ГАЗОВОЕ ДЫХАНИЕ ЗЕМЛИ

ГЕЛИЙ

    Вся поверхность нашей планеты покрыта тектоническими разломами, которые определяют блоковое строение земной коры. Разломы могут быть непроницаемыми ("залеченными") и проницаемыми. Последние, как правило, являются мощными каналами, по которым гелий мигрирует к поверхности Земли, чаще всего вместе с растворами, циркулирующими в зоне разломов. Поэтому тектонические разрывные нарушения, особенно глубинные разломы, фиксируются повышенными концентрациями гелия, растворенного в подземных водах. Это относится и к разломам в верхней части земной коры, даже в тех случаях, когда разломы перекрыты мощным чехлом других отложений. Ввиду большой проникающей способности гелия гелиевая съемка позволяет выявлять скрытые, практически не проявляющиеся на поверхности и соответственно не всегда выделяемые по данным геологии глубинные разломы. Поскольку по разломам возможен наиболее интенсивный вынос глубинного вещества, данные о проницаемости разломов могут быть очень важны для прогноза новых зон и поясов рудных месторождений. Поэтому выявлению и трассированию разломов земной коры традиционно уделяется большое внимание в современной геологии и геофизике.   

Рис. 1. Результаты гелиевой съемки и сопоставление их с данными сейсмических методов

    Мощным средством исследования структуры земной коры, в том числе и выявления разломов, являются сейсмические методы. Поэтому интересно провести сопоставление данных сейсмических исследований и гелиевой съемки [1]. В качестве примера на рис. 1 представлены эти данные, полученные по профилю, проходящему через Средний Урал в 45 км южнее Екатеринбурга от Ижевска через Красноуфимск, Камышлов на Ишим. Данные сейсмического зондирования показывают сложную структуру строения верхней части земной коры при переходе от Предуралья через складчатый Урал в Зауралье. Отчетливо отмечаются основные границы древнего фундамента, поверхность Мохоровичича, а также фиксируются основные глубинные разломы. На указанном участке по данным сейсмических исследований определено 26 глубинных разломов, 22 из которых четко выделено по данным гелиевой съемки. Содержание гелия в подземных водах в районе разломов колеблется от 0,01 до 0,04 об. %. Исключение составляет разлом, расположенный восточнее д. Шатрово, где содержание гелия составляет 0,19%. Это объясняется пересечением зон двух разломов: широтного и меридионального направлений, что приводит к аномально высокому содержанию гелия в подземных водах. Вместе с тем некоторые разломы, выявленные по данным сейсмических работ, не находят отражения в данных гелиевой съемки. Это свидетельствует о малой проницаемости данных разломов. Соответственно в таких зонах отсутствует вынос вещества на поверхность, что связано, как правило, с предыдущей геологической историей разлома, когда вещества, выносимые циркулирующими по нему растворами, постепенно заполнили и зацементировали все трещины и каналы в зоне разлома.
    Важным следствием обнаруженного эффекта является то, что гелиевая съемка, выделяя проницаемые зоны в верхней части земной коры, дает ценную информацию о возможности обратного процесса, а именно о возможности распространения поверхностных вод в подземные водные бассейны.   

Рис. 2. Результаты гелиевой съемки в районе отстойника токсичных промышленных вод: 1 - границы водоема, 2 - тектонические разломы, выделенные по данным геологических и геофизических работ, 3 - результаты гелиевой съемки по заданным профилям.

    Описанные результаты исследований по гелиевой съемке были положены в основу работ по изучению возможности проникновения загрязненных вод по зонам тектонических разломов [3]. Очевидно, что токсичные воды промышленных отстойников могут проникать в подземные воды только через проницаемые зоны разломов. Причем проникновение токсичных вод часто не может быть обнаружено непосредственно вблизи этих водоемов, так как загрязненные воды через зоны разломов могут проникать глубоко под землю и выноситься за много километров от источника загрязнения, попадая в реки и водоемы, которые по своей гидрогеологической структуре связаны с этой же проницаемой зоной. Типичный пример описанной ситуации представлен на рис. 2.
    Водоем-отстойник промышленных вод расположен на пересечении двух локальных тектонических нарушений (разломов). При строительстве данного отстойника не было произведено необходимых изыскательских работ, поэтому указанные на рис. 2 разломы I-I и II-II были обнаружены по данным геологии и трассированы геофизическими методами уже после заполнения отстойника. Однако проведенные стандартные геологические и геофизические работы не дали ответа на главный вопрос: проницаемы ли данные зоны разломов, какова вероятность проникновения токсичных вод под землю и попадания их в водоносные горизонты?
    Гелиевую съемку проводили по четырем профилям: А-А, Б-Б, В-В и Г-Г. Данные съемки показали, что разлом I-I практически непроницаем. Аномальных содержаний гелия при пересечении данного разлома (профили Б-Б и Г-Г) обнаружено не было. Два других профиля гелиевой съемки, проведенные ниже плотины водоема, показали повышенное (в 4-5 раз) содержание гелия в приповерхностных водах, что свидетельствует о высокой проницаемости зоны данного разлома и возможности проникновения токсичных растворов в подземные воды. Данные анализа вод речки, вытекающей из отстойника, показали, что максимальное заражение воды наблюдается на расстоянии 5 км от плотины при повторном пересечении руслом речки разлома II-II. Следовательно, загрязненные воды под действием гидростатического давления попали по зоне разлома в подземный поток и двигались по зоне разлома вместе с ним до пересечения с руслом реки. На основании сделанного заключения были проведены работы по гидроизоляции дна отстойника. Таким образом в арсенале экологических исследований появился новый метод, позволяющий давать экспертную оценку геологическим условиям при проектировании и строительстве искусственных водоемов, отстойников промышленных вод и других подобных сооружений.

Следующая страница