ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
Социально-экономическое развитие Европейского Севера России, в частности Архангельской области, в ближайшее десятилетие будет происходить по линии природно-ресурсной специализации. Экономика территории, включающей в свой состав два субъекта Федерации (Архангельскую область и Ненецкий автономный округ), в значительной мере будет определяться освоением минерально-сырьевых ресурсов, которое связано с добычей, переработкой и вывозом нефти, газа, алмазов, бокситов и других видов полезных ископаемых. В связи с этим весьма важной представляется разработка и реализация экологически сбалансированного подхода к освоению ресурсов геологической среды1, поскольку оно будет сопровождаться нарастающей техногенной нагрузкой на природу.
На изучение и решение вопросов сохранения необходимой для нормальной и продуктивной жизнедеятельности геологической среды, при максимальном и эффективном использовании ее ресурсов для нужд человечества, направлены геоэкологические исследования. Теоретические и методологические основы, определяющие роль и значение геологической среды в жизнеобеспечении биоты, разработаны в фундаментальных исследованиях, выполненных на рубеже XX-XXI столетий коллективами ученых под руководством В.И. Осипова, В.Т. Трофимова и ряда других. Поскольку экологически ориентированная оценка ресурсов геологического пространства для различных видов их освоения является одной из первостепенных задач, то весьма важной представляется разработка методических и технологических приемов такой оценки.
1 Под геологической средой по Е.М. Сергееву понимаются любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь в значительной степени, определяющие эту деятельность.
Важнейшим аспектом исследований в этом направлении является геоэкологическое районирование территории (Т.А. Барабошкина, А.Я. Гаев, Д.Г. Зилинг, В.Н. Островский и др.). Обычно по каждому из показателей, характеризующих состояние отдельных компонентов природной среды2 и техногенных нагрузок на них, составляются исходные картосхемы типологического районирования по природным и антропогенным характеристикам. С этой целью все больше стали использоваться возможности современных геоинформационных систем (О.Л. Кузнецов, М.Н. Григорьев, М.Г. Губайдуллин, В.А. Килипко, И.С. Копылов, А.Г. Талалай, А.С. Цвецинский, С.А. Шумейкин и другие). Поскольку воздействие на экосистемы носит комплексный характер, то необходимо решить задачу интегральной оценки состояния компонентов природной среды. В случае ее реализации, построенные специальные геоэкологические карты можно использовать как основу для проведения соответствующего районирования (В.И. Блануца, М.С. Голицын, М.Г. Губайдуллин, Г.Н. Дублянская, В.Н. Дублянский, П.В. Золотина, В.М. Кочетков, Ю.А. Сысоев).
Необходимость дальнейшего развития теории и методики интегральной оценки и прогноза геоэкологического состояния территории на основе построения региональной информационной модели применительно к условиям Европейского Севера России, выработки рекомендаций по снижению аг техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения
минерально-сырьевых ресурсов региона определяют научно-практическую значимость и актуальность выполненных в работе исследований.
Основная идея работы заключается в формировании региональной информационной модели, которая, адекватно отражая результаты геоэкологических исследований, позволяет выполнить их системный анализ с целью оценки, прогноза состояния природной среды и обоснование
2 Природная среда включает в себя четыре геосферы Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу (за исключением человеческого общества).
мероприятии по ее защите при освоении минерально-сырьевых ресурсов рассматриваемой территории.
Объект исследований — верхняя часть литосферы, подвергаемая воздействию при разработке недр Европейского Севера России.
Предмет исследований - геоэкологические условия размещения основных видов полезных ископаемых (алмазы, нефть, газ), оценка возможного влияния их разработки на состояние природной среды территории и мероприятия по ее защите на разных стадиях освоения.
Цель исследований — разработка научно-методических основ геоэкологической оценки, прогноза состояния и защиты природной среды, систематизирующих и развивающих современные теоретические положения геоэкологии применительно к условиям региона в связи с предстоящим здесь крупномасштабным освоением месторождений полезных ископаемых.
