寧奎斌，陶 虹，孫曉東，李 勇，鄭苗苗，5，李文莉，5

(1.礦山地質(zhì)災害成災機理與防控重點實驗室，陜西 西安 710054；2.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710043；3.陜西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，陜西 西安 710054；4.陜西省國土資源廳，陜西 西安 710082；5.長安大學，陜西 西安 710054)

陜北位于陜西省北部，油、氣、煤、鹽等資源優(yōu)勢突出，但自然條件惡劣、生態(tài)環(huán)境脆弱。石油預測資源總量約40億t，居全國第5位。石油的規(guī)?；_采從2003年開始，至今已有10余年，油井總數(shù)達到2萬余口。石油開采在為國家經(jīng)濟建設做出巨大貢獻的同時，也對陜北的生態(tài)環(huán)境造成較大破壞和污染。在我國石油開采對環(huán)境影響及其恢復治理方法研究啟步較晚，研究方向以探索石油污染物在大氣、水體、土壤等介質(zhì)中的運移規(guī)律為主[1-10]，對區(qū)域污染現(xiàn)狀、影響因素及成災機理研究較少。隨著開采規(guī)模的不斷加大，石油污染物危害也逐年加劇，在油井開采及管輸經(jīng)過區(qū)域，石油污染已嚴重威脅到當?shù)厝罕姷娘嬘盟踩?，成為一種特殊的人為災害。2017年，陜西省國土資源廳、陜西省地質(zhì)調(diào)查院組織開展“陜北石油開采區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查”，通過廣泛收集資料、野外調(diào)查取樣和室內(nèi)測試等方法，初步掌握了陜北石油開采區(qū)地表水、土壤、地下水區(qū)域污染現(xiàn)狀。本文以該項目為基礎，綜合分析石油開采對陜北生態(tài)脆弱區(qū)地質(zhì)環(huán)境影響因素及成災機理，對陜北石油開采區(qū)提出了地質(zhì)環(huán)境保護措施建議。

1研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境背景條件

1.1.1 地形地貌

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部，地貌復雜多樣。北端為風沙灘地，屬毛烏素沙漠，包括定邊、靖邊北部，地面開闊平緩，地形起伏較小，海拔1 123～1 450 m，總體從南向北微傾，坡度3°～7°。南部為黃土高原，延安以北為黃土梁峁區(qū)，溝壑縱橫，地面非常破碎，延安以南為中低山夾黃土塬，塬面平坦。研究區(qū)總的地勢是西北高，東南低，海拔800～1 400 m。

1.1.2 地質(zhì)構造

研究區(qū)地處華北地臺鄂爾多斯地塊的東南部，構造上受鄂爾多斯盆地伊陜斜坡控制，表現(xiàn)為一向西緩傾的單斜構造，傾角1°～3°，斷裂和褶皺構造不發(fā)育。

1.1.3 氣象水文

研究區(qū)屬半干旱大陸性季風氣候，四季分明、日照充足、晝夜溫差大,年均降水量300～500 mm，年蒸發(fā)量為900～1 000 mm。降水量由東南向西北遞減，而蒸發(fā)量由南向北遞增。降水量季節(jié)性變化大，分配極不均勻，降水量的年際變化也較明顯。10月下旬到翌年4月上旬為凍土期，凍土厚度達1～1.2 m。夏季氣溫高，各月平均氣溫在20℃以上，冬季平均氣溫-7.8～4.1℃。

研究區(qū)屬黃河流域，區(qū)內(nèi)河流較為發(fā)育，主要有洛河、延河、清澗河等。

1.1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水按含水介質(zhì)及埋藏類型可分為松散巖類孔隙裂隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水(圖1)。

圖1 工作區(qū)水文地質(zhì)圖

1.1.4.1 松散巖類孔隙裂隙水

(1)風積、沖湖積粉細砂、粉土孔隙潛水

主要分布于長城沿線以北沙漠灘地，含水層主要為上更新統(tǒng)沖湖積相薩拉烏蘇組粉細砂、中細砂夾粉土。含水層厚度主要受古地形地貌控制，古河道、古洼地中心最厚，由中心向外逐漸變薄，一般厚度25～50 m。在較大灘地的中部，地下水均較豐富，地下水位埋深1～4 m，單井出水量720～1 200 m3/d，富水性中等。

