Изучение вещественного состава почв на территории Амурского нефтеперерабатывающего завода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Институт природных ресурсов

_________________________________________________________

Кафедра Геоэкологии и геохимии

Курсовая работа по методам исследования вещественного состава природных объектов

«Изучение вещественного состава почв на территории Амурского нефтеперерабатывающего завода (внешние коммуникации, продуктопровод)»

Выполнил:

Студент группы 2690

Южанина А.А.

Проверил:

преподаватель кафедры ГЭГХ Рыбалко В.И.

Томск, 2012

Оглавление

Введение

Методы исследования вещественного состава являются составной частью геологоразведочного процесса и геоэкологических исследований.

Настоящая курсовая работа построена на анализе проб почв с Амурского нефтеперерабатывающего завода (НПЗ), который соответственно располагается в Амурской области.

Цель данной курсовой работы можно определить как изучение вещественного состава природных объектов, а именно проб почв с данного объекта с использованием знаний, полученных ранее при изучении курса «Методы исследования вещественного состава природных объектов», а также других сопутствующих дисциплин (минералогии, петрографии, геохимии и других).

Таким образом, задачи курсовой работы сводятся к изучению пробы почвы с «Амурского НПЗ». Для решения задач использовался комплекс лабораторных исследований (шлиховой анализ и локальный спектральный анализ с лазерным отбором пробы), в том числе с использованием лабораторных установок кафедры (бинокулярный стереоскопический микроскоп МБС-9, прибор ЛМА-10 и анализатор многоканальный атомно-эмиссионных спектров МАЭС).

1. Общая характеристика объекта исследования

1. Физико-географический и экономический очерк района исследований

В административном отношении объект изысканий «Амурский нефтеперерабатывающий завод» (внешние коммуникации, продуктопровод) находится на территории Ивановского района Амурской области (рисунок 1). Продуктопровод залегает на территории от Амурского нефтеперерабатывающего завода в Ивановском районе Амурской области через Благовещенский район до ППМП через р. Амур. Участок изысканий представляет собой территорию площадью 3079 га, включающую в себя участок производства работ по проекту площадью 1533,8 га, а также потенциальную зону влияния объектов строительства 1545,2 га.

     Рисунок 1. Карта Амурской области

 Ивановский район образован в 1926 г., численность населения района – 30 552 чел., территория района составляет 2643 км2. Административным центром является с. Ивановка. Район является благоприятным сельскохозяйственным районом Амурской области, ранее являлся одним из основных поставщиков продукции полеводства и животноводства в Амурской области и на всем Дальнем Востоке. Благовещенский район образован в 1937 г., численность населения составляет 19 200 чел., площадь – 3100 км2. Административным центром района является г. Благовещенск. В районе развиваются предприятия по добыче и использованию недр месторождений общераспространенных полезных ископаемых. Производится разработка участка Сергеевского буроугольного месторождения. Ивановский район граничит с Тамбовским, Октябрьским, Ромненским, Благовещенским, Белогорским районами области, а также с государственной границей Китайской Народной Республики [1].

2. Природно-климатическая характеристика территории

Климат исследуемой территории муссонно-континентальный умеренный. Циркуляция атмосферы складывается таким образом, что в холодную часть года территория находится под влиянием Азиатского антициклона и Алеутской депрессии. Азиатский антициклон определяет преобладающий перенос холодных воздушных масс с севера и северо-запада. Зимы холодные и малоснежные, мощность снежного покрова от 10 до 50 см. Средняя температура января изменяется от минус 24 оС на юго-западе до минус 36 оС на северо-востоке. Лето влажное и дождливое. Средняя температура июля изменяется от 16–19 оС на севере до 20–21,5 оС на юге [10].

