О проблеме прогнозирования современного геоморфогенеза в нефтеносных районах Западного Казахстана

Бурное развитие производительных сил, рост народонаселения и связанные с ними нарушения природных компонентов приводят к изменению темпов многих природных процессов, что, в свою очередь, воздействует на экологическую обстановку территории. Для предупреждения нежелательных последствий необходимо прог­нозирование.

В развитии геоморфологической науки давно проявляются все более усиливающиеся тенден­ции к исследованиям динамики геоморфологи­ческих явлений и процессов. На разных этапах проблема современных экзодинамических про­цессов рассматривалась в разных аспектах. На первых порах изучения современные экзогенные процессы привлекали внимание как факторы рельефообразования, затем как объекты, требую­щие своего палеогеографического объяснения, а сейчас внимание все более сосредоточивается на изучении экзодинамических процессов с целью познания их будущего развития.

Методология прогнозирования экзогенных процессов основывается на развитии экзоген­ных процессов под воздействием внешних и вну­тренних сил Земли при приоритете внешних сил и всеувеличивающемся влиянии человека. Объ­ектом прогноза могут быть как существующие экзогенные процессы, но не известные в своем будущем развитии, так и еще не существующие процессы, но могущие возникнуть под влиянием различных причин.

Одна из возможных систем прогнозирования экзогенных процессов может быть построена на функциональных зависимостях их развития от одной из групп природных факторов - гидроме­теорологических или литогенных.

Прогнозирование экзогенных процессов, за­висящих от хода и ритмов развития метеороло­гических факторов, опирается на закономерно действующие природно-временные, или перио­дические, связи: сезонные, суточные, многолет­ние. Сотрудниками Сибирского энергетического института АН СССР установлены определенные циклы развития метеорологических процессов, отражающиеся в 80-99% случаев на развитии наземных процессов [1].

Прямая зависимость современных рельефообразующих процессов от ритмов метеоро­логических процессов особенно ценна для их прогнозирования, так как она обусловливает относительную малофакторность анализа и от­носительную надежность прогнозирования этой группы экзогенных процессов. Но метеорологи­ческие факторы не прогнозируются на долгий срок, поэтому прогнозирование экзогенных про­цессов, находящихся в сфере прямого влияния метеорологических факторов, может даваться лишь на сезон, месяц, год, несколько лет. Такая система прогнозирования экзогенных процессов используется главных образом в сельскохозяй­ственном производстве. На территории исследо­вания к числу таких процессов относится павод­ковая эрозия, сезонное подтопление, затопление и заболачивание, сезонное пучение грунтов и др., т.е., где наиболее развито растениеводство. Это поверхность Общего Сырта, долина реки Жайык, Подуральского плато, Муголжары, где выпадает 300-400 мм, что позволяет занимать­ся жителям безполивным земледелием. В буду­щем, если сохранятся нынешние климатические условия, то экзогенные процессы будут иметь свое дальнейшее природное развитие. Но с про­гнозируемым общим глобальным потеплением климата и влиянием на климат местности сжига­ния газа при добыче нефти с Карашыганакского и планируемого Кашаганского нефтяных место­рождений возможны изменения метеорологиче­ских условий. В результате таких прогнозов воз­можно и уменьшение количества осадков, что приведет к изменению и природных процессов.

Значительно сложнее прогнозирование при­родных процессов, находящихся вне сферы пря­мого действия метеорологических факторов и зависящих от большого числа преимущественно геологических, геоморфологических, а также ан­тропогенных факторов, не поддающихся точным учету и расчетам. К таким процессам в исследуе­мой территории относятся процессы природного характера, как оползневые, овражные на поверх­ности денудационных равнин Подуральского плато, Общего Сырта, Муголжар, вдоль чинков Устюрта, гор Актау; карстово-суффозионные в районе оз. Индер, на поверхности плато Устюрт, плато Мангышлак. Основой для прогнозирова­ния экзогенных процессов служит их закономер­ная приуроченность к литогенно-обусловленным площадям.

Современная прогностика располагает более чем 100 методами прогнозирования. Основными методами в опубликованных работах [2-5] явля­ются: логического анализа (составление поня­тийных моделей), пространственных и времен­ных аналогий и экспертных оценок.

В геоморфологии для прогнозирования эк­зогенных процессов исследователь располагает двумя главными группами прогнозных методов - математической статистики и геолого-геогра­фическая. Преимущественное использование той или другой группы методов определяется системой прогноза и его сроками.

