МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
«Гомельский государственный университет
имени Франциска Скорины»
Геолого-географический факультет
Кафедра
геологии и разведки полезных ископаемых
Реферат
Экологические
аспекты геохимических исследований и добычи полезных ископаемых в Арктике
Исполнитель
студент группы ГЗ - 11 И.А. Малахов
Преподаватель
канд. биол. наук, доцент А.А. Саварин
Гомель 2015
Введение
Арктическая зона в целом представляет собой колоссальный сырьевой резерв и относится к числу немногих регионов мира, где имеются практически не тронутые запасы углеводородного и минерального сырья. На относительно небольших территориях здесь сосредоточены крупнейшие месторождения полезных ископаемых.
Например около 90% всей площади шельфа России, составляющего 5,2 - 6,2 млн кв км, приходится на перспективные нефтегазоносные области. В том числе 2 млн кв км - в Западной Арктике на шельфе Баренцева и Карского морей, где потенциальные ресурсы углеводородного сырья составляют 50 - 60 млрд и 1 млн кв км - на шельфе моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей в Восточной Арктике. Огромные прогнозные запасы нефти и газа содержат Тимано-Печорская, Енисейско-Лаптевская, Баренцево-Карская, Индигиро-Чукотская нефтегазоносные провинции, а также Южно-Ямальская, Лено-Анабарская и Анадырская нефтегазоносные области.
На шельфе Баренцева моря открыто 11 месторождений, в том числе 4 нефтяных (Приразломное, Долгинское, Варандейское, Медынское), 3 газовых (Мурманское, Лудловское, Северо-Кильдинское), 3 газоконденсатных (Штокмановское, Поморское, Ледовое) и 1 нефтегазоконденсатное (Северо-Гуляевское). Одно только Штокмановское месторождение - крупнейшее в мире, содержит около 4 000 млрд. куб. м газа. В акватории Карского моря открыты не менее колоссальные по объему газоконденсатные месторождения - Ленинградское и Русановское. Свыше 180 месторождений насчитывается в Тимано-Печорской провинции. В их числе фонтанные месторождения, дающие до 1000 тонн нефти в сутки, которые сопоставимы с уровнем лучших месторождений Ирака.
Кроме этого, в Арктической зоне содержатся уникальные запасы и прогнозные ресурсы редких металлов и других полезных ископаемых. В северной части Кольской провинции сосредоточены основные ресурсы медно-никелевых руд, платиновых и редкоземельных металлов, тантала, титана, железа, ниобия, полиметаллов, фосфора, флюорита, хрома, марганца, алмазов и золота. В северной части Таймыро-Норильской провинции находятся платиновые металлы и медно-никелевые руды. В Таймыро-Североземельской провинции найдены запасы ванадия, молибдена, вольфрама, хрома, полиметаллов и золота. В Анабарской и Якутской провинциях - алмазы, железо, редкие металлы. В Маймеча-Котуйской и Уджинской провинциях обнаружены платиновые металлы, фосфор, ниобий, железо и алмазы. В Верхоянской и Яно-Чукотской провинциях - олово, ртуть, золото, вольфрам, молибден, медь, серебро, платиноиды и полиметаллы.
В американском секторе Арктики запасы нефти на
шельфе Чукотского моря оцениваются приблизительно в 15 млн. баррелей, запасы
газа - свыше 2 трлн. куб. м. В настоящее время 20% нефтедобычи США приходится
на месторождение Прадхо-Бей на северном побережье Аляски. В канадском секторе в
дельте реки Маккензи обнаружено 49 месторождений нефти и газа и 15
месторождений - на Арктических островах. Наиболее значительные газовые
месторождения расположены у берегов Аляски и Сибири. [1]
Экологические аспекты геохимических исследований
Геохимические методы нефтегеологического изучения акваторий в первую очередь включают изучение органического вещества донных осадков, причем наиболее существенными представляются методы газово-геохимического исследования. Фоновые и аномальные концентрации углеводородных газов, растворенных в морской воде, особенно в ее придонном слое и сорбированных донными осадками, могут служить прямым указанием на нефтегазоносность недр акватории и усиленную газогенерацию в осадочном чехле. Наибольшую сложность представляет задача отделения потока миграционных газов от диагенетической составляющей газовой фазы придонных вод и донных осадков. Перспективное направление исследований - изучение изменения относительного содержания углеводородных газов и гелия (во всех случаях не связанного с диагенезом) по разрезу длинных колонок грунтов. Для совершенствования данного метода необходимы разработка специальных грунтовых трубок одновременного отбора ряда дискретных герметизированных образцов осадков по разрезу колонки и выбор оптимальных вариантов дегазации образцов.
