О.В. Зеркаль, С.Н. Рыбаков (Федеральный центр геоэкологических систем, Москва)
Ю.К. Егоров (Северо-Кавказский инженерно-геологический центр, Ставрополь)

В настоящее время, развитие нефтегазового комплекса, одного из локомотивов экономики России, происходит стремительными темпами. Среди регионов, где осуществляется нефтегазодобыча, можно назвать Западную Сибирь, Поволжье, Северо-Западный регион, Сахалин. Крупные объекты нефтегазового комплекса - магистральные трубопроводы, нефтеперерабатывающие комбинаты, морские терминалы, располагаются практически во всех экономических районах России. При разведке и освоении крупных нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений для добычи, очистки и транспортировки углеводородов создаются сложные природно-техногенные системы, включающие в себя сеть незакономерно расположенных по площади промысловых и линейных транспортных сооружений. Сложноорганизованными ПТС являются нефтеперерабатывающие предприятия.
Интенсивное развитие нефтегазового комплекса обуславливает значительное его влияние на окружающую природную среду. Влияние объектов нефтегазовой отрасли на окружающую природную среду разнообразно и разнопланово. Помимо выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водоемы, значительный ущерб окружающей среде наносится в результате порывов внутрипромысловых и магистральных трубопроводов. Полностью избежать влияние создаваемых природно-техногенных систем на окружающую природную среду нельзя. Задачи природоохранной деятельности состоят в минимизации влияния нефтегазодобычи, транспортировки и переработки на природную среду, своевременном выявлении негативных тенденций и изменений в состоянии окружающей среды.
Осуществление природоохранной деятельности, экологический мониторинг, принятие практических решений невозможно без картографического обеспечения, анализа данных, характеризующихся пространственной привязкой. Одной из основных задач при экологических исследованиях является определение характера взаимодействия, взаимосвязей и взаимовлияния трех основных факторов - окружающей природной среды, техногенного воздействия на нее при хозяйственной деятельности и человека. Поэтому картографическая информация, получаемая при экологических исследованиях в нефтегазовой отрасли, отличается многокомпонентностью, что обусловлено множественностью элементов, слагающих природно-техногенные системы, включающие:

различные компоненты окружающей природной среды (почвы, поверхностные и подземные воды, растительность и др.);
многообразие источников и характеров техногенного воздействия;
разносторонние связи между природными и техногенными элементами, присущие природно-техногенным системам.
Таким образом, картографические материалы, составляемые при экологических исследованиях на объектах нефтегазовой отрасли, представляют собой интегрированную картографическую оценку природных (геоэкологических геологических, инженерно-геологический, ландшафтно-геохимических, геоботанических и др.) условий в определенный временной отрезок в условиях сложившейся (или планируемой) системы хозяйствования. При этом, одновременное отражение и обработка всей имеющейся (или требуемой) информации, как правило, традиционными методами затруднены и применение геоинформационных систем становится необходимым. Формируется класс экологических приложений ГИС, представляющий собой одну из областей предметного приложения геоинформационных систем с характерными именно для нее задачами. Можно выделить несколько направлений применения ГИС в решении задач охране окружающей среды как в нефтегазовой отрасли, так и в других областях.
Одним из направлений использования геоинформационных систем при экологических и геоэкологических работах в районах нефтегазодобычи является применение ГИС, как средства накопления, хранения, отображения (экологических, геологических, геоэкологических и др.) данных для отражения фактографического материала, справочно-информационного и, реже, справочно-аналитического обеспечения. При этом геоинформационные системы применяются для создания электронных атласов, комплексно отражающих данные о природных условиях, техногенном воздействии при нефтегазодобыче для отдельных регионов и субъектов Российской Федерации, обобщающих результаты региональных исследований по оценке воздействия нефтегазового комплекса и служащие основой для повышения информационного обеспечения природоохранных органов, повышения эффективности деятельности природоохранных служб нефтяных компаний. В качестве примера можно привести ГИС «Природные условия Тюменской области» (базовый масштаб 1:4 000 000), созданную по заказу Ханты-Мансийского окружного комитета по охране окружающей среды в 1994-95 г.г. в формате РС ARC/INFO. ГИС включает в себя свыше 40 покрытий, содержащих более 70 тематических слоев.
Другим, более «прогрессивным», в отличии от использования ГИС только в качестве баз пространственно распределенных данных, является подход, рассматривающий геоинформационные системы в качестве инструмента решения прикладных задач - целевой обработки информации, в первую очередь, при интерпретации и анализе пространственных данных, с целью получения новой информации - картографических материалов синтетического и аналитического характера. При этом, задачами создаваемой геоинформационной системы является интеграция (накопление, совмещение), анализ и комплексная интерпретация разнотипных и разноплановых данных, картографическое моделирование и прогнозирование, представление результатов в экологических, геоэкологических, геологических терминах в картографической форме для информационного обеспечения принятия управленческих решений.