Задачи исследований:
• системный анализ ресурсной функции геологической среды и общей экологической обстановки рассматриваемой территории, позволяющий адекватно оценить динамику ее изменений в ходе разработки недр;
• разработка методологических основ по обобщенной оценке возможного воздействия на компоненты природной среды при полномасштабном освоении месторождений полезных ископаемых;
• обоснование концепции и внедрение системы территориального информационного обеспечения геоэкологических исследований при освоении ресурсов недр на основе технологий с применением геоинформационных систем (ГИС-технологии);
• разработка и апробация методики интегральной геоэкологической оценки с целью прогноза состояния и районирования территории;
• формирование региональной информационной модели геоэкологической оценки, прогноза и мониторинга состояния недр;
• разработка и внедрение в производство научно обоснованных методических и технологических приемов снижения техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минерально-сырьевых ресурсов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использован комплекс методов, включающий: анализ и обобщение научной и фондовой литературы по исследуемому направлению и региону; ГИС-технологии создания баз данных и цифровых типологических карт; экспертно-аналитическая система анализа и обработки показателей факторов, влияющих на геоэкологическое состояние территории; физико-геологическое моделирование; проектирование и проведение опытно-производственных работ, которые направлены на защиту природной среды на начальных стадиях освоения минеральных ресурсов Европейского Севера России. Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Методика обобщенной оценки возможного воздействия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России на компоненты природной среды, заключающаяся в обосновании сочетания пространственно-временных факторов влияния и оценке масштабов последствий в зависимости от времени воздействия источников, количества загрязняющих веществ и динамики природных процессов.
2. Концепция и региональная система информационного обеспечения геоэкологических исследований при освоении месторождений полезных ископаемых по оценке устойчивости геологической среды к техногенным нагрузкам и территориальному управлению недропользованием на основе комплексного анализа многокомпонентных картографических и фактографических данных с применением ГИС-технологий.
3. Методика интегральной геоэкологической оценки территории на основе экспертных балльных классификаций с учетом весовых коэффициентов различных факторов, позволяющая прогнозировать состояние природной среды при освоении ресурсов недр.
4. Мероприятия по снижению техногенной нагрузки на природную среду на начальном этапе освоения минеральных ресурсов региона, основанные на формировании региональной информационной модели геоэкологической оценки состояния территории, разработке методики геолого-геофизических поисков месторождений алмазов, использовании специальных технологических приемов при их добыче карьерным способом и реализации экологически обоснованного вывоза нефти из прибрежных месторождений северным морским путем.
Научная новизна результатов исследований:
1. На основе выполненного комплексного анализа состояния минерально-сырьевой базы Европейского Севера России и систематизации основных экологических проблем разработки месторождений алмазов, нефти и газа, обусловленных уникальностью и уязвимостью природной среды территории, произведена обобщенная оценка возможного воздействия на нее при освоении ресурсов недр региона.
2. Разработана концепция и реализована территориальная информационно-компьютерная система для решения задач по геоэкологическому картографированию и управлению недропользованием при разработке месторождений, усовершенствована структура ГИС-проектов по формированию геоинформационных пакетов.
3. Исследованы и классифицированы основные факторы, влияющие на геоэкологическое состояние природной среды Европейского Севера России. Разработана экспертно-аналитическая система геоэкологического районирования территории при освоении минерально-сырьевых ресурсов.
4. Разработана региональная информационная модель геоэкологической оценки, прогноза и мониторинга последствий освоения минерально-сырьевых ресурсов.
5. Разработаны теоретические основы и сконструированы физико- геологические модели вмещающих градиентно-слоистых сред и поисковых
8
объектов, позволивших обосновать оптимальный геолого-геофизический комплекс на обнаружение слабомагнитных коренных источников алмазов на Европейском Севере России и снизить техногенную нагрузку на природную среду.
