В ряду наиболее острых проблем освоения природных ресурсов Арктики особое по значимости место занимает проблема обеспечения экологической безопасности территории в условиях интенсивного внедрения нефтегазового комплекса. Так, на севере Западной Сибири в течение двух-трех десятков лет создана в ранее малообжитых и малоизученных регионах мощнейшая инфраструктура газодобывающих и газотранспортных систем, городских агломераций, вахтовых поселков, водных, воздушных и сухопутных коммуникаций. С экологической точки зрения, оценить полученный опыт освоения как успешный особых оснований в настоящее время не имеется, поскольку на региональном уровне работы по оценке причиненного экологического ущерба ни в системе МПР РФ, ни тем более в добывающих ведомствах не ставились. Несмотря на относительно благоприятные (по сравнению с арктическими) природные условия освоенных районов северной тайги и лесотундры, обладающих, как оказалось, достаточно высоким потенциалом к самовосстановлению, избежать острых геоэкологических ситуаций не удалось. За период эксплуатации большинства водозаборов пресных подземных вод резко возросла кислотность воды. Превышены допустимые нормы загрязнения рек и водоемов в зоне воздействия жилых и промышленных комплексов. Отмечены многочисленные деформации зданий и сооружений, просадки грунтов в устьях газодобывающих скважин, крупные, объемом до 16 тыс. м³ провалы горных пород на строящихся кустах скважин и т.п. Все это явилось результатом недостаточного научного обеспечения в области недро- и природопользования в особых по степени сложности условиях криолитозоны. Предстоящее Ямальское, четвертое по счету (после Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского), «крупномасштабное наступление на север» в полной мере наследует опыт межведомственной разобщенности.

В результате изученность арктической криолитозоны и обоснованность прогнозов ее изменения, включая шельфовую зону, по-прежнему, остается на неудовлетворительном уровне. Существовавшая многие годы система информационной поддержки проектных и изыскательских работ, в основе которой было проведение государственной геологической, гидрогеологической и инженерно-геологической съемок масштаба 1:200 000, оказалась высокоинерционной и малоэффективной для быстро развивающихся нефтяных, газоконденсатных, золоторудных и других районов криолитозоны. Так, уже на стадии технико-экономического обоснования проектов добычи углеводородного сырья рассматриваются карты масштаба 1:100 000, и в этом случае масштабы государственной съемки явились бы явно недостаточными. Однако даже эти работы на севере Западной Сибири не проводились. Происходящие структурные изменения геологоразведочной отрасли также не создали прецедентов новых подходов геоэкологического обеспечения осваиваемых регионов, деформирована система стадийности проведения геологоразведочных работ, и это в целом негативно отразилось на проблеме комплексного гидрогеологического, инженерно-геологического и геокриологического изучения криолитозоны. В этой связи все утвержденные ранее нормативно-методические документы, регламентирующие указанное направление исследований, требуют пересмотра и обновления. К тому же, практически полностью разрушена существовавшая ранее режимная наблюдательная сеть геокриологических стационаров различных ведомств, прекращены работы по геологическому доизучению и картографированию территории.

Дальнейшее развитие северных регионов требует проведения этих работ на новых принципах. Освоение нефтегазовых месторождений криолитозоны предопределяет необходимость решения ряда проблемных задач геоэкологического характера, показывающих опасность и степень риска природопользования в арктических регионах. Прежде всего, это касается оценки совместного влияния двух мощнейших геокриоформирующих факторов: воздействия техногенеза на макроуровне; влияния происходящих глобальных изменений климата в северных широтах. Основной путь решения этих задач лежит через создание системы мониторинга криолитозоны, включающей в себя фоновые наблюдения и мониторинг на объектах техногенеза. Конечной целью этих исследований является своевременное получение достоверной информации о происходящих изменениях на основе создания постоянно действующей геоэкологичесой модели региона. Эта система должна интегрировать и обобщать информационные потоки мониторинговых наблюдений применительно к геологическим и геотехническим объектам, выделенным на основе разномасштабного картографирования осваиваемой территории криолитозоны. Таким образом, третьей задачей, вслед за вышеуказанными, является: необходимость разработки и совершенствования принципов геокриологической типизации и районирования территории.

