Основы нефтегазовой геоэкологии

Москва
ИНФРА-М

2022

ОСНОВЫ 
НЕФТЕГАЗОВОЙ 
ГЕОЭКОЛОГИИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Ю.И. Пиковский, Н.М. Исмаилов, 
М.Ф. Дорохова

Под редакцией А.Н. Геннадиева, 
доктора географических наук, профессора

Допущено Учебно-методическим объединением
вузов РФ по классическому университетскому 
образованию в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению
05.03.06 «Экология и природопользование»

П32

УДК 550:504(075.8)
ББК 20.1я73

ISBN 978-5-16-010112-5 (print)
ISBN 978-5-16-101854-5 (online)

В книге изложены основы нефтегазовой геоэкологии. В первой части рассмотрены состав, свойства и токсикология углеродистых веществ — углеводородного газа, нефти, нефтепродуктов и их токсичных геохимических спутников, 
также природные и техногенные источники углеродистых веществ в биосфере. 
Вторая часть посвящена анализу изменений в атмосфере, почвах, растительности, в поверхностных  и грунтовых водах и в морской среде, происходящих под 
влиянием нефтегазового производства. В третьей части книги обсуждаются вопросы самовосстановления и рекультивации почвенных и водных экосистем, 
загрязненных нефтью и нефтепродуктами. В четвертой части рассмотрены основные методы охраны окружающей среды. Материал книги основан на многолетних оригинальных исследованиях авторов и данных современных научных 
источников.
Книга рассчитана на студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 05.03.06 «Экология и природопользование» (дисциплина 
«Оценка воздействия на окружающую среду»), специалистов экологических 
организаций нефтегазовой отрасли, а также на широкий круг читателей, интересующихся вопросами экологической роли нефти и газа в окружающей среде 
и обществе.

 УДК 550:504(075.8)
ББК 20.1я73

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны в электронно-библиотечной системе Znanium.com

ISBN 978-5-16-010112-5 (print)
ISBN 978-5-16-101854-5 (online)

П32

Р е ц е н з е н т ы :
С.В. Горячкин, д-р геогр. наук, заведующий лабораторией географии и эволюции почв Института географии РАН;
А.П. Хаустов, д-р геол.-минерал. наук, профессор кафедры прикладной экологии Российского университета дружбы народов

Пиковский Ю.И.
Основы нефтегазовой геоэкологии : учеб. пособие / Ю.И. Пиковский, Н.М. Исмаилов, М.Ф. Дорохова ; под ред. д-ра геогр. наук, 
проф. А.Н. Геннадиева. — М. : ИНФРА-М, 2022. — 400 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс; Режим доступа http://www.znanium.com]. — 
(Высшее образование: Бакалавриат). — www.dx.doi.org/10.12737/7682.

© Пиковский Ю.И., Исмаилов Н.М., Дорохова М.Ф., 2015

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Памяти пионеров нефтегазовой геоэкологии

Юрия Петровича Гаттенбергера,
Александра Антоновича Оборина,

Нины Петровны Солнцевой

Эмилии Адриановны Штины

Введение

В число важнейших направлений геоэкологии как науки о воздей
ствии на биосферу процессов, происходящих под влиянием солнечной 
активности, внутренней энергии Земли, хозяйственной деятельности 
человека, природных и техногенных потоков вещества, входит нефтегазовая геоэкология — область знания, связанная с изучением воздействия на биосферу углеводородов и сопутствующих им веществ.

Нефть и газ в современном мире — главнейшие топливно-энерге
тические и сырьевые ресурсы. Они оказывают огромное влияние на 
развитие экономики и социальной жизни. Нефть и углеводородный 
газ добывают, перерабатывают и транспортируют во всех природных 
зонах Земли: от Арктики до саванн, а на территории России — от арктической тундры до сухих степей и полупустынь. Нефтегазовая промышленность использует природные углеводороды из глубоких земных пластов, находящихся фактически вне современной биосферы. 
В мире ежегодно из земных недр на поверхность поднимается более 
4 млрд т нефти и 3 трлн м3 газа. Из них в 2012 г. выработано 3,6 млрд т 
нефтепродуктов, которые расходуются на работу транспорта и другие 
промышленные нужды. В России ежегодно добывается более 500 млн т 
нефти и около 0,7 трлн м3 газа. 

Использование нефти и продуктов ее переработки происходит 

всюду, где человек осуществляет хозяйственную деятельность, т.е. 
практически повсеместно. Это позволяет считать нефть, газ и нефтепродукты глобальными геоэкологическими факторами, оказывающими существенное влияние на окружающую среду. Глобальность их 
распространения позволяет рассматривать нефтегазовую геоэкологию 
как самостоятельное научное направление. 

