«НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РЕГИОНОВ И ОЦЕНКИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРОДОВ И ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ ...»

На правах рукописи

Копылов Игорь Сергеевич

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РЕГИОНОВ И ОЦЕНКИ

ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРОДОВ И ОБЪЕКТОВ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ

Специальность: 25.00.36 – «Геоэкология» (наук

и о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук Пермь – 2014 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Тема диссертации посвящена фундаментальным проблемам наук о Земле – изучению и оценке природно-геологической среды и геодинамической активности верхней части литосферы, которые рассматриваются в рамках геоэкологии, инженерной геологии и нового научного направления, находящегося на стыке этих наук и современной геодинамики – учения о геодинамических активных зонах. Совершенствование их теоретических, методологических основ, методик, технологий изучения, оценки геоэкологического состояния необходимо для рационального природопользования, геологической и экологической безопасности развития и хозяйственного освоения любых территорий, в т.ч. нефтегазоносных регионов. В последние годы эта проблема стала особенно важной всвязи с глобальным изменением экологической обстановки, развитием чрезвычайных ситуаций во многих регионах России и других странах. Во многом это связано с усиливающимся синергетическим воздействием техногенеза и геологических факторов, особенно – геодинамики на окружающую среду. Геодинамика и техногенез представляют собой два мощных современных фактора планетарного и регионального уровней, которые приводят к глобальному изменению окружающей среды обитания человека и геологической среды в частности. Изучение и оценка эколого-геодинамического и эколого-геохимического состояния природной среды являются важнейшими общими и региональными экологическими проблемами многих территорий с различной степенью освоенности, особенно Урала, Сибири, Севера и Дальнего Востока, где в условиях минимальной плотности населения предусматривается создание крупных промышленно-территориальных комплексов с осуществлением технологичных, наукоемких и дорогостоящих проектов. Однако до настоящего времени при изучении геоэкологических и инженерно-геологических условий как природных, так и урбанизированных территорий оценке геодинамической активности уделяется недостаточное внимание.

Геоэкологическое и инженерно-геологическое картографирование территорий должно проводиться на единой научно-методической основе с применением современных методов исследований – дистанционных аэрокосмогеологических методов и геоинформационных технологий. При этом необходимо опираться на опыт проведения этих исследований в различных регионах, с учетом сходства и различия природных условий и степени освоенности.

В данной работе представлен опыт исследований в нефтегазоносных регионах – Восточной и Западной Сибири, Европейского Севера, Приуралья и Урала. Более полно автором изучены территории Пермского и Красноярского краев. Общим для них является их нефтегазоносность, которая определяет специфичность проведения исследований.

Красноярский край имеет начальную стадию освоения нефтегазовых месторождений и отличается благоприятными условиями для изучения воздействия нефтегазового техногенеза. Открытие в конце восьмидесятых годов ряда нефтегазовых месторождений, в том числе крупнейшего в Восточной Сибири – Юрубчено-Тохомского, позволяет рассматривать этот регион как крупнейшую топливно-энергетическую базу в восточной части России. Для успешного его освоения необходима комплексная характеристика геолого-гидрогеологических условий, особенно в целях широкого использования пресных подземных вод для нужд нефтегазодобычи. Прогнозируется, что развитие нефтяной и газовой промышленности в Восточной Сибири позволит России уже в ближайшем будущем приступить к решению важнейшей геополитической и экономической задачи XXI века – выйти на Азиатско-Тихоокеанский энергетический рынок. В связи с интенсификацией геологоразведочных на нефть и газ работ в последние годы важнейшее значение стала приобретать проблема охраны окружающей среды. Особенно сильное антропогенное воздействие испытывает наиболее мобильный компонент – приповерхностная гидросфера. Решение этой проблемы требует всестороннего изучения геоэкологических условий методами геоэкологического картографирования и разработки системы мониторинга и контроля состояния геологической среды. Применяемые геоэкологические методы на этой территории могут быть эталонными для других территорий.

Пермский край характеризуется большим разнообразием природных условий и ресурсов, относится к территориям с развитыми промышленными и городскими агломерациями с природно-лесными и сельскохозяйственными районами. Открыто более 200 нефтегазовых месторождений, многие из которых хорошо освоены. Изучение влияния нефтегазового фактора осложняется другой мощной техногенной нагрузкой (комплекс нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной, химической, горнодобывающей, деревообрабатывающей и другими видами промышленности), высокая степень которой обусловила состояние природной среды некоторых районов на уровне кризиса и экологического бедствия. Поэтому для этой территории была разработана система интегральной оценки состояния природной среды как результата комплексного воздействия всех основных природных и техногенных факторов. Методология этих исследований также может быть базовой для многих нефтегазоносных территорий России.

Степень разработанности темы.

Различные аспекты темы рассматривались в работах многих ученых и специалистов. Однако основная проблема диссертационных исследований – оценка геодинамической активности при изучении геоэкологических и инженерно-геологических обстановок практически не раскрыта как в теоретическом, так и методическом отношении и слабо освещена в научной литературе. Также слабо разработаны общая методология геоэкологического картографирования, принципы и методы комплексной экологической оценки и геологической безопасности урбанизированных территорий.

Несмотря на сложные экологические условия рассматриваемых регионов, целенаправленных региональных геоэкологических исследований до последнего времени здесь не проводилось.

Объект исследований. Природно-геологическая среда континентальных нефтегазоносных регионов России: грунты, почвы, подземные и поверхностные воды, газы, микроорганизмы, снежный и растительный покров, ландшафты; геодинамические активные зоны в верхней части литосферы; природно-технические системы.

Предметом исследований являются эколого-геологические, инженерногеологические, гидрогеологические, геохимические закономерности в верхних частях литосферы; процессы формирования геодинамических активных зон; геологические и техногенные факторы, обусловливающие техноприродные чрезвычайные ситуации.

Цели и задачи.

Главная научная идея диссертационного исследования заключается в разработке эффективного метода выявления и картирования геодинамических активных зон – линеаментно-геодинамического анализа – и его применении в комплексе геоэкологических и инженерно-геологических исследований для обеспечения геологической и экологической безопасности территорий и объектов.

Цель исследований. Изучение геоэкологических и инженерно-геологических условий и природно-технических систем нефтегазоносных регионов для обеспечения их геологической и экологической безопасности при комплексном освоении и рациональном природопользовании. Разработка теоретических и методологических основ учения о геодинамических активных зонах, оценка их влияния на геоэкологические и инженерно-геологические процессы и условия. Разработка научно-методических основ геоэкологических и инженерно-геологических исследований и картографирования с применением дистанционных методов и геоинформационных технологий.

Основные задачи

исследований.

1. Анализ современных представлений геоэкологии, экологической геологии и геодинамики, их структурная и предметная взаимосвязь, теоретическое обеспечение системы геологической и экологической безопасности.

2. Анализ теоретических предпосылок учения о геодинамических активных зонах, исторические предпосылки, пути развития теории; разработка содержания, структуры, общей методологии исследований. Разработка модели формирования геодинамических активных зон, их классификация.

3. Разработка линеаментно-геодинамического анализа (в комплексе с линеаментно-блоковым и морфонеотектоническим анализом) как методологической основы изучения геодинамических активных зон и его проведение в различных геологоэкологических условиях.

4. Разработка методики выделения геодинамических активных зон, как потенциально опасных геологических участков на трассах нефтегазопроводов и ее применение в различных регионах.

5. Разработка методики выделения геодинамических активных зон как потенциально опасных геологических участков на калийных рудниках и ее применение в различных регионах России и ближнего зарубежья.

6. Оценка влияния геодинамических активных зон на геоэкологические и инженерно-геологические процессы и условия.

7. Изучение геокриологической обстановки (анализ физико-географических, геолого-геоморфологических и мерзлотно-гидрогеологических факторов формирования многолетнемерзлых пород); экогидрогеологической обстановки (анализ гидрогеологических закономерностей распространения подземных вод); экогеохимической обстановки (анализ геохимических полей природных вод, газов, почв, снежного, растительного покрова, микроорганизмов).

8. Изучение инженерно-геологических свойств грунтов; разработка научнопрактических подходов по улучшению качества строительных материалов, используемых при сооружении инженерных объектов.

9. Картирование и оценка состояния геологической среды нефтегазовых месторождений, разработка системы мониторинга и геологического контроля.

10. Регионально-зональный геоэкологический и инженерно-геологический анализ на основе исследований и картографирования нефтегазоносных регионов (на примерах Приуралья, Урала, Восточной и Западной Сибири, Европейского Севера и др.).

11. Составление геоэкологических и инженерно-геологических картографических моделей на основе ГИС-технологий.

12. Разработка концептуальных принципов регионально-зонального геоэкологического картографирования и критериев оценки состояния природной среды.

13. Разработка принципов и методики районирования территорий по опасностям и рискам возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) с экологическими последствиями. Оценка геологических, социально-экологических рисков и техноприродных опасностей развития ЧС при освоении нефтегазоносных районов.

14. Разработка концепции геологической и экологической безопасности нефтегазоносных регионов, территорий городских и муниципальных образований.

15. Разработка системы информационно-аналитического обеспечения в современных ГИС-технологиях для принятия управленческих решений с целью геологической и экологической безопасности.

Научная новизна.

1. Впервые раскрывается содержание нового научно-прикладного направления современной и новейшей геодинамики (на стыке с другими науками, в т.ч. – с геоэкологией, инженерной геологией, гидрогеологией, минерагенией и др.), названного автором «учением о геодинамических активных зонах», приводится определение понятия последних, их классификация, основные задачи изучения и применения.

2. Впервые разработана методология изучения и выявления геодинамических активных зон на основе линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализов.

3. Изучено влияние геодинамических активных зон на геоэкологические и инженерно-геологические процессы в различных природных и урбанизированных обстановках.

4. Разработана система прогнозирования геодинамических активных зон и выявления потенциально опасных участков на трассах нефтегазопроводов и других линейных сооружений на основе аэрокосмогеологических методов, которая реализована в районах Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Урала и Приуралья.

5. Разработана методика и выполнена оценка геодинамической опасности на участках действующих и проектируемых рудников и районов месторождений калийных солей: Верхнекамское (Россия), Жилянское (Казахстан), Тюбегатанское (Узбекистан).

6. Разработана методология регионально-зональных геоэкологических исследований и картографирования с применением дистанционных методов и геоинформационных технологий на основе системного подхода к изучению, моделированию, оценке и прогнозу качества состояния природно-геологической среды.

