Геоэкологические проблемы освоения Варандейского полуострова

М.Ю. Голубчиков (Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова)

Область распространения многолетнемерзлых пород является наиболее перспективным ресурсным регионом страны, без освоения природных богатств которого невозможно представить устойчивое развитие России и мира в целом.

1 Брагинский О.Б. Мировой нефтегазовый комплекс. М.: Наука, 2004, 608с.

Проблемы рационального освоения территорий существенно осложняются в районах южной криолитозоны, где многолетнемерзлые толщи (достаточно высокотемпературные, часто имеющие сложное строение, как по глубине, так и по простиранию) обладают малой инерционностью по отношению к внешним воздействиям, прежде всего к глобальным или региональным климатическим колебаниям, а также к локальным техногенным нагрузкам. В этом отношении достаточно типичным является район Варандея, где нарастают объемы промышленной добычи нефти и газа. Здесь сосредоточено около 9% от числа всех открытых месторождений углеводородов России. В частности, Тимано-Печорский регион обладает значительным потенциалом для расширения сырьевой базы: начальные суммарные ресурсы оцениваются в 8 млрд. т у.т., включая 4.7 млрд. т нефти и 2.3 трлн. м3 газа1.

На территории Варандейского промышленного узла на протяжении 70 лет ведется активное хозяйственное освоение территории (первое месторождение открыто в 1933 г.). В последнее время техногенное освоение Варандейского промузла существенно активизировалось, что связано с расширением и увеличением объемов добычи нефти и, частично, сопутствующего газа в Ненецком автономном округе. Следует отметить, что каждый год проектируются, возводятся и вступают в эксплуатацию новые инженерные сооружения различного назначения: селитебные, промышленные, инфраструктурные, линейные, однако до настоящего времени недостаточно проработаны сложные вопросы, связанные с возможными негативными изменениями мерзлотной обстановки при хозяйственном освоении Варандейского района.

Нефтепереливной терминал «Варандей» является опорным объектом для экспорта нефти, добытой в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.

Летом 2004 г. в составе экспедиции ПНИИИСа (Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве) были выполнены инженерно-геокриологические и экологические изыскания на территории Варандейского полуострова. Исследования проводились для проектирования комплекса береговых резервуаров для перекачки нефти (БРП), установок подготовки нефти и автодороги «поселок Новый Варандей — Новые БРП».

Варандейский полуостров расположен на северо-востоке Большеземельской тундры, на южном побережье Баренцева моря, в Ненецком автономном округе. Территория полуострова за время плейстоцена и голоцена претерпела ряд морских трансгрессий и регрессий, что обусловило сложное строение верхних толщ многолетнемерзлых пород (ММП): «пестрота» геокриологических условий и разнообразие типов мерзлотной обстановки, осложненной охлажденными засоленными породами, а также напорными криопэгами (то есть сильно засоленными подземными водами).

Район исследования находится за Полярным кругом, среднегодовая температура воздуха здесь составляет -8°С. Для территории характерны типичные тундровые ландшафты. Активное хозяйственное освоение в последнее время ведется на 3-х геоморфологических уровнях: пляж, низкая и верхняя лайды (приморские береговые террасы). В настоящее время планируется освоение территории первой (низкой) морской террасы. Грунты с поверхности представлены морскими песками, подстилаемыми суглинками, на отдельных участках перекрываются торфяниками мощностью более 0.7 м.

Растительность в тундровых ландшафтах является одним из надежных показателей, отражающих глубины сезонно-талого слоя (СТС). Параллельно, изучая растительный, почвенный покровы территории, а также глубины СТС, можно проследить зависимость этих параметров друг от друга.

2 Инжeнepнo-гeoкpиoлoгичecкиe исследования и инженерно-экологические изыскания по объекту «Варандей»: площадки вахтового поселка, полигона, изолирующей муфты, вахтового поселка у БРП «Варандей» и подъездные дороги. Отчет. М.: ПНИИИС, 2004 г.