В теплый период территория находится в области влияния летнего муссона, имеющего восточное и юго-восточное направление. Преобладание над территорией влажного морского воздуха в этот период года приводит к выпадению 85–93 % годовой суммы осадков. Суровые климатические условия, маломощный снежный покров, ночные заморозки даже в июне способствуют глубокому промерзанию почвы до 4–5 м, иногда до 6 м и длительному сохранению островов многолетней мерзлоты, которые обычно приурочены к заболоченным участкам пойм и днищ ложбин в северной части региона. Направление ветра летом менее устойчиво и повторяемость преобладающих направлений выражена менее четко, чем зимой.           В переходные сезоны, в период подготовки к смене муссона, направление ветра становится еще менее выраженным в связи с уменьшением барического градиента. Наибольшие среднемесячные скорости ветра наблюдаются в переходные периоды, причем весенний максимум выражен значительно сильнее, чем осенний. В зимнее время года среднемесячная скорость ветра составляет 1,6–1,9 м/с, весной – 2,4–3,0 м/с, летом – 1,9–2,3 м/с, осенью –             2,1–2,5 м/с. Максимальные скорости ветра могут достигать 30 м/с, весной и летом. В холодное время года на территории преобладают западные и северо-западные ветра, в теплое – юго-восточные [10].

Расчетные климатические характеристики по метеостанции Благовещенск предоставлены Государственным учреждением «Амурский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (ГУ «Амурский ЦГМС») и приведены в таблице 1.

Таблица 1. Климатические характеристики исследуемой территории

3. Ландшафт и геоморфология участка исследований

Трасса продуктопровода начинается на надпойменной террасе рр. Амур и Зея. Терраса недренированная, имеет плоско-волнистый рельеф, высота рельефа варьирует от 130 до 145 м. В локальных понижениях наблюдается заболачивание. Возвышенные участки с плоским рельефом представлены недренированными участками террасы с высокотравными лугами в сочетании с залежами на лугово-черноземовидных почвах. Увлажнение участка повышенное, за счет обильных осадков и относительно близкого залегания грунтовых вод. Пологонаклонные участки террасы представлены дренируемыми склонами террасы с дубовыми лесами на бурых лесных почвах. Несмотря на уклон поверхности, эрозионные процессы на склонах развиты слабо. Лесная растительность широколиственных лесов на склонах препятствует развитию эрозионных процессов и обеспечивает обильное ежегодное поступление органических веществ в почву в виде лиственного опада. Понижения террасы представлены слабодренируемыми участками террасы с осоково-разнотравными лугами в сочетании с залежами на луговых темных черноземовидных и аллювиальных лугово-болотных почвах. В слабодренируемые участки поступает поверхностный сток с прилегающих дренированных участков. Собирая поверхностные стоки, данные участки образуют источники рек и ручьев, ниже по течению водотоков переходят в их поймы. В слабодренируемых участках террасы активны процессы заболачивания и накопления органических веществ. Вышеперечисленные урочища относятся к естественным зональным ландшафтам. Наибольшая часть возвышенных участков террасы с плоским рельефом антропогенно преобразована и относится к антропогенным ландшафтам, поэтому естественные зональные ландшафты занимают небольшую площадь. В естественных ландшафтах также присутствуют признаки антропогенного воздействия, так наличие залежей говорит об использовании этих земель ранее в сельскохозяйственном обороте.

К естественным интразональным ландшафтам исследуемой территории относятся аквальные и субаквальные ландшафты, представленные поймами и руслами рек и ручьев. На 11-м км трасса продуктопровода пересекает р. Грязнуха. Русло реки представлено элементарным ландшафтом русел малых равнинных рек и ручьев. Пойма реки представлена недренируемой центральной поймой с осоковыми сообществами на аллювиальных лугово-болотных и аллювиальных болотных иловато-торфяных почвах. Прирусловая и притеррасная поймы не выражены. Около русла пойма постепенно переходит в сплавинный берег реки. Пойма слабодренируемая, своими свойствами близка к слабодренируемым участкам террасы, здесь более интенсивно протекают процессы накопления органического вещества, заболачивания.