Таким образом, при изучении акваториальных бассейнов Арктического региона с целью прогнозной оценки перспектив их нефтегазоносности наилучшим вариантом является одновременное комплексное применение всех методов исследований. Оптимальный набор методов должен определяться исходя из существующих представлений о геологическом строении дна, наличия или отсутствия материалов морского глубокого бурения и возможностей экстраполяции геологических разрезов обрамления во внутренние районы акватории[2]
В Арктических широтах развернута сеть станций наблюдения за состоянием загрязнения окружающей среды, которая включает более десяти пунктов, работающих по согласованным программам. За последние 20 лет проблеме загрязнения Арктики было посвящено более 10 научных программ, реализацией которых занимались ученые США, Канады, Норвегии, Исландии, Франции, Германии и России. Установлено, что масштаб явления связанного с загрязнением в высоких широтах значителен, и в холодный период года охватывает практически всю Арктику. Значительное увеличение концентраций некоторых антропогенных примесей регистрируется в один и тот же период в различных районах. Данное обстоятельство связано с увеличением выбросов загрязняющих веществ в атмосферу зимой от урбанизированных территорий Северного полушария, особенностями циркуляции атмосферы над Арктикой и свойствами подстилающей поверхности в зимний период. Практически одновременное увеличение концентраций соединений серы в атмосферном воздухе регистрировалось над значительными по площади территориями.
В настоящее время отсутствует системный подход к представлению информации о путях перемещения загрязняющих веществ в Арктику, который бы охватывал все урбанизированные территории северного полушария.
Существует четко выраженный ход концентраций антропогенных примесей в атмосферном воздухе высоких широт. Выраженный всплеск концентраций сернистых соединений в зимний период связан с двумя обстоятельствами. Во-первых, увеличением выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в холодный период года, во-вторых, особенностями циркуляции атмосферы над этим районом в «холодное время» года. Масштаб явления «Арктическая дымка» значителен. Повышенное содержание антропогенных примесей фиксируется в один и тот же период года, как в западном, так и в восточном полушарии. Пятилетний климатический анализ обратных пятидневных траекторий перемещения воздушных масс выполненных для станции Borrow, Alaska (США) показал, что чаще всего воздушные массы поступают в данный сектор Арктики северными и южными путями. Для зимних месяцев была зафиксирована несколько большая скорость перемещения воздушных масс. Характерными особенностями погоды в холодный период года для Арктических широт является частая повторяемость ясной погоды и меньшая вероятность выпадения осадков.
Большой вклад в загрязнения Арктики вносят аэрозоли. Общее поступление аэрозолей (нерастворимая часть) в Северном Ледовитом океане (площадь 9,54 млн км2) по оценкам ученых равно 5,7 млн т\год. Это много ниже, чем поставка речного осадочного материала в Арктику (около 245 млн т/год). Однако следует иметь в виду, что главная часть речных взвесей осаждается в маргинальных фильтрах на границе река-море. За пределы фильтра проникает только около 7%, а области континентального склона достигает 5%, т.е. за пределы фильтра в Арктике проникает только 12 млн т. взвеси рек. Вклад эолового материала в формирование геохимического и минерального облика водной взвеси, криозоля морских льдов и донных осадков Арктики того же порядка, что и вклад взвешенного материала рек и материала морских льдов. Для многих элементов (Pb, Sb, Se, V, Zn и др.) в центральной Арктике аэрозольный источник-главный.
Таким образом геохимические исследования имеют
важное значения не только в целях поиска полезных ископаемых, но и в целях
охраны окружающей среды.
Экологические аспекты при добыче полезных ископаемых в Арктике
добыча уголь арктика экологический
Учет экологических аспектов при добыче полезных ископаемых в Арктике имеет особенное значение, так как Арктика одна из самых крупных экосистем планеты.
Интенсивное освоение нефтяных и газовых месторождений на шельфах морей и внутренних водоемах является одним из самых мощных факторов негативного воздействия на водную среду и биологические ресурсы. Более 2/3 планируемых к освоению и эксплуатируемых месторождений находится в зоне повышенной биологической продуктивности и активного рыболовства, где формируются и воспроизводятся основные запасы промысловых гидробионтов. Многолетняя практика ряда стран, осуществляющих промышленную добычу углеводородного сырья на шельфе морей, показывает, что одним из важных элементов этого является организация и проведение результативного, надежного и качественного регулярного мониторинга состояния окружающей морской среды.
Это обстоятельство приобретает особую значимость, когда подобные крупномасштабные работы осуществляются на акватории морей, имеющих целый ряд специфических экосистемных особенностей, подобных Баренцеву морю, включая высокую значимость для рыболовства. Проведенные исследования и анализ имеющихся материалов, накопленные собственные знания с учетом опыта других стран позволяют говорить о том, что авиакосмический мониторинг моря дает возможность максимально оперативно обнаруживать и регистрировать любые аварийные ситуации, реагировать на их возникновение, а затем быстро, надежно, результативно и качественно устранять их.
