Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Мониторинг радона атмосферы подпочв в копетдагском сейсмоактивном регионе

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг радона атмосферы подпочв в копетдагском сейсмоактивном регионе"

АКАДЕМИЯ НОТ СССР

0£ША ЛЕНИНА институт ФИЗИКИ 30ПИ им. ОД). ПВДЦА

Не правах рукописи

ИШАНШИЕВ ДДШНАЗАР

УДК 550.3+650.4

МОШШНШГ РАДОНА АПШ№Ш ЮДШЧВ В КОПЕТДАГСКОМ СЕЙСИЗАКПШГОМ РЕГИОНЕ

04.00.22 - гвофганха

Авто р е ф в р а т

диссертации на соискание ученой чтепвня кандидата фяэико-гатекатитоскгос наук

ГЮСКМ - 1990

Работа выполнена в Институте сейсмология Академии Наук Туркменской ССР

Научные руководители: член корр. АН Турки,ССР, доктор

физико-математических наук Ашяров Т. А.

доктор физико-математических наук Третьякова С.П.

Офадиалышо оппоненты: доктор физико-математических

паук Глшсо А.О,

кавдвдат физико-математических наук Сисигина Т.И.

Ведущая организация: Институт физики АН Кирг.ССР

Задата диссертации состоится "7?" КецЪрЭ 1991гГ в часов на заседания специализированного Совета К 002.08.02 в Ордена Ленина Института физшш Земли ш. О.Ю.Шшдта АН СССР по адресу: 123810, Москва, Д-242, ул. Б. Грузинская, д.Ю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке №3 АН СССР

Автореферат разослан ОН / Я ^р 3199&г.

Ученый секретарь г

специализированного Совета, доктор физико-математических наук В.А.Дубровский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пространственно-временные вариации поля радона атмосферы подпочв и почв, а в конечном счетец атмосферы Земли,могут быта источником информации о струмуре и состоянии подстилающей среды, характере протекающих в ней динамических процессов. Практическое значение изучения этого поля заключается в решении проблем, среди которых на первое место выдвигаются следующие: экологические проблемы, обусловленные нестабильностью поля радона вследствии резких изменений атмосферного давления и геодинамических процессов в недрах сейсмически активных областей; проблемы повышения эффективности поисков руд радиоактивных и нерадиоактивных элементов, нефтяных и газовых месторождений; выявление предвестников тектонических землетрясений на основе изучения особенностей пространственно-временных вариаций поля подпочвенного.радона и атмосферы Земли и т.д.

Вариации радонового поля атмосферы подпочв и его эко-халяций в приземной слой атмосферы связаны с динамическим состоянием газов подпочв и подчиняются общим законам газодинамики. Всякие резкие изменения метеорологических параметров (атмосферного давления, температуры воздуха, осадков и т.д.)-и сейсмотектонических условий, антропогенные воздействия на среду (например,-промышленные, химические

ядерные взрывы) нарушают структуру потока радона, изменял его баланс между источниками и стоками.

В тектонически я'сейсмически активны^ аридных областях, по-ввдимому, на шнос радона в ат:.юсферу подпочв и приземной слой тропосфера оказывают' восходящие потоки при-

родных газов (СН4, С02, Н2 и др.), в среднем существенно более высокие по сравнению с восходящими потоками в асейсмических областях, особенно усиливающийся в периоды подготовки очаговых зон землетрясений. Поскольку среднее объемное содержание всех указанных газов в литосфере на 14-16 порядков больше среднего объемного содержания радона, каждый из газов для последнего может быть носителем на пути движения в область.стока - атмосферу подпочв и приземной слой тропосферы. Последнее особенно рельефно шра-кено в распределении радона и его эксхапяций в подпочвенных отложениях над зонами крупных разуплотненных структур и нефтегазоносных областей с интенсивными тектоническими движениями, в пределах которых наблюдаются сильные аномалии концентрации природных .газов и, соответственно - радона, образующиеся в процессе их восходящего движения по механизму конвективного массопереноса.

Все сказанное определяет актуальность изучения простран-отвенно-временных вариаций концентраций подпочвенного радона, особенно в геодинамически (сейсмически) активных и нефтегазоносных регионах.

Иель работы заключалась в исследовании особенностей пространственно-временных вариаций концентраций подпочвенного радона в Ашхабадском и Небит-Дагском сейсмоактивных регионах Туркменской ССР. Были изучены реакции радона в отложениях подпочв на метеорологические параметры и сейсмотектонические условия и оценены масштабы его сброса в при-зешую атмосферу под влиянием указанных факторов.

