Антропогенная трансформация ландшафтов при промышленной добыче углеводородного сырья

Только за последние три пятилетки добыча нефти на промыслах Тюменской области возросла с 1 до 312 млн. тонн. В сферу антропогенной трансформации вовлечено более 1 млн. кв. км ранее весьма слабо освоенной территории. Перспективная на нефть и газ площадь оценивается в 1,8 млн. кв. км. В Восточной Сибири в нефтегазоносном отношении перспективна площадь в 3,5 млн. кв. км.

В нефтегазопромысловых районах существенно трансформированы компоненты природы и их комплексы, широкое распространение получили антропогенные ландшафты и геотехнические системы. Для изучения вида, направленности, глубины и интенсивности трансформации структуры и динамики природных комплексов необходимо знание структуры и динамических состояний естественных ПТК, типов нарушений и загрязнений природных компонентов и режимов их взаимосвязи, типов реакции естественных природных процессов, компонентов и комплексов на те или иные виды антропогенного воздействия. В основе, антропогенной трансформации природных систем лежат процессы, определяемые технологией, реальной практикой природопользования и природно-антропогенной совместимостью системоформирующих процессов естественного и антропогенного циклов. Взаимодействие естественных и антропогенных потоков, а также нарушение природных связей механическим путем (уничтожение теплоизолирующего слоя, увеличение контрастности рельефа при экскавации и др.), приводящие к перестройке природных систем, являются ведущими факторами антропогенной трансформации. Вышеизложенное свидетельствует о важности включения в технологическую схему изучения антропогенных ландшафтов типологии прямых антропогенных процессов (I порядок транс-форманта) и разнопорядковых природно-антропогенных процессов.

1. Методы изучения

Антропогенное воздействие в районах нефтепромыслов имеет интегральный характер. Антропогенные комплексы, порожденные различного типа трансформирующими нарушениями и загрязнениями, накапливаются при переходе из одной стадии освоения ресурсов нефтегазоносных районов в другую. Возрастает сложность процессов, разнообразие геотехнических систем и антропогенных комплексов, меняется коэффициент РС (районов соотношения естественных и антропогенных ландшафтов).

Основным источником возникновения антропогенных ландшафтов линейного типа при нефтегазопромысловом освоении в таежной зоне Западной Сибири являются:

• Прокладка сейсмопрофилей.
• Разведочное разбуривание с созданием трасс перетаскивания буровых установок, зимников и лежневых дорог, площадок под буровые.
• Эксплуатационное разбуривание с созданием кустов скважин, внутрипромысловых дорог, водоводов.
• Прокладка выкидных линий нефтепроводов к ЗУ, ДНС, товарным паркам.
• Создание магистральных трубопроводов.
• Строительство внутрипромысловых и межпромысловых бетонных дорог.
• Формирование коридоров коммуникации.
• В процессе изучения антропогенной трансформации ландшафтных комплексов при строительстве линейных сооружений целесообразно использовать комплекс методов:
• Метод визуальной наземной регистрации видов трансформации.
• Метод изучения профильных трансект с установлением зон влияния линейных сооружений и сукцессионных замещений. Реализуется па основе частных методов - геохимического, геофизического, фитоиндикационного, ландшафтно-генетических рядов.
• Аэровизуальные наблюдения с оценкой участия антропогенных ландшафтов линейного типа в структуре современных ландшафтов. Целесообразна регистрация наблюдений на магнитную ленту и аэрофотоснимки.

Картографирование антропогенных ландшафтов по АФС и КС. Аэро - и космофотоснимки являются моделями современ- ландшафтов и отражают взаимодействие естественных и антропогенных подсистем, структуру и динамику антропогенных ландшафтов. Широкие возможности открывает использование цветных, спектрозональных, синтезированных и кодированных АФС и КС. Существенно повышает качество камерального дешифрирования аэровизуальное и полевое дешифрирование по маршрутам и ключевым участкам.

Ландшафтно-технологический метод, направленный на изучение технологических процессов потребления природных ресурсов на различных стадиях. Предусматривает классификацию видов техники по спектру и глубине воздействия на природные подсистемы и изучение потоков вещества, энергии и информации в конкретных геотехнических системах. Он направлен также на познание полиструктурности антропогенных ландшафтов как результата накопления в ограниченном пространстве "слепков" различных геотехнологических процессов по мере замещения стадий освоения ресурсов нефтегазоносных районов.

