8.3. Залежність рослинного покриву від нафтидогенних процесів та радіаційного фону

Одним з найбільш економічних та ефективних методів виявлення нафтових і газових родовищ до буріння є так званий прямий метод. Під прямими методами розуміють пошуки родовищ, які проводяться на основі зафіксованих на земній поверхні (а також у приповерхневих відкладах, ґрунтах та неглибоко залягаючих водоносних горизонтах) в атмосфері та гідросфері геохімічних і геофізичних аномалій, обумовлених покладом, а не пасткою (стосовно до рудних родовищ — рудоконтролювальною структурою). Виявлення пасток є необхідним, але недостатнім етапом вирішення проблеми відкриття родовищ, оскільки тільки третина структур, установлених геофізичними методами й перевірених пошуково-розвідувальним бурінням, виявляється промислово нафтогазоносною.

Нижче зроблено спробу проаналізувати підходи до розв’язання цієї проблеми з позиції деяких закономірностей формування оптичного відгуку рослинності як чутливого елемента на комплекс нафтидогенних факторів.

Вуглеводні (ВВ) є характерними стабільними складовими біосфери і, як одна з важливих форм існування вуглецю, займають важливе місце в обміні речовин та енергії між внутрішніми геосферами та біосферою, між природним середовищем та суспільством. В.І. Вернадський вважав газову вуглеводневу складову за одну з важливіших. Біосферні (біолітогенні як наслідок біогенного синтезу продуктів розкладу біомаси) та літосферні (ендолітогенні як результат природної дегазації оболонок Землі — літосфери і мантії) потоки вуглеводнів протягом усієї історії біосфери брали участь у геохімічному циклі вуглецю, який підтримує життя на Землі. Аліфатичні та ароматичні вуглеводні локалізовані на Землі у вигляді нафтових і газових родовищ. Основним фактором формування скупчень вуглеводнів у літосфері є їх ендолітогенні потоки.

Рослини, що зростають у районах промислових скупчень вуглеводнів, знаходяться під постійним впливом цього фактора. Фізіолого-біохімічні механізми безпосереднього впливу аліфатичних й ароматичних вуглеводнів на рослини досі повною мірою не встановлені, незважаючи на те, що це питання вивчається вже понад століття. Проте аналіз існуючої літератури дає змогу зробити деякі висновки щодо впливу екзогенних вуглеводнів на рослини.

Аліфатичні насичені вуглеводні (алкани) дуже поширені в рослинах. Особливо збагачені алканами листки. Алкани листків зосереджені переважно у кутикулі, однак виявлені й у складі ліпідів хлоропластів. Основним місцем синтезу алканів є епідерміс. Процес біосинтезу ініціюється світлом. У рослинах попередниками алканів є відповідні жирні кислоти, а розгалужені алкани можуть синтезуватися з амінокислот. Ароматичні вуглеводні синтезуються з ненасичених (етилену, ацетилену).

Експерименти з використанням помічених за вуглецем вуглеводнів показали, що здатність до поглинання та засвоєння вуглеводнів з навколишнього середовища є загальною властивістю вищих рослин. Вуглеводні, що розчинені у воді, поглинаються коренями, а газоподібні — листками через устячка та епідерміс. Токсична активність вуглеводнів зростає в ряді: парафіни → алефіни → нафтени → ароматичні вуглеводні. Гербіцидна дія парафінів посилюється із зростанням молекулярної маси, однак до певного краю, після чого вона стає значно слабшою. Характер фізіологічної дії вуглеводнів визначається також природою досліджуваного об’єкта (видова специфіка реакції). Наприклад, із заміною азоту повітря на метан зростання паростків томатів пригнічується, тоді як для ячменю та рису встановлено значне стимулювання цього показника.

Отже, засвоєння вуглеводнів рослинами, тобто їх поглинання та утилізація, залежить від збігу зовнішніх (концентрація вуглеводнів, доступність для рослини, що пов’язане з типом ґрунту, температурою, освітленістю, вологістю тощо) та внутрішніх (стан рослини: фаза розвитку, стан здоров’я, обумовлений наявністю чи відсутністю інфекцій або іншого ураження, ступінь природної здатності до засвоєння вуглеводнів) факторів. Як правило, «буферна ємність» рослинної клітини досить висока, тому рослини у природних умовах звичайно добре переносять наявність вуглеводнів.

За узагальненими результатами численних досліджень латеральної та вертикальної мінливості фізичних, хімічних і біохімічних полів у гірських породах значної кількості непродуктивних та нафтогазоносних структур встановлено зв’язок процесів формування просторового розподілу і морфології вищезазначених полів з особливостями побудови полів деформації і характером низькочастотних ізотермічних напружень, що виникають у процесі еволюції родовищ корисних копалин. Інакше кажучи, у межах структур осадової оболонки земної кори відбуваються чергування зон підвищених і знижених механічних напружень, які зумовлюють виникнення різних видів енергії, інтенсивний обмін потоків тепла, рідких, пароподібних й газових флюїдів, а також окисно-відновні процеси в зонах аномально низьких пластових тисків, що є тотожними із ділянками аномальних фільтраційних властивостей гірських порід. За цих обставин у таких зонах формуються зонально-кільцеві аномалії полів: фізичні (електромагнітні, гравітаційні, теплові, радіаційні, пружно-деформаційні, сейсмоакустичні тощо), хімічні (елементні, сольові, газові та ін.), біохімічні (бактеріальні, мікрофлористичні та ін.).