В задачи нефтегазовой геоэкологии входит исследование воздей
ствия на окружающую среду и биосферу в целом нефтегазового производства — разведки, добычи, транспортировки и переработки нефти 
и газа, получения и потребления нефтепродуктов. Возникающая при 
этом совокупность геохимических процессов составляет нефтегазовый 
техногенез — мощный фактор изменения биосферы. Вместе с тем, 
как в самой биосфере, так и в окружающем ее пространстве — Кос

мосе и внутренних оболочках Земли, циркулируют и не менее мощные природные потоки углеводородов. Их нельзя рассматривать как 
нечто чуждое или вредное для биосферы. Изучение реальной роли 
природных углеводородов в жизни биосферы помогает понять и экологическое значение техногенных веществ аналогичного состава. 
Поэтому нефтегазовая геоэкология не может обойти вниманием естественные проявления нефти, газа и другие формы углеводородов 
в биосфере. Изучение природных углеродистых веществ не менее 
важно, чем изучение их техногенных аналогов — близких по формам 
и составу газообразных, жидких и твердых продуктов промышленной 
переработки нефти и природного газа (нефтепродуктов). 

В число объектов нефтегазовой геоэкологии входят постоянные 

и часто встречающиеся геохимические спутники нефти и газа — минерализованные воды и рассолы с высокой концентрацией хлоридов, 
сероводорода, ртути, некоторых редких и рассеянных элементов, радионуклидов, а также входящих в состав нефти тяжелых металлов. 
Эти геохимические спутники обычно оказываются более опасными 
для живой природы, чем углеводороды. 

Биосфера обладает мощным потенциалом к самовосстановлению 

нарушенных наземных и морских ландшафтов, приповерхностной 
геологической среды. Задача нефтегазовой геоэкологии — понять 
механизмы самовосстановления компонентов окружающей среды 
(почв, биоценозов, поверхностных и подземных вод, загрязненных 
и нарушенных нефтегазовым производством) и использовать эти механизмы для ликвидации негативных последствий нарушений и восстановления нормальных функций экосистем. 

Таким образом, нефтегазовую геоэкологию можно рассматривать 

как область знания об изменении, защите и восстановлении компонентов 
окружающей среды, нарушенных воздействием потоков нефти, углеводородного газа, нефтепродуктов, сопутствующих им веществ и явлений. 
Область нефтегазовой геоэкологии — это вся биосфера в целом, 
включая континенты и Мировой океан. 

Данное учебное пособие призвано оказать помощь в изучении 

университетских дисциплин по направлению «Экология и природопользование», входящих в модули «Воздействие на окружающую 
природную среду» основной части ООП и «Геохимия и биогеохимия 
ландшафтов» ее вариативной части. Пособие полезно и для повышения квалификации специалистов-экологов, работающих в топливноэнергетическом комплексе. Освоение этой области знания способствует формированию у студентов ясного представления о геохимии 
природных и техногенных углеродистых веществ, прежде всего о роли 
нефти и нефтепродуктов, имеющих глобальное распространение, 
в изменении окружающей среды, методах их диагностики, концеп

циях охраны и восстановления экосистем, находящихся под влиянием 
нефтегазового комплекса.

Задачи учебного пособия:

 
• дать представление о геохимических циклах углерода и углеводо
родов в биосфере;

 
• ознакомить с химическим составом и геохимическими особенно
стями природных и техногенных углеродистых веществ, процессами их миграции, аккумуляции и эволюции в биосфере;

 
• ознакомить с природными источниками и естественными прояв
лениями в ландшафтах нефти, углеводородного газа и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ);

 
• ознакомить с источниками загрязнения окружающей среды при 

добыче, транспортировке и переработке нефти и газа; 

 
• дать представление о характере и последствиях воздействия угле
водородов на экосистемы в разных природных условиях;

 
• познакомить с научными концепциями рекультивации земель, 

загрязненных нефтью и нефтепродуктами;

 
• дать представление о методах нефтегазовой геоэкологии;

 
• ознакомить с диагностикой нефти, нефтепродуктов и ПАУ в объ
ектах окружающей среды люминесцентными методами и методами оценки устойчивости почв к углеводородному загрязнению.
Все это должно способствовать умению квалифицированно ин
терпретировать результаты химических анализов нефтепродуктов 
и ПАУ в природных средах (воздухе, воде, почве), давать оценку устойчивости ландшафтов и их компонентов к загрязнению нефтью и нефтепродуктами с учетом состава загрязняющих веществ и природных 
условий, выбирать оптимальные методы таких анализов и проводить 
дополнительные исследования, необходимые для интерпретации результатов.