7. Разработаны основные принципы и критерии интегральной оценки и районирования геоэкологических условий (для платформенных регионов).

8. Изучены закономерности и факторы формирования геоэкологических и инженерно-геологических условий нефтегазоносных регионов разной степени освоенности, ведущими из которых являются природные (геодинамические, структурнотектонические, геохимические, гидрогеологические, геокриологические, геоморфологические) и техногенные факторы, при этом установлено, что наиболее сильно они проявляются в геодинамических активных зонах, где особенно сильно воздействует на окружающую среду.

9. Выполнена современная комплексная оценка воздействия на окружающую среду при эксплуатации нефтегазовых месторождений на юго-западе Сибирской платформы, разработана система мониторинга и контроля геологической среды, что сделано впервые для Байкитского нефтегазоносного региона Восточной Сибири.

10. Проведено современное геоэкологическое, инженерно-геологическое, гидрогеологическое, ландшафтно-геохимическое, неотектоническое картографирование и районирование территории Пермского края (масштаб 1:500 000).

11. Выполнена современная комплексная оценка состояния природногеологической среды Пермского Приуралья по комплексу геоэкологических критериев, где впервые особое внимание уделено эколого-геодинамическому фактору.

12. Разработана методика районирования и оценки территорий по опасностям и рискам возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций с экологическими последствиями, которая применена для Пермского края.

13. Разработана концепция геологической безопасности городов (на примере г. Перми).

14. Разработана методология ГИС-атласа, как системы информационноаналитического обеспечения для принятия управленческих решений с целью рационального природопользования, геологической и экологической безопасности. Составлен атлас карт геологического и геоэкологического содержания на территорию Пермского края с применением ГИС-технологий.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Проведенные теоретические исследования при разработке учения о геодинамических активных зонах являются частью фундаментальных исследований, могут иметь значение для общего понимания геологических процессов, происходящих в геосферах Земли.

2. Методология линеаментно-геодинамического анализа на основе дистанционных аэрокосмогеологических методов и геоинформационных технологий имеет важное научно-практическое значение для решения задач: сейсмологии, инженерной геологии, геоэкологии, гидрогеологии, минерагении.

3. Методы и технологии выявления и картирования геодинамических активных зон находят применение при поисках месторождений полезных ископаемых (нефть и газ, алмазы, золото, полиметаллы, подземные воды) и обосновании безопасного ведения горных работ (при разработке нефтегазовых и калийных месторождений).

4. Методики полевых исследований и способов обработки информации позволяют повысить качество и эффективность работ по геоэкологическому и инженерногеологическому изучению.

5. Геоэкологическое картографирование в Красноярском крае является одним из первых опытов в Восточной Сибири и целом по Российской Федерации, результаты позволяют оценивать, прогнозировать состояние природно-геологической среды, система контроля по картографическому мониторингу и режиму позволяет оперативно управлять экологической ситуацией.

6. Геоэкологическое картографирование в Пермском крае выполнено в рамках федеральной программы «Геоэкология России». Результаты исследований дают обширную информацию о комплексной оценке геоэкологии, служат информационной базой для разработки региональной политики природопользования.

7. Разработанная концепция геологической безопасности г. Перми является базовой основой для нового генерального плана развития города и может быть эталоном для разработки общей стратегии геологической безопасности крупных городов.

Методология и методы исследования.

Основной принцип исследований базируется на системном подходе к изучению, моделированию, оценке и прогнозу качества состояния природно-геологической среды; комплексности, преемственности и соподчинению масштабов работ. Общей методологией исследований является системный анализ и картографическое моделирование природно-геологической среды, природно-технических систем и геодинамических активных зон на основе естественнонаучных методов.

Применялись комплексы методов, разработанные ведущими научноисследовательскими институтами (ВСЕГИНГЕО, ВСЕГЕИ, ИМГРЭ, ВНИИЯГ, ПНИИС и др.): геоэкологические исследования и картографирование масштаба 1:200 000-1:500 000 (ГЭИК-200, 500), геологическое доизучение масштаба 1: (ГДП-200), государственная гидрогеологическая съемка масштаба 1:200 000 (ГГСмногоцелевое геохимическое картирование масштаба 1:1 000 000 (МГХК-1000), государственный мониторинг геологической среды (ГМГС), оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), геохимические поиски нефти и газа (ГПНГ), аэрокосмогеологические исследования (АКГИ), дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), комплексное инженерно-геологическое и геокриологическое картографирование масштаба 1:50 000-1:200 000, инженерно-геологические изыскания, структурногеологическая съемка. Применялись авторские методики: специализированные мерзлотно-гидрогеологические и геохимические исследования; комплекс структурногеоморфологических и неотектонических методов (морфометрический, морфоструктурный, морфонеотектонический, линеаментно-блоковый, линеаментногеодинамический анализы), структурно-гидрогеологический анализ. При обработке материалов широко использовались методы математической статистики, геоинформационные технологии, картографическое моделирование.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретические основы учения о геодинамических активных зонах как ведущих факторах формирования геоэкологических условий региона: научное содержание учения, его место в системе наук о Земле, геоэкологическая роль. Методологический подход к определению геодинамической активности, основанный на использовании линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализа территории, позволяет выявить геоэкологические особенности региона в целях оценки геологической безопасности планируемой хозяйственной деятельности [6, 11, 13, 17, 21, 23, 24, 27] (главы 1, 2, 3).

2. Инженерно-экологическая оценка при поисках и разработке нефтегазовых, калийно-магниевых и других месторождений основана на аэрокосмогеологических исследованиях. Методический комплекс по выявлению и картированию экологических зон с разной геодинамической активностью позволяет прогнозировать потенциально опасные геодинамические участки на трассах нефтегазопроводов и других объектах, а также на действующих и проектируемых рудниках для обоснования безопасного ведения горных работ [1, 2, 4, 7, 9, 19, 20] (главы 4, 5).

3. Основные закономерности формирования геоэкологических условий нефтегазоносных регионов определяются природными (геодинамическими, структурнотектоническими, геокриологическими, гидрогеологическими, геохимическими) и техногенными факторами. Наиболее сильные экологические изменения проявляются в приповерхностной гидросфере в условиях повышенной геодинамической активности [3, 10, 16, 18, 22, 28, 30] (глава 6).

4. Региональные геоэкологические исследования, картографирование основаны на интегральных показателях и критериях оценки экологического состояния, базируются на геохимических, гидрогеологических, геодинамических, дистанционных методах и геоинформационных технологиях, обеспечивают оценку опасности и рисков возникновения природно-техногенных чрезвычайных ситуаций, геологическую и экологическую безопасность регионов, территорий городских и муниципальных образований при их комплексном освоении [5, 8, 12, 14, 15, 25, 26, 29] (главы 1, 7, 8).

Степень достоверности и апробация результатов.

Обоснованность и достоверность исследований основана на большом фактическом материале по результатам многолетних (более 35 лет) исследований автора в области геоэкологии, инженерной геологии, геодинамики, неотектоники, геохимии, гидрогеологии, геокриологии; подтверждается большим объемом лабораторных и полевых аналитических данных стандартными методами; статистической обработкой большого объема данных, применением современных геоинформационных технологий и дистанционных методов (результаты которых подтверждаются геологогеофизическими методами); практической реализацией полученных разработок.

Личный вклад автора. Исходным фактическим материалом для диссертации послужили результаты геоэкологических, структурно-геологических, нефтегазопоисковых, мерзлотно-гидрогеологических, геохимических работ, выполненных при непосредственном участии автора в качестве ответственного исполнителя. На территории Сибири и Урала автором было выполнено более 13000 км маршрутов геоэкологических, гидрогеологических, геохимических и геологических съемок с комплексом наблюдений, опробования (более 25000 точек), гидрометрических измерений (1800), полевых химико-аналитических работ (3000). Проведена систематизация геоэкологических данных (анализов по подземным и поверхностным водам: химических – 15500, спектральных – 5500, галоидов – 3500, нефтепродуктов и ароматических УВ – 900, водногазовый анализ – 3466, микробиологический – 1204, токсичность воды – 1511; спектральный анализ почв, пород, донных осадков, растительности – 13000;

анализ почв и пород: газокерновый – 5000, битуминологический – 10400, ртуть в почвах – 1076; анализ физико-механических свойств пород – 2000 и др.). Также экспедиционные исследования проводились автором в других регионах – Поволжье, Кавказе, Саха-Якутии, Туркменистане, Казахстане, Узбекистане и др. Многие регионы были охвачены дистанционными исследованиями разных масштабов (дешифрирование КС и АФС: тектонических линеаментов – 80000, кольцевых структур, ландшафтных аномалий – 5000). Основанием для написания диссертации послужили 75 научнопроизводственных отчетов, составленных под руководством или при непосредственном участии автора, включающих более 300 авторских карт. Все основные результаты диссертации получены автором лично.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований на территории Восточной Сибири внедрены в ГГП «Енисейнефтегазгеология» (паспорта аномалий, карты-внедрения на размещение объектов бурения, методики работ и стандарты предприятия); вошли в 8 отчетов. Материалы по ОВОС (6 отчетов) использованы при подготовке бурения в Красноярском крае, эксплуатации Юрубченского месторождения; составлении программ мониторинга для предприятий и нефтегазовых компаний и федеральной программы мониторинга Южной Эвенкии. Результаты специализированных исследований вошли в 4 отчета (НИФТИ Красноярского госуниверситета и Института Радона, г.С.-Петербург), с рекомендациями по выбору участков для захоронения высокотоксичных отходов атомной промышленности на Енисейском кряже.

