Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных районов
Недра шельфа России чрезвычайно богаты нефтью и газом. Общий углеводородный потенциал Российского шельфа превышает 200 млрд. т нефти и 3 трлн. м3 газа. В Российской Федерации нефть в прибрежной зоне добывается на Сахалине и в Балтийском море. В Каспийском море готовятся к эксплуатации нефтегазовые месторождения им. Корчагина, Хвалынское и Ракушечное. В Баренцевом море – новое месторождение нефти "Приразломное" и уникальное газоконденсатное – "Штокмановское". Начинается обустройство новых площадей на Сахалинском шельфе. Оконтурены газовые месторождения "Русановское" и "Ленинградское" в Карском море. На Черном море заканчивается строительство нефтеналивного терминала около Новороссийска, и окончено строительство первой очереди морского газопровода Россия–Турция "Голубой поток". Освоение этих месторождений и строительство нефтегазопроводов является важнейшей частью государственной стратегии развития экономики России. Однако в связи с этим возникает целый ряд экологических, технических и социальных проблем. А поскольку все наши моря являются открытыми акваториями – эти проблемы перерастают в международные.
Проблемы связаны главным образом с обеспечением безопасности как самих дорогостоящих сооружений, так и окружающей среды. Так как эти сооружения имеют большие размеры и рассчитаны на длительный срок использования, вероятность их повреждения природными явлениями значительно возрастает. К таким явлениям относятся сейсмотектоническая деятельность, морские волны в прибрежной зоне, подводные оползни, придонные течения, коррозия в морской воде и др. Кроме того, нельзя исключать в настоящее время возможность умышленных повреждений трубопроводов (теракты), а также непреднамеренные воздействия людей в процессе их деятельности (рыболовство, судоходство и др.).
В настоящее время, в связи с ускоряющимся научно-техническим прогрессом, экономические, социальные, технологические и естественные (биологические) процессы стали более тесно связаны между собой, и современное производство необходимо рассматривать как функционирование общей социально-эколого-экономической системы, а не противопоставлять экономическую и природную системы.
В последнее время в нашей стране и за рубежом появился ряд концепций, касающихся проблемы использования морских ресурсов. Широкое распространение получила концепция "пределов роста" и "альтернативных моделей развития и образа жизни". С начала 1980-х годов наряду с эксплуатацией морских ресурсов ставятся и цели их охраны. Морская экосистема начинает рассматриваться как единый организм, в котором все компоненты тесно взаимосвязаны, и вопрос заключается в том, как эксплуатировать эти ресурсы без слишком сильного давления на всю систему в целом. При этом улучшилось понимание природных возможностей и наметился прогресс в развитии сберегающих технологий.
В 1986 г. Комиссией по природной среде и развитию ООН был предложен "принцип разумного развития", который был принят Генеральной Ассамблеей ООН. Это означает, что должны использоваться такие технические средства и технологии, которые обеспечат защиту среды, а использование природных ресурсов должно происходить таким образом, чтобы они могли остаться и для будущих поколений.
В качестве примера можно привести Европейский проект "ЭКОКОУСТ", направленный на создание системы интегрального регулирования и охраны шельфа, который включает в себя мониторинг естественной среды на основе спутниковых наблюдений, использование аэрофотоматериалов и ландшафтной экологической съемки.
В США, в рамках экологического мониторинга арктических морей, изучается их естественный фон с целью прогноза изменений фоновых условий для углеводородов и тяжелых металлов при проведении нефтегазодобывающих работ.
Согласно Постановлению Совета Министров Правительства РФ № 1229 от 24 ноября 1993 г. "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)", развертывание систем мониторинга является обязательным условием эксплуатации объектов нефтегазодобывающих компаний на арктическом шельфе и южных морях России. Исходя из этого, каждая компания (или группа компаний) должна выработать единую стратегию экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды и руководствоваться ею в своей повседневной деятельности и при планировании на перспективу.
Однако, несмотря на то, что к настоящему времени создано большое число документов по ЕГСЭМ, такая система в России далека от реализации. Имеются лишь отдельные разработки концептуального плана ряда ведомственных организаций. Одной из объективных причин этого положения является большое разнообразие природных, климатических, производственных и социальных условий в различных регионах России.
В настоящее время изучение результатов производственной деятельности на шельфе морей как у нас, так и за рубежом производится, в основном, по двум направлениям: контроль загрязнения водной среды и оценка изменений экологической обстановки в отдельных регионах. Эти работы выполняются различными организациями, которые часто преследуют разные цели.
Принятая в настоящее время система контроля морской среды, как и всей природной системы, основана на нормативах предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ. Однако эти нормативы не отражают реальной картины воздействия на гидробионтов в морской среде по многим причинам.