Статистические методы применяются глав­ным образом для краткосрочного прогнозирова­ния экзогенных процессов, находящихся в сфере прямого действия метеорологических факторов. Исходные данные для статистических расчетов таких процессов, как паводковая эрозия, зато­пление, дают стационарные наблюдения от не­скольких лет и примерно до ста лет.

В основу исследований для прогнозирова­ния экзогенных процессов этой группы может быть положен анализ морфологической струк­туры ландшафта, направленный на выявление тенденций его развития. Такой анализ предус­матривает повторные наблюдения, прежде все­го, за ростом площадей ареалов ландшафтов и новообразованиями, которые свидетельствуют о нарушении нормальных для данного ландшафта внутренних связей. Подобные наблюдения про­гнозного характера проводятся, в частности, в зоне действия водохранилищ, которых много на озерно-аллювиальной равнине на территории Западно-Казахстанской области - 24 водохра­нилищ. Здесь отмечаются заметные изменения в структуре ландшафта на аллювиальных терра­сах средней правобережной части, где только на одной реке - Кушум (приток Жайыка) - постро­ены сразу три водохранилища: Кировское, Битикское и Донгелекское. Расстояние между ними составляют всего 55 и 35 км. Естественно, что от близкого расположения водохранилищ друг от друга в морфологической структуре полупу­стынных ландшафтов (в среднем и нижнем тече­нии) жайыкских террас появились новые формы рельефа в виде болотных западин. Продолжаю­щийся подъем уровня грунтовых вод от подпора плотиной, дамбой на водохранилище р. Кушум вызовет в ближайшие годы суффозионные про­цессы. Даже такой простой прогноз развития просадочных процессов должен насторожить проектировщиков при проведение инженерно-строительных работ.

Особая, совсем не разработанная группа про­гнозных методов основана на пространственно­ временных соотношениях природных и технико-экономических величин и факторов. Необходи­мость в такого рода сопоставлениях возникает тогда, когда имеется в виду, что естественное развитие современных экзогенных процессов будет нарушено мощным переменно действую­щим антропогенным фактором. В таком случае прогноз экзогенных процессов приходится сопо­ставлять с Перспективными планами развития отраслевого хозяйства области на 5 - 10 - 20 лет, расчетными сроками эксплуатации инженерных сооружений, демографическими тенденциями, а также устанавливать соотношение природных и технических параметров - объемов, площадей, глубин, высот.

Приведем простой пример возможного под­хода. Высокая стоимость строительства дамб вдоль побережья Каспийского моря от нагонно-сгонных явлений (связанные с кратковременны­ми непериодическими изменениями морского уровня под воздействием ветра и атмосферного давления) для защиты нефтяных скважин и до­рожных насыпей через соровые равнины (Евро­пейский банк реконструкции и развития выделил 119 млн. долларов для строительства дорог) в Атырауской и Мангыстауской областях объясня­ется не только большими затратами на доставку строительных материалов, но и их высотой (3­3,5 м), т. к. поверхность морской равнины распо­ложена ниже нулевой отметки - (минус) 27,7 м, и при больших скоростях ветра (12-18 м/с) волны достигают высоты до 1,5-2,3 м и проникают глу­боко на материк до 30-35 км на восточном и до 80 км на северном побережьях моря.

Во время нагона уровень моря за несколько часов может увеличиться на 1,5 - 2,5 м, а затап­ливаемая площадь может достигать 12 тыс. км², где расположены животноводческие помещения, здания и сооружения, пастбища и сенокосы, по­севные площади, оросительные каналы, нефтя­ные скважины и объекты переработки нефти, что, в свою очередь, осложняет экологическую обстановку региона. Причиняемый ущерб может быть значительно снижен только заблаговремен­ным прогнозом штормового сгона-нагона. Прав­да, до сих пор специалисты не могут найти бо­лее оптимальный вариант защиты от нагонных явлений, поэтому многие нефтяные скважины на побережье моря законсервированы и населен­ные пункты, расположенные в зоне затопления, переселены в вглубь материка.

Следует отметить, что степень действия ан­тропогенных факторов на развитие экзогенных процессов в значительной степени определяется технико-экономическим развитием страны, со­стоянием ее производительных сил.

Рассмотрим прогнозирование современных экзогенных процессов под воздействием антро­погенного фактора при косвенном влиянии ме­теорологического на примере сравнения Тенгиз-ского и Кашаганского нефтяных месторождений.

Как известно, Тенгизское нефтяное место­рождение является одним из крупнейших в Ка­захстане. Расположено оно в Атырауской об­ласти, на расстоянии около 150 километров от города Атырау, на северо-восточном побережье Каспийского моря.