Трансформация природных комплексов при прокладке сейсмопрофилей

Прорубка просек под сейсмопрофили, перемещение техники и оборудования, бурение скважин для зарядов, производство взрывов знаменует начальные стадии современной интенсивной антропогенизации в большинстве районов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Технологические процессы сейсморазведочных работ воздействуют на природные системы в следующих направлениях:

• Происходит подъем уровня грунтовых вод, прогрессивное переувлажнение, гибель древесных пород.
• За счет насыщения газами продуктов сгорания взрывчатых веществ изменяется химический состав пресных подземных вод.
• Ускоряются современные физико-географические процессы (термокарст, дефляция, эрозия).
• Нарушается структура почвы, ухудшаются плодородные свойства.
• Уменьшается облесенность территории, повышается захламленность прилегающих лесных массивов гниющей древесиной.
• Увеличивается транспортная доступность, повышающая степень беспокойства животных и нередко способствующая усилению браконьерского промысла, нарушаются экологические связи.

При прокладке сейсмопрофилей существенно измененными оказываются все компоненты природы, формируются антропогенные комплексы ранга фации. Период естественного восстановления определяется типом исходного ПТК, его устойчивостью, способностью "достраивать", "регенерировать" утраченные компоненты и исчисляются десятками лет (верховые и мезотрофные болота, заторфованные долинообразные понижения) и первыми сотнями лет (увалы с сосняками зеленомошными и беломошной лишайниковой серии, кедрачи хвощево-зеленомошпые).

Черты сходства и отличия структуры антропогенных фаций тождественны отмеченным чертам в структуре природных комплексов. На олиготрофных сфагново-кустариичковых болотах в результате прокладки сейсмопрофилей дифференцируется фация переобводненных кустарничково-пушицевых болот. Увеличение участия кассандры, андромеды и появление березы низкой связано с ослаблением дренированности верхнего слоя торфов в результате их разрушения. В заторфованных долинообразных понижениях с мезотрофными болотами типичными становятся фации осоковохвощевых низин с разжиженными торфами и торфяными пустошами.

Плоские низины с мощными (2,0 3,5 м) мезотрофными торфами в зонах с комплексным (верховым, грунтовым и торфяно-залежным увлажнением), покрытые заболоченными елово-березовыми с примесью ели и кедра вахтово-сабельниковыми лесами старовозрастные (15-2(1 лет) сейсмопрофили представляют собой труднопроходимые заросли березняков. На верховых болотах возобновление древесной растительности не происходит. Антропогенные микроформы рельефа (колен, воронки взрыва и др.) в пределах болотных комплексов сохраняются длительное время, причем на мезотрофных болотах проявляется отчетливая тенденция к их углублению.

На дренированных склонах и вершинах увалов в пределах сейсмопрофиля их сменяют мелко - травные осинники с участием в напочвенном покрове хвощей и княженики на скрытоподзолистых суглинистых почвах. Они резко контрастируют с высокоплотной елово-березовой хвощево-зеленомошной тайгой (коренная растительная группировка).

На месте осиново-кедровой с примесью ели и березы тайги формируются фации плоско волнистой равнины с маловозрастными осинниками на торфянисто-подзолистой грубогумусной почве. Помимо осины характерно возобновление кедром. Отмечено зарастание вырубок багульником и брусникой (покрытие 60%). В травянистом ярусе типичны линнея северная, седмичник, майник двулистный.

Антропогенная трансформация ТПК при сейсморазведке выходит далеко за пределы трасс профиле. С их прорубкой резко возрастает степень беспокойства животного мира. Профили становятся путями кормовых миграций дикого северного оленя, линиями концентрации промысловых птиц тайги. Здесь нередки случаи браконьерства и хищнической охоты. В летнее время, особенно при сильном сгущении профилей (метод ОГТ) прочесываются территории, прежде крайне редко посещаемые человеком. Отмеченные факторы уже на стадии проведения сейсморазведочных работ приводят к оскудению фауны местных ПТК.

