Методика и объемы газогеохимических исследований

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика и объемы газогеохимических исследований

Проведение газогеохимических исследований в составе инженерно-экологических изысканий регламентировано на насыпных грунтах с примесью строительного, промышленного мусора и бытовых отходов с целью оценки масштабов возможной генерации биогаза, содержащего горючие и токсичные компоненты. Главными из них являются метан (СН₄) и двуокись углерода (СО₂); в качестве примесей присутствуют тяжелые углеводородные газы, окислы азота, аммиак, угарный газ, сероводород, молекулярный водород и др. Генерация в грунтах значительного количества данных соединений создает потенциальную опасность их накопления в технических подпольях зданий и инженерных коммуникациях до пожаро-, взрыво- и экологически опасных концентраций. Согласно СП 11-102-97 потенциально опасными в газогеохимическом отношении считаются грунты с содержанием метана более 0.1% и СО₂ - свыше 0.5%; в опасных грунтах содержание метана превышает 1.0%, СО₂ - до 10%; пожаровзрывоопасные грунты содержат метана более 5.0%, при этом содержание СО₂ - n10 %.

В связи с этим, основной задачей газогеохимических исследований является изучение структуры приповерхностного газового поля с выделением в грунтовом массиве зон разной степени опасности. Согласно СП 11-102-97 с этой целью регламентировано проведение как поверхностной газогеохимической съемки (шпуровое опробование подпочвенного воздуха), так и скважинных газогеохимических исследований.

Газогеохимическое опробование исследуемой территории проводилось с использованием переносного экспресс-газоанализатора Ecoprobe-5 производства чешской фирмы RS DYNAMICS. Прибор получил аккредитацию в Государственном комитете Российской Федерации по стандартизации и метрологии (сертификат CZ.E.31.004.A № 30540) и допущен к применению в Российской Федерации.

Измерительными элементами данного прибора являются инфракрасный (ИК) и фотоионизационный (ФИД) датчики. Инфракрасный датчик по отдельным каналам измеряет концентрации метана (СН₄), суммарного содержания углеводородов С₂-С₅ (УВГ), диоксида углерода (СО₂). Диапазон измерения инфракрасного канала составляет 0-500000 ppm (0-50%), предел чувствительности - 20 ppm (0,002%). Фотоионизационный датчик обладает чувствительностью 0,1 частей на миллиард (0,0001 промилле) и измеряет суммарную концентрацию летучих органических соединений (ЛОС), в состав которых входит более 150 веществ, в т.ч. алканы ряда С₄-С₁₁, алкены С₂-С₆, низкомолекулярные арены (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы) и широкий спектр неуглеводородных соединений (органические кислоты, спирты, эфиры, азот- и сераорганические структуры).

Процесс анализа состава газовой смеси, подаваемой в прибор насосом, происходит раздельно в каждом датчике. Вывод результатов измерений осуществлялся в ppm (10000 ppm = 1% объем.). Пересчет в объемные концентрации (мг/м³) осуществлялся с учетом молекулярной массы компонентов. биогаз токсичный грунт мусор

Скорость прокачки газовой смеси насосом прибора при шпуровом опробовании подпочвенного воздуха составляла 1 л/мин., при опробовании скважин - 2 л/мин. Измерительный процесс в приборе построен таким образом, что замер концентрации компонентов при поступлении откачиваемого газа в измерительный блок происходит по-интервально, т.е. фиксируется концентрация в каждую единицу времени. Это позволяет представить результаты в виде средней концентрации, вычисленной по результатам обработки динамики изменения показателя за период измерения (30 сек), и максимальной концентрации, зафиксированной в процессе прокачки газа.

Газогеохимические исследования на исследуемой территории включали опробование 21 шпура глубиной 0,5-0,7 м, пройденных с шагом 20 метров по периферии площадки проектируемого строительства (рис. 1). На двух пикетах (№№ 15, 16), где были зафиксированы аномально высокие концентрации углеводородных газов в составе подпочвенного воздуха, проведено контрольное опробование с отходом от данных пикетов на расстояние 5 м.

Рис. 1. Схема газогеохимического опробования

Учитывая, что в контрольных шпурах углеводородные газы в подпочвенном воздухе отсутствовали, зафиксированные «ураганные» значения обусловлены, по всей видимости, техногенным поверхностным загрязнением из расположенных поблизости емкостей ГСМ.

Кроме того, проведено газогеохимическое опробование 5 инженерных скважин (№№ 1, 2, 6, 7, 14). Отбор грунтового газа из данных скважин осуществлялся с глубины 5-7 м, что позволяло судить об интенсивности «газового дыхания» разреза выше уровня грунтовых вод.

Результаты газогеохимических исследований

Учитывая возможность разбавления откачиваемых из шпуров и скважин газов атмосферным воздухом, при интерпретации использовались максимальные зафиксированные концентрации, что позволяет оценить наиболее высокое содержание в приповерхностном газовом фоне опасных компонентов. В качестве основных параметров использовались максимальные концентрации метана (СН₄), суммарного содержания углеводородов (УВГ) и диоксида углерода (СО₂). Показатель ЛОС использовался в качестве дополнительного критерия при оценке возможной природы выявленных аномалий.