(2)風積黃土孔隙、裂隙潛水

主要分布在黃土塬區(qū)，含水層主要為第四系中、上更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)粘土和古土壤層，局部地段可至下更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)粘土層。其富水性的一般規(guī)律是中、上更新統(tǒng)黃土層較下更新統(tǒng)好。水位埋深多為50～80 m，單井出水量20～80 m3/d。以降水入滲補給為主，在溝谷中多以泉水排泄。由于補給、逕流、排泄暢通，地下水礦化度均小于1 g/L。

(3)沖積砂、砂卵石層孔隙潛水

主要分布于洛河、延河、清澗等河谷低階地，含水層為中更新統(tǒng)至全新統(tǒng)砂、砂礫卵石層。厚度一般小于30 m，水位埋深1～10 m，富水性差別很大，降深4～6 m，單井出水量150～300 m3/d。地下水主要來源于河水側滲補給。

1.1.4.2 碎屑巖類孔隙裂隙水

廣泛分布于研究區(qū)，除溝谷中有出露外，多被第四系覆蓋。地下水常具有承壓性質(zhì)，潛水或承壓水頭埋深由十余米至百余米不等，于溝谷中有的呈自流溢出地表，自流水頭高者可達15 m以上。由于基巖在區(qū)內(nèi)傾斜平緩，近于水平，地層中砂巖、泥巖互層迭置，裂隙稀疏，且很少張開，補給條件差，因而基巖裂隙水也難于富集，一般所見的基巖裂隙泉流量估測多在0.1 L/s左右。

1.2 石油開采概況

陜北石油開采自1907年始，已超過100年歷史。由于陜北石油具有油藏規(guī)模小、分散、油層低滲透的特點，原油開發(fā)多年產(chǎn)量較低。2003年后以油氣并舉為突破，產(chǎn)量實現(xiàn)了1 000萬t，之后的10年產(chǎn)量迅速上升，2012年油氣產(chǎn)量超過4 500萬t，初步實現(xiàn)“西部大慶”的建設目標。目前油田開采分屬長慶和延長兩家大型企業(yè)，共有采油井超過2萬口，運輸以管輸為主，管道總長超過2萬km。

2 災害現(xiàn)狀評價

2.1 致災概況

本次共調(diào)查近年陜北管道破裂、油井事故等原油泄漏事故29起，石油污染已破壞開采區(qū)內(nèi)的耕地、林地及部分河段，部分村莊村民飲用水已嚴重污染。2013年4月7日，陜北某鎮(zhèn)井場試油過程中發(fā)生井噴事故，外噴原油約30 t左右，造成污染土地面積近0.67 hm2；2014年6月24日，延安市某地輸油管線被挖掘機挖破，泄漏原油30 t左右，原油直接流入某鎮(zhèn)繁華街道，造成較大經(jīng)濟損失；2015年8月2日，某采油廠一油井平臺4195井場發(fā)生原油泄漏，導致3.8 m3原油泄漏，污染河水從河道流入，共污染河道約8 km，流經(jīng)了陜西省、甘肅省的3個縣。大量事實表明，原油污染事件逐年增加，已對陜北群眾生活構成一定程度危害，是陜北石油開采區(qū)新的災害類型。

2.2 現(xiàn)狀評價

2.1.1 工作方法

本次石油開采對地質(zhì)環(huán)境影響現(xiàn)狀評價，以取樣化驗分析結果為依據(jù)，共統(tǒng)計取樣點212組，其中地下水樣本39組、地表水樣本89組、土壤樣本84組(圖2)。樣品主要取自輸油管線及開采作業(yè)區(qū)，地下水取樣以潛水為主，地表水取樣點一般位于漏油點或采油作業(yè)區(qū)500 m以內(nèi)的河溝內(nèi)，土壤取樣點位于漏油點或采油作業(yè)區(qū)地表以下20～30 cm處。

圖2 取樣點分布示意圖

圖3 石油物質(zhì)檢出點分布示意圖

2.1.2 評價標準

地下水各項指標污染評價限值由《地下水質(zhì)量標準》(GBT14848-2014)[11]Ⅲ類水質(zhì)標準值確定，由于《地下水質(zhì)量標準》(GBT14848-2014)中無石油類取值標準，故石油類測試超標限值參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)[12]Ⅲ類水質(zhì)標準，取0.05 mg/L；地表水污染評價指標限值根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標準限值，石油類為0.05 mg/L；土壤石油物質(zhì)超標限值由《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB15618-2008)[13]第二級標準的農(nóng)業(yè)用地標準值確定，限值500 mg/kg(表1)。

