Материал написан при участии Н.А.Касьяновой.
Геодинамические зоны, аномалии и их особенности
В публикациях последних лет (Е.В.Стадник, Л.Г.Комогорова, Ю.К.Щукин, О.Л.Кузнецов, В.Л.Сывороткин и др.) под различными терминами — «деформационные зоны геосистем», «геодинамические зоны», «зоны динамической сопряженности неоднородностей геологической среды» — стали выделяться планетарные и региональные структуры земной коры, связанные с зонами глубинной трещиноватости, высокой проницаемости и напряженно-деформированного состояния вмещающей среды. Рассматривая эти зоны с экологических позиций, О.Л.Кузнецов (1994, 1995) отмечает, что все они тектонически ослаблены, подвижны, имеют признаки дробления, растяжения, что способствует миграции тепла и флюидов с глубины и перераспределению их в пластах пород. Здесь существуют геохимические, геофизические и эманационные поля и аномалии, параметры которых меняются во времени и пространстве, оказывая влияние не только на минеральную часть геосреды, но также на биологическую (развитие и состояние микроорганизмов, растений, животных, людей).
Наибольшей контрастностью указанных признаков и показателей, характеризуются деформационные узлы — места пересечения деформационных зон разных геосистем, в том числе разноранговых. В качестве иллюстрации О.Л.Кузнецов с соавторами приводит Ишимскую планетарную геосистему (рис. 22), к деформационным зонам которой приурочены месторождения полезных ископаемых, а по данным В.Храпова (1992) — и эпидемии опасных болезней, периодически поражающих человечество. Понятно, что пока такие ме-дико-ориентированные геологические разработки находятся на начальной стадии и не выходят за рамки оригинальных гипотез.
Несомненно созвучны приведенным публикациям и разработки В.Л.Сывороткина в которых он связал мощные газовые потоки с геоструктурными зонами Земли, со спрединговым режимом развития и привел целый спектр их воздействия на экосистему и человека как биологического вида. Не вдаваясь в детали проблемы, отметим главное — поистине планетарное экологическое воздействие на биоту таких геоструктурных зон.
Изложенный материал позволяет констатировать, что в литосфере существуют определенные зоны, пока не получившие единого толкования, но несомненно влияющие на биоту, а, следовательно, входящие в структуру исследования экологических функций литосферы. Рассмотрение их в составе геодинамической экологической функции условно, так как с этими зонами связаны пояса минеральных ресурсов, геохимические и геофизические поля, т.е. они обладают полигенным воздействием на биоту. Однако в основе их лежат геотектонические причины, что и определило отнесение проблемы к геодинамическому фактору с обобщающим названием «геодинамические зоны «.
Как отмечал Лаверов дальнейшее изучение этой проблемы на основе проведения системного комплексного анализа результатов геодинамического, космического, экологического и медицинского мониторинга поможет выявить причинные связи между космическими процессами, природными явлениями и здоровьем человека. Нам представляется, что не менее актуальными в рамках экологической геологии будет изучение взаимосвязи «геодинамических зон» с развитием биоты и человеческой популяции как биологического вида и социума.
Современные геодинамические аномалии — это локальные участки земной коры с аномальными по интенсивности (амплитуде) и импульсивности (скорости) проявлениями геодинамических процессов, характеризующихся волновой природой развития. Как уже отмечалось, это объект и предмет исследования научного направления «экологической геодинамики», связанного с изучением нестабильного напряженно-деформированного состояния земных недр (литосферных блоков), обусловленных меняющимися во времени тектоническими напряжениями, активизирующими и направляющими деформационные и миграционные процессы как в пределах земной коры, так и на земной поверхности.
Концептуальными положениями этого направления, по мнению Н.А.Касьяновой (1996), являются:
- современное напряженно-деформированное состояние земных недр обладает пространственно-временной нестабильностью, которая носит волновой характер с периодичностью 2-3 года, 5-6, 11-13, 22-25, 60 лет;
- на фоне выраженной региональной дифференцированности напряженного состояния земных недр имеют место локальные аномальные проявления современных геодинамических процессов (геодинамические аномалии), в динамике которых также прослеживается волновая природа. Интенсивные локальные аномалии вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности приурочены к зонам тектонических нарушений различного типа и ранга или их пересечениям; эти аномальные движения высокоградиентны (свыше 50 мм/год), короткопериодичны (от 0,1 года до первых лет), пространственно локализованы (от 0,1 км до первых десятков километров);
- отмечаются пространственно-временные закономерные связи между геодинамическим и флюидодинамическим режимами осадочного чехла.