Во-первых, ПДК для морской среды получены на основании острых токсикологических экспериментов, которые проводились только на некоторых видах рыб и, соответственно, называются ПДК для рыбохозяйственной деятельности. Для многих других видов гидробионтов ПДК просто не существуют.
Во-вторых, кроме токсических веществ негативное воздействие на гидробионтов и сообщества морских животных могут оказывать другие факторы, например, такие как климатические, гидрофизические, сейсмические и др.
В-третьих, негативное воздействие, как правило, исходит не только от одного фактора: имеют место комплексные воздействия, механизмы которых довольно сложно выяснить. Кроме того, установлено, что степень воздействия вредного вещества на гидробионтов имеет широтную, температурную и другие зависимости.
Подробное изучение изменений экологической обстановки в отдельных акваториях производится, в основном, научными коллективами (биологами, гидрохимиками и др.). Однако часто исследования проводятся в отрыве от вызвавших эти изменения конкретных техногенных или природных факторов. Изучением экологической обстановки в районах промышленного освоения шельфа занимаются также производственники, с целью предотвращения техногенных катастроф и уменьшения возможных затрат, в случае возникновения аварийных ситуаций.
В основе современной системы геоэкологического мониторинга должен преимущественно лежать принцип прогнозирования (своевременного предупреждения) нежелательной ситуации, а не реагирование на уже сложившуюся ситуацию. Для этого необходимо проведение непрерывных наблюдений во времени, исходя из продуманного распределения измерительных средств в пространстве, и создание единой математической модели, отражающей протекание геологических, гидрологических, биологических и производственных процессов в их взаимосвязи.
Важным обстоятельством является то, что для предупреждения возможных экологических катастроф необходимо контролировать не только факторы, непосредственно влияющие на биоту моря, но и ряд геологических, гидрологических и технических факторов, влияющих в значительной степени на безопасность самого нефтегазового комплекса: естественную и наведенную сейсмичность, прибрежное волнение, подводные лавины и оползни, коррозию металлических конструкций и др. При этом сведения должны поступать оперативно, желательно в реальном масштабе времени. Данные геофизического, экологического и технического мониторинга в их взаимосвязи могут дать представление об изменении состояния, как самих технических систем, так и о вариациях состояния экосистемы. Однако учет этих многочисленных данных в режиме реального времени возможен только с помощью динамических математических моделей, которые позволят проводить экспресс-оценки экологического риска и давать оперативные рекомендации.
Таким образом, в основу экологического контроля морской среды должны быть положены не ПДК, а динамичные математические модели, которые могли бы учитывать большое число влияющих факторов в их взаимосвязи, а также отдаленные последствия воздействий в рамках существующих научных знаний.
Для построения таких моделей необходимо установление оперативного контроля за большим количеством влияющих факторов, глубокое знание биологических процессов, применение комплексного подхода к экосистеме. Как показывает практика, разведка и освоение месторождений нефти и газа на континентальном шельфе, как правило, предполагает разработку и создание региональных систем экологического мониторинга, учитывающих особенности данного региона. Поэтому необходимо иметь обширные базы данных по конкретным регионам, а также применять соответствующие технологии и технику для проведения исследований.
Настоящая книга является результатом научных работ, проеденных Институтом океанологии им. П.П. Ширшова (ИО РАН) (головной институт) при участии научно-исследовательского центра "Планета" Гидромета РФ, Института проблем нефти и газа РАН и Мурманского морского биологического института (ММБИ) РАН. Исследования проводились в рамках следующих тем: "Геоэкологический мониторинг морских акваторий, вовлеченных в развитие нефтегазового комплекса", ФЦНТП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского направления" и НИОКР Росгидромета РФ "Создание единой системы информации о мировом океане (ЕСИМО)", ФЦП "Мировой океан". Работы выполнялись с 1999 по 2002 год.
В предлагаемой работе излагаются основные принципы построения комплексной системы мониторинга, включающей спутниковые методы наблюдений за морской поверхностью, судовые методы исследований и мониторинг с помощью донных и буйковых автономных и кабельных геофизических станций.
При подготовке работы была сделана попытка краткого рассмотрения большинства теоретических и практических вопросов, с которыми приходится сталкиваться при создании природоохранной системы в морских регионах, вовлекаемых в промышленное развитие.
Отличительной особенностью работы является рассмотрение вопросов влияния донной сейсмической активности на условия функционирования морских промышленных объектов и возникающих при этом экологических проблем. Подчеркивается необходимость проведения сейсмологического мониторинга в сейсмически активных районах акваторий, осваиваемых нефтегазовым комплексом.