Результаты геологических, аэрокосмогеологических исследований (АКГИ) и оценки современной геодинамики использованы при составлении 13 геологических отчетов ООО «ПермНИПИнефть», ЗАО «Лукойл-Пермь», ГИ УрО РАН, МПР Пермского края (поиски нефти и газа), ООО «Пермьгеоплюс» (поиски алмазов), ОАО «НПЦ «Мониторинг» – ХМАО, ООО «Западноуральская компания» (поиски золота), ООО «Кировнедра» (поиски подземных вод), ООО «Геокарта-Пермь» (ГДП-200). Результаты по оценке геодинамической активности территорий трасс нефтегазопроводов и других инженерных сооружений при разработке месторождений нефти и газа использованы при составлении 6 геологических отчетов: ООО «ПермНИПИнефть», ООО «Нарьянмарнефтегаз», ООО «Пермская геолого-геофизическая компания», ООО «Газпром Трансгаз Чайковский», ГИ УрО РАН, ООО «Недра». Результаты по оценке геодинамической активности территорий с целью обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения калийных и других месторождений использованы при составлении 4 геологических отчетов: ОАО «Галургия (Верхнекамское месторождение), ООО «ЗУМК-Инжиниринг» (Жилянское месторождение, Казахстан; Тюбегатанское месторождение, Узбекистан), ООО «ПермПроектИзыскания» (Качканарское месторождение титаномагнетита, Качканарский ГОК). Результаты АКГИ по оценке тектонической трещиноватости для прогнозирования карстовой опасности использованы при реализации федеральной программы МПР Пермского края. Результаты комплексного геологического изучения с оценкой геодинамической активности территорий использованы при составлении разделов для разработки схем территориального планирования и генеральных планов городских округов Пермского края, Нижегородской и Свердловской областей (7 отчетов). Результаты геоэкологических исследований Коми-Пермяцкого АО внедрены в Госкомэкологию КПАО. Материалы ГЭИК-500 и МГХК-1000 использованы при составлении геоэкологической карты Пермского края. Электронный вариант ее внедрен в Управление по охране окружающей среды Пермского края и используется в составе экологического блока географической информационной системы. 10 авторских карт включены в Атлас Пермского края (разработанного ПГНИУ по заказу Министерства промышленности, инноваций и науки Пермского края), включая геоэкологическую, инженерно-геологическую, гидрогеологическую, ландшафтно-геохимическую, неотектонической активности, блоковых структур и др. Концепция геологической безопасности города Перми и Программа мероприятий до 2030 г. внедрены в Департаменте планирования и развития г. Перми.

Результаты многолетних исследований автора использованы при выполнении НИР (ЕНИ ПГНИУ, 2012-2014 гг.) по заданию Министерства образования и науки РФ по теме «Разработка теории, методов и технологий выявления и картирования геодинамических активных зон, оценка их влияния на инженерно-геологические и геоэкологические процессы». Некоторые положения и выводы диссертации используются автором в учебном процессе на кафедре инженерной геологии и охраны недр и кафедре поисков и разведки полезных ископаемых ПГНИУ при чтении лекций и на практических занятиях по курсам: «Аэрокосмические методы в геологии», «Методы инженерно-геологического районирования», «Основы геологической безопасности городов», разработке дипломных и курсовых работ, магистерских и кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на научной конференции и совещаниях геологического и геоэкологического профиля, в т.ч. 20 международных: International Radioecological Conference «The fate of spent nuclear fuel: problems and reality» (Krasnoyarsk, 1996), «Геоморфология гор и равнин:

взаимосвязи и взаимодействия» (Краснодар,1998), «Экологическая геология и рациональное недропользование» (С.-Петербург, 2000), «Проблемы экологической геоморфологии» (Белгород, 2000), «Геодинамика нефтегазоносных бассейнов» (Москва, 2004), «Environmental Pollution» (Perm-Kazan, 2005), «Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов» (Пермь, 2005), «Синтез знаний в естественных науках. Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование» (Пермь, 2011), «Геология крупных городов» (С.-Петербург, 2012), «Естественные науки: достижения нового века» (ОАЭ, Шарджа, 2013), «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные, и природоохранные технологии освоения недр» (Иран, Занджан, 2013), «Ecology and environmental management» (Maldives, 2012), «Problems of ecological monitoring»

(Italy, Rome-Florence, 2012), «Research on the priority of higher education on-directions of science and technology» (on board the cruise ship MSC Magnifica «Around Europe», 2012), «Nature management and environment protection» (France, Paris, 2012), «Ecology industrial regions of Russia» (The United Kingdom, London, 2012), «Modern problems of environmental pollution» (Canary Islands, Tenerife, 2013), «Control of production and natural resources» (Australia, Sydney, 2013), «Education and science without borders» (Germany, Munich, 2013);15 всероссийских: «Геологическое строение, нефтегазоносность и перспективы освоения нефтяных и газовых месторождений Нижнего Приангарья»

(Красноярск, 1996), «Гидрология и геоморфология речных систем» (Иркутск, 1997), «Геоэкологическое картографирование» (Москва, 1998), «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века» (С.-Петербург, 2000), «Научно-методические основы и практика регионального гидрогеологического изучения и картографирования» (Москва, 2001), «Современные геоинформационные системы для предупреждения и ликвидации ЧС. Теория и практика» (Москва, 2003), «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004), «Экологические проблемы и пути решения» (Пермь, 2007), «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы и задачи инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ» (Пермь, 2008), «Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей» (Екатеринбург, 2011), «География, история и геоэкология на службе науки и инновационного образования» (Красноярск, 2011, 2012, 2013), «Геолого-геохимические проблемы экологии» (Москва, 2012), по глубинному генезису нефти «2-е Кудрявцевские чтения» (Москва, 2013) и 26 региональных и межрегиональных (Красноярск, Шушенское, Новосибирск, Москва, Пермь, Кудымкар, Березники, Томск, Екатеринбург), которые опубликованы в периодической печати.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 140 печатных работ, в том числе 4 монографии (2 – единолично, 2 – в соавторстве) и 85 статей, включая 25 публикаций в рецензируемых журналах из списка ВАК (10 – единолично, 15 – в соавторстве).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы, включающего 450 наименований. Общий объем составляет 350 страниц текста, содержит 99 рисунков, 18 таблиц.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность докторам геолого-минералогических наук, профессорам В.Н. Быкову, О.Н. Грязнову, Р.Г. Ибламинову, В.Н. Катаеву, А.Б. Макарову, В.А. Наумову, О.Б. Наумовой, Б.М. Осовецкому, В.Б. Писецкому, В.В. Середину, А.Г. Талалаю, а также почетному нефтянику России В.З. Хурсику за содержательные консультации, полезные замечания и советы. Автор благодарен за многолетнее плодотворное сотрудничество коллегам из Северной ГПП ГГП «Енисейнефтегазгеология», ФГУП «Геокарта-Пермь» и ООО «ПермНИПИнефть» при проведении полевых работ в Сибири и Урале, результаты которых легли в основу данной диссертационной работы. Диссертант благодарен коллективу лаборатории геологического моделирования и прогноза ЕНИ ПГНИУ и особенно к.т.н. А.В. Коноплеву за неоценимую помощь и поддержку при проведении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Теоретические, методологические аспекты и проблемы геоэкологии, экологической геологии и геодинамики Современная теоретическая и методологическая концепция геоэкологии и экологической геологии пока еще сформирована недостаточно четко, отсутствует общепринятый подход к определению задач и объектов изучения. До сих пор в науке «Геоэкология» наблюдается два основных направления – с позиции географии и геологии, поэтому в структуре геоэкологии существует два основных раздела – «Экологическая география» и «Экологическая геология», имеющих много общего по объектам и предметам изучения. Термин «геоэкология», впервые предложенный К.Троллем в 1939 г., как «экология ландшафтов», поддерживается современными географами в более широком понимании, как экологическая география на основе системногеографического подхода. Геологическое направление в экологии связано с учением В.И. Вернадского (1926) о биосфере, основанным на геохимии, в основе которого лежат законы функционирования системы «живые организмы (живое вещество) – среда обитания». С позиции геологии в науке «геоэкология» преобладает несколько представлений: геобиосферный, геосферный, литосферный, экосистемный подходы, наиболее характерно отражающие их единство и различия (Е.А. Козловский, В.И. Осипов, В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг, Г.С. Вартанян, Н.М. Фролов, К.И. Сычев, А.Н. Павлов, В.Н. Островский, Л.А. Островский, В.В. Куриленко, В.А. Королев, В.Н. Быков, А.Я. Гаев О.Н. Грязнов и др.). В последнее двадцатилетие сделаны значительные шаги в направлении, которые сближают позиции географов и геологов. В настоящее время большинством ученых геоэкология рассматривается как междисциплинарное научное направление, объединяющее исследования состава, строения, свойств, процессов, физических и геохимических полей геосфер Земли как среды обитания человека и других организмов.

Методологической основой геоэкологии, по мнению автора, должен быть системный анализ компонентов геологической и географической среды. Основным объектом исследований должна быть природно-геологическая среда в совокупности с техногенными комплексами и объектами. Предметом геоэкологии (в разделе экологической геологии) являются эколого-геологические (эколого-геодинамические, экологогеохимические, эколого-гидрогеологические) закономерности и формирование геоэкологических условий в результате естественного развития и воздействия техногенеза. Возникает необходимость изучения геосферы, биосферы, техносферы и социосферы; моделирования и прогнозирования происходящих в них процессов; рационального природопользования и контроля с целью сохранения продуктивной природной среды для нынешних и будущих поколений людей.

Научное содержание экологической геологии наиболее полно разработано В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зилингом (1997), которые в ее структуре выделяют три основных раздела: 1) эколого-геологическое ресурсоведение, 2) экологическую геодинамику и 3) экологическую геохимию и геофизику. Кроме того, многие исследователи выделяют различные направления эколого-геологического содержания как разделы дисциплин – экологическую гидрогеологию (гидрогеоэкологию), экологическую инженерную геологию, экологическую геохимию, экологическую геофизику, экологическую геоморфологию, экологическую неотектонику и др. Последнее направление было предложено Н.Н. Николаевым (1988) как самостоятельный раздел неотектоники, рассматривающий ее как геодинамику техногенных движений, обусловленных антропогенной деятельностью. Н.И. Корчуганова (2007) считает понятие «экологическая неотектоника» более широким и включает в него «изучение изменений приповерхностных частей литосферы под влиянием как техногенных воздействий, так и природных катастрофических и медленных геологических эндогенных и экзогенных процессов». По мнению автора, последнее определение выходит за рамки неотектоники и отражает суть экологической геодинамики – науки, которая входит в состав экологической геологии и находится на стыке геоэкологии, инженерной геологии, современной и новейшей геодинамики. Однако в предмет изучения экологической геодинамики необходимо добавить еще изучение влияния геодинамических процессов и их экологических последствий на биоту и человеческое сообщество.

На основании анализа теоретических и методических разработок и многолетнего личного опыта геоэкологических исследований различных частей России – Сибири, Урала, Приуралья, Севера и Дальнего Востока автором разработана концепция регионального геоэкологического изучения и картографирования территорий применительно к платформенным континентальным регионам [5, 8, 35, 40, 41, 44, 48].

Основной методологической задачей является картографическое моделирование состояния природно-геологической среды, представляющее собой процесс создания информационно-картографической модели – атласа карт геологического и экологического содержания, которые позволяют анализировать состояние среды в целом и по отдельным компонентам, прогнозировать их изменение во времени и пространстве.

