Ivan LANDA
ECOLAND a ČZU, fakulta lesnická a environmentální
V době apartheidu a hospodářské blokády JAR vznikl program výroby surové ropy z černého uhlí, jehož zásoby se nacházejí v dostatečném množství severně od Pretorie. V této oblasti, v blízkosti hlubinných dolu, vznikla celá řada rafinérií specializujících se na zpracování vytěženého uhlí a na jeho syntézu na benzin, motorovou naftu a další chemické látky. Významný rozvoj tižby vedl postupně k tomu, že nabídka začala přesahovat nad poptávkou a proto docházelo paradoxně k postupnému vývozu těchto produktů do zemí sousedících s JAR.
Značné kapacity, které byly projektovány s ohledem na strategické zájmy, sledující energetickou nezávislost JAR vedly k tomu, že se hlavně v dané oblasti severně od Pretorie, kde jsou bohatá ložiska uhlí, začaly budovat podzemní zásobníky surové nafty s tím, že v závislosti na režimu spotřeby je tato ropa dle potřeby dále přepracovávána a výrobky z ní dodávány na trh.
Pro budování podzemních zásobníků ropy byly využity vytěžené prostory v důlních polích s tím, že mezi průběžně využívanými pro skladování surové ropy důlními prostory, a dobývkou, kde probíhala těžba uhlí, byly ponechány ochranné pilíře.
Těžba se pohybovala v hloubkách cca 100 - 300 m p.t. . V počátečních fázích tato symbioza těžby uhlí a skladování surové ropy byla hodnocena z ekonomických důvodů velmi pozitivně, neboť nebylo nutno budovat nákladné podzemní zásobníky kavernového typu, které jsou běžně využívány ve skandinávských státech, hlavně ve Švédsku. Současně odpadala nezbytnost přepravovat ropné látky na velké vzdálenosti. Využití starých důlních děl např. pro skladování plynu, je přitom běžné i u nás na příbramsku. Raritou zásobníku v JAR je, že jak skladování, tak i těžba, probíhají ve stejném dobývacím pásmu.
Postupně však, i přes pozitivní výpočty sedání nadloží a výpočty velikosti pásma zálomových puklin, kde dochází ke zvýšení hodnot koeficientů filtrace horninového masivu, začaly ropné produkty postupně pronikat do dobývek a výrazně komplikovat těžbu uhlí a to nejen z hlediska bezpečnosti, ale i hygieny práce.
Z těchto důvodů byl státním výzkumným pracovištim CSIR v Pretorii zpracován program identifikace a vymezení pásma zálomových puklin na povrchu terénu s využitím nedestruktivních metod. Oblast podzemního zásobníku byla neobydlená, s výjimkou hornické kolonie, mírně zvlněná s převýšením cca 50 až 70 m, porostlá vegetací typu savany. Jde tudíž o oblast velmi dobře dostupnou z hlediska povrchových geofyzikálních prací. Z podnitu CSIR v Pretorii byla zahájena spolupráce s firmou ECOLAND-Landa Praha se zaměřením na využitelnost atmogeochemických metod, konkrétně metody spočívající ve využití přístroje ECOPROBE firmy RS-Dynamics Praha (ing. Bláha), který se vyznačuje značnou mobilitou, operativností, jednoduchou obsluhou a s přihlédnutím k dostupným alternativních metod, které by bylo možné použít při vyhledávání pásem rozpukání podílejících se na úniku ropných látek, identifikovaných jako těkavé organické sloučeniny, velmi ekonomický.
V současnosti se při vyhledávání pásem rozpukání horninového masivu používají nejrůznější povrchové a karotážní geofyzikální metody, které jsou kombinovány často průzkumnými vrty, na kterých se provádí tlakové hydrodynamické zkoušky. Tyto zkoušky pak následni umožní ocenit nejen rozsah pásma rozpukání, ale hlavni stanovit i případnou zákonitost poklesu propustnosti směrem do nadloží.
Existují přitom dvě dělící pásma a to pásmo: (a) chaotického závalu, kdy dochází k posunu jednotlivých bloků, k průhybu vrstev a případně k uvolnění bloků do důlního díla. V takovém to případě výsledky tlakových zkoušek vykazují téměř nekonečně vysokou propustnost, (b) pásmo průhybu, kde se projevuje hlavně rozpukání ve směru vrstevnatosti, které je pak identifikováno vtláčecími zkouškami jako zóna s reálnou hodnotou koeficientu propustnosti, jehož hodnota směrem do nadloží klesá.
V případě podzemního zásobníku ropy bylo od speciálních tlakových zkoušek upuštěno, neboť vznikala obava, že se zvyšováním tlaku může dojít i k porušení stabiliti hornin s následnou inicializací pohybu surové ropy.
V daných podmínkách, kdy vznikaly obavy, aby jakékoliv nové průzkumné destruktivní práce (vrtání, zvyšování tlaku) nezhoršily případně podmínky na podzemním zásobníku, byla věnována prioritní pozornost právě atmogeochemickým metodám.