Значительное внимание уделено вопросам технического обеспечения системы геоэкологического мониторинга морских акваторий: оснащению специальных научно-исследовательских судов, использованию существующих спутниковых оптических сканеров, созданию стационарных систем на основе исследовательских буев, донных автономных и кабельных геофизических станций.
Большинство результатов получено в экспедициях ИО РАН, проведенных на Черном, Каспийском и Баренцевом морях. Необходимо подчеркнуть, что экосистемы исследуемых морей значительно отличаются друг от друга и изменяются под воздействием как антропогенных, так и естественных глобальных причин, что потребовало проведения специальных исследований по широкому кругу дисциплин.
Проблемы связаны главным образом с обеспечением безопасности как самих дорогостоящих сооружений, так и окружающей среды. Так как эти сооружения имеют большие размеры и рассчитаны на длительный срок использования, вероятность их повреждения природными явлениями значительно возрастает. К таким явлениям относятся сейсмотектоническая деятельность, морские волны в прибрежной зоне, подводные оползни, придонные течения, коррозия в морской воде и др. Кроме того, нельзя исключать в настоящее время возможность умышленных повреждений трубопроводов (теракты), а также непреднамеренные воздействия людей в процессе их деятельности (рыболовство, судоходство и др.).
В настоящее время, в связи с ускоряющимся научно-техническим прогрессом, экономические, социальные, технологические и естественные (биологические) процессы стали более тесно связаны между собой, и современное производство необходимо рассматривать как функционирование общей социально-эколого-экономической системы, а не противопоставлять экономическую и природную системы.
В последнее время в нашей стране и за рубежом появился ряд концепций, касающихся проблемы использования морских ресурсов. Широкое распространение получила концепция "пределов роста" и "альтернативных моделей развития и образа жизни". С начала 1980-х годов наряду с эксплуатацией морских ресурсов ставятся и цели их охраны. Морская экосистема начинает рассматриваться как единый организм, в котором все компоненты тесно взаимосвязаны, и вопрос заключается в том, как эксплуатировать эти ресурсы без слишком сильного давления на всю систему в целом. При этом улучшилось понимание природных возможностей и наметился прогресс в развитии сберегающих технологий.
В 1986 г. Комиссией по природной среде и развитию ООН был предложен "принцип разумного развития", который был принят Генеральной Ассамблеей ООН. Это означает, что должны использоваться такие технические средства и технологии, которые обеспечат защиту среды, а использование природных ресурсов должно происходить таким образом, чтобы они могли остаться и для будущих поколений.
В качестве примера можно привести Европейский проект "ЭКОКОУСТ", направленный на создание системы интегрального регулирования и охраны шельфа, который включает в себя мониторинг естественной среды на основе спутниковых наблюдений, использование аэрофотоматериалов и ландшафтной экологической съемки.
В США, в рамках экологического мониторинга арктических морей, изучается их естественный фон с целью прогноза изменений фоновых условий для углеводородов и тяжелых металлов при проведении нефтегазодобывающих работ.
Согласно Постановлению Совета Министров Правительства РФ № 1229 от 24 ноября 1993 г. "О создании Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ)", развертывание систем мониторинга является обязательным условием эксплуатации объектов нефтегазодобывающих компаний на арктическом шельфе и южных морях России. Исходя из этого, каждая компания (или группа компаний) должна выработать единую стратегию экологической безопасности и комплексного мониторинга природной среды и руководствоваться ею в своей повседневной деятельности и при планировании на перспективу.
Однако, несмотря на то, что к настоящему времени создано большое число документов по ЕГСЭМ, такая система в России далека от реализации. Имеются лишь отдельные разработки концептуального плана ряда ведомственных организаций. Одной из объективных причин этого положения является большое разнообразие природных, климатических, производственных и социальных условий в различных регионах России.
В настоящее время изучение результатов производственной деятельности на шельфе морей как у нас, так и за рубежом производится, в основном, по двум направлениям: контроль загрязнения водной среды и оценка изменений экологической обстановки в отдельных регионах. Эти работы выполняются различными организациями, которые часто преследуют разные цели.
Принятая в настоящее время система контроля морской среды, как и всей природной системы, основана на нормативах предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ. Однако эти нормативы не отражают реальной картины воздействия на гидробионтов в морской среде по многим причинам.
Во-первых, ПДК для морской среды получены на основании острых токсикологических экспериментов, которые проводились только на некоторых видах рыб и, соответственно, называются ПДК для рыбохозяйственной деятельности. Для многих других видов гидробионтов ПДК просто не существуют.
Во-вторых, кроме токсических веществ негативное воздействие на гидробионтов и сообщества морских животных могут оказывать другие факторы, например, такие как климатические, гидрофизические, сейсмические и др.