6. Предложена концепция создания экологически обоснованной системы для вывоза нефти северным морским путем с использованием минитерминалов.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждаются:
- многолетними (более 20 лет) исследованиями автора на Европейском Севера России в области геолого-геофизических поисков и разведки месторождений, изучения геоэкологических проблем освоения минерально-сырьевых ресурсов территории;
- результатами физико-геологического моделирования, большим объемом производственных материалов и высокой их сходимостью;
- информационными ресурсами в системе Государственного банка цифровой геологической информации, сформированными с применением ГИС-технологий;
- авторским свидетельством, практической реализацией полученных разработок;
- широкой апробацией на научных конференциях и семинарах. Практическое значение результатов исследований:
- основные положения разработанной концепции информационного обеспечения освоения природных ресурсов Архангельской области, направленной на формирование единого информационного пространства в сфере природопользования, подтверждены созданием «Территориального фонда информации по природным ресурсам и охране окружающей среды Министерства природных ресурсов Российской Федерации по Архангельской области» (приказ МПР РФ № 95 от 11.02.2003г.);
- созданы и внедрены в производство региональная информационная система многокомпонентных картографических и фактографических данных, экспертно-аналитическая система исследования и обработки геоэкологических факторов, которые представляют основу для комплексной оценки состояния природной среды и проведения районирования территории при освоении минерально-сырьевых ресурсов;
- разработаны с участием автора, утверждены Министерством геологии СССР (1986) и используются в практике геологоразведочных работ «Временные методические указания по комплексированию геолого-геофизических методов при поисках коренных месторождений алмазов на севере Восточно-Европейской платформы», обеспечивающие значительное снижение техногенной нагрузки на компоненты природной среды;
- способ выделения слабоинтенсивных магнитных аномалий, перспективных на поиски трубок взрыва, включен в доклад Министерством геологии СССР и АН СССР о наиболее важных отечественных и зарубежных достижениях в области науки, техники и производства в геологии и разведке недр за 1986 год;
- начато создание системы транспортировки нефти северным морским путем с использованием минитерминала в Печорском море;
- рекомендации автора по обобщенной оценке масштабов возможного воздействия на компоненты окружающей среды при освоении ресурсов недр использованы при составлении «Концепции экологической политики Архангельской области на 2002-2010 годы».
Реализация результатов исследований. Разработанная автором методика создания геоэкологических карт, алгоритмы расчета балльных оценок и весовых коэффициентов показателей приняты к внедрению в ряде производственных и научных организациях (Архангельский Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ЗАО «Архангельскгеолразведка», ООО «Поморнефтегаз»).
10
Информационные ресурсы по геологическим объектам Архангельской области объемом 27 415 Мб, сформированные в течение 1996-2002 г.г. под руководством и при непосредственном участии автора, переданы для использования в Государственный банк цифровой геологической информации (ГлавНИВЦ, Росгеолфонд Министерства природных ресурсов Российской Федрации), а также в Департамент природных ресурсов по Северо-Западному федеральному округу и Главное управление природных ресурсов и охраны окружающей среды по Архангельской области.
Созданная электронная база фондовых геологических материалов используются в ФГУ «Северный территориальный фонд геологической информации».
Методические рекомендации по оценке качества создания цифровых тематических карт с применением ГИС-технологий и другие результаты исследований используются в учебном процессе и научно-исследовательской деятельности кафедры географии и геоэкологии Поморского ГУ.
Ряд разработок внедрен в подразделениях ГП «Архангельскгеология» -ОАО «Архангельскгеолдобыча»:
- способ повышения точности опорной гравиметрической сети, 1983 г.;
- метод локализации эпицентров слабоинтенсивных магнитных аномалий в условиях сложнодифференцированных полей, 1985 г.;
- методика измерения отдельных приращений при создании опорной гравиметрической сети, 1987 г.;
- методика прогнозирования перспективных участков для поиска месторождений полезных ископаемых геометрическим способом, 1989 г.;
- концепция создания нефтетранспортной системы для вывоза нефти северным морским путем на начальном этапе ее добычи с прибрежных месторождений, 2002 г.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку:
11