Відомо, що одним із біологічно активних газів є етилен, важливий ростовий гормон рослин. Фізіологічні ефекти етилену різноманітні: стимуляція дозрівання сокових плодів та опадання листя, пригнічення росту коренів, стимуляція росту бокових коренів, епінастії листя (вигин униз листка, зумовлений швидким ростом верхньої частини черешка) тощо. Етилен утворюється різноманітними організмами незалежно від їхньої таксономічної належності. Особливо багато його накопичується у перезволожених (переважно заболочених) ґрунтах. Виділення етилену протягом дня досягає 2...З мкл на 10 г сухого ґрунту. Із внесенням рисової соломи як добрива виділення етилену досягає 200...250 мкл/10 г ґрунту. Етилен залежно від концентрації може бути як стимулятором обмінних процесів, так і їх інгібітором. Токсична дія етилену спостерігається у разі перевищення об’ємної частки 10-3 % (для повітря зрошуваного легкосуглинкового ґрунту).

Отже, на величину місцевого вуглеводневого фону впливають переважно поверхневий фон, зумовлений утворенням газів й інших речовин у ґрунті та підґрунті, та розсіяні у товщі гірських порід нафта і газ.

Аномалії, обумовлені бактеріями, що окиснюють метан і пропан, пов’язані з поверхневими та кліматичними умовами, а також з умовами міграції газів. Присутність і розвиток згаданих бактерій в ґрунті є результатом тривалого, протягом багатьох століть, потоку газів, що окиснюються цими бактеріями. Разом з тим хоч теоретичні максимуми прояву газових і розвитку бактеріальних аномалій мають збігатися, їх взаємозв’язок може бути різним залежно від зазначених умов.

Аномальні γ-поля над покладами вуглеводнів можуть впливати на життєдіяльність окиснювальних мікроорганізмів. Так, установлено, що збільшення за часом (з кожним роком) у підземних водах Петрохерсонецького валу (Оренбурзька обл.) концентрації урану пригнічувало розвиток мікрофлори і, навпаки, зі зменшенням вмісту урану спостерігалась висока інтенсивність розвитку бактерій, що окиснюють вуглеводні.

Геохімічне значення досліджень у цьому напрямі пов’язане з тим, що газові аномалії над покладами вуглеводнів у зоні приповерхневих відкладів часто мають кільцеву форму, подібну до форми γ-метричних аномалій. Було висловлено припущення щодо різної газоокиснювальної здатності бактерій у зоні радіоаномалії та за її межами, що може спричинювати виникнення кільцевих ефектів. Крім того, відомо, що в присклепінній частині підняття, де переважають дрібнодисперсні різновиди, радіоактивність порід значно підвищена. Це може впливати на життєдіяльність мікрофлори і таким чином зумовлювати зміни газового і мікробіологічного режиму шару, що оточує корінь. Таке припущення було доведено спеціальними дослідами. Наприклад, виявлено, що додавання солей U (10-4…10-8 г•см-3) у середовище вирощування зазначеної мікрофлори, виділеної з підземних вод Леляківського родовища (Україна), у низьких (10-6...10-8 г•см-3) дозах позитивно впливало на розвиток усіх видів бактерій, тоді як високі дози (10-4 г•см-3) пригнічували розвиток як пропан-, так і метанокиснювальних бактерій. Дослідженнями впливу різних доз і експозицій опромінення на окиснювальну мікрофлору показано, що пропанокиснювальні бактерії найбільш чутливі до дії цього фактора: пригнічувальна дія γ-випромінювання спостерігається у разі перевищення дозового навантаження 80 мкР • год-1.

Отже, радіаційні аномалії, які реєструються у регіонах з покладами вуглеводнів, можуть впливати на рослинність, що зростає на цій території, з одного боку, в результаті дії на бактеріальний фільтр і процеси ґрунтоутворення, а з іншого — безпосередньо на процеси росту і розвитку рослин.

Отже, багатолітня практика пошуків нафти і газу показала, що майже над усіма родовищами вуглеводнів існують аномальні зонально-кільцеві поля різного генезису. При цьому інтенсивність нафтидогенних явищ у приповерхневій зоні визначається сукупним впливом і частковою участю хімічних (термокаталітична деструкція органічної речовини, порушення карбонатної рівноваги, вплив оксидів Fe та ін.), біохімічних (для аеробних і анаеробних бактерій та інших мікроорганізмів), фізико-хімічних (міграція вуглеводнів, їх дифузія, сорбція, розчинення тощо), фізичних (термо-, граві-, магніто-, радіоаномалії) процесів і певною мірою залежить від густини порід осадового чохла. Досліди виявляють приуроченість фільтраційних процесів до тектонічно ослаблених зон (розломів, крил і периклинальних ділянок структури), тоді як дифузійні процеси досягають максимальної дії в склепінних частинах структур. Ці процеси енергомасопереносу (в тому числі тепла, рідких, паро- й газоподібних флюїдів) приводять до відчутної трансформації фізико-хімічного стану порід і ґрунтів над покладами вуглеводнів та у зонах розущільнення порід, що, в свою чергу, сприяє формуванню у коренеоточуючому шарі ґрунтів і приземному шарі атмосфери певних територій специфічних умов для росту й розвитку макро- і мікробіоти.