Из этого следует, что содержание таких геодинамических аномалий несколько шире, чем собственно «геодинамические». Оно охватывает и вопросы повышенной флюидной активности и миграционных процессов, определяя широкий диапазон воздействий, в том числе геохимических, и на литосферу, и на биоту. Однако в основе этих аномалий лежит тектонический фактор, активизирующий геологические процессы природного и техногенного происхождения.
Влияние геодинамических неоднородностей литосферы налитотехнические системы, экосистемы и человека
Влияние современных геодинамических неоднородностей на эколого-геологические условия и состояние биоты определяется характером и интенсивностью связанных с ними деформационных и миграционных процессов. Воздействие этих процессов существенно для функционирования литотехнических систем и биоты, хотя и носит для последней в большинстве случаев опосредованный характер; они могут:
- являться причиной инициации различных геологических процессов (оползней, землетрясений, цунами, изменения уровенного режима водоемов и др.), имеющих непосредственное влияние на окружающую среду и условия жизнедеятельности человека, контролируя масштабы разрушительной деятельности этих процессов;
- обусловить деформации и даже разрушения инженерных сооружений и тем самым оказать воздействие на биоту, включая человека;
явиться причиной усиления коррозионных процессов, поскольку активизация разломов сопровождается увеличением концентрации химически агрессивного флюида в локальных объемах, а резкое увеличение уровня локальных напряжений приводит к эффекту «коррозия под напряжением»; - способствовать созданию миграционных условий для распространения потенциально экологически вредных веществ.
Геодинамические зоны, учитывая последствия, которые они вызывают, под-разделяются на два блока. Первый включает геодинамические аномалии, которые активизируют природные геологические процессы, непосредственно воздействующие на биоту. Второй блок включает геодинамические аномалии, в которых высокоградиентные короткопериодичные тектонические движения влияют на биоту опосредованно через разрушение инженерных сооружений.
Геодинамические аномалии как активизаторы геологических процессов, непосредственно воздействующих на биоту. Они приурочены к местам напряженного состояния земных недр и связаны в основном с зонами тектонических нарушений различного типа и ранга. По сути, это места сброса напряжений земной коры, проявляющиеся в высокоградиентных движениях литосферных блоков, землетрясениях и вулканической деятельности, инициирующих развитие целого спектра сопутствующих катастрофических геологических процессов. Такие аномальные участки хорошо известны в рифтовых зонах, в альпийском поясе горно-складчатых сооружений, а также в зонах активизации неотектонических движений. Воздействие этих процессов на биоту, экологические последствия их проявления с достаточной полнотой рассмотрены ранее.
Принципиально важным положением, послужившим основанием для самостоятельного рассмотрения геодинамических аномалий как активизаторов геологических процессов и их воздействия на биоту и человека, является интегральный подход с учетом всего комплекса возникновения катастрофических геологических процессов.. Таким путем в постановочном плане обосновывается необходимость оценки экологических последствий комплексного воздействия геологических процессов, в том числе и с учетом их синергетики. Это новое видение проблемы во взаимодействии геологических процессов и биоты и, главным образом, человека. Нам представляется, что ее решение существенно улучшит прогнозную оценку экологического состояния и риска потенциально опасных территорий.
Геодинамические аномалиии как фактор потенциального экологического риска при функционировании техногенных объектов повышенной опасности. Основную экологическую опасность в этой ситуации вызывают аномальные проявления современных геодинамических процессов, поскольку процесс деформации горных пород в пределах геодинамических аномалий происходит, по данным сьяновой, с исключительной интенсивностью и крайне импульсивно, очень быстро во времени, что соизмеримо со временем «жизни» самой геодинамической аномалии (от первых месяцев до полугода). Именно в пределах геодинамических аномалий зафиксированы самые высокие градиенты деформации земной коры, включая земную поверхность.
Следует отметить, что сами по себе геодинамические аномалии не несут в себе экологической опасности. Она возникает лишь в том случае, когда потенциально экологически опасные техногенные объекты (атомные станции, нефтегазовые объекты, места складирования промышленных химических и ядерных отходов и т.п.) оказываются в зоне влияния аномального проявления современных геодинамических процессов, которые концентрируются, как правило, в пределах локальных участков и могут оказать влияние на устойчивость технического состояния этих объектов. При этом масштабы экологического ущерба находятся в прямой зависимости от степени потенциальной опасности самих объектов, интенсивности и импульсивности проявления в их пределах современных геодинамических процессов.