Основными принципами концепции являются: системный подход к проведению картографирования, предполагающий сопряженное выполнение соподчиненных работ для решения задач на разных иерархических уровнях: обзорном, субрегиональном, региональном, местном; оптимизация – обеспечивается минимально достаточным объемом проводимых исследований и данных и правильностью выбора объектов исследований и наблюдений; комплексность и приоритетность, предполагающие изучение всех компонентов природно-геологической среды, с применением широкого комплекса методов, с приоритетом по геодинамическим и геохимическим методам; объективность выполнения работ, обеспечивающуюся построением объективной картографической модели, достоверно и адекватно отражающую геоэкологическую обстановку; критериальность и экологичность картографирования, обусловливающиеся объективными критериями и показателями состояния природно-геологической среды на основе системы экологических норм;

результативность и динамичность, предполагающие унификацию, систематизацию данных, формирование информационных банков; моделирование на основе постоянно пополняющихся баз данных; многофункциональность системы, заключающуюся в способности выполнять функции информации, оценки, прогноза.

Схема формирования системы регионального геоэкологического изучения и картографирования состоит из четырех основных блоков – подсистем, которые являются также методологическими этапами ее формирования (рис. 1).

1. Формирование информационной базы данных по методам и объектам в ГИСтехнологиях. Основными методами являются: геологические и космогеологические, геоморфологические, геодинамические, геохимические, геофизические, гидрогеологические, инженерно-геологические; основными объектами – приповерхностные: литосфера, рельеф и ландшафты, гидросфера, атмосфера, фитосфера, техносфера.

линеаментно-геодинамический, экзоморфогенетический, экологогеоморфологический, ландшафтно- и эколого-геохимический, 3. Формирование геоэкологической информационно-картографической модели с применением геоинформационных (ГИС) технологий для решения задач федерального и регионального уровня. Это основной картографический этап – создание параметрических, аналитических, синтетических карт геоэкологического содержания;

разработка критериев оценки состояния природной среды, районирование и ранжирование экологических обстановок. Составляется комплект региональных геоэкологических карт (ГЭК), к которым относятся карты мелкого и среднего масштаба (1:1 000 000 – 1:200 000), при этом применение ГИС позволяет трансформировать их в любой масштаб карт (с учетом кондиционности фактического материала).

Итоговая модель – геоэкологическая карта в четырехлистовом варианте, отображающая раздельно поверхностную и глубинную обстановки, т.е. ландшафтную, литосферную, гидросферную составляющие и общую степень экологического состояния:

эколого-ландшафтно-геохимическую карту (с выделением ландшафтных комплексов, геохимических аномалий, геологических процессов, элементов техносферы и др.), эколого-геодинамическую карту (с выделением геодинамических активных зон и сейсмоопасных участков), гидрогеоэкологическую карту (с выделением водоносных комплексов, участков различной степени защищенности подземных вод, гидрогеохимических аномалий) и интегральную карту экологической оценки состояния природно-геологической среды (на основе системы экологических норм по 4 классам: нормы, риска кризиса, бедствия). Разработан комплекс критериев оценки геоэкологического состояния нефтегазоносных платформенных регионов (на примерах Пермского и Красноярского краев) на основе четырехранговой оценочной структуры.

4. Картографический геоэкологический мониторинг состояния природногеологической среды с целью прогноза изменения эколого-геологической обстановки, опасных процессов и зон (объектов) с повышенным социально-экологическим риском вероятности возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

В конечном итоге вся система направлена на выполнение основной цели – геоинформационного обеспечения пространственными геоэкологическими данными для устойчивого и безопасного развития территорий, управления геологическими и экологическими рисками и качеством природно-геологической среды при проведении на федеральном и региональном уровнях политики рационального природопользования, обеспечения геологической и экологической безопасности территорий и городов.

Глава 2. Теоретические основы учения о геодинамических активных зонах В последние десятилетия в науках о Земле (геология) в результате перехода на новую геологическую парадигму – тектонику литосферных плит возникла и получила бурное развитие новая научная дисциплина – геодинамика.

Выделены основные разделы геодинамики: общая, частная, региональная, историческая (Л.П. Зоненшайн, Л.А. Савостин, 1979), новейшая тектоника и современная геодинамика (Н.Н. Николаев, 1988, Н.И. Корчуганова, 2007). На стыке различных геологических направлений выделяются: минерогеодинамика (Р.Г. Ибламинов, 2001), геодинамика недр (И.М. Петухов, И.М. Батугина, 1999), гидрогеодинамика (В.М. Шестаков, 1996), флюидогеодинамика (А.И. Кудряшов, 1991), эндогенная и экзогенная геодинамика, инженерная и экологическая геодинамика и др. (рис. 2).

геодинамики, связанным с геодинамической неустойчивостью участков литосферы на различных территориях посвящены многочисленные исследования Макаров, Н.В. Макарова, И.М. Петухов, И.М. Батугина, М.Г. Леонов, А.Ф. Грачев, А.А. Никонов, Н.В. Короновский, Е.Е. Милановский, Ю.М. Пущаровский, Р.М. Лобацкая, Н.И. Корчуганова, А.В. Тевелев, В.Я. Ероменко, Т.С. Блинова и др.). Вместе с тем сложилась парадоксальная ситуация при огромном накопленном эмпирическом материале геолого-геофизических данных, позволяющем объяснять многие явления в этой проблеме: практически отсутствуют теоретические разработки и даже теоретические обоснования и определения таких понятий, как «геодинамическое поле» и «геодинамическая активная зона».

С 70-х гг. ХХ в. наметились пути становления нового геологического научноприкладного направления в рамках и на стыке современной и новейшей геодинамики с другими науками, которое можно определить как учение о геодинамических активных зонах. В связи с этим назрела необходимость разработки его теоретических и методологических основ с целью систематизации знаний в этой области, определить объект и предмет, основные задачи направления.

Объекты исследований учения – геодинамическое поле планеты, которое обусловлено тектоническим полем напряжений во взаимодействии с геофизическими, геохимическими, гидрогеологическими и другими полями, а также планетарной и линеаментной трещиноватостью, и собственно геодинамические активные зоны (ГАЗ).

Предмет исследований – закономерности формирования геодинамических активных зон в пределах литосферы и других оболочек Земли и их влияние на природную среду и человека.

Как любое другое учение геологической науки, учение о геодинамических активных зонах представляет собой синтез знаний не только собственно геологических, но и других естественных наук – географии, биологии, экологии, физики, химии, астрономии, математики – и обладает прямыми и обратными связями по объектам, предметам изучения или методам исследований (рис. 2).

критериальности, результативности, многофункциональности (рис. 4).

Первая (теоретическая) часть представляет фундаментальную основу учения и включает ряд разделов.

Теоретические основы включают разработку теории (гипотез, концепций); разработку научного содержания, структуры (определение места науки в системе других наук, близкие науки и учения, прямые и обратные связи) и понятийной базы учения (основные понятия и определения и в первую очередь – понятие о геодинамических полях и геодинамических активных зонах); теоретико-математическое моделирование геодинамических зон, классификации (по размеру, глубинности, форме, интенсивности, генезису, геоструктурному положению и др.). В историческом разделе рассматривается история становления, состояние, пути и основные тенденции развития рассматриваемого учения.

Рис. 4. Научное содержание учения о геодинамических активных зонах Методологические основы включают разработку системы геодинамических методов исследований на основе системного анализа. Основными методическими подсистемами являются: геофизические (на всех уровнях изучения с оценкой параметров глубинности и интенсивности ГАЗ); дистанционные аэрокосмогеологические (картирование по площади на всех уровнях изучения, линеаментно-геодинамический анализ), структурно-геоморфологические (морфоструктурный и морфонеотектонический анализы), гидрогеологические и геохимические (структурно-гидрогеологический и структурно-геохимический анализы на региональном, зональном, локальном уровнях); биологические (на локальном уровне изучения) методы.

Вторая (прикладная) часть состоит из трех крупных разделов: изучение природных систем (изучение связи ГАЗ с другими зонами, полями, аномалиями, месторождениями и др.); изучение природно-технических систем (изучение связи геодинамических зон с техногенно преобразованными природными и урбанизированными условиями и сооружениями); решение прикладных задач (многоцелевое геодинамическое районирование, оценка, прогноз). В настоящее время обозначились четыре основных прикладных направления, связанных с минерагенической, гидрогеологической, инженерно-геологической и геоэкологической ролью ГАЗ.

В геодинамической терминологии существуют различные термины, такие как «геоактивные зоны», «геологически активные зоны», «тектонически активные зоны», «неотектонически активные зоны», «активные зоны Земли, планеты и др.» и прочие активные зоны или просто геодинамические зоны, однако определения их практически отсутствуют.

По мнению автора, геодинамические активные зоны представляют собой участки земной коры, различные по объему, конфигурации и площади, активные на современном этапе неотектонического развития, характеризующиеся пониженной прочностью, повышенной трещиноватостью, проницаемостью и, как следствие, проявлениями разрывной тектоники, сейсмичности и других процессов [6, 11, 21]. ГАЗ, как правило, являются мобильные зоны трещинно-разрывных нарушений на границах блоковых структур, узлы пересечения разнонаправленных нарушений, осложняющие неотектонические блоки; внутриблоковые участки сгущения сети нарушений.

Модель формирования ГАЗ автору представляется близкой линеаментно-доменнофокальной модели зон возникновения очаговых землетрясений (по В.И. Уломову, 2009), в соответствии с принятой концепцией выявления сейсмогенерирующих структур в ОСР-97, где рассматриваются 4 уровня источников землетрясений: крупный регион с интегральной характеристикой регионального сейсмического режима, линеаменты (оси трехмерных сейсмоактивных разломных структур), домены (квазиоднородные в геодинамическом отношении объемы геологической среды) и потенциальные очаги землетрясений, указывающие на наиболее опасные участки (фокусы) сейсмогенерирующих структур. Последние и представляют собой ГАЗ разного уровня.

Вопрос о классификации, ранжировании и критериях выделения ГАЗ является одним из наиболее сложных. По аналогии с классификацией новейших тектонических структур (В.И. Бабак, Н.Н. Николаев, 1984), а также с ранговой шкалой дизъюнктивных структур (Р.М. Лобацкая, Г.Л. Кофф, 1997) можно представить следующую систематику ГАЗ, включающую уровни, классы, ранги, размерность, масштабы (табл. 1).

