Геофизические методы исследования земной коры.

6.3.3. Комплексирование геофизических методов для изучения загрязнений геологической среды.

Как и во всех областях применения геофизики, в геоэкологии эффективны лишь комплексы из нескольких методов: гравиметрические, магнитометрические, электромагнитные, сейсмоакустические, термические, ядерные с использованием четырехуровневых технологий: космической и воздушной, наземной и акваториальной, скважинной и подземной (см. гл. 1). Выбору рационального комплекса методов решения задач в определенных геолого-геофизических условиях должно предшествовать составление априорных физико-геологических моделей экосистем (ФГМЭ). Как отмечалось выше, под ФГМЭ понимается теоретически ожидаемый источник загрязнения геологической среды, который можно аппроксимировать объектом простой геометрической формы (точечный или сферический, линейный или вытянутый цилиндр, площадной, например, горизонтально- или вертикально-слоистая толща 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.

В состав комплекса геофизических методов для изучения вещественного загрязнения геологической среды должны, по возможности, вводиться аэрокосмические, наземные, аквальные, скважинные, подземные методы разной физической природы. Одни из них должны применяться на стадии картирования территории для оценки разной чувствительности к загрязнениям и с целью нахождения источников загрязнения (аэрокосмические и наземные), другие - для изучения выявленных источников, их положения в пространстве и изменения во времени с составлением возможных прогнозов воздействия на биосферу, т.е. проводиться с целью мониторинга (наземно-аквальные и скважинно-подземные методы). В качестве примера в 5.3.6 (см. рис. 5.1) приведены результаты наземной и речной электроразведки для изучения зон проникновения отходов химического завода с потоком карстово-трещинных подземных вод.

В ходе истолкования геофизических материалов проводится:

• сопоставление результатов экогеофизики с данными экогеологии, экогидрогеологии и других экологических дисциплин, для которых экогеофизика является источником экспрессной, как правило, дистанционной, легко повторяемой и обрабатываемой с помощью ЭВМ информации;
• установление одномерных или многомерных связей между геофизическими и негеофизическими параметрами и свойствами объектов исследования на основе параметрических совместных наблюдений на ключевых участках и получением эмпирических, логических, эвристических количественных соотношений для определения через физические параметры статических и динамических негеофизических характеристик. Например, данные экогеофизики вместе с данными экологической геологии и геохимии могут использоваться для оценки и прогноза антропогенно-техногенного загрязнения, соответствия его предельно допустимым концентрациям (ПДК) по тем или иным инградиентам. ПДК - это максимально допустимые концентрации тех или иных веществ, опасных для здоровья людей и вредных для биосферы, устанавливаемые законодательными органами. Разработка ПДК и других предельных характеристик загрязнений экосистем далека от завершения. Полученные экогеофизикой и экогеологией данные могут служить материалом для контроля и регулировки загрязненности, храниться в банках данных для использования в будущем.

Практическим примером использования комплексных наземно-аквальных геофизических и геохимических исследований для изучения загрязнения геологической среды могут служить результаты работ, выполненных в районе одной из городских свалок г.Москвы - Кучинского полигона захоронения твердых бытовых отходов (ПЗТБО). Скопившиеся на полигоне отходы насыщены метаном, вследствие частых возгораний значительно прогреты, отличаются высокими концентрациями ряда тяжелых металлов, которые во много раз превосходят содержания в земной коре и фоновой почве (см. рис. 6.3). Свалочный фильтрат, насыщающий массив отходов, представляет собой темно-коричневую жидкость с минерализацией 10-12 г/л и высоким содержанием органики. Тяжелые металлы, установленные в результате геохимических исследований в отходах, присутствуют в повышенных концентрациях и в свалочном фильтрате. Однако ввиду большого разбавления высокие концентрации фильтрата мало сказываются на составе поверхностных вод. Исключение представляют зоны стекания фильтрата в р.Пехорку, где концентрации кадмия и нитрат-иона в 5-7 раз превышают предельно допустимые концентрации. Особенно загрязнены донные отложения рек Пехорка и Чичера в местах стекания фильтрата и ниже свалки, где их суммарный показатель загрязнения (СПЗ) превышает фоновые значения в 65-140 раз.