- на Международных конференциях - International Offshore and Polar Engineering Conferens (The Hague, The Netherlands, 1995), "Освоение шельфа Арктических морей России" (Санкт-Петербург, 1995; 1997; 1999), "Применение математических методов и компьютеров в геологии, горном деле и металлургии" (Дубна, 1996), "Экологические проблемы северных морей" (Архангельск, 1996), International Conferens on Oil and Gas Pipelines in the Former Soviet Union (Vienna 1997), "Поморье в Баренц-регионе: экология, экономика, социальные проблемы, культура" (Архангельск, 1997), "Геодинамика и геоэкология" (Архангельск, 1999), «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков: экология, экономика, культура» (Архангельск, 2000), «Перспективы освоения минерально-сырьевой базы Архангельской области (Архангельск, 2002), «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» (Архангельск, 2002);
- на Всесоюзных и Всероссийских научных конференциях и семинарах -"Латеральная изменчивость состава и физических свойств отложений и ее отражение в геофизических полях при поисках нефти и газа" (Пермь, 1978), «Теория и практика геологической интерпретации гравитационных и магнитных аномалий» (Киев, 1980-1982; Ленинакан, 1986), «Геология, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов» (Архангельск, 1985), «Геофизические методы изучения систем разломов земной коры и принципы их использования для прогнозирования рудных месторождений» (Днепропетровск, 1988), «Природные ресурсы северных территорий: Проблемы оценки, использования и воспроизводства», (Архангельск, 2002);
- на региональных научно-технических конференциях и семинарах -"Изучение рифогенных структур геофизическими методами" (Пермь, 1977, 1981), "Трассирование геофизическими методами зон, перспективных на литолого-стратиграфические залежи нефти и газа" (Пермь, 1979), «Итоги геологоразведочных работ и перспективы развития минерально-сырьевой базы в Архангельской области» Архангельск, 1981), «Изучение и учет верхней части
12
разреза при геофизических работах на нефть и газ» (Пермь, 1985), "Автоматизация приемов обработки геофизической информации при поисках нефти и газа" (Пермь, 1986), "Ускорение научно-технического прогресса при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений" (Пермь, 1987), "Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей" (Москва, 1993), «Сырьевая база России в XXI веке (Архангельск, 2001), на ежегодных совещаниях ГлавНИВЦ МПР России по Государственному банку цифровой геологической информации (Саратов, 2000; Геленджик, 2001; Москва, 2002).
По теме диссертации опубликованы 84 печатных работ, в том числе 5 монографий, получено авторское свидетельство № 1336748.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Она изложена на 368 страницах текста, включая 66 рисунков, 35 таблиц и библиографический список, содержащий 368 наименований.
Фактические материалы и личный вклад автора. Исходными данными для разработки и обоснования защищаемых положений явились результаты исследований, выполненных в период с 1981-2002 г.г. под руководством и непосредственном участии автора при проведении поисково-разведочных и геолого-экологических работ на нефть и газ, твердые полезные ископаемые в условиях Европейского Севера России, а также при Ш формировании государственных информационных ресурсов по геологическим
объектам региона. Некоторые материалы получены в ходе осуществления международного проекта «Северные Ворота» по строительству морского терминала для транспорта нефти с месторождений севера Тимано-Печорской провинции, в работе технической группы которого автор участвовал в течение 1994-1998 г.г.
Большая часть фактического материала содержится в научно-производственных отчетах, составленных при участии автора. Перечень таких ей
отчетов соискателя приводится в приложении А к диссертации.
13
Постановка задач, выбор направлений и методов решения осуществлялись лично автором. В практической реализации большинства поставленных задач помощь оказали сотрудники Новодвинской геофизической экспедиции и Северного информационно-геологического центра, за что автор выражает им свою благодарность.
Автор выражает искреннюю признательность своим первым учителям — заслуженным деятелям науки РФ, профессорам А.К. Маловичко и В.М. Новоселицкому, а также научному консультанту, члену-корреспонденту РАН, профессору Ф.Н. Юдахину, доктору технических наук, профессору В.И. Костицыну и доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.Н. Дублянской за внимание к работе и оказанную поддержку. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность кандидату географических наук В.Б. Коробову, лауреату Государственной премии, геологу А.Ф. Станковскому за творческое общение и дискуссии по отдельным вопросам проводившихся исследований. На завершающем этапе работы над диссертацией автор пользовался советами и консультациями члена-корреспондента РАН, доктора технических наук А.А. Маловичко, докторов геолого-минералогических наук, профессоров А.Я. Гаева, В.Н. Дублянского, Ю.Г. Шварцмана. Весьма полезными были контакты с кандидатами технических наук С.Г. Сафиным и С.А. Шумейкиным, кандидатом географических наук Н.В. Коноваловой. Всем названным лицам автор выражает признательность и благодарность.