В районе 13-го км трасса проектируемого продуктопровода пересекает р. Ивановка. Река образует широкую (до 700 м) слабодренируемую центральную пойму с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами и ильмово-ивовыми редколесьями на аллювиальных дерновых кислых и луговочерноземовидных почвах. Правобережная пойма наиболее заболоченна, чем левобережная. В понижениях правобережной поймы, на участках старого русла реки, образованы пойменные зарастающие старичные озера. У русла центральная пойма переходит в дренируемую прирусловую пойму на аллювиальных отложениях. Прирусловая пойма образована неповсеместно, местами центральная пойма переходит сразу в русло реки.

В южной части исследуемой территории (в районе 40-го км) трасса продуктопровода переходит на пойму рр. Амур и Зея. Высота рельефа местности на пойме опускается до 123–127 м. Поймы рр. Амур и Зея сливаются в единый сложный комплекс шириной до 15 км, представленный притеррасной, центральной и прирусловой поймами. Недренируемая и слабодренируемая притерасная пойма сильно заболочена, болота изобилуют зарастающими старичными озерами вытянутой формы со сплавинными берегами. Притеррасная пойма имеет сложный ландшафтный рисунок, изрезанный бывшими руслами рек и проток и пологими гривообразными повышениями между ними. Высокие слабодренируемые участки притеррасной поймы с ильмово-ивовыми редколесьями, разнотравно-мезофитными лугами на лугово-черноземовидных, аллювиальных луговых кислых и аллювиальных дерновых кислых почвах по своим свойствам очень похожи на центральную пойму. Наиболее высокие участки распаханы и относятся к антропогенным ландшафтам, основная часть занята закустаренными лугами, некоторые участки повышений представлены дубовыми лесами. Недренируемые участки притеррасной поймы с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами на аллювиальных дерновых кислых и аллювиальных луговых кислых почвах и с осоковыми болотами на аллювиально-болотных иловато-торфяных почвах представляют собой самые увлажненные и заболоченные участки притеррасной поймы. Здесь активны процессы накопления органического вещества, зарастания водоемов, заболачивания и торфообразования. Притеррасная пойма занимает основную площадь поймы рр. Амур и Зея, ее ширина достигает 9 км. За притеррасной поймой следует слабодренируемая центральная пойма с разнотравно-мезофитными и осоковыми лугами и ильмово-ивовыми редколесьями на аллювиальных дерновых кислых и луговочерноземовидных почвах. Ширина центральной поймы достигает 2,5 км, ландшафтный рисунок центральной поймы выглядит намного проще, чем у притеррасной, центральная пойма имеет более плоский рельеф. Участок изысканий заканчивается на территории центральной поймы р. Амур.

Антропогенные ландшафты участка изысканий представлены промышленным, дорожным, селитебным,  сельскохозяйственным и водным типами.

К природно-антропогенным ландшафтам относятся комплексы, в формировании которых участвуют как природные, так и антропогенные факторы. К таким комплексам на исследуемой территории относятся антропогенно-преобразованные участки с разнотравными лугами на антропогенно-измененных насыпных почвах, образованные вдоль дорог и других коммуникаций, а также вдоль осушительных каналов, и подтопленные участки сельскохозяйственных земель с осоковыми лугами в сочетании залежами на антропогенно-измененных почвах, образованные на увлажненных понижениях пашни, не пригодных для использования. Данные участки представляют собой своеобразные пятна подтопления на поверхности сельскохозяйственных полей. Участки по периметру заросли рудеральной растительностью, а к центру осоковыми сообществами в связи с подтоплением грунтовыми водами. Антропогенное воздействие на участки выразилось в распашке прилегающих территорий, некоторые участки ранее также распахивались, и были выведены из использования позднее. Здесь протекают процессы заболачивания, накопления стоков и поступающих в них удобрений и пестицидов с прилегающих территорий. Природно-антропогенные ландшафты характеризуются нецеленаправленным косвенным антропогенным воздействием с прилегающих территорий. Растительный и почвенный покров в них видоизмененяются, но при этом не уничтожаются полностью. Такие ландшафтные комплексы видоизменяются под антропогенным воздействием, но основные природные связи энерго- и веществообмена сохраняются [7].