Необходимо отметить, что осваиваемые арктические регионы криолитозоны отличаются от «южных» более сложно построенным криолитологическим разрезом, высокой (> 50%) степенью льдистости ММП, большей пылеватостью дисперсных грунтов и, как следствие, низкими показателями дренируемости (влагопроводности) и несущей способности, широким развитием макроледяных тел различной мощности и пространственной ориентации. В отдельных случаях суммарная мощность льда, вскрытого при бурении наблюдательных скважин глубиной 70 м, достигала 38 м. Здесь широко развиты и активно протекают опасные криогенные процессы, интенсивность которых может резко возрасти в условиях техногенеза. Достаточно напомнить, что скорости термоабразионного разрушения берегов Западного Ямала составляют на различных участках берегов от 1-2 до 5-8 м в год и более [Васильев, 2000; Дубровин, 2001]. Как показывает опыт предшествующего освоения газоконденсатных месторождений и подготовительных работ на Ямале, техногенная нагрузка на местные ландшафты будет способствовать широкому развитию процессов подтопления, термооврагообразованию, активизации склоновых процессов и др. Только в результате подготовительных работ на Бовоненковском газоконденсатном месторождение было нарушено около 12-14 % площади. Одним из важных условий снижения техногенной нагрузки и антропического фактора воздействия (фактор присутствия) на фаунистический комплекс и растительные ресурсы является ограничение численности пришлого населения. Обеспечение экологической безопасности разработки и освоения недр криолитозоны Арктики требует пересмотра и решения ряда крупных научно-методических и организационно-технических задач, касающихся принципов комплексирования и взаимоувязки региональных (площадных) и стационарных методов исследований, размещения и структуры мониторинговых наблюдательных сетей, унификации наблюдений на основе применения современных автоматизированных и дистанционных технологий сбора данных, многофакторного моделирования процессов для определения степени риска освоения территории, разработки правовых основ для оценки геоэкологического ущерба на осваиваемых северных территориях и акваториях.

По нашему мнению, система научного и информационного обеспечения сырьевого освоения регионов криолитозоны должна базироваться на создании в осваиваемых районах севера государственных геоэкологических полигонов, представляющих особо охраняемые государством территории [Дубровин, 2001; Павлов, 2001]. Геоэкологические полигоны должны создаваться как на территории перспективного хозяйственного освоения криолитозоны, так и на площадях действующих промышленно-энергетических комплексов, деятельность которых представляет серьезную угрозу экологической (природной) безопасности в регионе.

Создание геоэкологических полигонов предполагает соблюдение определенных требований, главными из которых являются:

·               перспективность освоения и развития региона как крупного промышленно-экономического объекта;

·               изученность территории или отдельных ее частей (в том числе и стационарными методами), позволяющая выполнить предварительную типизацию ландшафтно-климатических и мерзлотно-геологических условий региона;

·               наличие природных опасностей при освоении территории и, как следствие, необходимость детального изучения геологических условий на основе мониторинговых наблюдений и исследований;

·               перспективность применения научно-методических разработок и результатов наблюдений для других районов криолитозоны.

Геоэкологический полигон отличается от других охраняемых территорий (национальный парк, заповедник, заказник) правом разработки недр. Все нормативно-методические документы, регламентирующие деятельность на территории полигонов, должны носить обязательный характер. Этот подход позволит сконцентрировать часто распыляемые финансовые средства различных ведомств на решение приоритетных задач обеспечения экологической безопасности регионов и определить степень ответственности за состояние и охрану недр осваиваемых территорий между государством, субъектом федерации и недропользователями.

Полигонный метод освоения преследует цель концентрации разведочных и эксплуатационных работ и инвестиций (включая страхование за счет экологических рисков) на наиболее перспективных и экономически выгодных территориях и акваториях, охрана окружающей среды которых организуется по единым правилам, унифицированным нормативно-методическим документам, определяющим комплексный подход к созданию системы государственного мониторинга природной среды на строго ограниченных территориях Арктики и запрещающим геологоразведочную и иную экономическую деятельность, связанную с добычей полезных ископаемых вне полигонов без соответствующего геоэкологического обеспечения.

Целью создания полигонов является научное и информационное обеспечение органов управления различных уровней и субъектов недропользования сведениями о состоянии и прогнозах изменения окружающей среды в арктических и субарктических регионах криолитозоны под воздействием природных и техногенных факторов и создание системы геоэкологической безопасности осваиваемых регионов Арктики.

