WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Козлова Ирина Анатольевна

МОНИТОРИНГ РАДИОГЕННЫХ ГАЗОВ

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ

Специальность 25.00.10 –

«Геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в Институте геофизики

Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель – член-корреспондент РАН, доктор

технических наук, профессор

Уткин Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, доцент Писецкий Владимир

Борисович (ГОУ ВПО «Уральский

государственный горный университет»,

г. Екатеринбург)

кандидат физико-математических

наук Ярмошенко Илья Владимирович

(Институт промышленной экологии УрО

РАН, г. Екатеринбург)

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Пермский государственный

университет» (г.Пермь)

Защита состоится « 19 » июня 2008 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП-126, ул.Куйбышева, 30 (III уч. корпус, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан « 19 » мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.Б. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Все процессы, происходящие на Земле, по своей сути являются динамическими. В представленной работе рассматривается только небольшая часть геодинамических процессов, которые протекают в верхней части земной коры со скоростью сравнимой с продолжительностью человеческой жизни и зачастую приводят к катастрофическим событиям. Понятие «мониторинг» автор использует в своем обычном понимании – как длительное во времени непрерывное или дискретное с выбранным интервалом наблюдения какого-либо физического параметра в естественных условиях.

Возрастающий уровень техногенной нагрузки на недра, связанный с выемкой и извлечением на поверхность некомпенсированных больших масс горных пород, количественные изменения горно-геологических условий в зонах отработки крупных месторождений могут вызывать появление качественно новых природных процессов, которые не были известны ранее. Изучение таких процессов является важной и актуальной задачей и проводится с использованием большого количества различных методов. Одним из перспективных направлений является оценка возможности предупреждения опасных геодинамических явлений на основе мониторинговых наблюдений за радиогенными газами. Из радиогенных газов, которые образовались в процессе распада природных радиоактивных веществ и применяются для изучения геодинамических процессов, нами изучались: аргон-40 и изотопы радона. Изучение их содержаний и вариаций во времени несет информацию о процессах, протекающих непосредственно в горных породах, и позволяет получить информацию о свойствах среды, в которой происходит миграция радиогенных газов. Рождаясь в горных породах и мигрируя по ним, они несут информацию о тех геодинамических процессах и их изменениях, которые на эти породы воздействуют. Наиболее полную информацию о характере геодинамических процессов можно получить, используя долговременные ряды наблюдений за концентрацией радиогенных газов. Методика мониторинговых наблюдений определяется конкретными геологическими условиями, выбранными радиогенными газами и задачами, которые ставятся перед такими наблюдениями.

С 50-х годов прошлого столетия в Институте геофизики УрО РАН проводятся исследования, связанные с радиогенными газами. Начиная с работ Ю.П. Булашевича и до сегодняшнего времени, выполнен большой объем теоретических и экспериментальных исследований в соответствии с задачами изучения геологического строения земной коры, поиска месторождений радиоактивного сырья, установления связи между потоками тепла и радиогенных газов и т.д. В основном методики этих работ основывались на однократных измерениях в конкретных точках. Появившиеся в последнее десятилетие аппаратурные разработки позволили проводить непрерывные мониторинговые измерения радиогенных газов, что существенно расширило область их применения. В частности, они успешно используются при наблюдениях за процессом разрушения водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей и при изучении геодинамических явлений предваряющих горные удары и землетрясения.

Цель работы:

Исследование особенностей изменения содержаний радиогенных газов (40Ar, 222Rn) в природной среде при воздействии на нее различных геодинамических процессов.

Основные решаемые задачи:

1. Выявление закономерностей изменения концентрации водорастворенных газов по скважинам при нарушении целостности водозащитной толщи (ВЗТ) на соленосных рудниках.

2. Разработка способа контроля целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей.

3. Экспериментальное выявление зависимостей объемной активности почвенного радона в естественных средах от воздействия различных факторов (лунно-солнечные приливы, температура верхнего слоя почвы, изменение атмосферного давления, пористость, проницаемость грунтов, влияние упругих колебаний, влияние уровня грунтовых вод и промерзание почвы).