Рассмотрим эту проблему более детально на примере нефтегазовых комплексов. По данным Н.А.Касьяновой, аномальные проявления геодинамических процессов нередко являются причиной аварий нефтегазовых скважин, связанных с резкими искривлениями обсадных колонн скважин, зачастую приводящих к их герметизации. В этом случае скважины представляют собой опасность для загрязнения природной среды и водных ресурсов, поскольку через них могут происходить утечки нефти и соленой подземной воды на поверхность и в верхние горизонты с пресной водой. Более серьезные аварии, связанные со сломами обсадных колонн, способствуют свободному и обширному поступлению в пластовые воды нефтепродуктов и ядохимикатов, используемых при бурении.
Последствия аварий скважин представляют особую экологическую опасность в случае, если месторождения находятся в пределах тектонически активных в современное время областей. Благодаря высокой степени раздробленности и трещиноватости горных пород в пределах мобильных зон и активной флюидодинамики, поступившие в пластовые воды нефтепродукты и ядохимикаты могут распространяться на значительные расстояния как по площади, так и беспрепятственно поступать в верхние горизонты, загрязняя грунтовые воды. Это особенно важно для районов, известных своими минеральными источниками. В связи с тем, что в пределах складчатых областей нефтегазовые залежи и минеральные воды часто локализуются в пределах одних и тех же структурных зон и нередко приурочены к одним и тем же зонам глубинных разломов, то имеется реальная угроза загрязнения минеральных вод нефтепродуктами и ядохимикатами. Например, в Предкавказье минеральные источники широко распространены именно в геодинамически активных районах (районы Минеральных Вод, Северной Осетии и др.) и приурочены, как правило, к зонам активных в современное время глубинных разломов.
О масштабах загрязнения окружающей среды в связи с аварийностью нефтегазовых скважин можно судить по одной только территории деятельности ПО «Гроз-нефть», где в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной зоны с начала разработок месторождений (с 1893 г.) пробурено около 15 000 скважин различного назначения. Учитывая, что основное бурение и эксплуатация месторождений в пределах этой зоны охватывает последние 50 лет, здесь только официально зарегистрировано более 3000 случаев (20%) серьезных аварий, приведших к ликвидации скважин. Из них 500 скважин были ликвидированы по геологическим причинам. Сопоставление количества землетрясений, являющихся также отражением современной геодинамической активности территории, и случаев ликвидации скважин по причине резкого искривления, смятия, среза обсадных колонн в пределах Терско-Сунженской нефтегазоносной зоны выявило высокую степень корреляции между ними (рис. 23).
Интенсивные и разнонаправленные современные вертикальные движения земной поверхности могут привести также к крупным наземным авариям и вызвать крупномасштабные очаги загрязнения земной поверхности. В частности, с локальными супердеформациями земной поверхности имеют пространственно-временную связь порывы трубопроводов различного назначения. Порывы нефте- и газопроводов происходят как в пределах месторождений, так и далеко от них -по всей линии их трассирования. Из них 76-94% аварий совпадают во времени и пространстве с локальными аномальными проявлениями современных вертикальных движений земной поверхности.
При порывах нефтепроводов объектом экологического загрязнения являются непосредственно земная поверхность и верхняя часть разреза горных пород.
В этом случае трудно оценить реальный ущерб, нанесенный окружающей среде в результате нефтяных разливов, масштабы которых нередко исчисляются десятками и сотнями квадратных километров. Однако, если судить по размерам экологических штрафов (десятки миллионов долларов), этот ущерб — колоссальный.
Например, при пожаре на скв.37 Тенгизского месторождения, возникшем в результате аномального выброса углеводородной смеси, превышение ПДК по сероводороду было отмечено в расположенного в 26 км от месторождения. В черте г.Аксай также зарегистрировано превышение ПДК по сероводороду, хотя город расположен от контура Карачаганакского месторождения на 14 км. Согласно проведенным расчетам, при разрыве газопровода в пределах Карачаганакского месторождения концентрация сероводорода и сернистого ангидрида будет превышать ПДК на расстоянии более 20 км.
В связи с очевидной зависимостью эколого-геологического благополучия от геодинамического состояния земной коры стала актуальна разработка прогноза возможных изменений экологической обстановки. Такой прогноз должен выявить вероятный экологический уровень в зависимости от меняющихся геодинамических условий.