При этом предполагается решение следующих главных задач:

·               инвентаризация геоэкологических нарушений и опасностей недро-, природопользования на основе геологического, гидрогеологического и инженерно-геологического изучения территории полигона с применением экспресс-аэрокосмо-методов и постановкой опорных геофизических и горно-буровых работ, обеспечивающих геоэкологическое картографирование изучаемых площадей на всю осваиваемую мощность разреза;

·               создание и поддержание в рабочем состоянии мониторинговой сети наблюдений и осуществление мониторинговых наблюдений на фоновых участках и объектах техногенеза;

·               создание единой региональной информационной базы геоэкологических данных;

·               разработка и составление Карты политики недропользования территории и создание постоянно-действующей прогностической пространственно-временной модели полигона.

Финансирование исследований на полигонах должно осуществляться на трехсторонней основе: государственный бюджет (МПР РФ); бюджет субъекта федерации; инвестиции и отчисления недропользователей. Правовое обеспечение функционирования системы государственных геоэкологических полигонов предполагает реализацию следующих законодательных инициатив:

·               определение правового статуса геоэкологических полигонов как особо охраняемых государством территорий криолитозоны;

·               установление разграничения полномочий и доступ к информационному обеспечению геологоразведочных работ и других видов деятельности;

·               обязательное проведение недропользователями полупромышленных апробаций природозащитных мероприятий в течение не менее 1 года при реализации крупных промышленных проектов с участием в экспериментах независимых экспертов из профильных НИИ;

·               создание трехуровневого геоэкологического контроля на полигонах: федерального, субъекта федерации и недропользователей, разграничение зон экологической ответственности и разработка системы штрафных санкций за несоблюдение нормативных положений и регламента недропользования на территории полигонов;

·               ограничение численности пришлого населения и передача исключительных прав традиционного природопользования (охота, рыболовство) коренному населению.

Разработка вопросов правового обеспечения смогла бы значительно ускорить опытные апробации создания предлагаемых геоэкологических полигонов во вновь осваиваемых регионах Арктики.

Геоэкологические полигоны как наивысшую форму мониторинговой наблюдательной сети следует создавать не менее чем за 5-7 лет до начала интенсивного освоения региона и обустройства основных капиталоемких объектов. Рекомендуемый срок функционирования полигонов должен составлять не менее 20-35 лет. Площадь полигона в десятки тыс. км², как правило, должна включать в себя типичные части региональных геологических структур 1-го порядка (или их сочетаний), расположенных в одной (реже двух) природно-климатических подзонах, характеризующихся единством геологического строения, сходством геокриологических условий и общим режимом криогенных процессов (рис. 1). Территория полигона должна быть обеспечена гидрометеорологической информацией.

В пределах полигонов функционируют элементы наблюдательной сети более низкой иерархии (стационары, площадки, профиля, скважины и т.п.); создаются дополнительные точки наблюдений; осуществляются маршруты наземной и дистанционной съемки наиболее сложных и динамичных объектов мониторинга. Обязательным элементом полигонных исследований является организация и проведение наблюдений за режимом геокриологических условий на региональных профилях, располагаемых в широтном и меридиональном направлениях, что позволяет, в конечном итоге, разработать постоянно действующую пространственно-временную модель крупной территории, как правило, не в полной мере обеспеченной (либо не обеспеченной вовсе) материалами государственной геологической, гидрогеологической и инженерно-геологической съемки среднего масштаба.

Представляется, что на территорию полигона в целом должны быть составлены карты гидро-инженерно-геокриологического содержания в масштабе 1:500 000 с ключевыми участками масштаба 1:100 000 (1:50 000), расположенными непосредственно на площадях нефтегазовых месторождений.

Полигон включает 1 стационар (на каждый лист карты масштаба 1:500 000), региональный профиль из 12-16 кустов глубоких и мелких скважин и закрепленных на местности наблюдательных площадок. Из общего числа глубоких скважин не менее 50% являются гидрогеологическими и проходятся до первого подмерзлотного водоносного горизонта, а остальные, глубиной 100-120 м, проходятся в пределах основных типов местностей (геокриологических участках) на основных геоморфологических уровнях. Мелкие наблюдательные скважины (15-20 м) располагаются в окрестностях основной скважины для дополнительной портретной характеристики ландшафта и мерзлой толщи.

Региональные геокриологические стационары являются основой наблюдательной сети мониторинга криолитозоны. Их создают на стадии опережающего геокриологического изучения региона или в начале поисково-оценочного этапа геологоразведочных работ из расчета 1-2 стационара на ландшафтную подзону. Стационары должны размещаться в наиболее крупных (доминантных) типах природных комплексов в ранге ландшафтного (физико-географического) района или подпровинции и включать несколько типов местностей (геокриологических участков). Региональные стационары должны быть ориентированы на срок работы не менее 25-35 лет, чтобы охватить длиннопериодную ритмичность геокриологических и гидрогеологических условий [Павлов, 1997].

