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 ( ) 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 ( ). 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 20 мкР/ч и 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 ( ) нефтепродуктов высокое, но, проникая в породы, они иногда повышают, а чаще понижают у тех же пород, но водонасыщенных (см. 5.2.8). Заполняя сухие породы или вытесняя из них застойные воды, нефтепродукты повышают и уменьшают диэлектрическую проницаемость (величина 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 , повышенные значения естественной ( ) и вызванной ( ) поляризуемости при неизменной величине 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 и ;

· методы сопротивлений, включая электропрофилирование (ЭП), вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) и радиоволновое профилирование (РВП), зондирование (георадар или радиолокационные зондирования - РЛЗ), базирующиеся соответственно на изменении и ;

· 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.