Район участка изысканий является освоенным, наибольшая площадь земель используется в сельском хозяйстве. В целом ландшафт участка относится к сильноизмененным ландшафтам (по методическому подходу А. Г. Исаченко[11]).

На участке изысканий преобладают сельскохозяйственные поля с агроценозами на агрогенных почвах (599,2 га или 39,1 %). Преобладающие по площади антропогенные и естественные ландшафты показаны на рисунке 2.

4. Общая гидрологическая характеристика территории

Водный режим рек отражает климатические условия исследуемого района. Климат рассматриваемой территории формируется под воздействием как океанических, так и континентальных факторов, а потому отличается резко выраженными чертами континентальности и в то же время имеет муссонный характер. По классификации Б. Д. Зайкова [9], водный режим района исследований относится к дальневосточному типу с хорошо выраженным преобладанием дождевого стока.

Для годового хода уровня воды рек территории характерным является чередование резких подъемов и спадов уровней в теплую часть года (паводочный режим) и сравнительно низкое и устойчивое их положение в холодное полугодие [10].

Обычно в конце сентября, с прекращением дождей и похолоданием, уровни воды начинают падать, достигая низших значений перед наступлением ледостава. Появление первых осенних ледяных образований в виде заберегов и шуги приходится на третью декаду октября. Забереги в большинстве случаев держатся вплоть до наступления ледостава. Замерзание обычно сопровождается заметным повышением уровня воды, которое чаще всего обусловлено стеснением живого сечения потока льдом. Начало ледостава чаще приходится на первую декаду ноября, сплошной ледяной покров устанавливается во второй декаде ноября. Средняя продолжительность ледостава около 165 дней. Максимальных значений толщина льда достигает во второй или третьей декаде марта и может составлять 200 см и более [10].

Вскрытие рек и весеннее половодье обычно начинаются в середине-конце апреля и заканчиваются во второй декаде мая. Весенний паводок незначителен, реки редко выходят из берегов, подъем уровней относительно низшего зимнего в среднем составляет 0,5–1,0 м. Интенсивность подъема уровней в первые несколько дней составляет 20–30 см в сутки. Далее наблюдается резкое возрастание интенсивности, связанное с усилением притока талых вод в русла. Продолжительность подъема весеннего половодья около 4-х суток, спад является более продолжительным [10].

За спадом половодья обычно следует подъем уровня воды, вызванный дождевым паводком. В отдельные годы, при достаточном количестве осадков во второй половине мая, первый дождевой паводок накладывается на половодье, что вызывает дальнейший подъем уровня. Если весной и в начале лета выпадает сравнительно мало осадков, после половодья устанавливается низкая межень [10].

Главной фазой водного режима являются дождевые паводки, на которые приходится большая часть годового стока. За летне-осенний период проходит 4–8 паводков. Их средняя продолжительность от 7 до 30 дней. Подъем уровней в паводки составляет 1–3 м, высота отдельных пиков может достигать 4-х и более метров над низкими летними уровнями. Высшие уровни чаще всего наблюдаются в июле-августе [10].

В пределах участка изысканий находятся следующие водотоки: р. Ивановка, р. Грязнуха, осушительные каналы (№1 и №2).

Осушительные каналы являются искусственными водотоками, созданными для дренирования территории. Наличие воды в каналах зависит от уровня грунтовых вод и количества осадков. Осушительные каналы не имеют рыбохозяйственного значения. Охранные зоны для осушительных каналов не устанавливаются.