Кашаган также является гигантским нефтя­ным месторождением, расположенным на севе­ре Каспийского моря, в 80 км на юго-восток от Атырау. Кашаган занимает площадь около 75 км на 45 км. Кашаган был открыт в июле 2000 г.

На данный момент на Тенгизском место­рождении добывают 450 000-500 000 баррелей нефти в день, что позволяет считать его одним из наиболее богатых нефтяных месторождений в мире. По нынешним оценкам, геологические запасы Тенгизского месторождения составляют 24 млрд. общих запасов и 6-9 млрд. баррелей восполнимых запасов против 38 баррелей об­щих запасов нефти, из которых 13 миллиардов баррелей восполнимых запасов Кашаганского месторождения, где нефть содержит в очень большом количестве попутный газ. Согласно некоторым промышленным источникам, запасы Кашагана вполне могли бы составить более чем 50 миллиардов баррелей. Это сделает его вто­рым по величине нефтяным месторождением мира после месторождения Гавар в Саудовской Аравии [6, 7].

Сравнение этих цифр дает понять, что оба месторождения принадлежат к одной категории - гигантских месторождений. Согласно утверж­дениям специалистов компании "Kazakhstan Caspian Shelf, оба имеют одинаковую геологи­ческую структуру. Тенгизское месторождение расположено на берегу, в то время как Кашаган-ское месторождение расположено на шельфе.

Принимая во внимание одинаковую геологиче­скую структуру и чрезвычайно опасную возмож­ность выброса нефти и пожара, как уже произо­шло на Тенгизском и других месторождениях, расположение Кашаганского месторождения нефти на шельфе очень проблематично, так как ожидаемое давление в фонтане нефти составляет сотни атмосфер (800-950 бар), а температура по­жара поднимается до 110-1300°С, что приведет к кипению воды на поверхности и смешиванию водяного пара с извергнутой нефтью. Несмотря на эту разницу в географическом расположении, оба месторождения находятся очень глубоко под поверхностью земли. Компания Шеврон говорит о Тенгизском месторождении, как о «самом глу­боком в мире, гигантских размеров месторожде­нии нефти, верхняя часть которого находится на глубине приблизительно 3657 метров, а глубина залегания нефти в Кашаганском месторождении 4500-5000 метров. В обоих случаях эти условия имеют серьезные последствия по отношению к давлению нефти на выходе из скважин.

Помимо рисков, которые активизируют мно­гие процессы и явления, связанных с транспорти­ровкой Кашаганской сырой нефти через Каспий­ское море, оба месторождения несут в себе оди­наковые и очень серьезные экологические риски. В основном эта схожесть объясняется подобной химической природой нефти, добываемой в обо­их случаях: она содержит высокий процент за­грязняющих веществ. В частности, Тенгизская нефть включает приблизительно 19-20% серных компонентов, что приблизительно равно уровню содержания загрязняющих веществ в Кашаганской нефти - 16-20%. Она также содержит вы­сокий уровень токсичных меркаптановых газов, что опять-таки приблизительно равно уровню содержания меркаптановых газов в Кашаганской нефти. В случае с Тенгизским месторождением, сильные выбросы этих отравляющих газов уже привели к переселению несколько деревень и тысячи человек в более безопасные места Атырауской области. Проживание людей стало не­возможным в радиусе 70-ти километров от ме­сторождения. Уровень риска, связанный с экс­плуатацией Кашаганского месторождения, такой же, если не выше, вследствие непосредственной близости густонаселенного города Атырау, хотя Тенгизское месторождение расположено в го­раздо менее густонаселенном районе, но в то же время имеет огромное влияние на окружающую среду.

На Тенгизском месторождении проблема серы также является одним из наиболее ярких примеров рисков, потому что недооценка про­блемы переработки и хранения серы в течение десятилетий привела сегодня регион к серьез­ным экологическим последствиям.

На Кашаганском месторождении количество извлеченной серы будет превышать уровень Тенгизского месторождения. Поэтому очень вероят­но, что в случае непринятия серьезных и сроч­ных мер в ближайшее время эксплуатация Кашаганского месторождения приведет к серьезным санитарно-гигиеническим последствиям как на местном, так и на международном уровнях. В основном это объясняется метеорологическими факторами, т. к. климат резко континентальный, суровой зимой, жарким летом и сильными коле­баниями температуры. Зимой температура мо­жет опускаться до -40°C, в то время как летняя температура может достигать +40°C.