Общая классификация геодинамических активных зон Выделяется 5 уровней ГАЗ: глобальный, субглобальный, региональный, зональный, локальный, охватывающие все разнообразие по размерам и глубинности проникновения в земную кору. ГАЗ глобального и субглобального уровней являются глобальные зоны интенсивной современной деструкции земной коры на границах крупных и малых литосферных плит (Средиземноморско-Индонезийская, АфриканоЧукотская, Филиппино-Камчатская, Кордильеро-Андская и др.), конвергентные сейсмоактивные структуры – зоны субдукции и их реликты на континентах, на региональном уровне (геозоны) – их крупные сегменты, основным признаком которых служит размещение очагов землетрясений. ГАЗ на региональном (мегазоны), зональном (макрозоны, мезозоны) и локальном уровнях различных порядков, как правило, являются мобильные зоны трещинно-разрывных нарушений на границах блоковых структур, узлы пересечения линеаментов, внутриблоковые участки сгущения сети нарушений (рис. 5, 6).

Методологический подход и принципы к оценке геодинамической активности.

Изучение геодинамической (неотектонической) активности проводится по направлениям, исследующим сложную гетерогенную систему «рельеф – тектонические линеаменты и структуры – водные растворы – вещество».

активные зоны регионального уровня активные зоны локального и (Тимано-Печорская плита) зонального уровней (Средний Урал) Реализация производится в общей схеме исследований «современный рельеф – геоморфологические методы исследований – структурные и геологические условия – геологические методы исследований – геологические результаты». Главная идея – использование рельефа и линеаментов для построения моделей ГАЗ. В основу методики их изучения положен комплекс методов: морфонеотектонический, линеаментногеодинамический), структурно-гидрогеологический и структурно-геохимический анализ [11, 21].

Линеаментно-геодинамический анализ заключается в получении исходной модели линеаментного поля путем дешифрирования аэро- и космических снимков (КС), далее – в аппроксимации расчетных данных, ранжировании территории по степени геодинамической активности и построение ее картографических моделей разного уровня детальности. Методика исследований включает: подготовку материалов дистанционных съемок, визуальное выделение геоиндикаторов, интерактивное компьютерное структурно-геологическое дешифрирование КС, автоматизированную обработку линеаментов, разработку критериев, различные виды классификаций, создание локальных баз данных, создание цифровых моделей рельефа, морфонеотектонический, линеаментный, геодинамический анализы, сопоставление данных с геофизическими и другими полями и оценку достоверности результатов, создание итоговых карт районирования, оценки и прогноза.

Критериями оценки геодинамической активности являются различные расчетные показатели. Одним их важнейших показателей является плотность разломов, линеаментов, мегатрещин, выраженная по суммарной их протяженности на единицу площади. Ранжирование геодинамической активности по этому показателю проводится по градациям с учетом баллов статистического распределения по их интенсивности (обычно выделяется 6 градаций с учетом среднего арифметического - «x» и стандартного отклонения - «s»): 1 балл < (x-s); 2 балл (x-s) x; 3 балл х (x+s); 4 балл (x+s) (x+2s); 5 балл (x+2s) (x+3s); 6 балл > (x+3s). Вполне уверенно предполагается, что они отражают соответственно различную степень геодинамической активности (от условно стабильной до условно чрезвычайно высокоактивной). При этом к ГАЗ относятся участки с очень высокой и чрезвычайно высокой трещиноватостью и в отдельных случаях – участки с высокой трещиноватостью, отличающиеся высокой контрастностью относительно фона. Как правило, крупные ГАЗ имеют сложное мозаичное строение и по материалам более детального изучения, они «разбиваются» на зоны более низкого уровня с разной степенью активности.

Геоэкологическая роль геодинамических активных зон. ГАЗ играют важнейшую роль в формировании геоэкологических и инженерно-экологических условий, что доказано многими исследованиями, в т. ч. нашими [6, 7, 10, 11, 15, 17, 18, 21, 23, 24, 27, 28, 30] и в целом всей диссертационной работой. ГАЗ отчетливо проявляются в различных геофизических, геохимических, гидрогеологических полях [91]. Особенно сильно повышенная геодинамическая активность влияет на формирование аномальных геохимических полей, определяющих геоэкологические условия территорий и влияющих на здоровье человека. Установлена тесная пространственная и статистическая корреляционная связь ГАЗ с различными геохимическими аномалиями практически по всем компонентам природно-геологической среды.

В целом основная геоэкологическая роль ГАЗ заключается в следующем: 1) выявление и прогнозирование перемещений вещества Земли; 2) оценка загрязнения земных оболочек и территорий; 3) выявление геопатогенных зон; 4) активное формирование геоэкологических условий регионов и, следовательно, рассмотрение в качестве одного из ведущих критериев для комплексной геоэкологической оценки и районирования территорий; 5) выявление геоэкологических особенностей природных и урбанизированных территорий, городов, различных объектов в целях оценки геологической и экологической безопасности планируемой хозяйственной деятельности.

Глава 3. Методические основы дистанционных аэрокосмогеологических исследований и морфонеотектонического анализа для оценки Аэрокосмогеологические исследования (АКГИ) – вид дистанционных исследований в общем комплексе геолого-геофизических работ, использующий материалы аэрокосмических съемок (МАКС) или данные дистанционного зондирования Земли (ДДЗЗ) для решения различных геологических задач (минерагенических и геологопоисковых на различные виды полезных ископаемых, структурно-тектонических, геодинамических, гидрогеологических, инженерно-геологических, геоэкологических, геоморфологических и др.).

В современной практике проведения АКГИ сложились следующие стадии (уровни) геологического изучения: обзорные, региональные, зонально-региональные, зональные, детальные исследования. Масштабы дешифрирования МАКС, размеры выделяемых объектов (при использовании современных технологий компьютерного дешифрирования) при их проведении представлены в таблице 2.

Виды и размеры картируемых объектов на разных стадиях АКГИ На примере Западного Приуралья и Урала, где сложилась и более 40 лет развивается пермская школа аэрокосмогеологии, рассмотрены методические основы и некоторые результаты дистанционных исследований, которые применялись при проведении геолого-поисковых (поиски нефти и газа, золота, алмазов) и различных геодинамических исследований. В основу методики АКГИ положено комплексное дешифрирование материалов дистанционных съёмок земной поверхности, включающее структурное, геоморфологическое и геологическое дешифрирование фотоснимков, при этом основным видом является структурное (линеаментное) дешифрирование – выделение на КС с помощью геоиндикационных признаков (геоморфологических, ландшафтных, гидрогеологических и др.) элементов структурно-тектонического строения и неотектонических особенностей изучаемой территории. При структурном дешифрировании на снимках выделяются линейные и кольцевые образования.

При проведении АКГИ проводилось компьютерное космогеологическое дешифрирование по методике, разработанной автором. Методика заключалась в выявлении по характеру фотоизображения различно ориентированных линеаментов (субпрямолинейных индикаторов тектонических нарушений различной протяженности), картировании неотектонических блоковых структур и морфоструктур с последующим сопоставлением их с геолого-геофизическими материалами, с применением ГИСтехнологий. Технологически это выполнялось путем системного анализа (дешифрирования) КС разного масштаба от мелкого – к крупному. По результатам АКГИ составлялись результирующие карты с разработкой их легенд, в масштабах, соответствующих задачам исследований: карты результатов аэрокосмогеологических исследований, неотектонических блоковых структур, геодинамических активных зон, комплексного анализа АКГИ и геолого-геофизических данных, объектов и участков, перспективных для поисков месторождений полезных ископаемых.

Автором разработана специальная методика – «морфометрическая система оценки неотектонической активности по способу равнозначных градаций», являющаяся частью морфонеотектонического анализа [27, 37, 52]. Сущность этой методики заключается в системном подходе к комплексу морфометрических показателей, полученных путем структурно-геоморфологических построений, основным приемом которых является графическое разложение на составные части рельефа, изображенного на топографических картах и структурное дешифрирование аэрокосмоснимков. Тектоническая оценка рельефа дана с помощью интегрального показателя, который назван коэффициентом неотектонической активности (КНА) и рассчитан способом равнозначных градаций морфометрических показателей. Выделенные образования на карте неотектонической активности являются одновременно морфоструктурами и неотектоническими формами – результатом отражения взаимосвязи и взаимодействия рельефа и неотектоники. Основой методики послужили теоретические предпосылки морфоструктурного и морфонеотектонического анализа (прямая зависимость расчлененности рельефа, аномальных уклонов продольных профилей рек от активности неотектонических движений; повышенная трещиноватость и уменьшение коэффициента извилистости рек на поднятиях), которые базируются на разработках В.П. Философова (1960, 1975), И.Г. Гольбрайха, В.В. Забалуева, А.Н. Ласточкина и др. (1968); Г.Ф. Уфимцева (1984); Э.Л. Якименко (1990) и др.

Методика морфонеотектонического анализа заключается в следующем. На первом этапе анализируются топокарты, аэрокомоснимки, строятся вспомогательные схемы.

На втором этапе строятся четыре базовые схемы: коэффициентов – извилистости рек (КИР), аномальных уклонов продольных профилей рек (КАУ), суммарной эрозионной расчлененности рельефа (КЭР) и мегатрещиноватости (КМТ). На третьем этапе проводится графо-математическая интерпретация результатов. Коэффициенты нормируются (приводятся к условиям однородной среды), переводятся в баллы и суммируются по формуле На четвертом этапе производится построение результирующей схемы равнозначных градаций морфометрических показателей в изолиниях, выполняется построение карты неотектонической активности, разрабатывается ее легенда. На заключительном этапе проводится анализ результирующей карты (неотектоническое районирование), оценка степени неотектонической активности локальных объектов (структур и участков), выделение геодинамических активных и стабильных зон, сопоставление их с геохимическими, геофизическими и гидрогеологическими полями. В обработке материалов и расчетах данных применялись различные ГИС-технологии. Опыт показал, что в настоящее наиболее эффективно геоинформационное картографирование проводить программными средствами ESRI ArcGIS и Arc View GIS.

Разработанная методика морфонеотектонического и линеаментногеодинамического анализа применена при инженерно-экологической оценке территорий, при прогнозировании потенциально опасных геодинамических участков на трассах нефтегазопроводов и других объектах, а также на действующих и проектируемых рудниках для обоснования безопасного ведения горных работ, которая приводится в следующих главах.

