Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 281 Вып. 1
Страницы:
36-54
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Статистическое моделирование миграции металлов в почвах нефтегазоконденсатных месторождений севера Западной Сибири

Авторы:
А. Ю. Опекунов1
М. Г. Опекунова2
С. Ю. Кукушкин3
Об авторах
  • 1 — д-р геол.-минерал. наук профессор Санкт-Петербургский государственный университет ▪ Orcid
  • 2 — д-р геогр. наук профессор Санкт-Петербургский государственный университет ▪ Orcid
  • 3 — канд. геогр. наук доцент Санкт-Петербургский государственный университет ▪ Orcid
Дата отправки:
2026-03-31
Дата принятия:
2026-06-25
Дата публикации онлайн:
2026-10-01

Аннотация

В статье рассматриваются механизмы миграции и иммобилизации металлов в почвах субарктики Западной Сибири в результате загрязнения при разработке месторождений углеводородного сырья. Исследования базируются на результатах анализа 106 проб почв и почвенных растворов на содержание металлов (Na, Ca, K, Fe, Mn, Cd, Cr, Zn, Sr, Cu, Ni, Ba, Pb, Co, V), а также нефтяных углеводородов в почве, отобранных на месторождениях и фоновых участках Надым-Пур-Тазовского междуречья. На основе геохимических данных проведено статистическое моделирование с использованием методов многомерной статистики. На первом этапе выполнены факторизация данных и интерпретация факторов с выявлением основных источников загрязнения, к которым отнесены буровые шламы, пластовые воды и работа автотранспорта. Дискриминантный анализ позволил сгруппировать пробы по характеру воздействия. Многомерный дисперсионный анализ дал возможность выделить ведущие факторы потенциала подвижности металлов в почвах, использованных при выполнении множественного регрессионного анализа (МРА) в качестве предикторов. МРА выявил основные механизмы мобилизации металлов в раствор: конкурентная сорбция (Mn, Sr, Co, Pb, Cr, Ca, Ba, Zn), ионная сила раствора (Na, Mn, Zn), подщелачивание почв (Cr, V) и гидрофобизация нефтяными углеводородами (Sr, Zn). Установлено, что иммобилизация наиболее эффективна в процессах ионообменной сорбции на аморфных оксигидроксидах Fe (Na, Ca, Mn, Sr, Zn), Mn (Ba, Co, Cr, Pb), органическом веществе гумусового ряда (Sr, Ba). Дана подробная характеристика поведения металлов в условиях загрязнения. Показано, что латеральная миграция металлов в изученных условиях составляет 150-200 м. Проведены оценка достоверности множественных регрессионных моделей и внутренняя валидация на экспериментальных данных. На основе анализа механизмов мобилизации и иммобилизации металлов даны рекомендации по снижению миграционного потенциала поллютантов.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
буровые шламы пластовые воды конкурентная сорбция металлов гидрофобизация почв мобилизация металлов иммобилизация металлов
Финансирование:

Работа выполнена при поддержке СПбГУ (проект ID 159084796).