В пределах охранных зон водных объектов устанавливаются ограничения хозяйственной деятельности, регламентированные ст. 65 Водного кодекса РФ [2]. Сведения об охранных зонах водных объектов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сведения об охранных зонах водных объектов

5. Характеристика почвенного покрова

Резко континентальный климат с чертами муссонного обусловили своеобразие почвенного покрова исследуемой территории. Преобладание осадков над испаряемостью приводит к промывному водному режиму на хорошо дренируемых участках и к периодически застойному – на тяжелых по гранулометрическому составу почвообразующих породах. Неравномерное распределение осадков по сезонам года приводит к переувлажнению почв на таких породах, возникновению почвенно-грунтовых вод и широкому развитию процессов оглеения в период муссонных дождей. Маломощный снежный покров и низкие отрицательные температуры зимой способствуют промерзанию почв на глубину 3–3,5 м. Медленное и длительное (до конца июля) оттаивание почв приводит к снижению микробиологической активности в первой половине вегетационного периода и препятствует глубокому проникновению корневой системы растений. Повышенные температуры и большое количество осадков в июле-августе способствуют оглиниванию (буроземообразованию) в почвах. По мнению Г. И. Иванова [6], Приамурье – единственный регион, где бурые лесные почвы формируются на равнинных территориях, на рыхлых осадочных породах.

Лугово-черноземовидные почвы наиболее плодородные в Амурской области. По содержанию гумуса, поглощённых оснований, степени насыщенности основаниями они приближаются к черноземам. Механический состав почв тяжелый, что вместе с плохой водопроницаемостью, влагоёмкостью и оструктуренностью, а также значительной глубиной промерзания вызывает образование верховодки и переувлажненние почв.

Лугово-бурые почвы. Содержание гумуса в них высокое (2,7–6,0 %). Гидролитическая кислотность большая. Реакция почвенной среды варьирует от слабо- до сильнокислой (рН 4,3–5,1). Механический состав тяжёлый суглинистый, почвы имеют плохие водно-физические свойства и подвергаются переувлажнению.

Бурые лесные почвы – занимают вершины и склоны увалов и холмов. При распашке содержание гумуса в пахотном слое невысокое и составляет 2,4–3,6 %. Реакция среды среднекислая. Гидролитическая кислотность 2,4–5,9 мг-экв/100 г почвы. Сумма поглощённых оснований в пахотном слое невелика и составляет в среднем от 15 до 20 мг-экв. /100 г почвы. Обеспеченность подвижными формами фосфора невысокая, калием средняя и высокая. Бурые лесные почвы имеют сравнительно благоприятные водно- физические свойства, не переувлажняются, но сильно подвержены водной эрозии.

Луговые глееватые почвы – содержание гумуса значительное, в пахотном слое 3,5–5,2 %. Реакция среды кислая и среднекислая (рН от 4,2–5,0). Гидролитическая кислотность высокая 5,9–9,5 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности почв основаниями низкая, обеспеченность подвижными формами фосфора невысокая, калием обеспечены хорошо. Физические свойства неблагоприятные. Тяжёлый механический состав вызывает длительное переувлажнение, что приводит к ухудшению режима питания сельскохозяйственных культур.

Пойменные почвы – в зависимости от факторов почвообразования пойменные почвы значительно различаются по содержанию гумуса – от 2 до 5 %. Реакция почвенной среды – от сильнокислой, приуроченной к пониженным элементам рельефа, до нейтральной. Сумма поглощённых оснований – 13,6–25,3 мг-экв/100 г почвы. Подвижными формами фосфора эти почвы обеспечены, как правило, слабо. Содержание калия среднее и высокое [6].