表1 石油類測試標準值一覽表

2.1.3 地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀分析

本次調(diào)查研究表明，石油開采對陜北生態(tài)脆弱區(qū)地質(zhì)環(huán)境的污染以土壤為主，84組土壤樣品中，石油物質(zhì)有檢出的樣品72組，占樣品總數(shù)的85.7%；對地表水有一定程度影響， 89組地表水樣品中，石油物質(zhì)有檢出的樣品17組，占樣品總數(shù)的19.1%；地下水目前基本未受石油泄漏污染(圖3)。

(1)地表水

經(jīng)取樣分析，地表水89套樣品中，石油物質(zhì)未檢出(石油物質(zhì)含量 ≤ 0.02 mg/L)的樣本72組，占本次綜合分析樣本總數(shù)的80.9%；石油物質(zhì)有檢出但未達到超標限值(0.02 < 石油物質(zhì)含量 ≤ 0.05)16組，占本次綜合分析樣本總數(shù)的18.0%；石油物質(zhì)超標點1組，占本次綜合分析樣本總數(shù)的1.1%。此外，氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氨氮、鉻(六價鉻)有不同程度超標，超標點主要位于洛河流域。

(2)土壤

84組土壤樣本中石油物質(zhì)未檢出的有12組，占樣本總數(shù)的14.3%；石油物質(zhì)有檢出但含量低于《GB15618-2008土壤環(huán)境質(zhì)量標準》一級土壤質(zhì)量標準限值(100 mg/kg)的樣品有61組，占全部樣品的72.6%，說明該點位土壤環(huán)境處于一級土壤質(zhì)量，受石油開采運輸影響較??；石油物質(zhì)含量在100 ～500 mg/kg的樣品11組，占全部樣品的13.1%，說明該點位已受到石油開采的影響，但尚處于標準規(guī)定的范圍之內(nèi)。土壤樣品石油物質(zhì)最高測試值為329 mg/kg。

(3)地下水

39組地下水樣均無石油類超標，反映出工作區(qū)內(nèi)地下水基本未受到原油污染。

研究區(qū)內(nèi)地下水主要超標項為TDS、總硬度、SO42-、 CL-、NO3-、大腸桿菌超標，部分取樣點Cr6+等超標，均反映出原生地質(zhì)環(huán)境和人類活動對地下水的影響。工作區(qū)大部分位于陜北黃土高原，松散層孔隙裂隙潛水及基巖風化殼中的淺層潛水在水平方向上隨地貌單元及地質(zhì)條件的不同，水質(zhì)有明顯差異。在吳起～郝灘西北一帶，地下水化學類型復雜，為重碳酸-硫酸、硫酸氯化物或氯化物型水，礦化度一般為1～3 g/L，在定邊一帶，達到3 g/L以上。在吳起地區(qū)，由于黃土區(qū)西北邊緣黃土本身的可溶鹽含量較高，加之氣候干旱、降水量少，鹽分淋濾流失作用較弱，使得該區(qū)礦化度較高，一般為3～10 g/L。

3 成災機理分析

3.1 主要成災原因

陜北石油污染以報廢油井污染、采油廢水污染及事故泄漏污染為主。調(diào)查研究表明，輸油管線泄漏污染是石油開采影響地質(zhì)環(huán)境的主要因素之一。

3.1.1 報廢油井污染

陜北油田開發(fā)歷史較長，自20世紀規(guī)模開采以來，報廢油井數(shù)量逐年增多。受當時開采工藝及技術條件限制，井管防腐措施十分落后，這些廢棄井并未實行規(guī)范的封井措施，井管破損是引發(fā)土壤、地下水污染的隱患之一。

3.1.2 采油廢水排放污染

陜北石油開采井多面廣，含水率高，采油廢水就地排放時對井場周圍及地表水造成嚴重污染。雖然近年企業(yè)已加大了對采油廢水的治理，但從本次監(jiān)測結果看，井場周邊土壤、地表水污染仍是區(qū)內(nèi)石油物質(zhì)污染高發(fā)區(qū)，使得污染河段地表水高氯化物、高礦化度。