Трансформация природных комплексов при строительстве трасс перетаскивания буровых установок и автодорог

Спектр негативных воздействий и глубина их последствий значительно увеличивается. При подготовке 18 - 20 метровой полосы для трассы перетаскивания буровой установки на каждом километре вырубается лее с площади 2 га, при строительстве автодороги с площади 4 га. Для создания лежневого основания вырубается лес преимущественно за пределами трасс. Лес вырубается и на территории частых придорожных карьеров. Глубина карьеров достигает 4 -9 м, высота насыпей 3- 6 м. Нарушение устойчивости пород повсеместно отмечается при планировке полотна трасс, сопровождающейся срезкой холмов, грив, засыпкой понижений. Объем перераспределяемых грунтов исчисляется миллионами м3. В непосредственной парагенетической связи с насыпями дорог находятся вдольдорожные срезки грунтов и придорожные, выемки. На фоне возрастания энергии рельефа, уменьшения устойчивости грунтов активно протекают антропогенные геоморфологические процессы (мелкоструйчатая эрозия, осовы и оплывины откосов, линейная эрозия вдоль линии водоотводов идр.).

Ландшафтные новообразования антропогенного генезиса существенно изменяются в зависимости от структуры коренных ПТК. В пределах верховых сфагново-кустарничковых мелкобугристых болот, облесенных сосной Уа-Уб бонитета, дифференцируются следующие типы антропогенных фаций:

• неровные поверхности откосов автодороги с рыхлыми песчаными грунтами, подстилаемыми верховыми торфами с плотной порослью ивы пепельной, березы и осины, разреженными хвощево-кипрейными группировками (сомкнутость 30-40%);
• придорожные, мелководные дистрофные озера на месте выемок с торфяным дном и намытыми песчаными островками в акватории и хвощево - пушицевыми сингенетическими группировками вдоль побережья.
• придорожной полосы с многочисленными следами транспортной техники, уничтоженным древесным и нарушенным мохово-кустарничковым ярусом.

На месте ПТК плоского осоково-сфагново-пушицевого мезотрофного болота дифференцируются антропогенные фации:

-откосов дороги со значительным возобновлением кустарниковыми ивами и березой на легкосуглинистых и супесчаных грунтах. Характерно присутствие пушицы влагалищной и многоцветной, полевицы гигантской, осоки Магеллана, кипрея. Общее покрытие травянистыми растениями достигает 40%;

Существенно отличается структура антропогенных ландшафтов и в пределах дренированных ПТК. Поверхности откосов па месте елово-сосновых с примесью березы зеленомошных лесов на слабоподзолистых почвах отличаются слабым возобновлением ивой пепельной и березой. В травянистом покрове (покрытие менее 20%) доминируют хвощ лесной, подорожник и мятлик. В дренированной придорожной выемке возобновление березой, осиной, сосной удовлетворительное. Покрытие кипреем, хвощами, осоками достигает 60%. Активно формируются куртины типовых мхов.

На месте коренного ПТК плоско-увалистых поверхностей с торфянисто-глееватыми суглинистыми почвами, покрытыми кедрово-осиновыми с примесью сосны, березы и ели кустарничково-зеленомошными лесами 15 пределах насыпи отмечается очень слабое зарастание ивой пепельной, осиной. Покрытие травами (хвощ лесной, кипрей) не достигает 10%. Моховой покров не формируется. Другая картина наблюдается в фации придорожной выемки. На 100 м2 встречаются 5 осип, 3 березы, 1 ива. Травянистый ярус более разнообразен. Здесь встречается несколько видов осок, седмичник, два вида хвощей. Покрытие достигает 50%

Коренные плоско-увалистые суглинистые террасовые равнины, покрытые осиново-кедровыми с примесью ели и березы мелкотравно-зеленомошными лесами па торфянисто-подзолистых грубогумусных почвах при строительстве бетонных дорог дифференцирующих антропогенных фаций: 1- Ровные поверхности песчаных откосов с интенсивным возобновлением березой (на 100 м2 17 берез высотой 1-1,5 метра). В травянистом ярусе резко доминирует кипрей. Проективное покрытие достигает 85- 90%; 2 - придорожная выемка со следами деятельности стекающих вод завалами из стволов деревьев и промышленного мусора. В кустарниково-древесном ярусе характерны ива пепельная и береза бородавчатая, в разреженном травянистом -с инузии осоки волосистой и хвоща лесного.

В пределах коренного ПТК плоских террасовых поверхностей с сосново-березовым лесом с примесью ели, зеленомошных лесов на поверхностно-подзолистых супесчаных почвах на поверхности откосов дороги сформированы среднеплотные заросли кустарниковых ив. Покрытие травянистого яруса не достигает 20%, в придорожной выемке возобновление комплексное березой и сосной. Более многообразен и травянистый ярус осока волосистая, хвощ лесной, кипрей, княженика. На ограниченных участках идет восстановление типовых мхов.