В соответствии о этим решались следующие задачи: - изучалось пространственно-временное распределение

концентраций радона в зависимости от геодинамических и геолого-тектонических условий регионов, особенностей их изменения в атмосфере подпочв под влиянием изменяющихся метеорологических параметров;

- изучались нестабильности хода концентраций радона в атмосфере подпочв в связи с сейсмической и тектонической активизацией недр регионов; '

- исследовались пространственные распределения концентраций подпочвенного радона в пределах скрытых под'толщей неоген-четвертичных отложений тектонически разуплотненных структур в нефтегазоносных регионах;

- оценивались масштабы сброса радона в атмосферу Земли с площади отдельных геологических структур.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые для условий Туркмении с резко аридным климатом изучены осо- ' бенности долговременных- изменений концентраций радона в атмосфере подпочв в зависимости, от хода' метеорологических параметров, связь эманационного поля с сейсмотектонической , активностью регионов. Показано практическое применение декового метода для выделения тектонически разуплотненных геологических структур и локальных (нефтегазоносных и пустых) структурных поднятий. Проведены оценки масштабов и неравномерностей стока радона в атмосферу под влиянием метеорологических параметров и. сейсмотектонических условий регионов. ' •

Защищаемые положения.

I. Усовершенствованная методика и техника наблюдений за ходом подпочвенного радона в аридных областях, основой которой являются трековые-детекторы регистрация альфа-рас-

лада радона.

2. Выявленные характерные для резко аридных климатических условий Туркменской ССР связи хода радона в атмосфере подпочв о метеорологическими (атмосферное давление, температура почвенного слоя и т.д.) параметрами.

3. Установленная обусловленность хода радона в атмосфере подпочв геодинамическими процессами в недрах сейсмически активных регионов Копетдага, проявляющаяся в связях временного хода радона с геофизическими полями и деформационными процессами.

4. Прикладные возможности вманационно-трекового метода, заключающиеся в поисках зон тектонических нарушений, выявлении локальных нефтегазоносных и пустых структурных поднятий,'в поисках предвестников тектонических землетрясе-

•I

ний и оценках масштабов сброса радона о поверхности различных геолого-тектонических регионов.

Практическая ценность работы. Полученные результаты расширяют существующие представления о физической природе временных изменений концентраций радона в атмосфере подпочв и показывают его возможности для изучения состояния среды, исследования физических процессов, протекающих в недрах в Период тектонической активизации регионов. Они могут быть использованы при поисках рудных (радиоактивных и нерадисак-тивных).и нефтегазоносных месторождений, а также при организации контроля, оценки текущего состояния и прогноза уровня радиоактивного загрязнения приземной атмосферы. Результаты и основные положения диссертациошой работы исполь-аованы при планировании Институтом сейсмологии АН ТССР на-• бдвданий в сейсмически активных регионах Туркменской ССР и

при выполнении задания Госкомитета по науке и технике СССР, сформулированного в темах: "Изучит структуру гидрогеохимических, гидродинамических и геотермических пространственно-временных аномалий и разработать признаки выделения сильных землетрясений в Копетдагском сейсмоактивном регионе", "Разработать методику средне- и краткосрочного прогноза по комплексу сейсмологических, геофизических, гидрогеодинами-ческих и гидрогеохимических предвестников в Копетдагском регионе" и "Создать мобильный оптимальный аппаратурно-мето-дический комплекс для оперативных наблюдений в эпицентраль- . ных зонах сильных землетрясений в пределах Туркменистана".

Фактический материал. Основой работы является эмпирический материал, полученный автором в течение 6-летних (на одном пункте наблюдений - ежедневная, а на двух других -3-4 - дневная экспозиций детекторов) наблюдений за изменениями концентраций подпочвенного радона в Ашхабадской сейсмоактивной зоне, а также Западно-Туркменском нефтегазоносном регионе. Получены эмпирические данные в зоне промышлен-' ного взрыва. Всего выполнено более 3000 трековых замеров содержания радона.

Апробация работы. Основные материалы работы доложены на Республиканских научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов Туркменистана (.г.Ашхабад, 1984, 1987, 1988); на Всесоюзном совещании "Флювдодйнамический фактор в тектонике и нефтегазоносности осадочных бассейнов" (г.Ашхабад, 1987); на Всесоюзном совещании "Газогеохимяческие методы поисков полезных ископаемых в Южно-Каспийской впадине и обрамляющих горных системах" (г.Баку, 1989); на Ма^цуна-

родном совещании "Твердотрековые детекторы ядер и их применение" (г.Дубна, 1990); на Международном совещаний "15 th International Conference on Particle Тгаскв in Solids" (Marburg, 1990) ; ' на научных семинарах Института физики Земли АН СССР (г.Москва, 1990) и в Институте сейсмологии АН ТУРКМ.ССР (г.Ашхабад, 1990).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в II научных работах и изложены в одном научном отчете.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 180 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 153 наименований.

Работа выполнена в Институте сейсмологии АН ТССР.

Автор выражает благодарность научным руководителям: доктору физико-математических наук, члену-корреспонденту ' АН ТССР Аширову Т,А.; доктору физико-математических наук Третьяковой' С.П. за руководство работой; академику АН СССР Флерову Г.Н. и доктору геолого-минералогцческих наук Вой-, тову Г.Н. за постановку задач и постоянное внимание к работе.

Автор признателен кандидатам физико-математических наук Злоказову В.Б. и Крамаренко С.А. за советы и консультации; ст„гидрогеологу ЮКГЭ ПО "Туркменгеология" Беликову В.М. за представление дополнительных данных по содержанию радона в подземных водах; сотрудникам ЛЯР 011ЯИ Маркиной К.И., Ивановой И.В., Джолоо Л.В. за помощь в работе при обработке детекторов, а также всем сотрудникам лаборатории гестерши и фливдодиламики Института сейсмологии АН ТССР, чье непосредственное участие в работе способствовало

получению экспериментальных данных.