14
Глава 1
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ
ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА РОССИИ
Архангельская область расположена на северо-западе европейской части России. Ее площадь равна 587,4 тыс. кв. км. В состав области входит Ненецкий автономный округ (НАО) площадью 176,7 тыс. кв. км, являющийся самостоятельным субъектом Российской Федерации (рис. 1).
_____
Рис. 1. Обзорная карта региона 1.1. Основные сведения о геологическом строении региона
В геолого-структурном плане Архангельская область, включая Ненецкий автономный округ (НАО), находится в пределах северо-востока Восточно-Европейской платформы и охватывает части ее крупнейших региональных
15
структур: Юго-Восток Балтийского щита, Мезенскую синеклизу надпорядковой структуры Русской плиты, Северо-Запад Канино-Тиманского складчатого пояса (Богацкий и др., 1996)3 и Север Печорской синеклизы, являющейся надпорядковой структурой Тимано-Печорской плиты (рис. 2).
Масштаб:
О 100 200 км
Новая БАРЕНЦЕВО Земля МОРЕ
КАРСКОЕ МОРЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:
щит Русская плита
Канино-Тиманский складчатый пояс
Тимано-Печорская плита Уральская складчатая зона
Рис. 2. Основные геологические структуры Архангельской области
Изучением особенностей геологического строения указанных структур занимались многие исследователи (В.И. Богацкий, Е.М. Веричев, В.Г. Гецен-Оловянишников, В.П. Гриб, В.А Дедеев, Г.Х. Дикенштейн, И.В. Запорожцева, А.Н. Золотов, С.Л. Костюченко, СП. Максимов, А.И. Малов, Ю.А. Россихин, Б.В. Сенин, А.Ф. Станковский, Э.В. Шипилов, В.Е. Хаин, К.Э. Якобсон,
3 Наиболее устоявшим названием структуры является Тиманский кряж (Геол. словарь, 1980) или Тиманская гряда (Гецен, Дсдесв и др., 1984; Максимов и др., 1990).
16
Б.А. Яралов и другие), ряд вопросов исследован в работах с участием автора (Губайдуллин, 2002а; Юдахин, Губайдуллин, Коробов, 2002; [101-112, 198, 367]). Следует отметить характерные особенности во взаимоотношении между этими структурами. Архей-нижнепротерозойский кристаллический фундамент Юго-Востока Балтийского щита постепенно погружается под осадочный чехол Мезенской синеклизы. Она сочленяется на востоке с Канино-Тиманским поясом по мощной зоне глубинного разлома, вдоль которого с востока на запад метаморфические породы надвинуты на осадочные толщи синеклизы. Канино-Тиманский пояс, в свою очередь, уходит под осадочные образования Печорской синеклизы. Принципиально отличаются и общие черты их строения. Материнские породы на Балтийском щите - архей-нижнепротерозойские, и рифейские породы - на Канино-Тиманском складчатом сооружении. Эти древние породы метаморфизованы, интенсивно дислоцированы, в их пределах широко проявлены разрывные тектонические нарушения. Осадочные отложения синеклиз в основном слабо метаморфизованы, имеют пологое с углами наклона, как правило, в пределах одного градуса, моноклинальное залегание с погружением с запада на восток. Возрастной диапазон осадочных пород синеклиз составляет от среднего рифея до мела (рис. 3).
Автором, на основании обобщения и систематизации имеющихся данных о геологическом строении Архангельской области, установлены следующие основные его особенности (Губайдуллин, 2002а):
1. Наличие в геологическом строении региона разнообразных по возрасту и составу комплексов и типов пород - от раннеархейских гнейсо-гранитов до слабо расчлененных осадочных образований меловой системы.
2. Чрезвычайно неравномерная геологическая изученность территории. Например, в Зимнебережном районе Юго-Восточного Беломорья она характеризуется наличием сотен скважин, в т.ч. значительное число вскрывающих кристаллический фундамент. В пределах же Мезенской синеклизы пробурены единицы глубоких скважин, в т.ч. только одна
17 |