3.1.3 開發(fā)事故污染

石油開采及運輸過程中，井場事故、管線泄漏、修井噴油等，均可造成原油泄漏而引發(fā)污染；人為打眼盜油、污油處理不當，都使油區(qū)地質(zhì)環(huán)境受到嚴重污染。僅2016年，陜北就有二十余起漏油事件發(fā)生，引起社會廣泛關注。

3.2 成災機理分析

目前，輸油管線泄漏是陜北地質(zhì)環(huán)境污染主要致災因素之一。

輸油管道一般敷設在地表下數(shù)米，當管道在埋地敷設段內(nèi)發(fā)生泄漏，原油則在土壤內(nèi)部由于重力作用沿垂直方向滲透，由于原油黏度和凝固點較高且流動性較差，加上黃土對原油具有很強的截流能力，因此泄漏原油很難向土壤深層遷移。影響原油污染范圍的因素有原油的泄漏量、存留時間及環(huán)境溫度等。一般原油泄漏事故能被及時發(fā)現(xiàn)，并得到控制及清理，影響范圍不大，原油下滲到地下水中的可能性很小，故陜北石油開采區(qū)地下水質(zhì)基本沒有受到污染。

輸油管原油泄漏對土壤的影響，隨著土壤深度增加而呈逐漸遞減的趨勢。在某一漏油點，分別在地表5～30 cm處、管道上50 cm、管道上10 cm、管道下5～10 cm、管道下30 cm、管道下60 cm進行剖面取樣，石油含量測值分別為246、153、107、未檢出、27、19.9 mg/kg (圖4)，反映出隨著土壤深度增大，石油物質(zhì)含量逐漸減少。在距地表30 cm以內(nèi)，石油物質(zhì)測值可達246 mg/kg，而60 cm處取樣，石油物質(zhì)含量迅速降至背景值水平以下，該地區(qū)地下水石油類物質(zhì)未檢出。陜北黃土高原區(qū)地下水位埋深十余米至百余米不等，土壤對石油物質(zhì)的過濾起到了保護地下水不受污染的作用。

圖4 石油物質(zhì)隨土壤深度含量變化曲線

輸油管線泄漏對地表水的污染一般在管道溝、谷處，管線一般采用索跨、桁架或河底穿越方式通過，若發(fā)生泄露，原油順著溝道向下游遷移，可能進入下游河流中對地表水體產(chǎn)生污染影響。石油類污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化的方式主要有水面擴散、彌散和降解三種，油類在水體表面擴散的速度很快，一般情況下，油類在水表面1 d就可以完全擴散，形成臨界厚度的原油薄膜層，而后分裂為油膜碎片。油膜的存在，將導致水體與空氣之間的物質(zhì)交換途徑被阻斷，造成水體溶氧的困難。水中缺氧將使水質(zhì)變壞，影響水中生物的生存。

4 對策建議

本次調(diào)查結果表明陜北石油開采區(qū)地下水質(zhì)量受石油開采影響較小，石油長期開發(fā)污染土壤、地表水等環(huán)境，造成較大的社會影響，應予以高度重視。

(1)針對主要開采作業(yè)區(qū)及影響較大的原油泄漏區(qū)開展地質(zhì)環(huán)境污染詳細調(diào)查，建立石油污染綜合評價指標體系，開展大比例尺石油污染現(xiàn)狀及污染風險性評價，為有針對性地開展陜北石油開采污染治理提供技術支撐。

(2)建立地質(zhì)環(huán)境污染監(jiān)測網(wǎng)絡，對油區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量變化情況定期監(jiān)測，確保能及時發(fā)現(xiàn)污染問題并采取措施，使地質(zhì)環(huán)境問題作到可控可防，支撐國土部門履行“監(jiān)測、監(jiān)督防止地下水過量開采和污染”的行政職能。

(3)國土部門加強監(jiān)管。石油作為能源礦產(chǎn)，其開采過程中對地質(zhì)環(huán)境的影響不容忽視，國土部門作為其監(jiān)管單位，應堅持預防為主、防治結合，誰開發(fā)誰保護、誰破壞誰治理、誰投資誰受益的原則，嚴格按照《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》，協(xié)同環(huán)保、公安等部門做好監(jiān)督管理工作；督促石油礦山企業(yè)(延長石油、長慶油田)加強地質(zhì)環(huán)境保護意識，在生產(chǎn)過程當中做好地質(zhì)環(huán)境保護工作；對于違反《礦山地質(zhì)環(huán)境保護規(guī)定》的行為依法查處。