Ключевой участок, на котором проводились полевые исследования, расположен в пределах тундровых ландшафтов, на 3-х геоморфологических уровнях: высокая и нижняя лайды и морской пляж. Каждый из уровней имеет свои параметры увлажнения, дренированности, количества суммарно получаемой солнечной радиации, характеристик перераспределения снежного покрова, динамики протаивания и т.д.2

Растительность высокой лайды имеет более богатое видовое разнообразие по сравнению с видовым разнообразием нижней лайды и морского пляжа. Граница между ними довольно четкая и хорошо определяется по смене растительных сообществ. На высокой лайде наблюдается доминирование тундровых и мохово-болотных сообществ, уже типичных для тундры, под покровом которых СТС составляет не менее 0.4 м и не более 1.2 м.

Для низкой лайды характерны мелко-кочковатые заболоченные мохово-осоковые поверхности и солончаковая растительность (непосредственно под которой глубины СТС не превышают 2-х м), представленная, в основном, литорально на наиболее часто затопляемых территориях во время приливов, сильных штормов и просто просачивании соленных морских вод, и супралиторалью. При промерах СТС на поверхностях, занятых плотным покровом осоково-разнотравной лайдовой растительности, СТС не превышал 1.4 м. На открытых же участках (которые могут находиться буквально в 0.2 м от предыдущей точки замера СТС) СТС может составлять более 2-х метров.

Морской пляж лишен растительности полностью в связи с активной волновой деятельностью Баренцева моря. В грунтовых толщах пляжа, представленного морским песком, глубина сезонного оттаивания повсеместно превышает 2 м. Растительность отсутствует также на участках, сильно измененных в процессе деятельности человека (планирование территории, складирование буртов песка, движение техники), где СТС, как и на морском пляже, составляет более 2-х м.

3 Строительные правила и нормы. СНиП 2.02.04- 88. Основания и фундаменты на вечномерзпых грунтах. М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1990. 56 с.

В последнее время основным типом возводимых инженерных объектов в Варандейском промышленном участке является строительство береговых резервуаров перекачки нефти (БРП) большой емкости (до 80-150 тыс. т), а также установок по подготовке нефти (УПН). Следует отметить, что добываемая нефть в этом регионе является смолисто-асфальтеновой (самой высокопарафинистой из всех российских нефтей, с высокой температурой застывания, которая составляет +8+15°С), поэтому для ее нормальной транспортировки в танкеры необходим специальный подогрев. Эти объекты возводятся по первому принципу СНиП, то есть с сохранением вечномерзлого состояния оснований в течение всего периода строительства и эксплуатации; в качестве фундаментов используются, в основном, буронабивные сваи3. Эксплуатация подобных сооружений на многолетнемерзлых породах (ММП) оказывает определенное неблагоприятное воздействие на основания, проявляющееся, прежде всего, в привносе тепла в мерзлую толщу в период фундаментостроительных работ, а также в увеличении статических нагрузок на многолетнемерзлые и охлажденные грунты. Сооружения для нагрева нефти представляют существенную угрозу мерзлому устойчивому состоянию основания нефтехранилищ в сложных инженерно-геокриологических условиях — при наличии засоленных охлажденных пород и напорных криопэгов. Таким образом, резервуары больших емкостей для хранения нефти оказывают не только сильнейшее механическое и химическое воздействие на мерзлые породы, ной тепловое, что может привести к активизации опасных криогенных процессов. Изменение этих свойств в свою очередь ведет к формированию новых параметров и свойств мерзлых пород — возникает новая реальность, которая будет влиять на инженерные сооружения. Возможные аварийные ситуации могут привести к экологическим катастрофам, затрагивающим не только слабо восстанавливаемые тундровые ландшафты, но и относительно большие площади водной акватории Баренцева моря.