Глава 4. Оценка геодинамической активности районов нефтегазовых месторождений и трасс магистральных нефтегазопроводов Одним из важнейших факторов, определяющих надежное функционирование объектов нефтепромыслового хозяйства, магистральных трубопроводов (объектов первого уровня ответственности) является устойчивость приповерхностной литосферы к воздействию развивающихся геологических процессов. В составе инженерных изысканий для строительства одним их важнейших видом исследований является оценка опасности и риска от природных и техногенных процессов (СНиП 11-02-96), которая наиболее объективно и качественно проводится на основе проведения АКГИ. Учет линеаментной сети на стадии проектирования различных инженерных объектов позволит избежать или в значительной мере снизить риск возникновения аварийных ситуаций, вызванных одномоментным, периодическим или постоянно действующим влиянием природных факторов, связанных с геодинамическими зонами [1, 2]. Выявление ГАЗ и оценка влияния геодинамического фактора на устойчивость линейных инженерных сооружений, в т.ч.

нефтегазопроводов, обеспечиваются при проведении инженерноаэрокосмогеологических изысканий и комплекса линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализов, которые рассмотрены в диссертации на нескольких примерах в различных нефтегазоносных регионах.

Первый линейно-территориальный объект располагается в северной части Тимано-Печорской плиты, по нефтегеологическому районированию представляющей Тимано-Печорскую нефтегазоносную провинцию, с десятками разрабатываемых месторождений углеводородов. С целью эколого-геодинамической оценки проводились инженерно-аэрокосмогеологические изыскания территория трассы нефтепровода и линии электропередачи ЦПС «Южное Хыльчую» - БРП «Варандей» протяженностью 152 км. Выполнено обзорное и региональное дешифрирование на территории площадью 20 тыс. км2, крупномасштабное дешифрирование спектрозональных КС среднего разрешения (спутник Landsat-7) в коридоре трасс линейных сооружений шириной км; детальное дешифрирование мультиспектральных КС высокого разрешения (спутник QuickBird) в коридоре трасс линейных сооружений шириной 4 км. Выполнены линеаментно-геодинамический и морфонеотектонический анализы с оценкой интегральной геодинамической активности, проведено геодинамическое районирование [17, 57]. Установлены ГАЗ регионального и локального уровней с высокой плотностью линеаментов и мегатрещин, которые определяют интенсивность развития геологических процессов (особенно интенсивным проявлением комплекса геокриологических процессов), что было подтверждено изысканиями ПермНИПИнефть. Установлено более 1000 фокальных узлов тектонической напряженности осадочного чехла, выявленных по локальной концентрации линеаментов. В районе трасс ВЛ 220 кВ и нефтепровода ЦПС «Ю.Хыльчую» - БРП «Варандей» (протяженностью 160 км) выделены 4 ГАЗ (Хыльчуяхинская, Черноречинская, Енцотаяхинская, Пярцореяхинская) и 70 потенциально опасных участков, в т.ч. 4 – с очень высокой, 6 – с высокой, 22 – с повышенной, 38 – с умеренной степенью геодинамической опасности и риска. По результатам проведенных исследований был рекомендован комплекс превентивных мероприятий по защите территорий от опасных техноприродных процессов. Одной из рекомендаций на проектируемом нефтепроводе было предложение о снижении расстояния между опорными сваями в 1,5-2 раза относительно установленных нормативов в целях увеличения прочности его конструкции в ГАЗ. Эти рекомендации были учтены при проведении проектно-строительных работ. Также была разработана программа геодинамического и экологического мониторинга, где выделенные ГАЗ должны учитываться, как потенциально опасные зоны геологического и экологического риска для безопасной эксплуатации инженерных сооружений и в других сферах хозяйственной деятельности.

Второй линейно-территориальный объект располагается в центральной части Западной Сибири, проходит по территории Пуровского района Ямало-Ненецкого АО (410 км) и Сургутского района Тюменской области Ханты-Мансийского АО (98 км), в районе существующей железной дороги Уренгой-Сургут и проектируемого параллельно ей конденсатопровода (протяженностью 508 км). Для оценки экологоинженерно-геокриологических условий и геодинамической активности района был проведен комплекс региональных АКГИ, включающий компьютерное дешифрирование КС, линеаментно-блоковый, линеаментно-геодинамический анализы и сопряженный пространственный анализ данных с результатами полевых инженерногеологических изысканий (выполненных фирмой «Недра», г. Пермь). В результате дешифрирования спектрозональных цифровых КС масштабов 1:200 000-1:100 000 на территории (общей площадью 600х130 км = 78 тыс. км2) выявлена сеть основных прямолинейных тектонических линеаментов различных направлений. Выделено всего 2355 прямолинейных линеаментов. Построена карта оценки геодинамической активности территории масштаба 1:500 000, на которой проведено районирование и выделены ГАЗ [84, 89]. Трасса пересекает 8 зон с высокой степенью геодинамической активности, среди которых сконцентрированы 6 аномалий с очень высокой степенью геодинамической активности. Пространственный анализ и сопоставление ГАЗ и линеаментов, установленных по данным дешифрирования КС с данными инженерногеологических изысканий, показали, что в их пределах отмечается ухудшение физико-механических свойств грунтов; в инженерно-геологических скважинах на этих участках установлено наличие торфов увеличенной мощности, мягко- и текучепластичных суглинков и глин, наличие водонасыщенных песков, а также более интенсивно проявляется заболачивание, пучение грунтов, термокарст, эрозия и термоэрозия.

Третий линейно-территориальный объект располагается на Среднем Урале и Приуралье (территории Пермского края и Свердловской области). Представляет собой комплекс действующих нефте- и газопроводов «Газпром трансгаз Чайковский» и др.

Комплексный морфонеотектонический анализ, проведенный автором [52], и сопоставление его результатов с участками аварийности на нефтегазопроводах показал их полную корреляционную и пространственную сходимость, что может служить подтверждением влияния геодинамического фактора на условия эксплуатации нефтегазопроводов. Все аварии происходили на участках повышенной неотектонической активности, из них более половины – на участках очень высокой и чрезвычайно высокой неотектонической активности. Эта закономерность была подтверждена Р.Х. Султангареевым (2009), изучившим проблему работоспособности газопроводов на территории Западно-Уральского региона в зонах геодинамической активности с использованием материалов АКГИ, а также геодезических и геофизических исследований (из 16 аварий, происшедших на обследованных участках, 13 аварий произошли в ГАЗ размером от 240 до 1400 м).

В последние годы (2009-2010 гг.) в пределах восточной части Пермского края и западной части Свердловской области на территории, охватывающей сеть магистральных газопроводов на общей площади 52 тыс. км2, автором, совместно с В.З. Хурсиком (ЕНИ ПГНИУ, ПГГК, ГИ УрО РАН), выполнен ряд дистанционных АКГИ. Проведен линеаментно-блоковый и линеаментно-геодинамический анализ с детальностью исследований соответствующей масштабу 1:100 000 [13]. Дешифрированием цифровых спектрозональных КС на рассматриваемой площади установлено 14 тыс. прямолинейных тектонических линеаментов. Выделены 4 ГАЗ регионального уровня – Соликамская, Среднекамская, Косьвинская, Чусовская мегазоны с площадями от 3 до 8 тыс. км2, с изометричной формой, вытянутой в северном направлении.

Закартированы 21 ГАЗ зонального уровня – макрозоны и частично – мезозоны с площадями в среднем 100-300 км2 преимущественно линейной формы [13, 68, 69]. В их пределах происходили все известные на Среднем Урале землетрясения интенсивностью 3-6 баллов шкалы MSK-64. Установлено 800 ГАЗ локального уровня с высокой, очень высокой и чрезвычайно высокой степенью плотности линеаментов (рис. 8).

Рис. 8. Геодинамические активные зоны в коридорах трасс газопроводов на Среднем Урале (А – общий вид, Б – фрагмент на участке г.Березники) В коридорах трасс магистральных газопроводов (шириной 12-15 км) выделено геодинамических участков на основе критериев оценки геодинамической опасности и риска (с учетом фокальных узлов – пересечений двух и более линеаментов, а также их сгущений; пересечений отдельных крупных линеаментов; наличия региональной высокой плотности линеаментов; границ неотектонических блоковых структур). Они представляют собой потенциально опасные аварийные участки. По геодинамическому районированию выделены 3 наиболее неблагоприятных участка с очень высокой степенью геодинамической опасности и риска, 38 неблагоприятных участков – с высокой, 94 участка – с повышенной, 206 – с умеренной и 135 – с пониженной.

Проведенные исследования в нефтегазоносных регионах России – УралоПоволжья, Европейского Севера, Западной и Восточной Сибири – показали, что одной из основных причин возникновения аварийных ситуаций на линейных инженерных сооружениях помимо технических и технологических факторов является активизация геологических процессов в ГАЗ. Доказано, что с линеаментами и их системами связаны многие экзогенные геологические процессы и явления (интенсивное развитие карста и термокарста, суффозия, оврагообразование, оползни, смещение русел водотоков и т. д.). К зонам пересечения линеаментов с линейными объектами (нефте- и газотрубопроводы, сооружения связи, транспортные магистрали и др.) приурочена большая часть аварий, обусловленных природными факторами.

Глава 5. Оценка геодинамической активности при разработке калийных месторождений, геодинамическое обоснование безопасного ведения За последние 150 лет в мире в результате недостаточного геодинамического обоснования или неправильного ведения горных работ было затоплено более 80 калийных рудников, из них в Германии – более 30, Канаде – 6. В России в 1986 и 2006 гг. в результате аварий были затоплены два рудника на крупнейшем в мире Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей (ВКМКС). Установлено, что подавляющее большинство аварий на рудниках происходит в условиях высокой геодинамической активности горных массивов, осложняющихся высокой трещиноватостью пород. Основой методологии изучения и оценки геодинамической опасности (геодинамических активных зон – ГАЗ) районов действующих и проектируемых калийных рудников может быть системный линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных аэрокосмогеологических методов (АКГИ) в комплексе с геофизическими, структурно-геоморфологическими, гидрогеологическими и геохимическими методами.

Методика исследований была отработана в Пермском Приуралье на ВКМКС, наиболее хорошо изученном различными геолого-геофизическими методами. После его открытия в 1925 г. опубликовано около 1000 работ, освещающих его геологическое строение и генезис, издано несколько крупных монографий, составлено большое количество карт и схем разрывной тектоники и разломов (Р.Н. Валеев, 1974;

М.И. Денисов, 1980; Г.Г. Кассин, 1985, 1991; Н.М. Джиноридзе, 1987; В.П. Беляев, 1989; Л.Д. Нояксова, 1990; Т.В. Харитонов, 1992; И.А. Санфиров, Г.Г. Кассин, 1993;

Б.М. Голубев, 1998; А.И. Кудряшов, 2001, 2004, 2013; И.А. Санфиров, С.Г. Бычков, 2009; В.П. Колесников, 2010; В.В. Белкин, 2010; Г.Г. Кассин, В.В. Филатов, 2011 и др.). ВКМКС имеет сложное геологическое строение и опасные условия для разработки, обусловленные высокой степенью тектонической трещиноватости, значительной водообильностью пород и карстом (как правило, эти явления в разной степени присутствуют на всех месторождениях солей).