Рис. 6.3. Загрязнение тяжелыми металлами техногенных грунтов свалки, почв и донных отложений в районе ПЗТБО " Кучино " : 1 - точки отбора проб донных отложений; 2 - параметры загрязнения (в числителе - суммарный показатель загрязнения, в знаменателе - элементы загрязнения с коэффициентами относительно фоновых значений); 3 - зоны загрязнения почв с коэффициентами элементов-загрязнителей относительно фоновых значений; 4 - границы д.Фенино; 5 - зона стекания свалочного фильтрата в р.Пехорка; 6 - профили наземных геофизических наблюдений

Геофизические наблюдения выполнялись вдоль периметра свалки в окрестностях д. Фенино. Использовались наземные методы электропрофилирования (ЭП) и зондирования (ВЭЗ) и речные методы естественного электрического поля (ЕП), термометрии, резистивиметрии. Задачей ВЭЗ являлось уточнение разреза четвертичных и мезозойских отложений, изучение его геоэлектрических и эколого-гидрогеологических параметров. Цель ЭП - картирование загрязненных лент потока в подземных водах. Задачей речной (русловой) геофизики было установление мест разгрузок подземных вод в руслах рек и, в частности, картирование зоны разгрузки свалочного фильтрата в р.Пехорка. Геофизические работы дополнялись данными почвенной геохимической съемки и гидрохимического опробования подземных и поверхностных вод (рис. 6.3). Геофизические наблюдения позволяют выявить положение зон сосредоточенных разгрузок загрязненных грунтовых вод в русле р.Пехорки. Им соответствуют аномалии температуры придонных грунтов, пониженные значения электрических сопротивлений придонных слоев воды и горных пород на берегах, положительные аномалии ЕП, совпадающие с зонами стекающего свалочного фильтрата.

6.4. Изучение техногенного физического загрязнения1

6.4.1. Природа техногенного физического загрязнения.

Техногенное физическое (его можно также называть энергетическим или полевым) загрязнение представляет собой присутствие в окружающей среде (литосфере, атмосфере и гидросфере) дополнительно к естественным геофизическим полям физических полей, создаваемых человеком в процессе реализации современных технологий. Такие физические поля носят название техногенных (или технологических).

Техногенное физическое загрязнение, наряду с другими видами загрязнения - химическим и биологическим, играет важную роль в формировании общей геоэкологической обстановки, поскольку оказывает влияние на процессы энергетического обмена живой и неживой природы, на функционирование живых организмов и может коренным образом изменять качество окружающей среды.

Жизнь на Земле возникла в условиях абсолютного преобладающего влияния гравитационного, геомагнитного и температурного полей, к непрерывному воздействию которых живые организмы хорошо приспособились за длительное (даже в геологическом понимании) время своего существования. В настоящее время, однако, благодаря влиянию человеческой деятельности, наблюдается устойчивая тенденция к изменению энергетического баланса, к насыщению окружающей среды электромагнитными полями в широком частотном диапазоне и другими искусственно создаваемыми физическими полями. Поэтому живым организмам, в том числе и человеку, приходится приспосабливаться к новым условиям.

Техногенное физическое загрязнение наиболее характерно для территорий крупных городов, промышленных районов и других интенсивно используемых территорий. В пределах таких территорий, благодаря большому количеству производимой, преобразуемой и потребляемой энергии, возникает и устойчиво существует повышенный фон техногенных физических полей. Так, например, Москва в течение года производит в среднем 2,15*10¹⁷ Дж энергии, что соответствует реализации мощности в 6,82*10³ МВт. Это превышает мощность Братской ГЭС (4,1*10³ МВт) и сопоставимо с мощностью Красноярской ГЭС (6,0*10³ МВт).

Не будучи в состоянии воспринять полностью поступающую в избытке энергию технологических физических полей, среда часть этой энергии " расходует " на изменение свойств геологической среды, в частности на подготовку, активизацию и поддержание экзогенных геологических процессов, которые становятся, таким образом, в значительной мере техногенными. Избыточная энергия техногенных физических полей может также оказывать повреждающее и разрушающее воздействие на инженерные сооружения и коммуникации, негативным образом влиять на живые организмы и в том числе на организм человека. Таким образом, техногенное физическое (энергетическое или полевое) загрязнение можно определить как суммарный энергетический потенциал искусственно создаваемых (техногенных) физических полей, значительно превосходящий по величине потенциал естественных геофизических полей и оказывающий в силу этого негативное воздействие на окружающую среду, инженерные сооружения, живые организмы и организм человека. И в соответствии с этим техногенное физическое загрязнение можно рассматривать как результат воздействия энерговооруженного человека на окружающую среду, опосредованного через искусственно создаваемые физические поля. Воздействие это, как уже отмечалось, носит энергетический характер и этим принципиально отличается от других видов воздействия (химического и биологического), являющихся вещественными по своей сути. На рис. 6.4 представлена схема формирования общего техногенного загрязнения, одним из компонентов которого является рассматриваемое физическое загрязнение. Схема показывает, как техногенные физические поля, оказывая на окружающую среду энергетическое воздействие, вместе с химическими веществами и микроорганизмами способствуют формированию техногенного загрязнения, последствия которого проявляются в виде изменения геологической среды, деструкции (повреждения) инженерных объектов и физиологических нарушений в живых организмах.

Рис. 6.4. Формирование и последствия техногенного загрязнения среды

¹Автором этого раздела является А.Д.Жигалин.

Назад| Вперед