Создание геоинформационных систем нередко проводится в комплексе с обработкой и интерпретацией данных дистанционного зондирования, результатов их цифровой обработки. В ГИС также могут включаться пространственные данные мониторинга, результатов полевых наблюдений, позиционированных с помощью систем спутниковой навигации (GPS). Комплексный технологический процесс создания геоинформационных систем на основе как картографических материалов, так и новых данных, получаемых на основании обработки ДДЗ, сбора, ввода и анализа пространственных данных с помощью GPS, использование расчетных компонентов ГИС-пакетов или дополнительных специализированных модулей позволяет говорить о геоинформационных технологиях (ГИС-технологиях).
В зависимости от целей и задач, масштаба выполняемых экологических работ содержание картографических материалов в составе ГИС, методов и средств их получения может значительно варьировать. При этом существенным является учет функционального назначения территории (разведочные или промысловые объекты, объекты транспортировки или переработки нефти и газа), сложившейся структуры, длительности и стадии освоения месторождений. Рассмотрим эти положения на примере ряда ГИС-проектов и работ, с широким применением ГИС-технологий, реализованных в ФЦГС «Экология» и выполняемых в настоящее время ФЦГС «Экология» совместно с Северо-Кавказским инженерно-геологическим центром, занимающим одну из наиболее активных позиций в области применения ГИС в регионе.
ГИС «Экологические последствия Нефтегорского землетрясения» была подготовлена ФЦГС Экология в 1996 г. в среде PC ARC/INFO с базовым масштабом 1:500 000 в рамках работ Подгруппы по мониторингу экологических катастроф Рабочей группы по окружающей среде Совместной Российско-Американской комиссии по экономическому и технологическому сотрудничеству (рис.1). В ГИС представлены и обобщены материалы, полученные специалистами Сахалиноблкомприроды, ОИФЗ РАН при полевом обследовании в эпицентральной зоне землетрясения, результаты обработки и анализа материалов дистанционного зондирования, выполненного специалистами ФЦГС «Экология», архивные данные, предоставленные ГНПП «Аэрогеология». В составе ГИС было подготовлено около 30 тематических покрытий, показывающих:

природные условия Северного Сахалина;
геологическое и структурно-тектоническое строение Северного Сахалина, включая характеристику активизировавшихся при Нефтегорском землетрясении 1995 г. геологических структур (сейсмодислокации, сейсмогенные деформации склонов и др.);
гидрогеологические условия Северного Сахалина - области питания и разгрузки подземных вод, водовмещающие отложения, направления фильтрационных потоков;
развитие экзогенных геологических процессов в пределах Северного Сахалина и участки активизации ЭГП при землетрясении;
нефтегазовый комплекс Северного Сахалина - нефтепромыслы, внутрипромысловые нефтепроводы, магистральные нефте- и газопроводы и др.;
экологические последствия сейсмического воздействия на существующие объекты нефтедобычи и транспортировки углеводородного сырья - места разрывов и проливов, к которым в виде атрибутивной информации были подключены данные о тяжести аварии.
Создание ГИС проводилось с целью комплексной оценки экологических последствий сейсмического воздействия для Северной части о. Сахалин, отработки основные положения методики прогноза, предупреждения и быстрого реагирования на стихийное бедствие катастрофического характера с экологическими последствиями на основе применения ГИС-технологий.
ГИС «Оценка экологического риска при разработке Приобского месторождения» была подготовлена в ФЦГС «Экология» в рамках работ Подгруппы по экологическому воздействию нефтегазопромыслов в арктических и субарктических регионах Рабочей группы по окружающей среде Совместной Российско-Американской комиссии по экономическому и технологическому сотрудничеству. В составе ГИС содержатся покрытия, характеризующие как территорию месторождения в целом (среднемасштабные), так и рассматривающие детальные участки с различными природными условиями и техногенной нагрузкой (рис. 2). Создание среднемасштабных ГИС-покрытий, выполненное в 1996 г., проводилось на основании тематической обработки космоматериалов (МК-4), данных полевых работ с привязкой точек наблюдений и опробования (скважин, водопунктов и т.д.) с помощью GPS.