4. Разработка и апробация методики мониторинговых измерений объемной активности почвенного радона, снижающей влияние метеорологических факторов и условий измерения.

5. Использование полученных экспериментальных данных поведения почвенного радона в массиве горных пород для решения задач, связанных с влиянием геодинамических процессов на окружающую среду.

Научная новизна:

1. На основе мониторинговых исследований за составом водорастворенных газов в надсолевом водоносном горизонте показана информативность 40Ar, CH4, H2 при контроле целостности водозащитной толщи.

2. Показано, что по соотношению водорастворенного атмосферного 40Ar и кислорода можно судить об активности гидродинамических процессов в зоне наблюдения.

3. Предложен способ контроля целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей.

4. Разработан способ измерений объемной активности почвенного радона в режиме вынужденной конвекции.

5. Режим вынужденной конвекции позволил реализовать геометрию точечного приемника, что существенно уменьшило влияние условий измерения на получаемые результаты при мониторинговых наблюдениях.

6. Прямыми измерениями экспериментально показано отсутствие влияния на объемную активность почвенного радона изменений суточной температуры приземного слоя атмосферы и атмосферного давления на глубинах более 0,7 м.

7. Экспериментально показано, что увеличение объемной активности почвенного радона после воздействия упругих колебаний на среду происходит через 3-4 часа и не зависит от расстояния между источником и приемником.

8. Наблюдаемое увеличение объемной активности радона в почвенном воздухе под воздействием упругих колебаний различного частотного диапазона может быть объяснено вкладом сорбированного радона.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Изменение концентрации газов (40Ar, CH4, H2), растворенных в надсолевом водоносном горизонте, может служить индикатором целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей.

2. Предложенный режим вынужденной конвекции, позволяет эффективно использовать мониторинговые измерения объемной активности почвенного радона для изучения геодинамических процессов.

3. Экспериментально установлено, что упругие колебания, распространяющиеся в геологической среде, вызывают увеличение объемной активности почвенного радона. Анализ возможных механизмов показал, что наиболее вероятной причиной является десорбция радона с поверхностей пор и трещин.

Практическая значимость и реализация работы:

Проведенные исследования по изучению изменений концентрации радиогенных газов в естественных условиях и на образцах позволили разработать стандартный образец радона (СОР), способ контроля проницаемости водозащитной толщи на месторождениях калийных солей, легли в основу новой методики конвективного режима измерений почвенного радона.

Материалы исследований водораствореннных газов (40Ar, CH4, H2) по скважинам использовались для проведения контроля целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей при прогнозных исследованиях последствий аварии в 1995 г. на Соликамском руднике (СКРУ-2)

Полученные результаты по измерениям объемной активности почвенного радона в режиме вынужденной конвекции легли в основу методики работ по прогнозу горных ударов на шахтах Североуральского бокситового рудника и землетрясений на Северном Тянь-Шане и Курильских островах.

Достоверность работы:

Подтверждается большим объемом экспериментальных работ в полевых условиях, сопоставлением полученных результатов с известными данными содержащимися в научной и справочной литературе, а также успешным внедрением выполненных разработок.

Апробация работы и публикации:

Основные положения и результаты работ докладывались на Международных научных конференция: Экологическая геофизика и геохимия (Москва-Дубна, 1998); Физические проблемы экологии (Физическая экология) (Москва, 1999); Геофизика-99 (С-Петербург, 1999); Активные геологические и геофизические процессы в литосфере (Воронеж, 2006); Девятые геофизические чтения им. В.В. Федынского (Москва, 2007); Глубинное строение. Геодинамика. Тепловое поле Земли. Интерпретация геофизических полей. Четвертые научные чтения памяти Ю.П. Булашевича (Екатеринбург, 2007); Строение литосферы и геодинамика (Иркутск, 2007). Геофизика–2007 (С-Петербург, 2007).