Отмечается известное многообразие и в структуре, парагенетически связанной с первыми двумя сериями фаций группы антропогенных фаций полосы древесно-минерального вала. Он дифференцируется только в пределах таежных ПК и отличается следующими общими особенностями: формируется в результате "сталкивания" древостоев к "стенам" леса бульдозерами; высота вала достигает 2-3 м; в формировании вала принимают участие оскальпированный почвенно моховой покров и грунты смежных участков придорожной полосы; почвенно-растительный покров коренных ПТК нарушен и захоронен. Вместе с тем на почвенно-грунтовых накоплениях сохраняются условия для произрастания дервиватов (рябина, плаун булавовидный, седмичник, линнея северная, черника, брусника и др.). Над нагромождениями почвенно-грунтовых масс и древесины продолжают развиваться коренные древостой, но сомкнутость их значительно меньшая, чем в коренных ПТК, преобладают сухостои. Отмечается массовое появление поросли березы, осины, кустарниковых ив, малины, шиповника, кипрея.

Сроки естественного восстановления исходных ПТК на месте серий антропогенных фаций исчисляются первыми сотнями лет. При этом сроки самовосстановления закономерно увеличиваются от периферии к центру. В ряде (придорожной выемки на участках с повышенным антропогенным гидроморфизмом) восстановления до исходного состояния не произойдет.

Трансформация природных комплексов при строительстве трубопроводов

В зону непосредственной трансформации при трубопроводном строительстве входят грунтовые толщи до глубины 3 - 5 м, расчлененные при создании траншей, полоса притраншейных отвалов, представленных торфяными, суглинистыми, песчаными или комплексными пустошами, притрубопроводная полета с вырубленными лесами и периферический минерально-древесный вал. По морфологическим признакам и условиям регенерации компонентов исходных ПТК предлагается различать серийные типы антропогенных фаций:

вершинной части надтрубного вала (торфяной, суглинистой, песчаной, смешанной); 2 - склонов надтрубного вала; 3- нарушенной притраншейной полосы с дифференцированным возобновлением; 4-вершинных поверхностей и крутых склонов притраншейного вала с сильно всхолмленной поверхностью.

В зависимости от коренного ПТК изменяется выраженность тех или иных фаций: притраншейные валы сохраняются только в пределах болотных ПТК, надтрубный вал, напротив, в пределах дренированных комплексов.

Характер взаимодействия технической и природной подсистем в трубопроводной геотехнической системе определяется многими переменными: фоновыми природными условиями, структурой, динамическим состоянием и способностью к самовосстановлению коренных ПТК, качеством проектных и строительно-монтажных работ. Особый акцент необходимо сделать на учете региональных и локальных природных условий. Так, в условиях Среднего Приобья и Сибирских Увалов велико воздействие трубопроводных систем на температурное поле и криогенные процессы.

Здесь развиты высокотемпературные многолетнемерзлые породы (от 0 до -1о С).

Проведенные наблюдения показывают, что уничтожение слоя торфа и уничтожение таежной растительности в речных долинах и на заболоченных участках приводит к увеличению глубины летнего протаивания в 1,5-2 раза и просадкам поверхности. На водоразделах вырубка леса и снятие мохового покрова способствуют усилению промерзания, что нередко приводит к пучению пород. После строительства газопровода Надым -Урал глубина сезонного промерзания по сравнению с естественными условиями увеличилась в 1,5 раза.

Для обеспечения термического равновесия в системе "трубопровод - грунт" необходимо укладывать трубопроводы ниже глубины проникновения температуры Оо С в грунт (2,5-3,5 м для Среднего Приобья). Нарушение этих требований, может привести к развитию криогенных процессов, и, как следствие их, - к деформации труб (1,5 - 2 м) и аварийным ситуациям. Как известно аварийные разливы нефти - мощнейший системообразующий фактор в трубопроводных и полимагистральных геотехнических системах.

Полимагистральные геотехнические системы углеводородного ряда

Современные интенсивные темпы освоения нефтяных месторождений приводит к поиску наиболее эффективных форм их обустройства. Как показал опыт, наибольший эффект достигается при создании коридора коммуникации - полимагистральных геотехнических систем (ГТС). В их состав входят несколько ниток магистральных нефтепроводов, автодороги с бетонным покрытием, линии электропередач, водоводы. Ширина отдельных "коридоров" достигает 150-200 м. Создание коридоров коммуникаций позволяет территориально ограничить ПТК с нарушенной структурой, антропогенные ландшафты, различного типа негативные последствия. Вместе с тем неизмеримо возрастает концентрация линейных сооружений различного типа, полиструктурность и гетерохронность развития антропогенных ландшафтов. Различные виды антропогенной трансформации активно взаимодействуют и выступают в качестве интегрального ландшаф-тообразующего процесса. Полосчатая структура полимагистральных ГТС способствует активному вдольтрассовому переносу нефти, сточных вод (включая высокоминерализованные), выносу больших масс минерального грунта и органики плоскостным смывом в поперечно-ориентированные долины и заторфованные долинообразныс понижения.