Авиакосмический мониторинг морской среды на участках промышленной нефтегазодобычи и транспортировки ее продуктов как надводным путем судами, так и подводным по линиям магистральных трубопроводов включает в себя спутниковый мониторинг (осуществляется ежедневно) и авиационный мониторинг (осуществляется при обнаружении и регистрации аварийной ситуации на основе проведения спутникового мониторинга любого уровня).[3]
В поисках шельфовой нефти и газа страны Арктического бассейна стремятся уйти всё дальше на север. Но добыча углеводородов там не только дороже по себестоимости, но и потенциально опаснее для природы. Разработка арктических месторождений нефти и газа приведет к серьезным неблагоприятным воздействиям на экосистемы региона, которые уже находятся под стрессом в результате изменения климата, накопления загрязняющих веществ и разработки иных видов ресурсов. Нефтяные разливы в море могут произойти на любом из этапов добычи, хранения или транспортировки нефти. Среди потенциальных источников разливов нефти можно назвать фонтанирование скважины во время подводной разведки или добычи, выбросы или утечки из подводных трубопроводов, утечки из резервуаров для хранения нефтепродуктов, а также аварии с участием судов, транспортирующих нефть. Арктические условия (отсутствие естественного освещения, предельно низкие температуры, дрейф льда, сильные ветры и плохая видимость) увеличивают вероятность аварий или ошибок, которые могут привести к разливу нефти. Природно-климатические условия Арктики являются очевидным фактором снижения эффективности большинства технологий по ликвидации нефтяных разливов. Операции по очистке от нефти часто сами наносят вред природе. Многие эксперты считают, что лучший способ борьбы с разливом нефти - ее разложение с помощью микроорганизмов. Есть бактерии, которые способны разлагать ядовитые углеводороды до простых безвредных соединений, но в условиях Арктики, где низкая температура, деятельность бактерий малоэффективна. Кроме этого, на сегодняшний день просто не существует технологий ликвидации разливов нефти подо льдом. Последствия же этих разливов в Арктике неизмеримо тяжелее, чем в средних широтах. В арктических условиях нефть сохраняется значительно дольше, так как её испарение идет медленнее или же она может оказаться в ловушке во льду или подо льдом, в результате становится труднодоступной для бактериального разложения. Восстановление флоры и фауны после аварии замедлено, так как многие виды имеют относительно большую продолжительность жизни и более медленный цикл смены поколений.
Бурение скважин начинается уже на этапе геолого-геофизических изысканий в тех районах, где сейсмические съемки указывают на наличие нефтегазоносных структур. Практически все этапы и операции разведки и добычи углеводородов сопровождаются сбросом жидких и твердых отходов. Объемы этих сбросов достигают 5000 м куб. на каждую пройденную скважину в виде отработанных буровых растворов и шламов, представляющих собой выбуренные в скважине горные породы.
В жидкие отходы входит огромное число токсичных примесей, необходимых для слаженной работы бурового оборудования, тяжелых металлов, которые накапливаются из выработок горных пород, а также глинистых взвесей, повышающих мутность воды в местах сброса. Большую опасность представляет использование буровых растворов на нефтяной основе. Шламы, пропитанные таким раствором, являются главным источником нефтяного загрязнения Арктических вод при буровых работах. Другим значимым источником загрязнения является сброс пластовых вод, поступающих из скважин. Их состав отличается не только высоким содержанием нефтяных углеводородов, тяжелых металлов, но и аномальной минерализацией, которая обычно выше солености морской воды. Это может быть причиной нарушения гидрохимического режима в районе сброса пластовых вод. Кроме того, в их составе присутствуют природные радионуклиды, которые при контакте с морской водой выпадают в осадок и образуют локальные микроскопления. Чем дольше месторождение эксплуатируется, тем больше пластовой воды образуется. Пластовая вода может быть возвращена в море без предварительной очистки, или закачена обратно в естественные резервуары (скважины). Разработка нефтегазовых месторождений, также как и транспортировка углеводородного сырья, сопровождается аварийными разливами нефти или химических веществ. К наиболее частым причинам аварий относятся выход оборудования из строя, ошибки персонала и экстремальные природные условия Арктических территорий. Экологические последствия аварийных выбросов приобретают особенно тяжелый характер, когда происходят вблизи берегов или в районах с замедленным водообменом. В редких случаях при очень больших перепадах давления авария будет иметь длительный катастрофический характер, и для остановки выбросов придется бурить наклонные скважины. Другая группа аварий включает регулярные «нормальные» выбросы, которые можно остановить в течение нескольких часов без дополнительного бурения. Опасность таких выбросов заключается как раз в их регулярности, приводящей, в конечном счете, к хроническому воздействию на морскую среду.[4]
Рассмотрим экологические аспекты добычи углей на примере Российской федерации.
Россия обладает обширной сырьевой базой углей, уступая по их количеству только США. Их разведанные запасы (категорий А+В+С1) достигают 193 млрд. т, предварительно оцененные запасы (категории С2) составляют 79,8 млрд. т. Из этого количества почти половина (47,7%) приходится на каменные угли и антрациты, остальное - на бурые угли. Ресурсный потенциал страны также велик - прогнозные ресурсы угля оцениваются в 3,8 трлн.т; по этому показателю Россия занимает второе место в мире после Китая. Однако, наиболее достоверные ресурсы категории Р1 составляют всего 539,3 млрд. т, или 14,2% суммарных.