Перейти к тому 281

Литература

  1. Замотаев И.В., Иванов И.В., Михеев П.В., Никонова А.Н. Химическое загрязнение и трансформация почв в районах добычи углеводородного сырья (обзор литературы) // Почвоведение. 2015. № 12. С. 1505-1518. DOI: 10.7868/S0032180X1512014X
  2. Белик А.Д., Геннадиев А.Н., Кошовский Т.С. Индикация и количественная оценка источников полиаренов в почвах методом статистического моделирования (территория нефтегазодобычи, Волгоградская область) // Почвоведение. 2021. № 5. С. 631-640. DOI: 10.31857/S0032180X21050038
  3. Wenyou Hu, Huifeng Wang, Lurui Dong et al. Source identification of heavy metals in peri-urban agricultural soils of southeast China: An integrated approach // Environmental Pollution. 2018. Vol. 237. P. 650-661. DOI: 10.1016/j.envpol.2018.02.070
  4. Zening Zhao, Meng Wu, Guojun Cai et al. Physics-constrained risk assessment of soil heavy metal migration under model and parameter uncertainties // Acta Geotechnica. 2026. Vol. 21. Iss. 3. P. 1667-1684. DOI: 10.1007/s11440-025-02826-1
  5. Jian Cui, Dong Jia, Hongbin Wang et al. A Method to Simulate the Migration and Accumulation of Hydrocarbon with Analogue Modeling // Geofluids. 2021. Vol. 2021. № 660760. DOI: 10.1155/2021/6660760
  6. Maoren Wang. Migration rules of petroleum pollutants in water and soil: a review // Petroleum Science and Technology. 2024. Vol. 42. Iss. 25. P. 4281-4296. DOI: 10.1080/10916466.2023.2223596
  7. Wansheng Pei, Zeliang Ye, Mingyi Zhang et al. Experimental and numerical investigations on spilled oil migration and contamination characteristics in freezing soils // Geoderma. 2025. Vol. 457. № 117300. DOI: 10.1016/j.geoderma.2025.117300
  8. Yingdong Wu, Jiang Yu, Zhi Huang et al. Migration of total petroleum hydrocarbon and heavy metal contaminants in the soil–groundwater interface of a petrochemical site using machine learning: impacts of convection and diffusion // RSC Advances. 2024. Vol. 14. Iss. 44. P. 32304-32313. DOI: 10.1039/d4ra06060a
  9. de Costa de Azevedo P.C., Krzyzaniak S.R., Ferreira B.L. et al. Chemical fractionation and risk assessment of metals in drill cuttings from onshore and offshore oil and gas wells // Marine Pollution Bulletin. 2025. Vol. 213. № 117635. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2025.117635
  10. Opekunova M.G., Opekunov A.Yu., Kukushkin S.Yu. Environmental Pollution by Drilling Waste in the Arctic // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 666. № 032074. DOI: 10.1088/1755-1315/666/3/032074
  11. Hongpan Liu, Senlin Dong, Jie Yang et al. Treatment and Disposal Technologies for Oil-Based Drilling Cuttings: An Overview and Prospects // Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste. 2026. Vol. 30. Iss. 1. № 03125004. DOI: 10.1061/JHTRBP.HZENG-1550
  12. Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа / Гл. ред. С.И.Ларин. Омск: Омская картографическая фабрика, 2004. 303 с.
  13. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю. и др. Загрязнение почв севера Западной Сибири нефтяными и полициклическими ароматическими углеводородами: распределение и оценка экологического риска // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1442-1460. DOI: 10.31857/S0032180X22110107
  14. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Кукушкин С.Ю., Лисенков С.А. Оценка загрязнения соединениями металлов придорожных ландшафтов севера Западной Сибири с использованием статистического моделирования // Почвоведение. 2025. № 11. С. 1458-1474. DOI: 10.7868/S3034561825110059
  15. Шулькин В.М. Применение центрифугирования для разделения взвешенных и коллоидных форм химических элементов при анализе речных вод: возможности и ограничения // Водные ресурсы. 2024. Т. 51. № 4. С. 522-534. DOI: 10.31857/S0321059624040123