Полимагистральные ГТС, в несколько раз увеличивают зону косвенного воздействия. Наиболее существенным фактором при этом является антропогенное переобводнение территории. Связано оно как с затруднением внутризалежного и поверхностного стока насыпями автодорог, притраншейными валами, так и концентрацией воды вдоль насыпей дорог, в придорожных выемках, в траншеях под трубопроводы. Скопление водных масс, формирование антропогенных озер приводит к форсированию очагов низинного заболачивания, перестройке гидроморфных и полугидроморфных комплексов в полосе от 20 до 200-600 м (Федоровское месторождение нефти). В итоге существенно изменяется поглощательная способность поверхности, радиационный баланс, испарение, аккумуляция тепла грунтами.

Строительство дорог и трасс перетаскивания буровых ведется, как правило, зимой. Широко используется предварительно промороженное основание. Дорожное покрытие затем служит надежным теплоизолятором. В результате под дорогам и в летний период продолжает сохраняться мерзлота. В северной тайге Западной Сибири под дорогами регистрируются новообразования мерзлых грунтов. Все это усугубляет плотинный эффект.

Ландшафтно-трансформирующая роль плотинного эффекта в, полимагистральных геотехнических системах зависит от величины задержанного стока, уклонов поверхности, конфигурации водосборной площади выше линии подпора, иифильтрационными свойствами каждого из видов линейных сооружений и общим коэффициентом инфильтрации. Возрастание насыщенности полимагистральных ГТС, линейными сооружениями, разобщение ими грунтового и поверхностного стока увеличивает плотинный эффект. При строительстве грунтовых автодорог нередко используют покровные суглинки, глинистые мелкозернистые пески, являющиеся слабоводопроницаемыми породами. Эти дороги часто приводят к подпору грунтовых вод, повышению их уровня, что вызывает затопление траншей прилегающих трубопроводов.

Образование в них застойных озер, а в зимнее время - подземных наледей, создающих аварии при эксплуатации трубопроводов.

Сроки восстановления естественных ландшафтов в зонах современных полимагистральных ГТС особенно велики, что определяется как массивностью и комплексностью факторов трансформации, так и глубиной воздействия. Существенным фактором является долговечность сооружения, частые повторные воздействия, продолжающееся "достраивание" ГТС.

Заключение

В заключение обратим внимание на большое разнообразие конкретных форм проявления природно-антропогенной совместимости, принципы которой весьма своевременно разработал Ф. Н. Мильков. Приведенные материалы подтверждают положение, что антропогенные ландшафты являются формой проявления отношений в системе "общество - природа" и подчиняются в своем развитии природным законам. Изучение антропогенной трансформации элементов, компонентов и систем природы имеет множество аспектов. Ландшафтный подход нацелен на познание закономерностей обособления и функционирования полного комплекса видов трансформации, выражением которого является антропогенный ландшафтный комплекс. Отмеченный подход может быть реализован в нескольких технологических схемах изучения:

Классификация и типология антропогенных ландшафтов;

То же с определением сроков естественного восстановления, видов и очередности рекультивации. Более целесообразно изучение антропогенных ландшафтов проводить в комплексе исследований: опережающее составление общенаучных ландшафтно-типологических карт - составление оценочно - рекомендательной ландшафтной карты с учетом технологии создания линейных сооружений и устойчивости природных комплексов - составление принципиальной прогнозной схемы трансформации - рекомендации по выбору трасс с учетом мер по сохранению природной среды - изучение трансформирующего воздействия в процессе строительства - типология антропогенных комплексов - участие в составлении проекта рекультивации.

Литература

Антропогенные ландшафты и вопросы охраны природы. Уфа: Башкирский Университет,1984. 154 стр.

Калинин В.М., Мониторинг природных сред. Издат. ТюмГУ,2007 208 стр.

Природопользование, охрана окружающей среды. М: Издат. Российского Университета Дружбы народов,2006.450 стр.