在石油的開采、煉制、貯運(yùn)、使用過程中，原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成的污染成了一個(gè)世界性的問題。因此，建立探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)油田區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，特別是對(duì)石油污染所發(fā)生的位置、溢油量和擴(kuò)散趨勢(shì)等的監(jiān)測(cè)尤為重要。
 
在國家自然科學(xué)基金、“863”計(jì)劃等的資助下，東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授盛連喜帶領(lǐng)的課題組以偏振度作為偏振光遙感的定量指標(biāo)，在近紅外波段對(duì)不同含水量和含油量的土壤進(jìn)行偏振光譜測(cè)量，為今后利用偏振光遙感監(jiān)測(cè)土壤石油污染的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。這一成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》2008年第23期上。
 
難以避免的石油土壤污染
 
石油對(duì)土壤的污染主要表現(xiàn)為：破壞土壤的結(jié)構(gòu)和透水性。石油污染物還會(huì)與土壤中有效的氮、磷、鉀發(fā)生反應(yīng)，破壞土壤的肥力。盡管采取了一系列措施，但在石油的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸各個(gè)環(huán)節(jié)，都有可能發(fā)生泄漏溢出事故，石油污染物對(duì)土壤的污染難以避免。
 
“石油開采時(shí)可能產(chǎn)生的泄漏或溢油現(xiàn)象造成的落地油污染，可使土壤的環(huán)境容量逐年減少；在氣田開發(fā)時(shí)，鉆井過程中產(chǎn)生廢棄泥漿，如果沒有泥漿坑，廢棄的鉆井泥漿就會(huì)被排放到土壤中，造成污染。”盛連喜說。
 
盛連喜解釋說，如果在原油開采過程中發(fā)生井噴等事故，可能使大量石油烴類直接進(jìn)入土壤。另外，石油管線和采油井的井口設(shè)備如果發(fā)生跑冒滴漏，也有一些石油泄漏到地面。石油及其產(chǎn)品在運(yùn)輸、使用和貯存過程中的滲漏、溢油現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，會(huì)造成石油烴類直接進(jìn)入土壤。而石油及其產(chǎn)品在運(yùn)輸、使用和貯存過程中的滲漏、溢油現(xiàn)象同樣會(huì)對(duì)土壤造成危害。
 
“當(dāng)石油滲透進(jìn)入土壤后，如果植物吸收了石油，會(huì)破壞植物的新陳代謝過程，或阻斷植物需要的水分和養(yǎng)料，從而使植物死亡，植被遭到破壞。而且被石油污染物污染的土壤在幾年甚至幾十年內(nèi)都會(huì)喪失農(nóng)耕和畜牧的功能。石油還可能通過進(jìn)入食物鏈影響人體健康。另外，油氣會(huì)從地表揮發(fā)至大氣，表現(xiàn)為油氣揮發(fā)物，被太陽紫外線照射后，可能與其他有害氣體發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生致癌物和溫室效應(yīng)，破壞臭氧層等。”盛連喜說。
 
既然污染難以杜絕，作為及時(shí)了解石油開采所在區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量狀況，包括大氣環(huán)境質(zhì)量、水體和土壤環(huán)境質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)油氣田生產(chǎn)中環(huán)境問題的有效手段，環(huán)境監(jiān)測(cè)就變得至關(guān)重要。
 
“尤其是對(duì)土壤污染的監(jiān)測(cè)，關(guān)系到周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全、食品安全問題，不容忽視。”盛連喜說。
 
大有可為的偏振遙感
 
目前，在石油開采區(qū)域最常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法是現(xiàn)場(chǎng)采樣實(shí)驗(yàn)室分析監(jiān)測(cè)，也有些地方開展了航空和遙感監(jiān)測(cè)。
 
盛連喜指出，常規(guī)的土壤石油污染監(jiān)測(cè)方法是從野外取樣帶回實(shí)驗(yàn)室分析，由于事前對(duì)污染范圍及污染程度的了解有局限性，監(jiān)測(cè)過程不僅費(fèi)時(shí)而且耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，結(jié)果卻往往不夠全面準(zhǔn)確，只能對(duì)采樣點(diǎn)局部進(jìn)行評(píng)價(jià)和估量。如何對(duì)土壤石油污染范圍及程度進(jìn)行定量定位的測(cè)量，有效節(jié)省工作時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，提高環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性成為一個(gè)重要的科學(xué)問題。
 
在苦苦尋找解決辦法的時(shí)候，電磁波的一個(gè)重要特征——偏振，引起了盛連喜的關(guān)注。
 
偏振在微波譜段稱為極化。地球表面和大氣中的目標(biāo)在反射、散射、透射及發(fā)射電磁輻射的過程中，會(huì)產(chǎn)生由它們自身性質(zhì)決定的特征偏振，即偏振特性中蘊(yùn)涵著目標(biāo)的各種信息。
 
“偏振遙感正是利用這一特征為遙感目標(biāo)提供新的、潛在的信息。”盛連喜說，“與其他遙感技術(shù)比較，偏振光的特性使其在遙感中能夠解決許多實(shí)際問題。使用偏振信息不僅能夠更準(zhǔn)確地定位土壤石油污染的范圍和程度，并可反演相應(yīng)地物目標(biāo)的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、水分含量等多方面信息，甚至了解造成污染油井的年齡，因此具有非常廣闊的應(yīng)用前景。”
 
目前，盛連喜課題組對(duì)污染土壤偏振光遙感的監(jiān)測(cè)主要研究方向是在不同濕度條件下鑒別石油種類，并進(jìn)一步確定濕度條件影響的曲線臨界值。重點(diǎn)研究土壤中受到石油污染的范圍和程度，為研究土壤的石油環(huán)境容量、控制石油污染提供依據(jù)。
 
該課題組以吉林省松原油田原油和當(dāng)?shù)氐湫捅韺油寥罏閷?shí)驗(yàn)原料，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)4個(gè)水平的含油量、3個(gè)水平的含水量土壤樣品在近紅外波段進(jìn)行了多角度探測(cè)模擬實(shí)驗(yàn)。又在室外實(shí)地測(cè)量了各種條件下的石油污染土壤與清潔土壤的偏振度值。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤含水量較低時(shí)，土壤表面反射光的偏振度會(huì)隨土壤中石油含量的增加而增大；當(dāng)土壤含水量較高時(shí)，土壤表面反射光的偏振度會(huì)隨土壤中石油含量的增加而降低。
 
事實(shí)上，盛連喜所在的偏振實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)通過幾年的工作，對(duì)黃土、黑土、紅土等土壤類型的基礎(chǔ)偏振反射特性進(jìn)行了測(cè)量和研究，接下來的工作是通過多因素的模擬正交實(shí)驗(yàn)，為更廣泛地應(yīng)用偏振特性進(jìn)行石油的土壤污染監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。
 
盛連喜指出，不同土壤類型的臨界值會(huì)因土壤有機(jī)質(zhì)含量、機(jī)械組成等因素的不同而不同，對(duì)偏振光的測(cè)量帶來難度。這也是他們今后工作中需要重點(diǎn)研究的問題。

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