К вопросу о газонасыщенности подземных вод олигоценового водоносного комплекса Западной Сибири
- Подробности
- Автор: Бобин В.Н.
Пресные воды зоны свободного водообмена, охватывающей в разрезе платформенного чехла Западно-Сибирской плиты четвертичные и олигоценовые отложения, часто обладают повышенной газонасыщенностью. В технологическом цикле добычи подземных вод скважинными водозаборами известны негативные последствия, связанные со спонтанным выделением газа и его накоплением в водонесущих омуникациях. При поисках и разведке источников питьевого водоснабжения, а также их последующей эксплуатации необходимо вести изучение и мониторинг газовой компоненты подземных вод. Ключевые слова: Западно-Сибирский артезианский бассейн, атлым-новомихайловский водоносный комплекс, пресные подземные воды, газонасыщенность, дегазация воды.
Интенсивное освоение Западно-Сибирского нефтегазоносного региона, начатое в 60-ые годы прошлого века, потребовало большое количество пресной воды хозяйственно-питьевого назначения. Строительство новых городов, рабочих поселков и нефтегазодобывающих предприятий, поставило задачу обеспечения населения питьевой водой. Выбор источника получения воды необходимого качества между поверхностными и подземными водами, чаще склоняется к подземным источникам, как наиболее защищенным от антропогенного воздействия.
Среди подземных источников наибольший интерес, с позиций получения пресной воды, представляет собой верхний этаж платформенного чехла Западно-Сибирского артезианского бассейна. Верхний гидрогеологический этаж включает водоносные горизонты в песчано-глинистых отложениях четвертичного и палеогенового возраста. В гидрогеологическом отношении он представляет собой типичную многопластовую водоносную систему, элементы которой гидравлически связаны между собой и находятся под дренирующим влиянием крупных эрозионных врезов. Этот этаж характеризуется преимущественно свободным и активным, а в нижних частях затрудненным водообменом. Соответственно в его пределах в большей мере развиты пресные, реже солоноватые воды. Подземные воды нижнего гидрогеологического этажа, включающего водоносные горизонты и комплексы в отложениях мела, юры и верхней части доюрского фундамента, находятся в зоне весьма затрудненного и застойного режима и практического интереса для хозяйственно-питьевого водоснабжения не представляют. Для них характерна высокая минерализация (20-25 г/л и более), повышенная концентрация отдельных микроэлементов (J, B, Br и др.) и высокая газонасыщенность, в основном, метаном.
Перечисленные факты общеизвестны и направленность геологоразведочных работ на поиски пресных подземных вод в верхнем гидрогеологическом этаже не вызывает сомнения, что подтверждено большим количеством месторождений питьевых подземных вод найденных, оцененных и эксплуатируемых на территории Западно-Сибирского региона. Определенное беспокойство вызывает лишь тот факт, что при постановке поисково-оценочных работ, а в дальнейшем и при разработке месторождений пресных подземных вод, практически не рассматривается фактор газонасыщенности подземных вод. Это может привести не только к ухудшению экологической ситуации по всей «цепочке» движения воды к водопользователю (добыча, транспортировка, потребление), но и к катастрофическим ситуациям. Такой факт отмечался зимой 1991 года, когда на станции Сургут Сургутского отделения Свердловской железной дороги взорвалась накопительная емкость водонапорной башни, приведшая тяжелым травмам и гибели человека.
Учитывая относительно небольшое количество фактического материала по изучению газа в олигоцене, в качестве примера рассмотрим результаты газогидрохимического опробования подземных вод выполненное на 15-ти железнодорожных станциях (от станции Юность-Комсомольская на юге до станции Коротчаево на севере Сургутского отделения) в 1991 году, сразу по «горячим следам» катастрофы на ст.Сургут. Эта работа автора охватывала довольно большую территорию, ставилась целенаправленно и методически обоснованно в вопросе изучения газонасыщенности подземных вод эксплуатируемых горизонтов верхнего гидрогеологического этажа.