  16. Горобец С.А., Лаптев Н.Н., Макарова И.Р. и др. Критерии поиска месторождений углеводородов и руд полиметаллов с применением модели геофлюидальной системы // Георесурсы. 2022. Т. 24. № 3. С. 49-68. DOI: 10.18599/grs.2022.3.4
  17. Каненкин Е.И., Зелинская Е.В., Толмачева Н.А. Негативное воздействие на почвы при вскрытии пластовых рассолов при добыче минерального сырья // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2024. № 2 (317). С. 50-58.
  18. Geochemistry of Oilfield Waters / Ed. by A.G.Collins. Elsevier, 1975. 496 p.
  19. Кузина Е.В., Мухаматдьярова С.Р., Искужина М.Г. и др. Биоремедиация нефтезагрязненной почвы, содержащей повышенные концентрации хлорида натрия и тяжелых металлов // Трансформация экосистем. 2025. Т. 8. № 4. С. 189-204. DOI: 10.23859/estr-240508
  20. Чугунов А.С., Винницкий В.А., Нагорнова Е.С. Метод элюирования в исследовании комплексообразующей способности ионообменных волокон // Известия высших учебных заведений. Серия «Химия и химическая технология». 2024. Т. 67. № 9. С. 35-44. DOI: 10.6060/ivkkt.20246709.6974
  21. Amengol B., Pires R., Leão V.A. Effect of the type of ion-exchange resin on Mn2+ adsorption in the presence of competing cations // Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2024. Vol. 60 (2). № 187844. DOI: 10.37190/ppmp/187844
  22. Uygur V., Karaduman M.A., Kececi M. et al. Competitive adsorption of heavy metals in different soils // Fresenius Environmental Bulletin. 2017. Vol. 26. № 10. P. 6205-6211.
  23. Hanjing Yu, Chenchen Li, Jin Yan et al. A review on adsorption characteristics and influencing mechanism of heavy metals in farmland soil // RSC Advances. 2023. Vol. 13. Iss. 6. P. 3505-3519. DOI: 10.1039/d2ra07095b
  24. Adhikari D., Sowers T., Stuckey J.W. et al. Formation and redox reactivity of ferrihydrite-organic carbon-calcium co-precipitates // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. Vol. 244. P. 86-98. DOI: 10.1016/j.gca.2018.09.026
  25. Qianqian Li, Debra M. Hausladen. Impact of organic carbon-Mn oxide interactions on colloid stability and contaminant metals in aquatic environments // Water Research. 2025. Vol. 280. № 123445. DOI: 10.1016/j.watres.2025.123445
  26. Myrvang M.B., Gjengedal E., Heim M. et al. Geochemistry of barium in soils supplied with carbonatite rock powder and barium uptake to plants // Applied Geochemistry. 2016. Vol. 75. P. 1-8. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2016.10.013
  27. Pinheiro J.P., Mota A.M., Benedetti M.F. Lead and Calcium Binding to Fulvic Acids: Salt Effect and Competition // Environmental Science & Technology. 1999. Vol. 33. Iss. 19. P. 3398-3404. DOI: 10.1021/es990210f
  28. Коршунова Т.Ю., Четвериков С.П., Бакаева М.Д. и др. Микроорганизмы в ликвидации поледствий нефтяного загрязнения (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. Том 55. № 4. С. 338-349. DOI: 10.1134/S0555109919040093
  29. Devatha C.P., Vishal A.V., Rao J.P.C. Investigation of physical and chemical characteristics on soil due to crude oil contamination and its remediation // Applied Water Science. 2019. Vol. 9. Iss. 4. № 89. DOI: 10.1007/s13201-019-0970-4
  30. Ghabbour E.A., Scheinost A.C., Davies G. XAFS studies of cobalt(II) binding by solid peat and soil-derived humic acids and plant-derived humic acid-like substances // Chemosphere. 2007. Vol. 67. Iss. 2. P. 285-291. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2006.09.094
  31. Zhe Chen, Ying Chen, Jing Liang et al. The Release and Migration of Cr in the Soil under Alternating Wet–Dry Conditions // Toxics. 2024. Vol. 12. Iss. 2. № 140. DOI: 10.3390/toxics12020140
  32. Shaheen S.M., Alessi D.S., Tack F.M.G. et al. Redox chemistry of vanadium in soils and sediments: Interactions with colloidal materials, mobilization, speciation, and relevant environmental implications – A review // Advances in Colloid and Interface Science. 2019. Vol. 265. P. 1-13. DOI: 10.1016/j.cis.2019.01.002