Расширение промышленного узла в районе поселка Варандей потребует привлечения новой рабочей силы и персонала, создания для них соответствующей инфраструктуры. Поэтому новые сооружения в этом районе следует проектировать с учетом широко распространенных ММП, которые имеют здесь относительно осложненное строение: залежи пластовых льдов, выходящих неподалеку от поселка Варандей; напорные охлажденные, сильно засоленные подземные воды (криопэги); достаточно высокие значения температуры; глубокое сезонное протаивание. К тому же здесь весьма активны многие опасные криогенные процессы: термоабразия и разрушение берега Баренцева моря; морозобойное растрескивание с формированием мерзлотных полигонов по повторно-жильным льдам на морских террасах; термокарст (протаивание мерзлых пород и образование озер и болот) и др. Помимо этого, очень широко развиты активные эоловые и склоновые процессы, которые здесь спровоцированы, в основном, хозяйственной деятельностью человека. Например, в настощге время уже целая серия жилых и хозяйственных построек деформирована (вплоть до разрушения) в результате интенсивного итступания берегов вследствие оттаивания иноголетнемерзлых пород. Угроза разрушеия нависает над нефтебазой, аэропортом и рядом других хозяйственных объектов.

Среднегодовая температура ММП колеблется в широких пределах: от 0° до -2°С. Для территории характерно 6 типов строения верхних грунтовых толщ на глубине инженерного освоения: 1) сезонно-талый слой (СТС) перекрывает ММП; 2) СТС перекрывает гори»нт ММП, ниже залегает линза криопэга, подстилаемая толщей ММП; 3) сезонно-мерзпыйслой (CMC) перекрывает толщу реликтодыхММП, подстилаемую криопэгами надтолip ММП; 4) CMC перекрывает реликтовые тащи ММП, подстилаемые напорными криоздзгами, которые перекрывают вечномерзлые эднты; 5) CMC подстилается толщей талых пород, которые перекрывают ММП; 6) CMC neэрекрывает талые породы. На основе полученных данных была построена инженерно-мерзлотно-экологическая карта на исследованном ключевом участке. Карта составлена для двух типов инженерных сооружений (абсолютно мбких сооружений и сооружений с заглубленным фундаментом) с позиции их устойчивости к прогноза развития опасных природных (в первую очередь криогенных) процессов.

На береговой зоне весьма активно протекают природные процессы, многие из которых активизированы в результате техногенного освоения. Наиболее часто встречается абразия и термоабразия берегов, эоловые процессы, дефляция, линейная термоэрозия и др. На озерно-аллювиальной равнине криогенные процессы представлены термокарстом и пучением.

Совместно с сотрудниками ПНИИИСа были построены ГИС-карты (карты, созданные на основе компьютерных геоинформационных систем, а именно: почвенная, ландшафтногеоботаническая, инженерно-геокриологическая, инженерно-мерзлотно-экологическая). Помимо этого было проанализировано большое количество проб (грунтовых и подземных вод, грунтов, донных отложений, воздуха), отобранных на анализ загрязнения металлами, нефтепродуктами, солями и др. Были выявлены: загрязнения природных ландшафтов нефтепродуктами и металлами (оказывает влияние на глубины сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоев вследствие изменения теплопроводности грунтов), а также характер взаимосвязи вод термокарстовых озер и морскими водами.

Во время экспедиции проводилось исследование химического состава различных компонентов ландшафта (грунта, почвы, воды, донных отложений и т.п.). В качестве примера загрязнения территории можно привести результаты химического анализа воды из прудаотстойника и близлежащей территории. Объект расположен в 2 км от поселка Новый Варандей по направлению к БРП № 2 (береговой резервуар для перекачки нефти). В качестве противофильтрационного экрана на пруде-отстойнике эксплуатируют дорогостоящее покрытие, изготовленное из полимерных материалов специального состава. Во всех близлежащих водоемах производились отборы проб воды и донных отложений на химический анализ. Результаты анализов показали, что примеси нефтепродуктов в воде пруда-отстойника составляют 1.15 мг/л, а в озере, находящемся в 10 м от него, — 0.92. Среднее количество примесей в воде во всех озерах составляет 0.3 мг/л. Таким образом, попадание загрязнителей из пруда-отстойника в близлежащие озера весьма значительно, что наглядно демонстрирует ненадежность устроенного дорогостоящего противофильтрационного покрытия.

Изучение существующего опыта освоения Варандея показал, что недостаточный учет мерзлотных условий может вызвать негативные геоэкологические изменения, привести к разрушению хозяйственной инфраструктуры. Необходимо развивать и принимать заблаговременные меры по мониторингу за состоянием ММП и устойчивостью инженерных сооружений.