 12.3 0.05
4.0-4.2 19.2 1.88 1.58 2.69 41.4 0.706 0.73 33.2 19.8 13.4 -0.04
5.0-5.2 21.6 1.90 1.56 2.69 41.9 0.722 0.81 40.3 23.9 16.4 -0.14
6.0-6.2 20.3 1.90 1.58 2.69 41.3 0.703 0.78 39.1 23.2 15.9 -0.18
и вязкость, которые определяют их текучесть, а также незначительное поверхностное натяжение. Эти свойства, с одной стороны, способствуют свободному проникновению НП по трещинам и открытым порам в зону аэрации и далее - в грунтовые воды. Но с другой стороны, слабые фильтрационные свойства пород верхней части зоны аэрации, приводят к увеличению доли НП, участвующих в испарении, чему также способствует плоский рельеф поверхности территории нефтебазы.
2. ГЕОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
В геологическом строении территории нефтебазы (рис. 1) до изученной глубины 16-20 м принимают участие верхнечетвертичные аллюви-ально-делювиальные отложения (adQш-Гv), лито-логически представленные серыми, желтовато-серыми, разнозернистыми (с преобладанием мелкозернистой фракции) кварцевыми песками, часто глинистыми. В верхней части разреза преобладают суглинки, супеси и глины. Глины часто песчанистые. Мощность отложений первой надпойменной террасы достигает 42 м при мощности песков 29 м, глинистых отложений 12 м.
Выполненные нами геолого-геофизические исследования и определения физико-механических свойств пород (табл. 2) позволили суще-
ственно уточнить геологические, геофизические и гидрогеологические условия в районе расположения нефтехранилища (рис. 1).
Почвы изучаемого района относятся к луговым черноземам, характерным для надпойменных террас и степных западин [2]. Они отличаются хорошими водно-физическими свойствами, тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, близкой к нейтральной реакцией почвенных растворов, высоким содержанием органического вещества. Эти качества обусловливают их высокую устойчивость к химическому загрязнению, в том числе нефтяному загрязнению. Благоприятные гидротермические условия способствуют повышенной активности микрофлоры и биодеградации нефтепродуктов, сорбированных почвенным покровом. Предположительный период полуразложения нефтепродуктов при среднем загрязнении - несколько месяцев. После разложения нефти почвы полностью восстанавливают первоначальные свойства [8].
Строение зоны аэрации следующее. Непосредственно под почвенно-растительным слоем залегает суглинок желто-бурый, твердый, с редкими включениями карбонатов; просадочный. По простиранию этот суглинок замещается супесью светло-коричневой, рыхлой, сухой. Ниже по разрезу появляется глина желто-бурая с зеленоватым оттенком, твердой консистенции, с редкими включениями карбонатов, непросадочная.
Территория нефтебазы
Рис. 1. Геологический разрез по скважинам 12-13, Семикаракорская нефтебаза.
Современные отложения: 1 - почвенно-растительный слой с корнями растений. Верхне-четвертичные отложения: 2 -суглинки желто-бурые, лессовидные, твердые, известковистые; 3 - супеси светло-коричневые, суглевидные, рыхлые, сухие; 4 - глины желто-бурые с зеленоватым оттенком, твердые; 5 - суглинки зеленовато-черные, с линзочками песка; 6 - пески мелкие, светло-серые в верхней части с тонкими прослоями голубовато-серой глины; 7 - линза нефтепродуктов; 8 - установившийся уровень жидкости; 9 - нефтебаза.
Глина подстилается суглинком желтовато-серым, твердым, опесчаненным, с прослоями и линзочками песка. Завершает вскрытую часть разреза песок мелкий, светло-серый, маловлажный, средней плотности, с тонкими прослоями серой глины, однородный. Мощность зоны аэрации составляет 3-11 м. Таким образом, зона аэрации сложена породами изначально слабопроницаемыми. Однако при визуальном осмотре окрестностей резервуаров, в грунте обнаружены трещины, образование которых, по-видимому, обуслов-
лено как особенностями физико-механических свойств, слагающих верхнюю часть разреза пород, так и эксплуатацией резервуарного парка. Имеется в виду периодическая закачка и отбор тысяч тонн горючего, т.е. чередование нагрузки и разрядки напряжений в массиве горных пород в течение всех 15 лет эксплуатации нефтехранилища. Трещины, как выяснилось при последующих геофизических работах, пространственно совпадают с проницаемыми зонами разреза и ориентированы преимущественно радиально по отноше-
нию к резервуару. Раскрытость трещин варьирует в пределах от 0.01 до 2.0 см, что вполне допускает инфильтрацию по ним НП вглубь зоны аэрации. Наличие же в нижней части зоны аэрации песчаных пропластков, обладающих высокой открытой пористостью, делает возможным растекание фильтрата по латерали.
Водоносный горизонт в верхнечетвертичных и современных аллювиальных отложениях (aQш + гу) распространен повсеместно и объединяет подземные воды пойменной и первой надпойменной террас рек Дон и Сал. Горизонт вскрыт скважинами и колодцами.
Водовмещающими породами водоносного горизонта являются мелко- и среднезернистые пески, иногда глинистые, с прослоями супесей, суглинков и глин. Мощность водоносного горизонта колеблется от 22 до 40 м.
Водоносный горизонт безнапорный, коэффициент фильтрации песков составляет 1.15 м/сут, глубина залегания статического уровня составляет 3-10.5 м. Общее направление движе
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.