  33. Quan Zou, De’an Li, Jianguo Jiang et al. Geochemical simulation of the stabilization process of vanadium-contaminated soil remediated with calcium oxide and ferrous sulfate // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019. Vol. 174. P. 498-505. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.02.082
  34. Mishra P., Ali S., Kumar R., Shekhar S. Global lead contamination in soils, sediments, and aqueous environments: Exposure, toxicity, and remediation // Journal of Trace Elements and Minerals. 2025. Vol. 14. № 100259. DOI: 10.1016/j.jtemin.2025.100259
  35. Makharadze T., Makharadze G. Investigation of the Complex Formation Process of Lead (II) with Natural Macromolecular Organic Substances (Fulvic Acids) by the Solubility and Gel Chromatographic Methods // Chemistry and Chemical Technology. 2023. Vol. 17. № 4. P. 740-747. DOI: 10.23939/chcht17.04.740
  36. Fariña A.O., Peacock C.L., Fiol S. et al. A universal adsorption behaviour for Cu uptake by iron (hydr)oxide organo-mineral composites // Chemical Geology. 2018. Vol. 479. P. 22-35. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2017.12.022
  37. Brown Jr.G.E., Parks G.A. Sorption of Trace Elements on Mineral Surfaces: Modern Perspectives from Spectroscopic Studies, and Comments on Sorption in the Marine Environment // International Geology Review. 2001. Vol. 43. Iss. 11. P. 963-1073. DOI: 10.1080/00206810109465060
  38. Опекунов А.Ю., Коршунова Д.В., Опекунова М.Г. и др. Анализ эффективности геохимических барьеров как основа применения природоподобных технологий очистки воды // Записки Горного института. 2024. Т. 267. С. 343-355.
  39. Житенев Б.Н., Гуринович А.Д., Сенчук Д.Д. Технология сорбционной очистки сточных вод от ионов кадмия, свинца и меди гранулированным торфом // Вестник Брестского государственного технического университета. 2022. № 1 (127). C. 26-31. DOI: 10.36773/1818-1112-2022-127-1-26-31
  40. Дремичева Е.С. Использование торфа и древесных опилок для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2021. Вып. 3. С. 80-91. DOI: 10.25558/VOSTNII.2021.74.78.009
  41. Дремичева Е.С. Изучение кинетики сорбции на торфе ионов железа(III) и меди(II) из сточных вод // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2017. Т. 58. № 4. С. 204-207.
  42. Yasmin K., Hossain S., Wai Chin Li. Simultaneous immobilization strategy of anionic metalloids and cationic metals in agricultural systems: A review // Chemosphere. 2024. Vol. 364. № 143106. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.143106
Статистика
Просмотр аннотаций
27
Просмотр полного текста
8
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Разработка эффективных техногенных почвогрунтов путем оптимизации состава промышленных отходов и осадков сточных вод
2026 Т. К. Иванова, Е. А. Красавцева
Использование отходов производства для рекультивации кислых, загрязненных тяжелыми металлами почв арктических территорий
2026 М. А. Чукаева, Я. В. Пухальский
Комплексная ресурсно-экологическая оценка возможности утилизации техногенных отходов
2026 Е. В. Колодежная, И. В. Шадрунова, О. Е. Горлова, Н. Н. Орехова
Комбинированный метод восстановления загрязненных территорий нефтяного комплекса на основе электрохимической обработки с созданием геохимического барьера
2026 Н. С. Шулаев, В. В. Пряничникова, Р. Р. Кадыров
Разработка подхода к комплексной оценке состояния нарушенных земель горными работами
2026 А. В. Резник, Н. А. Немова, Д. А. Новиков, Е. Ю. Зарубина, В. Л. Гаврилов, А. А. Колесников, Н. С. Косарев
Применение материала из бедных вермикулит-серпентиновых руд для рекультивации городских почв и агропочв в Арктической зоне России
2026 И. П. Кременецкая, А. Б. Хвостова, Н. В. Салтан, С. В. Дрогобужская, М. В. Слуковская, Т. К. Иванова, А. Г. Петрова, А. И. Новиков