Изучение основ нефтегазовой геоэкологии необходимо для обла
дания профессиональными компетенциями (ПК), в основном такими, как: 

 
• способность использовать знание базовых законов экологии, тео
ретических основ геоэкологии и геоэкологического подхода для 
анализа изменений природной среды и прогноза ее дальнейшего 
развития и в целях рационального природопользования;

 
• готовность к решению практических задач в области экологии 

и природопользования на основе базовых знаний об общих и правовых основах природопользования, а также законов экономики 
природопользования;

 
• владение методами и принципами оценки воздействия на окру
жающую среду, умение применять на практике методические подходы к географо-экологической оценке антропогенного воздей

ствия, а также для решения задач в области экологической экспертизы и экологического мониторинга и др.
Данная книга имеет целью освещение принципиальных научных 

положений и фундаментальных понятий нефтегазовой геоэкологии. 

Основы нефтегазовой геоэкологии как науки были созданы тру
дами М.А. Глазовской, положившей ее главные принципы на прочный 
фундамент геохимии ландшафтов. Здесь необходимо отметить вклад 
сотрудников кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, работавших в тесном сотрудничестве с исследователями разных специальностей из регионов России и других 
государств — Азербайджана, Белоруссии, Украины.

В книге использованы результаты собственных оригинальных ис
следований авторов, их коллег по работе и многих исследователей, 
публиковавших свои труды в течение последних 40 лет. Неоценимый 
вклад в нефтегазовую геоэкологию внесли труды и научно-организационная деятельность Ю.П. Гаттенбергера, А.А. Оборина, Н.П. Солнцевой, Э.А. Штины, памяти которых и посвящена эта книга.

В первой части пособия рассмотрены особенности состава и ток
сикологии природных и техногенных углеродистых веществ, циркулирующих в биосфере, и их основные источники как очаги воздействия 
на окружающую среду, главное внимание уделено составу и распространению нефти и природного газа.

Во второй части показан характер изменения компонентов ланд
шафта — атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод, морской 
среды и биоценозов. 

Третья часть книги посвящена устойчивости компонентов окру
жающей среды к техногенному воздействию, природным механизмам 
защиты и самовосстановления экосистем, научным основам рекультивации загрязненных нефтью и нарушенных земель, очистке поверхностных и грунтовых вод суши и морских акваторий. 

В четвертой части рассмотрены основные инструменты нефтега
зовой геоэкологии. К ним относятся химические и биологические 
методы диагностики загрязнения компонентов окружающей среды, 
изучение углеводородных геохимических полей в почвах, геоэкологический мониторинг окружающей среды и способы прогнозирования 
изменений природной среды под влиянием нефтегазового техногенеза.

Задача книги — обозначить основные проблемы и методы нефте
газовой геоэкологии как науки. Углубиться в детали конкретных проблем, по которым опубликовано много научных исследований, в рамках одной книги невозможно. На русском, английском и других языках мира опубликована не одна тысяча работ. В числе рекомендуемых 
дополнительных трудов и использованных источников в основном 

приведены работы, наиболее доступные студентам и специалистам, 
изучающим нефтегазовую геоэкологию на русском языке. В этих работах можно найти важные материалы для более глубокого изучения 
отдельных вопросов и обширные библиографические списки публикаций в данной области. 

В пособии сознательно опущены справочные данные, касающиеся 

существующих экологических нормативов и инструкций. Такие сведения приводятся во многих монографиях и справочниках по охране 
окружающей среды, так что их не трудно найти в литературе. Кроме 
того, с течением времени многие нормативы устаревают, им на смену 
приходят новые. Авторы надеются, что это пособие даст необходимые 
ориентиры для изучения и творческого развития нефтегазовой геоэкологии. 

Авторы благодарят научного редактора профессора А.Н. Геннади
ева, давшего ценные советы по структуре и содержанию книги, 
М.Д. Жибицкую за внимательное прочтение и советы по улучшению 
текста, Л.А. Короткова за ценные замечания.

Часть первая 
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ 
УГЛЕРОДИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА В БИОСФЕРЕ

Глава 1. 
ФОРМЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ 
УГЛЕРОДИСТЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЗЕМЛЕ

1.1. 
ПРИРОДНЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Все разнообразие форм существования углерода на Земле вслед за 

В.И. Вернадским можно разделить на следующие большие группы: 

 
• живое вещество;

 
• нефоссилизированные продукты отмирания и жизнедеятельности 

живого вещества;

 
• кислородные минеральные формы соединений углерода (оксиды 

углерода, карбонаты);

 
• некислородные формы соединений углерода (углеродистые веще
ства — обширное минералогическое семейство), структурный 
каркас которых построен из атомов углерода. 
Нефть, углеводородный газ, нефтепродукты — основные объекты 

изучения нефтегазовой геоэкологии, относящиеся к обширной группе природных и техногенных углеродистых веществ, имеющих на 
Земле и в особенности в биосфере глобальное распространение.

