Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2
http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page34.html

Геофизические методы исследования земной коры

6.3. Эколого-геофизические исследования и мониторинг вещественного (гео-химического) загрязнения окружающей среды

6.3.1. Природа источников загрязнений окружающей среды и особенности геофизических аномалий.

Природа источников загрязнений окружающей cреды и специфика экогеофизических аномалий, наиболее полно рассмотренные в работе Г.С.Вахромеева " Экологическая геофизика " (1995), приводятся ниже.

Антропогенно-техногенное вещественное (или химическое, точнее геохимическое) загрязнение окружающей cреды, включая геологическую среду с подземными водами и околоземную часть атмосферы, касается свыше 10% земной суши. Оно образуется за счет:

захоронений радиоактивных отходов, а также последствий аварий и катастроф на ядерных объектах;
отвалов горных пород вблизи шахт, рудников, называемых хвостохранилищами, где складируются продукты после обработки полезных руд;
отходов крупных промышленных и строительных предприятий и городских агломераций (свалок);
утечек нефтепродуктов на нефтегазовых промыслах и нефтеперегонных заводах, из трубопроводов, вблизи станций, перекачивающих нефть и газ, нефтехранилищ, складов горюче-смазочных материалов, бензоколонок и т.п.;
сельскохозяйственной деятельности (разрыхления и засоления почв, растворения удобрений и ядохимикатов) и других источников.

Названные, как и другие, загрязнения являются, как писал В.И.Вернадский, " огромной геологообразующей силой, изменяющей на глазах условия существования биосферы " .

По геометрии, изменениям во времени и составу источники антропогенно-техногенного загрязнения геологической среды и подземных вод Г.С.Вахромеев подразделяет на:

точечные (сброс сточных вод в водоемы или скважины и др.), линейные (утечки из нефтепроводов, загрязнения вдоль дорог, каналов и др.), площадные (распашка и удобрение почв, урбанизированные территории городов, промышленные предприятия и др.). Характерно, что аномалообразующие объекты в экогеофизике имеют субгоризонтальное строение, т.е. их мощность меньше ширины, длины и глубины;
постоянные, периодические разной частоты, импульсные;
слабые, средние и сильные по интенсивности, создающие соответственно аномалии физических полей меньшие, сравнимые и значительно превышающие природные;
с изъятием и перемещением горных пород и без видимых изменений поверхностных условий;
с изменением режима или химического состава подземных вод и попаданием в них не существовавших ранее геохимических элементов, например, вследствие пиритизации, окисления и др.;
с нарушением температуры, что особенно опасно в районах распространения многолетнемерзлых пород.

В результате вещественного (механического, а в основном геохимического) загрязнения геологической среды меняются физические свойства ее верхней части. Поэтому искажаются существующие или создаются новые геофизические поля разной интенсивности и частоты.

Аномалии геофизических полей часто не совпадают с местоположением источников загрязнения вследствие миграции поллюантов (загрязняющих веществ) с воздушными массами, подземными водами, перемещением горных пород и т.п.

6.3.2. Изучение загрязнения геологической среды геофизическими методами.

В результате изучения геологической среды (ГС) с помощью геофизических методов выявляются статические и динамические (изменяющиеся во времени) геофизические аномалии над источниками загрязнения. С точки зрения геофизики основными видами загрязнения ГС являются радиоактивное и геохимическое.

1. Экорадиометрия предназначена для выявления и изучения радиоактивных аномалий природного и техногенного происхождения. Наибольшую опасность представляют радиоактивные заражения разными радионуклидами после аварий и катастроф. Например, после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. площадь зараженных территорий составила 10 тыс. кв. км. Для изучения распределения естественных и искусственных радионуклидов используются радиометрические методы, с помощью которых решаются различные радиоэкологические задачи, а главное - осуществляется проведение радиационного мониторинга.

Основными методами экорадиометрии являются аэро- и автогамма-спектрометрические съемки, предназначенные для измерения не только суммарного гамма-излучения ( $J _{\gamma }$ ) и его составляющих по урану-радию, торию и калию-40, как при геологических поисках, но и по цезию-137, кобальту-60 (см. 4.2). Это повышает надежность выявления и мониторинга техногенных радиоактивных аномалий.

Важным экорадиометрическим методом является эманационная съемка, которая сводится к оценке концентрации радона как в почвенном воздухе, так и в воздухе горных выработок и помещений ( $J _{рад.}$ ). Как известно, в воздухе, накачанном в датчик эманометра, определяется концентрация радона по его альфа-излучению (см. 4.2).

Аэрогамма-спектрометрические съемки выполняются в масштабе 1:25000 с расстояниями между профилями порядка 200-300 м при высоте полета 100-300 м и скорости около 100 км/ч со спутниковой привязкой профилей и периодическим (до 2-4 раз в год) повторением. Автогамма-спектрометрические съемки проводятся в масштабах крупнее 1:25000 с неравномерно распределенными по площади маршрутами, проходящими вдоль магистралей, улиц, со скоростью движения до 15 км/ч. Для детализации выявленных аномалий выполняются пешеходные гамма-спектрометрические и эманационная съемки. Этими же методами обследуются подвалы предприятий, домов в жилых массивах, зонах отдыха, а также строительные материалы, изделия и т.п. Нормальными считаются поля с $J _{\gamma } \lt$ 20 мкР/ч и $J _{рад} \lt$ 0,1 Ек/ч.