По региональной геодинамической оценке масштаба 1:500 000 было установлено, что территория ВКМКС находится в пределах ГАЗ регионального уровня площадью более 1000 км2. По результатам АКГИ масштаба 1:100 000 в ее пределах выделены более 1800 прямолинейных линеаментов, отождествляемых с тектоническими нарушениями фундамента и осадочного чехла, установлено более 50 локальных ГАЗ размером от 1 до 15 км [64].

Для обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения проектируемого Талицкого участка ВКМКС нами выполнялись работы по уточнению его геологического строения и детальные АКГИ масштаба 1:25 000 с применением дешифрирования цифровых КС, обработки данных в ГИС-технологиях, которые позволили еще более детализировать геодинамическое строение [7, 19]. По результатам комплексного геолого-геофизического, линеаментно-блокового, линеаментногеодинамического и морфонеотектонического анализов составлялись карты, где выделялись локальные блоки, зоны и участки повышенной трещиноватости, соответствующие ГАЗ. Некоторые из них (в северной части участка) имели очень хорошую пространственную сходимость с зонами разуплотнения по гравиметрии и с зонами сильной проницаемости по электроразведке. По комплексу критериев геодинамической оценки проведено геоинформационное моделирование и составлена карта аномальности геодинамического состояния, данные которой были учтены при проектировании горных работ на новых участках (рис. 9).

Рис. 9. Геодинамические активные зоны и интегральная геодинамическая оценка Талицкого участка по геолого-геофизическим и аэрокосмогеологическим данным Данная методика выделения ГАЗ была применена на Жилянском месторождении калийных солей (Республика Казахстан) [79] и Тюбегатанском месторождении калийных солей (Республика Узбекистан) [90]. Эти районы ранее методами АКГИ были изучены слабо, поэтому дешифрирование проводилось по нескольким (5-8) уровням генерализации в масштабах от обзорных и региональных 1:10 000 000на больших площадях (сотни тыс. км2) до детальных масштабов 1: и 1:25 000 на площадях горного отвода месторождений. Проведены линеаментногеодинамический анализ и геодинамическое районирование, выделены локальные аномальные зоны с высокой плотностью тектонической трещиноватости, представляющие потенциальную опасность для промышленного освоения месторождений. Особенно это важно для разрабатываемого Тюбегатанского месторождения, где на Дехканабадском руднике в конце 2012 г. произошел сильный рассолоприток в шахтные стволы на участке проходки через высокоактивную геодинамическую зону. По результатам крупномасштабных АКГИ в районе месторождения выделены 10 локальных ГАЗ. Крупнейшая из них в северной части центрального участка месторождения площадью 4,3 км2; при детализации дифференцируется на 11 зон с площадями 0,01-0,06 км2. Эти участки имеют наибольшую плотность тектонической трещиноватости, подтверждаются другими методами геолого-геофизических исследований и полевыми наблюдениями и представляют наибольшую опасность для ведения горных работ. После проведения детальных АКГИ масштаба 1:10 000 на участке шахтных полей было рекомендовано исключить зоны ГАЗ с чрезвычайно высокой трещиноватостью из разработки месторождений, оставив целики.

Во всех изученных регионах установлена высокая пространственная и корреляционная сходимость ГАЗ с геофизическими, геохимическими и гидрогеологическими аномалиями, с участками неблагоприятных геологических процессов и явлений и грунтовых условий, наблюдается увеличение интенсивности опасных природных и техногенных процессов. Подтверждено положение о ведущей роли ГАЗ в формировании горно-геологических, гидрогеологических, инженерногеологических и геоэкологических условий.

Глава 6. Закономерности и особенности формирования геоэкологических условий слабо освоенных нефтегазоносных регионов Регионально-зональные природные и геологические факторы. Территория расположена в южной части Средне-Сибирского плоскогорья и представляет собой приподнятую полого-холмистую равнину, изрезанную густой сетью глубоко врезанных речных долин с изолированными трапповыми массивами, столовыми возвышенностями и грядами. Климат района резко континентальный, с холодной продолжительной зимой и коротким летом. Реки района принадлежат бассейну р. Енисей. Главная река – Подкаменная Тунгуска, протекающая в субширотном направлении на протяжении 700 км; крупнейшие ее притоки – Чуня, Вельмо и Камо длиной свыше 200 км. В геологическом строении принимают участие кристаллический фундамент архейского возраста и осадочные формации платформенного чехла. Разрез чехла слагают карбонатно-терригенные породы рифея и венда и терригенно-галогенно-карбонатные породы нижнего палеозоя толщиной от 2 до 5,5 км. Наибольшим распространением по площади пользуются породы среднеи верхнего кембрия и нижнего ордовика, в которых среди песчано-глинистых отложений выделяются карбонатные маркирующие горизонты толщиной 10-20 м.

Широко распространены интрузивные образования трапповой формации триаса, занимающие до 20 % территории. Повсеместно развиты рыхлые четвертичные отложения, обычно до 0,5-3 м. В тектоническом отношении территория представляет собой крупную надпорядковую положительную структуру на западе Сибирской платформы – Байкитскую антеклизу. Она простирается в северо-западном направлении на 500-540 км при ширине до 360 км, площадь ее 120 тыс. км2. В центральной части выделяется Камовский свод, с площадью 43 тыс.км2 и амплитудой до 200 м, осложненный локальными положительными структурами. Они изучены морфонеотектоническим анализом и характеризуются стабильным, значительно и высоко активным неотектоническим режимом [30, 31, 34, 36]. При этом 80 % продуктивных на нефть и газ структур имеют повышенную степень неотектонической активности. Участки поднятий в контурах гидрогеологических аномалий характеризуются активным неотектоническим режимом, играют существенную роль в формировании гидрогеоэкологических условий.

Оценка техногенного воздействия на природную среду нефтегазоносных районов.

Нефтегазоносные районы Восточной Сибири в пределах Байкитской, ЮжноТунгусской, Катангской, Присаяно-Енисейской нефтегазоносных областей на протяжении более 40 лет изучаются различными методами геолого-геофизических, геохимических, гидрогеологических, геоэкологических исследований и картографирования (О.В. Барташевич, Е.В. Стадник, В.И. Вожов, Л.А. Седых, А.К. Битнер, В.А. Кринин, В.Ф. Бобылев, В.Н. Шихов, С.Н. Распутин, А.Н. Боб, В.А. Зуев, В.И. Бурмин, М.В. Чусов, И.С. Копылов, А.П. Баландин, А.А. Агеев и др).

На территории Байкитской антеклизы, представляющей собой крупный нефтегазоносный регион, в 80-90-е годы XX в. собран огромный фактический материал по всем компонентам природной среды, построены разномасштабные геоэкологические и инженерно-геологические карты-схемы и выполнена общая экологическая оценка территории [34]. В течение 20 лет осуществляется региональный геоэкологический мониторинг, система контроля которого включает водотоки, источники, грунты, растительность, воздух, снег, геодинамические процессы, скважины и другие объекты наблюдений. Выполнена оценка воздействия на окружающую среду по отдельным и групповым объектам, проведено обобщение по оценке и контролю современного состояния природной среды. Установлено, что основное техногенное воздействие на среду оказывают геологоразведочные, поисковые и нефтегазопромысловые объекты.

Наиболее сильное воздействие природная среда претерпевает в результате освоения Юрубчено-Тохомского месторождения – одного из крупнейших в Восточной Сибири [10, 36, 67]. Уже на начальном этапе его освоения выявлено много технологических отклонений, которые привели к изменению фонового состояния многих компонентов природной среды и формированию техногенных геохимических аномалий.

Освоение нефтегазовых месторождений особенно сильно воздействует на почвы и приповерхностную гидросферу. В почвах выявлены аномалии со значительным превышением ПДК, особенно по Pb, Cu, Cr, Ti, Ba, Mn, Co, а также Ni, Zr, V, P, Ga, Sr.

Аномалии имеют различную площадь, иногда формируют крупные аномальные зоны с площадями 100-400 км2. Содержания нефтепродуктов в почвах в пределах площадок скважин превышает ПДК от 2-3 до 20 раз. Геохимическое поле микроэлементов в фитосфере имеет сложную мозаичную структуру с многочисленными мелкими аномалиями по разным элементам, которые охватывают техногенные районы месторождений. В приповерхностной гидросфере данные (по 3011 химическим анализам воды) показывают, что в фоновых районах средние значения основных гидрохимических показателей – минерализации и хлор-иона – остаются на протяжении 30 лет без изменения. В районах разведочного бурения они увеличены в 1,5-3 раза, как в поверхностных, так и подземных водах, где сформировались устойчивые гидрохимические аномалии. Более точно масштабы изменения гидрохимического фона показывает модуль поверхностного химического стока. Так, в р. Калан в период бурения в 1993 г.

модули по минерализации и хлор-иону выросли по сравнению с фоном 1987 г. соответственно в 32 и 1075 раз. По рекам Камо, Тохомо, Юрубчен и Чавичине они увеличились соответственно в 1,5-3,1 раза. Содержания углеводородных газов, микрофлоры, нефтепродуктов в природных водах Юрубченского месторождения во времени изменялись незначительно, за исключением участков техногенного загрязнения. По микроэлементам установлены превышения ПДК по Co, Be, Br, В, Pb, Ni, Ba, Li, Cd, Sr, Ti, Mn. Содержание брома в водах некоторых источников и реках превышает предельные концентрации в 200-300 раз. Для оценки площади влияния техногенного фактора на приповерхностную гидросферу применен метод хемотаксического биотестирования, устанавливающий суммарное воздействие токсических веществ в воде.

По результатам биотестового анализа на приборе «Биотестер» для Юрубченского месторождения (1511 анализов токсичности воды) построена схема распределения коэффициента токсичности. Выделены две зоны: первая характеризуется преобладанием токсичных и высокотоксичных вод, в пределах площадей разведочного бурения;

вторая зона - преобладанием нетоксичных и слаботоксичных вод, распространена за пределами площадей бурения.

