Геофизический мониторинг опасных техногенных процессов на урбанизированных территориях

Антропогенно-техногенное вещественное (геохимическое) загрязнение окружающей среды, 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 хвостох-ранилищами, 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.

В результате вещественного (геохимического) загрязнения геологической среды меняются физические свойства её 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 с воздушными массами, подземными водами, перемещением горных пород и т. п.

С точки зрения геофизики основными видами загрязнения геологической среды 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 аэрои автогамма-спектрометрические съемки, предназначенные для измерения не только суммарного гамма-излучения и его составляющих по урану-радию, торию и калию-40, как при геологических поисках, но и по цезию-137, кобальту-60. Важным экорадиометрическим методом является эманационная съемка, которая сводится к оценке концентрации радона как в почвенном воздухе, так и в воздухе горных выработок и помещений.

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 © нефтепродуктов высокое, но, проникая в породы, они иногда повышают, а чаще понижают с у тех же пород, но водонасыщенных.

Основными экоэлектроразведочными методами изучения загрязнений нефтепродуктами являются следующие:

• · методы естественного поля (ЕП) и вызванной поляризации (ВП);
• · методы сопротивлений, включая электропрофилирование (ЭП), вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ и радиоволновое профилирование (РВП), и радиолокационные зондирования — (РЛЗ);
• · 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).

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.

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. Они обеспечивают картирование по параметру концентраций химических элементов, осуществляемое дистанционными (бесконтактными) способами, достаточно точно и экономически эффективно.

Как и во всех областях применения геофизики, в геоэкологии эффективны лишь комплексы из нескольких методов. Выбору рационального комплекса методов решения задач в определенных геолого-геофизических условиях должно предшествовать составление априорных физико-геологических моделей экосистем (ФГМЭ). Под ФГМЭ понимается теоретически ожидаемый источник загрязнения геологической среды, который можно аппроксимировать объектом простой геометрической формы (точечный или сферический, линейный или вытянутый цилиндр, площадной, и др.) с заданными отличиями петрофизических свойств от вмещающей среды и интервалом их изменения во времени. Любая ФГМЭ может быть представлена из трех составляющих: исходной петрофизической модели вмещающей среды, устойчивой (квазипостоянной) модели загрязняющего объекта (источника) и изменчивой (импульсно-периодической) модели, характеризующей изменение загрязненности и физических свойств источника во времени. Таким образом, ФГМЭ является четырехмерной (4Д) (три измерения — пространственные координаты, четвертое — время).

ФГМЭ должна быть такой, чтобы для каждого метода геофизики можно было оперативно с помощью ЭВМ решать прямые задачи при разных параметрах моделей. Это необходимо как при проектировании работ и оценке возможностей тех или иных геофизических методов, так и в ходе комплексной интерпретации, когда обратная задача решается методом сравнения наблюденных аномалий с расчетными.