1. Характеристика изучаемой пробы почвы

Бурые лесные почвы формируются под широколиственными, хвойно-широколиственными и хвойными мертвопокровными, кустарничковыми и широкотравными лесами. Почвообразующими породами служат суглинистощебнистый элювий и элюво-делювий плотных осадочных, метаморфических и магматических пород, реже продукты выветривания рыхлых, богатых первичными минералами песков, озерно-ледниковые глины и моренные карбонатные суглинки. Наиболее характерным признаком бурых лесных почв являются слабая дифференциация на генетические горизонты, сравнительно равномерный и однотонный (за исключением гумусового горизонта) бурый или коричневато-бурый цвет, кислая или слабокислая реакция всего профиля или верхней его части, метаморфическое оглинивание всей толщи профиля, отсутствие выноса ила или небольшое обеднение верхних горизонтов почв илистой фракцией, отсутствие или слабо выраженное перераспределение кремнезема и полуторных окислов по профилю, накопление подвижных оксалатнорастворимых и свободных форм железа в верхней части почвы, высокое содержание в гумусовом горизонте хорошо разложившегося органического вещества [8].

При полевом обследовании бурые лесные слабоненасыщенные почвы были обнаружены почвенным разрезом ПР 1. Морфологическое строение почвенного профиля ПР 1 представлено в таблице 3 и на рисунке 4. Место заложения почвенного разреза - на рисунке 3.

Таблица 3. Морфологическое строение профиля бурой лесной слабоненасыщенной суглинистой почвы

1.6. Геоэкологические проблемы нефтеперерабатывающих заводов

Нефтеперерабатывающие предприятия оказывают отрицательное воздействие на все оболочки биосферы: воздушную, водную и твердую. Выделяющиеся в процессе переработки нефти выбросы влияют на состояние атмосферы; сточные воды попадают в природные воды и загрязняют гидросферу Земли; отходы производства, шламы прямо или косвенно наносят ущерб почвенному покрову.

На самих нефтеперерабатывающих и непосредственно у нефтепроводов происходит загрязнение почвенного слоя нефтепродуктами на значительную глубину, а в подпочвенных горизонтах образуются линзы нефтепродуктов, которые с грунтовыми водами могут мигрировать, загрязняя окружающую среду. Отсюда следует серьезная глобальная проблема - загрязнение почвенного покрова нефтью и нефтепродуктами. Кроме перечисленных выше опасностей наблюдается сильное геомеханическое воздействие из-за изъятия земель из сельскохозяйственного оборота, ухудшение качества почв, эрозия почв. Выжигание (особенно на поверхности почвы) является наиболее опасной формой ликвидации загрязнения окружающей среды, поскольку из-за неполного сгорания нефти образуются стойкие канцерогенные вещества, которые разносятся по большой площади и, попадая в пищевые цепи растительных и животных сообществ, в конечном счете, приводят к резкому возрастанию числа онкологических заболеваний местного населения.

2. Методы лабораторных исследований

1. Пробоотбор и пробоподготовка

Отбор почв бы выполнен согласно ГОСТ 17.4.3.01-83 [4], ГОСТ 17.4.4.02-84 [5]. Опробование почвенного разреза проводится по интервалу 0-20 см. Образцы почв массой не менее 0,2 кг, каждый отбирается с зачищенной описанной стенки шурфа, начиная снизу, из середины, или нескольких мест генетических горизонтов, и обязательно с поверхности. Масса пробы должна быть не менее 1 кг. Отобранные образцы упаковываются в мешочки  или  в  плотную  оберточную  бумагу  и  завязывают  шпагатом. Все  образцы  из  одной  точки  наблюдения  упаковываются  вместе  в  коробки  или  ящики,  на  которых  указываются  номер  точки  наблюдения; образцы сильно увлажненные, а также засоленные упаковываются в пергаментную бумагу или в полиэтиленовую пленку. Точечные пробы, предназначены для определения тяжелых металлов, необходимо отбирать инструментом, не содержащим металлов. 

Перед  отбором  проб  стенки  прокопки  или шурфа  следует  зачистить  ножом  или  шпателем  из  пластика  или  полистирола.  Почвенные пробы,  предназначенные  для  определения  летучих  загрязняющих  веществ следует сразу поместить в стеклянные флаконы или банки с хорошо притертыми пробками [12]. Подготовка проб почвы к анализам не менее важная операция, чем сам отбор проб. Она слагается из нескольких последовательно протекающих этапов (рисунок 5).