Геокриологический стационар представляет собой относительно небольшую территорию (25-30 км²), ограниченную протяженностью однодневного пешеходного маршрута, в пределах которой в круглогодичном режиме выполняется максимально возможный комплекс геокриологических (гидро-, инженерно-геологических) наблюдений и исследований в тесной взаимоувязке с комплексом гидрометеорологических наблюдений в данном районе. Элементы наблюдательной сети более низкой иерархии (точки, скважины, площадки, профили) в пределах стационара размещаются в строгом соответствии с особенностями ландшафтного строения территории, с тем, чтобы максимально полно охарактеризовать в его пределах режим геокриологических условий.

Наблюдательные объекты геокриологического стационара являются объектами фонового мониторинга. Они представлены буровыми скважинами и наблюдательными (за криогенными процессами) площадками. Общее число скважин на стационаре составляет около 40, из которых 10 - глубоких (до 80-120 м), а 2 - вскрывают всю мощность мерзлой толщи. Остальные скважины бурятся до глубины годовых теплооборотов (15-20 м).

На площадь стационара составляются карты фактического материала (со схемой наблюдательной сети) и геокриологического районирования в масштабе 1:10 000. Эти карты обосновывают теплофизическую и геоэкологическую модели территории стационара.

Выбор мест размещения стационаров должен проводиться на основе материалов региональных работ с учетом доступности изучаемой территории, близости населенных пунктов и гидрометеорологических станций, обеспеченности электроэнергией и др. Эти территории должны охватывать как наиболее типичные ПТК (включая доминантный тип), так и ПТК с максимальным проявлением криогенных геологических процессов. Конкретизация места стационара и его экспериментальных объектов (профиль, площадка, скважина) проводится на основе маршрутных и аэровизуальных работ [Павлов, 1997; 2001].

Наблюдательная сеть объектного мониторинга проектируется недропользователями в соответствии с технологическими особенностями добывающих и перерабатывающих производств и с учетом требований к информации ГМСН, включенных в лицензионные соглашения на недропользование.

При нефтегазодобыче на всех основных объектах производства (пунктах подготовки газа, головных и дожимных компрессорных станциях и т.п.) бурится не менее двух контрольных скважин (глубиной 30-40 м) в центре площади объекта и за его пределами (на расстоянии 1-2 км) в анало¬гичных условиях. Результаты мониторинговых термометрических наблюдений по этим скважинам, а также по ряду других более мелких скважин, пробуренных для ведения объектного (производственно-экологического) мониторинга, должны в согласованном порядке передаваться местным подразделениям службы геомониторинга МПР в качестве контрольной оценки состояния грунтов оснований наиболее значимых технических сооружений.

В процессе выполнения подготовительных работ по сооружению объектов стационарного изучения (бурение скважин, проходка шурфов, подготовка площадок, проведение лабораторных анализов) должны быть детально изучены инженерно-геологические условия местности: состав и криогенное строение пород, плотность, физико-механические и теплофизические свойства; мощность сезонноталого и сезонномерзлого слоев; наличие криопэгов; температура, мощность и прерывистость криолитозоны, и др. При ведении мониторинга криолитозоны изучают режим подземных вод, термовлажностный режим грунтов, режим криогенных геологических процессов и загрязнение основных пограничных сред: поверхностных и подземных вод, донных отложений, биоты и в отдельных случаях - воздуха. Эти процессы определяются рядом основных показателей ГС [Павлов, 1997; 2001].

Наблюдения за опасными геокриологическими процессами на площадках региональных профилей должны повторяться не реже, чем через два года путем проведения повторных аэрофото- или видеоцифровых съемок. Глубина изучения режима гекриологических условий должна соответствовать глубине воздействия годовых и многолетних колебаний метеорологических показателей и источников техногенеза на геологическую среду на территории криолитозоны. При разработке «Регламента геоэкологического полигона» должна быть выполнена унификация наблюдений на всех объектах мониторинга по глубине и времени; определен единый комплекс измерительной аппаратуры с приоритетом для автономных автоматизированных систем сбора и регистрации основных наблюдаемых параметров; предусмотрено обновление материалов космической съемки территории полигона в масштабах 1:300 000 - 1:10 000 с периодичностью не менее 1 раза в каждые 5 лет.