2. Загрязнение почв, грунтов, подземных вод нефтепродуктами становится особенно частым. При проникновении нефтепродуктов в горные породы в результате непрерывных или залповых утечек они скапливаются в коллекторах (пески, трещиноватые известняки), не проникая в водоупоры (глины, скальные породы). Удельное электрическое сопротивление ( $\rho$ ) нефтепродуктов высокое, но, проникая в породы, они иногда повышают, а чаще понижают $\rho$ у тех же пород, но водонасыщенных (см. 5.2.8). Заполняя сухие породы или вытесняя из них застойные воды, нефтепродукты повышают $\rho$ и уменьшают диэлектрическую проницаемость $\epsilon$ (величина $\epsilon$ у воды в 40 раз больше, чем у нефти). В водоносных породах с активным движением подземных вод нефтепродукты вымываются, но в ходе химического и биологического окисления разрушаются, оставляя продукты окисления (сульфиды, в частности, пирит и др.). Последние образуют электролит, для которого характерны пониженные значения $\rho$ , повышенные значения естественной ( $\alpha$ ) и вызванной ( $\eta$ ) поляризуемости при неизменной величине $\epsilon$ горных пород.

В соответствии с отмеченными изменениями электрических свойств основными экоэлектроразведочными методами изучения загрязнений нефтепродуктами являются следующие:

методы естественного поля (ЕП) и вызванной поляризации (ВП), основанные на изменении $\alpha$ и $\epsilon$ ;
методы сопротивлений, включая электропрофилирование (ЭП), вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) и радиоволновое профилирование (РВП), зондирование (георадар или радиолокационные зондирования - РЛЗ), базирующиеся соответственно на изменении $\rho$ и $\epsilon$ ;
термометрия и инфракрасные съемки, предназначенные для расчленения пород по отличию их температур.

Выбор одного-двух из названных методов зависит от геолого-геофизических условий объектов исследований. Периодически повторяя профильные или площадные съемки этими методами, можно судить об изменении загрязненности и осуществлять прогноз (мониторинг).

Проведение электроразведки на нефтепромыслах, нефтегазохранилищах и заводах сопряжено с большими трудностями из-за невозможности проводить равномерную площадную съемку, приспосабливая профили к дорогам, участкам, где можно вести измерения. Большие помехи особенно на низких частотах создают металлические конструкции, линии электропередач, трубопроводы, которые, кстати, сами часто являются объектами исследования.

В пределах шельфа морей, на озерах и реках загрязнение нефтепродуктами изучается с помощью сейсмоакустических, электромагнитных и термических методов.

3. Геохимическое загрязнение почв, грунтов, коренных пород и подземных вод может быть природным, например, за счет естественных электрических полей окислительно-восстановительной природы на рудных месторождениях, и искусственным, например, твердыми отходами при разведке и эксплуатации шахт и рудников, отходами промышленного сельскохозяйственного производства, бытовыми свалками и т.п., жидкими загрязнителями при разливах нефти, нефтепродуктов, стоками от горнопромышленных предприятий, сохраняемых в отстойниках, шлакохранилищах и др., газовыми выбросами при эксплуатации газовых месторождений на химических производствах и др. Такого рода загрязнение приводит к изменению физических свойств пород.

Эколого-геохимическое картирование предполагаемых площадей загрязнения геологической среды различными химическими элементами и детальные исследования выявленных техногенных аномалий проводятся прежде всего в ходе геохимических съемок - литогеохимических, атомохимических (газовых), гидрогеохимических (снегохимических, биогеохимических). При их выполнении берутся пробы почв, грунтов и горных пород с поверхностных обнажений или из горных выработок, проба воздуха и воды. В лабораториях проводятся химические анализы с определением качественного и количественного состава элементов-загрязнителей. Среди них наиболее опасные: бериллий, фтор, хром, мышьяк, кадмий, ртуть, таллий, свинец и др. Густоту точек отбора проб можно резко сократить, ограничившись лишь точечными отборами проб для химических анализов, если провести съемки методами разведочной геофизики (см. 4.2). Для этого надо знать теоретические или эмпирические связи между физико-химическими свойствами изучаемой среды и геофизическими параметрами. К геофизическим методам эколого-геохимических исследований относятся: радиометрия и различные ядерно-геофизические методы (гамма-спектрометрические, нейтронно-активационные, радиоизотопные и др.), лазерная (лидарная) спектрометрия, ядерно-магнитно-резонансная спектрометрия и др. (см. 3.4, 4.2). Они обеспечивают картирование по параметру концентраций химических элементов, осуществляемое дистанционными (бесконтактными) способами, достаточно точно и экономически эффективно.

Назад| Вперед