Углеродистые вещества — это разнообразные по составу и проис
хождению молекулярные агрегаты, представляющие собой сложно 
организованные субстанции, в которых углерод преобладает по массе над всеми другими атомами. Кроме углерода в составе углеродистых 
веществ присутствуют в макроколичествах водород, азот, сера и кислород, а в микроколичествах почти все существующие другие химические элементы.

Углеродистые вещества широко распространены на Земле и в кос
мическом пространстве. На Земле они присутствуют во всех геосферах. Углеродистые вещества, находящиеся в биосфере, могут иметь 
как природное, так и техногенное происхождение.

Углеродистые вещества в условиях, близких к условиям земной 

поверхности, существуют в твердых, жидких и газообразных фазах. 

Они распространены в двух основных состояниях — концентрации 
и рассеяния. Концентрированное состояние углеродистых веществ — 
это скопления нефти, газа, твердых битумов, угля в земной коре, торфа и сапропеля в болотных ландшафтах и на дне озер. Основная масса углеродистых веществ в атмосфере, почвах, водах, горных породах, 
находится в рассеянном состоянии. 

Помимо природных углеродистых веществ в биосфере циркули
руют разнообразные техногенные углеродистые вещества, представляющие собой продукты промышленной переработки концентрированных природных углеродистых веществ и отходы от их хозяйственного использования в виде технологических выбросов промышленных 
предприятий, транспорта, машин и технических агрегатов. 

Углеродистые вещества в природе встречаются в виде простых уг
леродистых молекул, сложных многокомпонентных растворов, высокомолекулярных природных полимеров (геополимеров) или кристаллов, состоящих почти целиком из одного углерода. Важный диагностический признак углеродистых веществ — отношение к  растворимости 
в органических растворителях. Это свойство зависит от состава как 
углеродистого вещества, так и растворителя. Все углеродистые вещества и их компоненты разделяются на растворимые и нерастворимые 
формы. Растворимая часть углеродистого вещества называется битуминозным веществом, нерастворимая часть — карбоидом. Перечисленные группы существенно различаются по происхождению и по химическому составу (табл. 1.1). Все вещество, извлеченное из горной породы органическим растворителем, называется битумоидом.

Таблица 1.1 

Основные морфологические группы углеродистых веществ 

Морфологическая 

группа
Форма нахождения
Растворимость в органических 

растворителях

Группа свободного 
углерода и карбидов

Кристаллический углерод: графит, 
алмаз, фуллерен

Не растворимы
Аморфный углерод

Карбиды

Группа 
углеводородов

Углеводородные газы 

Растворимы

Нефть

Группа твердых 
битумов (нафтидов)

Асфальт

Асфальтит

Керит

Частично растворимы

Антраксолит

Озокерит, гатчетит

Альгарит, мумиё

Морфологическая 

группа
Форма нахождения
Растворимость в органических 

растворителях

Группа твердых 
битумов (нафтидов)
Оксикерит и гуминокерит
Частично растворимы

Группа ископаемых 
углей

Бурый уголь

Каменный уголь

Антрацит
Не растворим

Группа горючих 
и углистых сланцев

Битуминозные сланцы
Частично растворимы

Черные углистые сланцы
Не растворимы

Группа гумуса, торфа 
и сапропеля

Почвенный гумус

Частично растворимы
Торф
Сапропели и сапропелиты

Группа рассеянных 
углеродистых веществ

Битуминозные вещества

Растворимы
Полициклические ароматические 
углеводороды

Аморфные углеродистые геополимеры
Не растворимы

1.1.1. Группа свободного углерода и карбидов
Свободный углерод. В литосфере разные формы свободного углерода 

(вещества, состоящие только из атомов углерода) образуются в результате полимеризации и поликонденсации углеродистых молекул 
и образования их кристаллических форм. В земной коре найдены 
следующие формы свободного углерода: графит, алмаз, фуллерен, 
аморфный углерод.

Графит — кристаллический углерод, имеющий слоистую кристал
лическую структуру гексагональной сингонии, состоящую из наложенных одно на другое поликонденсированных шестичленных колец с атомами углерода в их вершинах. Элементарным слоем углерода в графите является графен — слой толщиной в один атом, состоящий из 
конденсированных шестичленных колец, соединенных sp2-связями 
в гексагональную двухмерную решетку. В природе графит встречается 
в рассеянном состоянии, а также в концентрированном виде в магматических, метаморфических и осадочных горных породах, которые 
являются предметом промышленной разработки. Мировая добыча 
графита превышает 600 тыс. т, а мировые запасы — 600 млн т. Широко 
используется техногенный графит, получаемый из антрацита, нефтяного 
кокса и отходов доменного производства (Авдонин, Старостин, 2010).

Алмаз — кристаллический углерод, решетка которого имеет тетра
эдрическую конфигурацию; трехмерный полимер. В центре тетраэдра находится атом углерода, соединенный sp3-связями с атомами 

Окончание табл. 1.1