В качестве базовой автономной измерительной системы для мониторинговых наблюдений может быть использован универсальный измерительный комплекс LPC, разработанный творческим коллективом институтов ВСЕГИНГЕО и НИИ космического приборостроения [Дубровин и др.. 1996]. LPC предназначен для применения в инженерно-геологических, геокриологических, гидрогеологических исследованиях и строительстве крупных промышленных и гражданских сооружений с целью непрерывного контроля и регистрации быстро изменяющихся параметров в природно-технических системах различной иерархии. Логгер LPC позволяет производить измерения первичных датчиков с выходным сигналом в виде изменения сопротивления, ЭДС, частоты или периода, а также принимать цифровые потоки от цифровых датчиков произвольной разрядности. Все датчики подключаются к универсальной семипроводной магистрали через малогабаритные локальные коммутаторы. Дополнительно в логгер встроен коммутатор на 10 датчиков. Момент опроса каждого датчика в течении времени функционирования программируется индивидуально средствами пользовательской математики, что позволяет получать более подробную информацию в интересующие пользователя временные интервалы с точностью до одной минуты реального времени. Логгер имеет статическую на 60-240 тысяч замеров и энергонезависимую Flash память объемом до 500 тысяч замеров. Энергопотребление логгера в режиме ожидания не превышает 3 мкА, а при проведении измерений составляет не более 24 мкА. Питание от двух алкалитических элементов исполнения АА с литиевой поддержкой таймера реального времени и статической памяти гарантирует двухлетний срок функционирования измерительной системы. Логгер успешно прошел метрологическую аттестацию для работы во внешней среде в диапазоне температур от -45 до +80° С.

С помощью LPC и периферийной датчиковой сети можно проводить наблюдения за температурным режимом горных пород, воздушной и водной среды, уровнем, пластовым давлением, отдельными показателями гидрохимического состава подземных вод (РН; ЕН и др.), напряжением и деформацией грунтов, зданий и сооружений, давлением в газо- и нефтепроводах и других жидкостных систем. При необходимости осуществления непрерывного мониторинга наблюдаемых параметров логгер LPC под управлением ПЭВМ может измерять параметры в режиме допускового контроля с оповещением пользователя о предельно допустимом значении измеряемой величины. LPC прошел многолетние испытания на геокриологических стационарах Ямала и Гыдана и объектах производственно-экологического мониторинга газовой промышленности.

В заключении следует отметить, что разработка и реализация системы геоэкологического обеспечения осваиваемых районов арктической и субарктической криололитозоны, основанная на принципах создания государственных геоэкологических полигонов как особо охраняемых территорий может коренным образом изменить экологическую ситуацию в Арктике, реально повысить ответственность недропользователей, роль государства и субъектов федераций в процессе укрепления экологической безопасности на объектах недропользования в сложных условиях криолитозоны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дубровин В.А., Караванова М.Е., Куликов А.И. и др. Автоматизированные средства измерений и геокриологиеские базы данных в системе ГМГС // Матер. 1-й конф. геокриол. России. Т. 2. М.: изд. МГУ, 1996. С. 457.

2. Васильев А.А. Динамика термоабразии морских берегов Западного Ямала // Тез. докл. конф. «Ритмы природных процессов в криосфере Земли». Пущино, 2000.

3. Дубровин В.А. Концептуальный подход к региональным и мониторинговым геокриологическим исследованиям в Арктике и Субарктике // Матер. 2-й конф. геокриол. России. Т. 3. М.: изд. МГУ, 2001. С. 90-97.

4. Крицук Л.Н. Криогидротектоника и подземные льды Западной Сибири / Матер. 2-й конф. геокриол. России. Т. 3. М.: изд. МГУ, 2001. С. 155-163.

5. Павлов А.В. Мерзлотно-климатический мониторинг России: методология, результаты наблюдений, прогноз // Криосфера Земли. 1997. Т. 1. № 1. С. 47-58.

6. Павлов А.В. Основные положения концепции геокриологической информационной системы / Матер. 2-й конф. геокриол. России. Т. 3. М.: изд. МГУ, 2001. С. 198-204.

Ссылка на статью:

Дубровин В.А. Система геоэкологического обеспечения объектов недропользования осваиваемых Арктических регионов криолитозоны // Разведка и охрана недр. 2003. № 7. С. 15-20.