В-третьих, негативное воздействие, как правило, исходит не только от одного фактора: имеют место комплексные воздействия, механизмы которых довольно сложно выяснить. Кроме того, установлено, что степень воздействия вредного вещества на гидробионтов имеет широтную, температурную и другие зависимости.
Подробное изучение изменений экологической обстановки в отдельных акваториях производится, в основном, научными коллективами (биологами, гидрохимиками и др.). Однако часто исследования проводятся в отрыве от вызвавших эти изменения конкретных техногенных или природных факторов. Изучением экологической обстановки в районах промышленного освоения шельфа занимаются также производственники, с целью предотвращения техногенных катастроф и уменьшения возможных затрат, в случае возникновения аварийных ситуаций.
В основе современной системы геоэкологического мониторинга должен преимущественно лежать принцип прогнозирования (своевременного предупреждения) нежелательной ситуации, а не реагирование на уже сложившуюся ситуацию. Для этого необходимо проведение непрерывных наблюдений во времени, исходя из продуманного распределения измерительных средств в пространстве, и создание единой математической модели, отражающей протекание геологических, гидрологических, биологических и производственных процессов в их взаимосвязи.
Важным обстоятельством является то, что для предупреждения возможных экологических катастроф необходимо контролировать не только факторы, непосредственно влияющие на биоту моря, но и ряд геологических, гидрологических и технических факторов, влияющих в значительной степени на безопасность самого нефтегазового комплекса: естественную и наведенную сейсмичность, прибрежное волнение, подводные лавины и оползни, коррозию металлических конструкций и др. При этом сведения должны поступать оперативно, желательно в реальном масштабе времени. Данные геофизического, экологического и технического мониторинга в их взаимосвязи могут дать представление об изменении состояния, как самих технических систем, так и о вариациях состояния экосистемы. Однако учет этих многочисленных данных в режиме реального времени возможен только с помощью динамических математических моделей, которые позволят проводить экспресс-оценки экологического риска и давать оперативные рекомендации.
Таким образом, в основу экологического контроля морской среды должны быть положены не ПДК, а динамичные математические модели, которые могли бы учитывать большое число влияющих факторов в их взаимосвязи, а также отдаленные последствия воздействий в рамках существующих научных знаний.
Для построения таких моделей необходимо установление оперативного контроля за большим количеством влияющих факторов, глубокое знание биологических процессов, применение комплексного подхода к экосистеме. Как показывает практика, разведка и освоение месторождений нефти и газа на континентальном шельфе, как правило, предполагает разработку и создание региональных систем экологического мониторинга, учитывающих особенности данного региона. Поэтому необходимо иметь обширные базы данных по конкретным регионам, а также применять соответствующие технологии и технику для проведения исследований.
Настоящая книга является результатом научных работ, проеденных Институтом океанологии им. П.П. Ширшова (ИО РАН) (головной институт) при участии научно-исследовательского центра "Планета" Гидромета РФ, Института проблем нефти и газа РАН и Мурманского морского биологического института (ММБИ) РАН. Исследования проводились в рамках следующих тем: "Геоэкологический мониторинг морских акваторий, вовлеченных в развитие нефтегазового комплекса", ФЦНТП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского направления" и НИОКР Росгидромета РФ "Создание единой системы информации о мировом океане (ЕСИМО)", ФЦП "Мировой океан". Работы выполнялись с 1999 по 2002 год.
В предлагаемой работе излагаются основные принципы построения комплексной системы мониторинга, включающей спутниковые методы наблюдений за морской поверхностью, судовые методы исследований и мониторинг с помощью донных и буйковых автономных и кабельных геофизических станций.
При подготовке работы была сделана попытка краткого рассмотрения большинства теоретических и практических вопросов, с которыми приходится сталкиваться при создании природоохранной системы в морских регионах, вовлекаемых в промышленное развитие.
Отличительной особенностью работы является рассмотрение вопросов влияния донной сейсмической активности на условия функционирования морских промышленных объектов и возникающих при этом экологических проблем. Подчеркивается необходимость проведения сейсмологического мониторинга в сейсмически активных районах акваторий, осваиваемых нефтегазовым комплексом.
Значительное внимание уделено вопросам технического обеспечения системы геоэкологического мониторинга морских акваторий: оснащению специальных научно-исследовательских судов, использованию существующих спутниковых оптических сканеров, созданию стационарных систем на основе исследовательских буев, донных автономных и кабельных геофизических станций.
Большинство результатов получено в экспедициях ИО РАН, проведенных на Черном, Каспийском и Баренцевом морях. Необходимо подчеркнуть, что экосистемы исследуемых морей значительно отличаются друг от друга и изменяются под воздействием как антропогенных, так и естественных глобальных причин, что потребовало проведения специальных исследований по широкому кругу дисциплин.