В целом геоэкологическая оценка и ранжирование территорий по степени нарушенности природной среды показывают, что большая часть имеет благоприятную и удовлетворительную степень (зона экологической нормы), в бассейнах рек Камо, Вельмо, Бахты, Тэтэрэ, Катанги и др. отмечается напряженная степень (зона риска), на территории Юрубчено-Тохомского месторождения отмечается кризисная степень (зона кризиса), а на участках многих скважин отмечается катастрофическая степень нарушенности среды (зона экологического бедствия).

На территории Байкитской антеклизы широко развиты экзогенные геологические процессы. Наибольшее развитие получили криогенные процессы: морозное выветривание, заболачивание, морозное пучение грунтов, термокарст, солифлюкция, а также эрозионные и термоэрозионные процессы, карст. Особую роль в развитии процессов играет антропогенная деятельность, связанная с геологоразведочными работами и разработкой месторождений углеводородов. Действие их нарушает тепловой режим грунтов и значительно активизирует геологические процессы. При оттаивании мерзлые грунты дают значительную неравномерную осадку, породы на склонах находятся в неустойчивом положении. Составлены карты, отражающие пространственное распространение геокриологических и инженерно-геологических комплексов. Сделан эколого-геокриологический прогноз изменения состояния грунтов и развития экзогенных геологических процессов при освоении территорий. В настоящее время геоэкологическая и инженерно-геологическая информация периодически обновляется и пополняется данными мониторинга в пределах площадей нефтегазовых месторождений. Разработан ГИС – атлас карт эколого-геологического содержания [30].

Эколого-инженерно-геодинамическая оценка. Кроме антропогенного влияния в формировании общей геоэкологической и инженерно-геологической обстановки значительную роль играют геологические факторы, обусловленные взаимосвязанными геодинамическими, структурно-тектоническими, неотектоническими, ландшафтногеохимическими и биогеохимическими миграционными процессами, контролируемые современной геодинамикой. В последние годы эколого-геодинамические условия изучаются комплексом методов, среди которых ведущими наряду с геофизическими методами являются АКГИ. На территории Байкитской антеклизы и ее обрамлений проведен линеаментно-геодинамический анализ, целью которого являлось геодинамическое районирование и выделение ГАЗ. По результатам АКГИ региональнозонального уровня (масштаб 1:200 000-1:500 000) выделены десятки тысяч линеаментов, отображающих тектонические нарушения фундамента и осадочного чехла. Закартированы ГАЗ зонального и локального уровней: 81 – с высокой и 44 – с чрезвычайно высокой плотностью линеаментов. На основе данных дистанционных и геоэкологических исследований построена геоинформационная картографическая экологогеодинамическая модель [10, 75], отражающая современную интегральную геоэкологическую и геодинамическую обстановку (рис. 10).

ухудшение физико-механических свойств грунтов (увеличение площади и мощности рыхлых грунтов – торфов, мягко- и текучепластичных суглинков, водонасыщенных песков, увеличение трещиноватости скальных грунтов); увеличение интенсивности проявления инженерно-геологических процессов (особенно заболачивания, пучения Глава 7. Региональный геоэкологический анализ, методы картографирования, районирования, оценки состояния урбанизированных хорошо освоенных нефтегазоносных регионов (на примере Западного Приуралья и Урала) Анализ основных природно-геологических факторов Пермского Приуралья и Урала проведен по работам Г.А. Максимовича, И.А. Печеркина, Л.А. Шимановского, К.А. Горбуновой, Г.А. Вострокнутова, А.А. Оборина, Г.К. Михайлова, Б.К. Ушкова, В.Н. Быкова, Б.М. Осовецкого, В.И. Галкина, Е.А. Иконникова, В.П. Костарева, С.М. Костарева, Б.А. Бачурина, Э.А. Аликина, С.А. Двинских, Н.Н. Назарова, В.Н. Катаева, Н.Г. Максимовича, В.В. Михалева, Л.В. Алексеевой, А.В. Коноплева и др. и исследованиям автора [28]. Анализ физико-географических, геологоструктурных, морфоструктурных и особенно геодинамических (неотектонических) факторов показывает на их роль в формировании ландшафтов, подземных вод, геохимических полей, определяющих формирование геоэкологических условий в результате естественного развития.

Хозяйственная деятельность и техногенные факторы. Особенностью экономики Прикамья является наиболее высокое развитие топливной, химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Наибольшая часть источников загрязнения сосредоточена в 4 промышленных районах: Пермско-Краснокамском, Березниковско-Соликамском, Лысьвинско-Чусовском, Кизеловско-Губахинском.

Сельскохозяйственные объекты сконцентрированы в центре и юге. Наибольшей техногенной нагрузкой отличаются районы недропользования – добыча нефти, калийных солей, угля, сырья для строительных материалов. Дана характеристика основных техногенных факторов на основе экономического районирования и выделены основные источники загрязнения. Проведено техногенное районирование территории Пермского края и зонирование по модулям техногенной нагрузки.

Инженерно-геоэкологические условия. В пределах городских и промышленных агломераций и особенно в районах разработки месторождений полезных ископаемых отмечены сложные инженерно-геоэкологические условия. Изучены закономерности распространения инженерно-геологических формаций и геолого-генетических комплексов. Западное Приуралье и Урал характеризуются широким развитием геологических процессов, дана их характеристика, показаны зоны интенсивного проявления [16]. Установлено, что природные и природно-техногенные процессы (особенно карст, овраги, заболачивание, оползни, подтопление, комплекс процессов, связанных с переработкой берегов водохранилищ, гравитационные процессы в горной части) являются важнейшими геодинамическими критериями оценки состояния геологической среды. Особую опасность представляют сейсмоопасные участки в солеродных, угольных и нефтегазовых районах, где проявляются природно-техногенные провалы.

Гидрогеоэкологические условия. По гидрогеологическому районированию территория расположена на стыке и в пределах 4 бассейнов подземных вод первого порядка: восточной окраины Восточно-Русского, Предуральского, Тимано-Печорского и Большеуральского. В верхней части разреза залегают фациально-невыдержанные терригенные, карбонатные, сульфатные и галогенные породы верхнего палеозоя.

Проведена гидрогеологическая стратификация отложений осадочного чехла с районированием. Изучены общие гидродинамические и гидрогеохимические закономерности; дана характеристика основных гидрогеологических подразделений. По степени защищенности подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта преобладают незащищенные и слабо защищенные территории; относительно защищенные территории развиты локально. Серьезной экологической проблемой является истощение и загрязнение пресных подземных вод.

Радиоэкологические условия обусловлены естественными и техногенными источниками радиоактивного излучения. Радиационный фон, в Приуралье определяемый распределением естественных радионуклидов в почвах и горных породах, в воде, воздухе в основном в пределах нормы – ниже 10-15 мкР/час и лишь в отдельных точках превышает 50-60 мкР/час. Отмечаются неблагоприятные и катастрофические радиоэкологические условия на локальных участках – в местах подземных ядерных взрывов (Чусовское озеро, Гежское и Осинское нефтяные месторождения).

Оценка состояния современных ландшафтов. На территории Пермского Приуралья и Урала современные ландшафтные комплексы подразделены на условно природные (гольцовые, болотные и естественно-лесные комплексы), природноантропогенные (вторичные леса, выруба, луга) и антропогенные (сельскохозяйственные и техногенные комплексы – селитебные, промышленные, водохозяйственные) ландшафты. Максимальная степень нагрузки на все компоненты природы наблюдается в районах добычи полезных ископаемых и промышленных районах. Проведенный ландшафтно-геохимический анализ, показывает, что естественные ландшафты претерпели большие изменения. В пределах ландшафтных зон экологическая опасность увеличивается от горных районов и возвышенных равнин к низменностям, от субаэральных ландшафтов – к супераквальным, от песчаных почв – к глинистым и болотным. Приведена геолого-геоморфологическая характеристика генетических типов ландшафтов, сделана оценка их геохимической и геодинамической устойчивости.

Оценка экологического состояния поверхностных вод. В Пермском крае уже несколько десятилетий продолжается загрязнение рек и водоемов. Сброс сточных вод ежегодно составляет тысячи млн м3; одна пятая часть всех сбросов происходит без очистки. С загрязненными стоками в водоемы попадают опасные для здоровья населения биологически и химически активные вещества, сульфаты, хлориды, нитраты, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. Загрязненными являются все крупные водные артерии региона (Кама, Чусовая, Сылва, Косьва, Вишера ниже Красновишерска, Обва, Иньва, Коса и др.), а также все малые водотоки в пределах крупных населенных пунктов. Сформировались обширные гидрохимические аномалии с содержаниями элементов, превышающих ПДК, особенно по Br, Fe, Mn, Al, Sn. Многие малые реки в центральной и южной частях края заражены пестицидами. В водах многих рек отмечаются нефтепродукты с повышенными концентрациями, которые связаны с нефтеразработками. Установлена высокая степень загрязнения снежного покрова на городских территориях, превышающих фон по некоторым элементам в десятки раз, особенно по Cd, Cr, Pb, Ni, Ba, Sr, Zn.

Оценка экологического состояния подземных вод выполнена по материалам государственной гидрогеологической съемки и многочисленных специализированных исследований. Анализ показывает, что формирование гидрогеохимических аномалий обусловлено как природной некондиционностью вод, так и антропогенной деятельностью. Подземные воды верхних горизонтов, подвержены значительному загрязнению, особенно в центральных районах. К наиболее загрязненным районам по содержанию нефтепродуктов относятся Чернушинский, Куединский, Пермский и БерезниковскоСоликамский промузлы, на всех обследованных месторождениях нефти, в родниках и скважинах выявлено загрязнение нефтепродуктами. По распределению галоидов отмечено высокое содержание брома и бора с формированием обширных аномальных зон и общий дефицит фтора и йода. Установлены 14 микроэлементов формирующих аномалии (с превышением ПДК): региональные (Ba, Mn, Ti), локальные (Sb, Be, Cd, V, Cr, Ni, Pb, Sr) и точечные (Zn, Co, Mo). Основные аномалии сгруппированы в комплексных зонах (с площадями 1,5-7 тыс. км2). Общая региональная оценка состояния подземных вод показала, что 50 % территории имеет допустимую степень загрязнения; 40 % – умеренно опасную степень и 10% – опасную и чрезвычайно опасную степень загрязнения. Отмечается тенденция ухудшения состояния подземных вод по данным мониторинга, как в региональном плане, так особенно локальном во многих районах Пермского края [24, 77].