ГИС-покрытия для детальных участков, подготовленные в 1996 г. и 1997 г., содержат уточненные характеристики природных условий, нефтедобывающих и сопутствующих добыче объектов и взаимодействия окружающей природной среды с техногенной нагрузкой при нефтедобыче в виде оценок устойчивости природной среды и экологических рисков. В настоящее время такие оценки выполнены с учетом ландшафтно-геохимических особенностей территории, гидрогеологических условий, а также с учетом влияния техногенной деятельности на лесные угодья, популяцию водоплавающих птиц и ихтиофауну.
В настоящее время Федеральным центром геоэкологических систем и Северо-Кавказским инженерно-геологическим центром проводится составление картографических материалов, которые в последствие будут положены в основу ГИС по оценке влияния на окружающую природную среду сооружения магистральных трубопроводов в Северо-Кавказском регионе.
В составе описываемых ГИС можно выделить несколько тематических блоков, состоящие из покомпонентных, комплексных, оценочных и прогнозных покрытий.
Компонентные карты показывают в виде отдельных тематических слоев как отдельные компоненты среды - гидрологию, растительность, геологические и гидрогеологические условия и др., так и отдельные техногенные объекты - нефтепромыслы и отдельные их элементы (кустовые площадки, амбары и т.д.), трубопроводы, ДНС и т.д. По своей сути эти картографические материалы являются тематическими базовыми покрытиями, представляющими исходную картографическую информацию для составления всего спектра карт. Для подготовки компонентных карт в составе названных ГИС были использованы архивные и фондовые материалы, данные, полученные при обработке космоматериалов, а также данные, собранные при полевых работах.
Комплексные карты, по своей сути, являющиеся синтетическими покрытиями, получаемыми при комбинировании и интегрировании серий компонентных карт. Для обработки покомпонентных слоев, подготовленных с использованием дистанционных данных, при создании ГИС для детальных участков были использованы возможности РС ARC/INFO, позволившие осуществить операции слияния тематических покрытий для получения нового совмещенного покрытия и операции наложения тематических покрытий с сохранением либо всех областей исходных покрытий, либо части пространственных объектов по тому или иному критерию.
В полученных комплексных картах, с одной стороны, были отражены структура природных комплексов и взаимодействие отдельных компонентов среды в виде ландшафтно-геохимических карт, карт гидрогеологического районирования, карт структурно-тектонических условий. С другой стороны, на комплексных картах были показаны нефтедобывающие комплексы, их структура и взаимное сочетание объектов и сооружений, сливающихся на отдельных территориях в единое техногенное поле.
Оценочные и прогнозные карты (покрытия) представляют собой карты аналитического характера. На оценочных картах даются целевые оценки устойчивости природной среды к воздействию нефтедобывающего комплекса, отражаются особенности взаимодействия геологической среды и техногенной нагрузки, сложившихся к настоящему времени. В отличии от оценочных карт, прогнозные карты (покрытия) представляют картину ожидаемых изменений среды в течение определенного периода или при реализации планируемого воздействия. Подготовка прогнозных карт может осуществляться как в критериях развития того или иного процесса (загрязнение поверхностных вод и прибрежных акватории нефтепродуктами, мест разрыва нефтепроводов), так и в виде оценок риска возникновения негативных тенденций в экологическом состоянии территории.
При создании ГИС с компонентными покрытиями геоинформационные системы рассматриваются, в значительной степени, в качестве баз пространственно распределенных данных. При подготовке геоинформационных систем, включающих комплексные, оценочные и прогнозные материалы, ГИС выступает в качестве инструмента решения прикладных задач - целевой обработки информации, интерпретации и анализа пространственных данных. Осуществляется получение новой информации - картографических материалов синтетического и аналитического характера. В этом случае, задачами создаваемой геоинформационной системы является интеграция, анализ и комплексная интерпретация разнотипных и разноплановых данных, картографическое моделирование и прогнозирование, представление результатов в геологических, геоэкологических, гидрогеологических терминах в картографической форме для информационного обеспечения принятия управленческих решений.
В заключении хочется отметить, что решение различных задач при геоэкологических исследованиях в регионах с интенсивным развитием нефтегазовой отрасли требуют обработки значительных массивов информации, среди которых ведущую роль играют разнообразные тематические карты, а также материалы аэрокосмических наблюдений. Геоинформационные технологии как нельзя лучше отвечают требованиям, предъявляемым для управления, в первую очередь, пространственно распределенными данными, значительно улучшая качество информационного обеспечения принятия управленческих решений. В тоже время, обширный спектр универсальных ГИС не дает возможность полностью обеспечить решение задач, возникающих при геоэкологических работах, что требует создания специальных приложений. Разработка конкретных ГИС-приложений должна производится при участии как специалистов ГИС-технологий, так и специалистов нефтегазовой отрасли.