Все опробованные водозаборные скважины на железнодорожных станциях Сургутского отделения каптируют атлым-новомихайловский водоносный комплекс. Атлым-новомихайловский водоносный комплекс (P3 at-nm) приурочен к нерасчлененным отложениям атлымской и новомихайловской свит олигоцена. Кровля толщи часто эродирована с полным уничтожением туртасской свиты. Подошва комплекса с резким размывом залегает на тавдинском горизонте. Атлымская и новомихайловская свиты образуют мощную толщу, литологически представленную чередующимися песками, алевритами и глинами. Пески различной степени сортировки, обычно содержат примеси глинистого и алевритистого материала. Алевриты и глины образуют слои, прослои и слойки различной мощности внутри песчаных образований. Водообильность вскрытых водонесущих отложений относительно невелика и зависит от состава водовмещающих пород. Дебиты скважин варьируют от десятых долей литра до 3-5 л/с, при наиболее распространенных значениях 1-2 л/с. Химический состав вод комплекса довольно пестрый: от гидрокарбонатного натриевого до хлоридно-гидрокарбонатного магниево-кальциевого-натриевого с сухим остатком 0,2-0,6 г/л. Характерно постоянно повышенное содержание железа (для вод хозпитьевого назначения) — до 3-5 мг/л и более. Растворенные в воде газы имеют азотно-метановый и метановый состав.
Методически определение газонасыщенности подземных вод выполнялось по следующей схеме. В струе изливающейся воды определялось наличие спонтанно выделяющегося газа, т. е. естественно выделяющегося в свободную фазу газа за счет снижения внешнего пластового давления до атмосферного. При визуальном обнаружении газа струя воды пропускалась через газоотделитель, с помощью которого производился замер дебита воды и дебит газа. Отношение дебита газа к дебиту воды рассматривается как газовый фактор спонтанно выделяющегося газа (Qг / Qв = Гс). Оставшееся в воде количество газа определялось методом Савченко В.П., основанного на принудительном снижении давления ниже атмосферного, в результате чего происходит окончательное выделение из раствора газа. Далее рассчитывалось отношение количества газа к объему воды, из которого выделен этот газ: Vг / Vв = Vр. Общая газонасыщенность определялась как сумма спонтанно выделившегося и принудительно выделенного растворенного газа: Ог = Гс+ Vр. Компонентный состав газа определялся лабораторными исследованиями проб газа, с обязательным выделением углеводородной группы. Качество воды устанавливалось анализом проб воды, с определением химического состава и растворенной углекислоты.
Сводная информация по насыщенности газом подземных вод из эксплуатационных скважин железнодорожных станций Сургутского отделения приведена в таблице 1.
В региональном плане наибольшая газонасыщенность подземных вод атлым-новомихайловского комплекса фиксируется на южных станциях территории: Демьянка, Са-лым, Куть-Ях, Усть-Юган, Мегион. Величина общей газонасыщенности варьирует от 41-45 до 151-183 л/м3, при средних значениях 88-119 л/м3. При таких показателях насыщенности повсеместно наблюдается спонтанное выделение газа из воды. Основным компонентом спонтанного газа является метан. Его содержание в пробах варьирует от 37 до 84%, при преобладающих значениях 70-80 %. Объем углеводородных газов составляет от 6, 7 до 78,4 л/м3 , при средней величине 42 л/м3. Таким образом, при добыче одного куб.м. воды мы можем получить 42 л углеводородных (горючих) газов. Отсюда, при добыче 100 куб.м. из воды выделяется 4,2 куб.м. горючих газов и т д. Эти объемы в системе эксплуатации водозаборов и транспортировке воды потребителю имеют уже существенные значения, как в вопросах пожароопасности, так и в вопросах сохранения здоровья людей. Газы углеводородной группы, и в первую очередь метан, при значительных скоплениях образует воздушно-метановую смесь способную, при определенных условиях, гореть и взрываться. Выделение газа из воды в домах потребителей, которое автор наблюдал на ряде объектов, не достигало взрывоопасных концентраций, но вполне могло привести к отравлению людей.
Таким образом, при постановке и выполнении поисково-разведочных работ на питьевые подземные воды в Западно-Сибирском регионе, рекомендуется предусматривать определение их газонасыщенности. В отчетах о геологическом изучении недр, представляемых на государственную экспертизу, необходимо иметь раздел о газонасыщенности подземных вод верхнего гидрогеологического этажа изучаемой территории. При разработке месторождений ППВ в программах мониторинга необходимо планировать ведение наблюдений за изменением газонасыщенности и составом газа добываемой подземной воды. Выполнение этих рекомендаций, при относительно небольших затратах, позволит предусмотреть комплекс мероприятий по дегазации воды и, как следствие, избежать катастрофических последствий.