Informační přínos atmogeochemické metody byl testován nejprve na lokalitách: a) Middelburg, kde došlo k regionálnímu znečištění ropných látek šířící se v rozpukaných horninách, b) Johannesburg - na mezinárodním letišti Jan Smuts International Airport, kde došlo k lokálním únikům ropných látek obdobně jako na lokalitě, c) Winburg - s význačným únikem pohoných hmot na čerpací stanici, d) Borsburgu - v areálu rafinerie (Oil refinery fy SHELL). Řešitelský kolektiv tvořili: Ahee COETSEE, Ed RETIEF z CSIR, Ivan LANDA, Oldřich MAZAC a David REDLIN z ECOLAND Praha. Dále byla metoda testována na hasičském polygonu a na dalších 5 lokalitách. Později byla metoda úspěšně použita i na lokaliti KOEBERG ROAD, WHITE OIL LINE LEAK, MILNERTON, CAPE TOWN (u Kapského Mista - CALTEX Rafinery).
Na všech lokalitách spočíval postup v tom, že se přes předpokládanou kontaminovanou strukturu (kontaminaení mrak, rozpukané pásmo) rozmístili příčné a podélné profily mělkých sond o hloubce cca 0,7 m. Vlastní princip metody spočíval v tom, že se ze sond odčerpávala přesně kalibrovaným čerpadlem půdní vzdušnina, která pak byla analyzována přístrojem ECOPROBE tak, že byly změřeny efektivní (přepočtené) koncentrace těkavých organických látek. Rozsah hodnot přístroje se pohyboval od 0 do 40 000 ppm-e tj. přepočtených na methanový ekvivalent. Předpokládalo se přitom, že ropné látky emitují do půdního vzduchu z vlastního ohniska v důsledku vytěkání a následně přes povrch terénu emitují do ovzduší.
Výsledky atmogeochemických měření byly následně na všech lokalitách, s vyjímkou podzemního zásobníku, ověřovány vrtnými pracemi. V případě podzemního zásobníku surové ropy byl problém ztížen tím, že na lokalitě existoval větší počet nezatamponovaných průzkumných vrtů. Proto bylo bylo rozhodnuto upustit od vrtných prací a za dostačující bylo považováno soustředit se na použití dalších geofyzikláním metod, zvláště metod geoelektrických (odporových), kdy se zóna se zvýšenou propustností projevuje např. při měření metodou VES (vertikální elektrické sondování) jako zóna se zvýšeným geoelektrickým odporem. Výhodou odporových metod je, že umožňují vertikální rozčlenění propustnosti.
I když výsledky měření nelze na žádost zadavatele publikovat, bylo jednoznaěně prokázáno, že existují nejen lokální místa s vyšším výskytem těkavých organických látek v půdním vzduchu, ale i pásma, která lze na základě výsledků předcházejících prací ložiskového průzkumu, identifikovat jako pásma tektonická (puklinová), která zde byla identifikována ještě před zahájením těžebních prací tj. nejde o pásma, která by vznikla v důsledku pohybu horninového masivu. Nevylučuje se přitom, že právě mechanické namáhání mohlo způsobit zvýšení jejich propustnosti a tím i stimulovat únik nejen těkavých organických látek, ale i surové ropy. Pozadí koncentrace těkavých látek se pohybovalo v hodnotách od 0,10 až 25,00 ppm-e. V anomáliích dosahovaly hodnoty až 250,0 ppm-e. Zajímavé je, že relativně zvýšené hodnoty byly zjištěny v morfologických depresích (údolí cca 100 až 200 m široká), kde v jinak bezvodé oblasti bylo patrné zvýšení vlhkosti sedimentu, převážně organických kalů, které zde s velkou pravděpodobností sedimentují v průběhu soustředěné srážkové ěinnosti. Tyto anomálie byly interpretovány jako místa s produkcí methanu, který vzniká v důsledku anaerobního rozkladu organické hmoty a nemusí mít genetickou souvislost s vlastním zásobníkem. Platí přitom, že na dané loklitě byly v širší oblasti právě morfologické deprese s velkou pravděpodobností v řadě případů tektonicky predisponovány.
Atmogeochemická metoda s využitím přístroje ECOPROBE české výroby (firma RS-Dynamics) se na lokalitách v JAR velmi dobře osvědčila. Bylo to dáno i tím, že na testovaných lokalitách neexistovaly žádné rušivé vlivy, klimaticky jde o aridní až subaridní oblast vyznačující se nízkou srážkovou aktivitou. Mezi další pozitiva lze považovat i vyšší teplotu půdního profilu, která má příznivý vliv na vyšší migraci i těkavých, které migrují až při vyšších teplotách. Proto byly anomálie značně kontrastní.
Za pozitivní lze považovat i nízkou zastavěnost a proto bylo možné, s vyjímkou měření u skutečněných přímo v městské zástavbě, situovat měrné atmogeochemické profily podle předpokládaných geologických podmínek.
Atmogeochemická metoda identifikace únikových a kontaminovaných míst, kde dochází ke zvýšení koncentrace těkavých látek v půdní vzdušnini, se ukázala jako velmi informativní. Podle našich informací se tato metoda postupně začala používat i při měření na stacionárních monitorovacích vrtech nejen na podzemních zásobnících ropy, ale i zemního plynu.
Ve vztahu měření na dané lokaliti lze kostatovat, že výsledky atmogeochemických měření, výsledků matematického modelování a syntézy všech dostupných geologických informací ukázaly, že na inicializaci migrace ropných látek ze zásobníku, kde je vyšší hydraulický tlak, směrem do dobývek s nižším hydraulickým tlakem, má s velkou pravděpodobností negativní vliv hlavně nevhodné vystrojení průzkumných vrtu, jejich netěsnost, která se díky tomu, že nebyly včas a správně zatamponovány, a působení tlakům v průběhu vzniku zálomových puklin, ještě s velkou pravděpodobností zvýšila.