По теме диссертационной работы опубликовано четыре статьи, в том числе одна в рецензируемом журнале – «Известия ВУЗов. Геология и разведка», 24 докладах на конференциях (19 полностью опубликовано в материалах конференций), использовано для написания трех научных отчетов и получения одного патента.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 104 страницах и сопровождается списком литературы из 94 наименований. Текст иллюстрирован 31 рисунком и 7 таблицами.

Личный вклад автора:

Исследования по теме диссертации выполнены автором за период с 1997 по 2007 гг. в лаборатории ядерной геофизики Института геофизики УрО РАН под руководством чл.-корр. РАН В.И. Уткина. Автором лично проведены все модельные и натурные эксперименты и обработка полученных данных. Анализ полученных результатов и выводы на разных этапах исследований были сделаны совместно с научным руководителем.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю чл.-корр. В.И. Уткину за высокопрофессиональное руководство при выполнении работы, д.г.-м.н. А.К. Корсакову за научные консультации при проведении работ на Верхнекамском месторождении калийных солей.

Автор благодарит к.г.-м.н. А.К. Юркова за постоянное внимание к научной деятельности и помощь при проведении экспериментальных исследований, д.г.-м.н. В.В. Бахтерева и д.ф.-м.н. Ю.В. Хачая за ценные замечания, д.г.-м.н. Д.Ю. Демежко, д.г.-м.н. В.А. Щапова за консультации при выполнении работы, Д.Г. Рывкина, к.ф.-м.н. И.В. Ладовского за сотрудничество и весь коллектив лаборатории ядерной геофизики за понимание и поддержку.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель проведенных исследований. Выделена научная новизна работы и ее практическая значимость.

В первой главе диссертации представлен обзор ранее выполненных по теме диссертации работ.

С 20-х годов прошлого столетия появляется огромный интерес к исследованию радиогенных газов. В первую очередь, это было связанно с поиском месторождений радиоактивного сырья. В качестве одного из наиболее информативных, начинает применяться эманационный метод. До 50х годов было проведено большое количество исследований по изучению эманирования различных урановых минералов, высказаны представления о механизме эманирования и сделана оценка влияния на него ряда физических факторов. В этот же период были сделаны основные расчеты поведения поля радона в естественных условиях, разработаны методики и аппаратура для его измерения. Большой вклад в тот период внесли: А.Г. Грамаков, В.И. Баранов, Г.В. Горшков, А.П. Кириков, а несколько позже Ю.П. Булашевич, И.М. Хайкович, В.Л. Шашкин, и др.

В 60-х годах узбекские и московские ученые (Г.А. Мавлянов, В.И. Уломов, А.Н. Султанхаджаев, Л.В. Горбушина и др.) изучали различные геохимические эффекты, связанные с процессами, предшествующими и сопутствующими землетрясениям. В частности, удалось показать значение гидрохимических данных для изучения современных тектонических процессов. Именно в тот период была выявлена важная закономерность, которая открыла путь к прогнозированию землетрясений – во время землетрясения и в период, предшествующий ему, изменяется концентрация некоторых микроэлементов в подземных водах, находящихся недалеко от зоны эпицентра. Более поздними работами была выявлена взаимосвязь между выделением радона и ультразвуковыми импульсами. Было показано, что высокочастотные колебания, акустические шумы, сопровождающие землетрясения, могут входить в число причин, провоцирующих существенные вариации в величинах эманирующей способности пород. И.А. Лучин с коллегами наблюдали явление выброса радона из горных пород под воздействием карьерных взрывов.

В 90 годы, благодаря работам Ю.П. Булашевича, С. Барабась, В.И. Уткина, А.К. Юркова, В.В. Николаева и др., возник интерес к радону как индикатору напряженного состояния горных пород при подготовке горных ударов и землетрясений. Работами, проведенными в шахтах Североуральского бокситового рудника (СУБР), были выявлены закономерности в поведении почвенного радона перед горными ударами.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»