Характеристика основных параметров подпочвенного газа из шпуров и скважин приведена в табл. 1.

Таблица 1. Параметры состава подпочвенного воздуха

Примечание:

1) при обработке данных шпуровой съемки исключены аномальные пикеты №№ 15, 16, характеризующиеся «ураганными» концентрациями углеводородных газов;

2) * - прибор зашкалила, концентрация превышает приведенное значение

Учитывая расположение опробованных шпуров по периферии исследуемой площадки, построение схем распределения газогеохимических показателей не представляется возможным.

Проведенное опробование шпуров показало, что присутствие углеводородов в подпочвенном воздухе отмечено на 11 пикетах (38% от числа опробованных), причем отмечается более широкое распространение тяжелых углеводородов по сравнению с метаном. Зафиксированные на трех пикетах максимальные концентрации метана колеблются в пределах 46-322 мг/м³ (0,006-0,045%), что значительно ниже значений, установленных для выделения потенциально опасных в газогеохимическом отношении грунтов (СН₄ > 0.1%). Суммарное содержание тяжелых углеводородов, зафиксированных на 11 пикетах, колеблются в пределах 18-110 мг/м³ (0,002-0,011%), что также не выходит за пределы природного газового фона. Близкое содержание в подпочвенном воздухе характерно для летучих органических соединений (ЛОС - 6-130 мг/м³).

Диоксид углерода в составе подпочвенного воздуха имеет повсеместное распространение - его максимальные концентрации колеблются в пределах 1297-85405 мг/м³ (0,06-4,35%), причем в большинстве проб его содержание превышает нормативные значения (0,5%). Вместе с тем, отсутствие в составе подпочвенного воздуха данных проб углеводородных соединений позволяет признать данную территорию безопасной. Не исключено, что повышенное содержание диоксида углерода в составе подпочвенного воздуха может быть связано с бактериальным окислением углеводородных компонентов, поступающих из нижележащей части разреза.

Более значительное содержание углеводородных компонентов зафиксировано в составе свободных грунтовых газов, отобранных из пробуренных скважин (табл. 1). Присутствие углеводородных компонентов зафиксировано во всех опробованных скважинах, причем более высокие концентрации характерны тяжелых углеводородов. Зафиксированные максимальные концентрации метана колеблются в пределах 1595-68186 мг/м³ (0,22-9,54%), что достигает в отдельных скважинах (№№ 2, 6, 7) пожаро-, взрывоопасных концентраций (5-15%). Еще более высокие концентрации характерны для тяжелых углеводородов - 38819-714999 мг/м³. Для этих газов характерно и повышенное содержание летучих органических соединений (43-586 мг/м³). Газы подобного состава вряд ли могут быть отнесены к категории биогаза, образующегося при биогенном преобразовании органики. Обычно подобный состав газов отмечается в районах техногенных нефтезагрязнений почво-грунтов. Учитывая, что в процессе проходки скважин зафиксировано визуальное присутствие в грунтах нефтепродуктов, можно предположить, что аномально высокое содержание в грунтовых газах углеводородных компонентов связано с техногенным загрязнением разреза вследствие утечек из поверхностных объектов или ореолом рассеяния сформировавшейся в данном районе зоны нефтепродуктового загрязнения грунтовых вод.

Результаты проведенных газогеохимических исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. На обследованной территории газогенерирующие грунты, способные привести к образованию опасных концентраций биогаза, отсутствуют.

2. Зафиксированные в составе свободных газов скважин аномально высокие концентрации углеводородных компонентов отражают, по всей вероятности, техногенное нефтепродуктовое загрязнение в рассматриваемом районе пород зоны аэрации и грунтовых вод. По уровню содержания углеводородных компонентов данное загрязнение может быть отнесено к категории потенциально взрывоопасных.

3. Несмотря на то, что в настоящее время влияние данного нефтепродуктового загрязнения на приповерхностный газовый фон не фиксируется (за исключением повышенного содержания в подпочвенном воздухе диоксида углерода, являющегося, по всей вероятности продуктом бактериального окисления испаряющихся углеводородов), не исключено, что это может произойти в будущем. Основная опасность относится к подвальным помещениям, где в случае плохой вентиляции может произойти накопление в воздухе углеводородных газов вплоть до взрывоопасных концентраций.

В связи с этим, на стадии проектных работ должны быть предусмотрены мероприятия по газогеохимическому мониторингу этого района и ликвидации сформировавшегося нефтепродуктового загрязнения приповерхностной части разреза.

Результаты газогеохимического опробования

Примечание:

1) координаты даны в системе WGS84 с поправками: начало отсчета долготы E57.0000, коэффициент 1, смещение по долготе 500000, смещение по широте 0, различие по Х 19, различие по Y -137, различие по Z -95, различие по большой полуоси -148, различие по сплющенности 0,00480800000000024;

2) * - контрольные точки опробования с отходом от основных пикетов на 5 м.

Размещено на Allbest.ru