Сера не растворяется, а напротив, накапли­вается в воздухе, почве и подземных водах. Если она защищена от влияния атмосферных факто­ров (ветра, дождя, критических температур) и находится в твердом состоянии, то считается безопасной. Однако сера очень токсична в газо­образном состоянии. В зависимости от климати­ческих условий (экстремальных температур) ре­гиона, как, например, на месторождении Тенгиз, всего за два дня она может переходить из одной химической формы в другую, а также случае жары и скорости ветра около 10 метров за секун­ду она может распространяться на расстояние до 2000 тысяч километров лишь за два дня. По данным М.Д. Диарова [8], добыче 1 тонны неф­ти в Кашагане будет сопутствовать 110 кг серы. Консорциум Аджип ККО, планируя извлечь большое количество серы с Кашаганского ме­сторождения, до сих пор не знает, где и как будет хранить ее. Также неправильная обработка серы приведет к значительным локальным и глобаль­ным экологическим последствиям, таким, как кислотные дожди, поскольку сера - главная при­чина кислотных дождей, которые при выпадении на земную поверхность приведут к изменению химических свойств почвы и активизации мно­гих экзогенных процессов. К тому же в составе Кашаганской нефти содержатся и меркаптаны, из-за наличия которых сжигание излишков газа также будет иметь влияние в отношении глобаль­ного потепления, что отразится, как было выше сказано, в ходе других процессов в соседних об­ластях. Газы, выделяемые меркаптанами, также крайне токсичны. Они встречаются в большом объеме в нефти, добываемой в районе северного побережья Каспийского моря.

В последние годы отчетливо проявляется тенденция - полнее приспособиться к условиям географической среды, например, вписывая ин­женерные сооружения в ландшафт, соответству­ющим образом размещая сельскохозяйственные угодья, вводя особый режим эксплуатации при­родных ресурсов и т. п., что и наблюдается в регионе. Например, в поселках, расположенных в 15-20 км вокруг Карашыганакского газового месторождения, в последние годы наблюдается активизация процесса оседания поверхности. Но иностранные компании, разрабатывающие ме­сторождение, и местная власть, данный процесс связывают с природным характером отложений и не принимают никаких мер защиты.

Достоверность прогноза зависит не только от полноты статистической информации, но и от правильного выделения основных тенденций -будущих условий и факторов развития экзоген­ных процессов. Результаты прогноза по одной группе процессов могут служить критерием для прогноза других групп.

Таким образом, прогнозирование современ­ных рельефообразующих процессов предпола­гает последовательное выполнение примерно таких исследований: определение задач, объекта и территории прогноза; предварительный от­бор факторов прогнозного развития процессов; установление тесноты связей между факторами и процессами; установление влияния побочных факторов; оценка значимости факторов в разви­тии процессов и уточнение их состава; определе­ние степени сложности процессов и прогнозиро­вания, определение сроков и границ сроков про­гнозов; выбор метода прогнозирования из числа прогнозных вариантов; подготовка прогнозных задач и их кодирование; построение систем мо­делей; проверка достоверности прогноза.

Литература

1      Зейдис И.М., Симонов Ю.Г., Трофимов А. М. Теория и методы прогнозирования экзо­генных процессов // Сборник статей «Климат, рельеф и хозяйственная деятельность человека». - М.: Наука. 1981. - С. 226-230.

2      Лукашов А.А., Невяжский И.И. Принци­пы прогнозирования геоморфологических по­следствий отработки месторождений полезных ископаемых // Геоморфология. - 1979. - № 4. -С. 21-27.

3      Миханков Ю.М., Федоров Б.Г. Прогнози­рование изменений геоморфологических систем при техногенном воздействии. - Л.: Изд-во Ле­нинградского университета, 1984. - 144 с.

4      Титов Э.Э. Теория и методы прогнозиро­вания развития экзогенных процессов (на при­мере склоновых процессов) // Сборник статей «Климат, рельеф и хозяйственная деятельность человека». - М.: Наука, 1981. - С. 221-236.

5      Звонкова Т. В. Проблема прогнозирования экзогенных процессов // Сборник статей. Совре­менное рельефообразование, его изучение и про­гноз (вместо предисловия), МФГО СССР. - М.:АН СССР, 1984. - С. 23-28.

6      Официальный сайт акимата Западно-Ка­захстанской области. western/isd.kz

7      Независимый информационный проект широкой тематики. nomad.su

8      Экология и нефтегазовый комплекс /М.Д. Диаров, А.К. Кудайкулов, Б.М. Мардонов и др. // Сборник научных трудов в 5-т. Т. 1. Тенгиз и Ка-шаган. Катастрофические выбросы: реальность и перспектива. Повышение уровня Каспийского моря и его последствия. Самоочищение вод и способы ликвидации морских разливов нефти. -Алматы: Ғылым, 2003. - 443 c.