СОДЕШАНИЕ РАВОт

Во введении дано краткое изложение круга вопросов, определишь содержание диссертации: актуальность поставленных задач, цель их исследования, а также практическая значимость работы. Сфорцулированы основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе приводится,обзор развития эманационных исследований, анализируются литературные данные о радоновых аномалиях в подземных водах и подпочвенной атмосфере в период подготовки тектонических землетрясений, дается обзор ра- , диометрических методов поисков нефти и газа.

Отмечается, что зарождение эманационных исследований относится к 20-30 годам нашего столетия (А.Г.Кирпкоз,Л.Н.Богоявленский и др.), т.е. ко времени расширения исследований естественной радиоактивности горных пород, руд и тгааералов. В работах того времени (А.Г.Грашаков, В.И.Баранов, Ю.П.Бу-лалшвич и др.) основным источником изменений концентраций ' подпочвенного радона считалась естественная радиоактивность горных пород и минералов и их эмалирующая способность, а также изменение метеорологических (атмосферного давления, температуры воздуха, осадков и т.п.) параметров. Вместе с тем эти работы предопределили дальнейшее развитие эшяацп-оиных исследований, которые позволили в'концс 60-х - в начале 70-х годов использовать радоновый метод для ивдшсацип гео^инамичесних'процессов (Л.В.Горбушина, Ю.С.Рябоштан и . др.), а также установить связи матиу вариациями его концентраций и подготовкой тектонических землетрясений (Б.В.Мава-

)

шев, В.ИДломов, Ю.С.Рябоштан и др.). Обнаруженные при этом аффекты послужили импульсом для использования радонового метода в инженерно=изыскательских работах и стимулировали систематическое изучение вариаций концентраций газа в подземных водно-газовых системах и подпочвенной атмосфере сейсмоактивных регионов (С.А.Султанходжаев, С.У.Латипов, Ф.А.Алексеев, А.И.Спиридонов, П.И.Чалов, Т.З.Закиров, Х.Вакита, Цай Цзухан, Л.В.Горбушина, Ю.С.Рябоштан, Г.Н.Флеров, Г.И.Войтов, Т.А.Золотовицкая, В.П.Рудаков, А.К.Абдувалиев, Чи-Ю-Кинг, Р.Флейшер, А.Магро-Кашеро и др.) для выявления предвестников землетрясений. Результаты этих работ показали прямую связь между изменениями концентраций радона и сейсмической активностью регионов. В то же время отмечается крайняя нестабильность концентраций радона в сейсмически активных областях даже в асейсмичное время ( П.И.Чалов, Г.И.Войтов, Чи-Ю-Кинг и др.), которая свидетельствует о сложных геодинамических процессах в земной коре. Это означает, что интерпретация радоновых аномалий связана с определенными трудностями ( в частности, не представляется возможным отличить предвестниковые аномалии от аномалий, обусловленных крипом и подвижками блоков пород, их обычными деформация!,'щ и т.п.), частично решаемыми комплексным анализом всего спектра геохимических и геофизических исследований.

Анализ результатов радиометрических (гамма-спектрометрических, эманационных) исследований в нефтегазоносных областях (Ф.А.Алексеев, Р.П.Готтих, В.И.Ермаков, А.ИДаубен-<$ах, Ч.С.Алиев, Т.А.Золотовицкая, А.Позднячов, Р.Флейшор и др.) показал ■, что ети методы перспективны как для изучения

геологии верхних отложений, так и для поисков залежей углеводородов.

Вторая глава посвящена геолого-тектоническим, гидрогеологическим и метеорологическим условиям района исследования и его сейсмичности. .

Ашхабадская сейсмоактивная зона включает в себя северный борт Центрального Копетдага, Предкопетдагский предгорный прогиб и южный борт эпигерцинской Туранской штаты.Главной особенностью геологического строения этого региона является наличие мощной толщи (более 10-14 км) осадочных пород. Основными структурными элементами, формирующими сейсмотекто- • ническую активизацию земной коры в регионе, являются Передовой и Внутрикопетдагский глубинные разлош. С ниш связаны наиболее сильные и разрушительные землетрясения, в том чис- • ле - Ашхабадское 1948 года.

В гидрогеологическом отношении Ашхабадская сейсмоактивная зона расположена на стыке двух артезианских бассейнов: бассейна складчатой области Копетдага и Каракумского артези-* анского бассейна. Граница этих двух бассейнов проходит по Передовому глубшшому разлому Копетдага. Райоп исследований характеризуется резко континентальным сухим климатом. Его типичными чертами являются значительные суточные->и годовые колебания температуры, сухость воздуха, малая облачность, большая продолжительность солнечного сияния (около '2581 часа в год) и предельно малое количество (около 220 мм) осадков. Годовая величина возможного испарения составляет 13001500 мм, т.е. испарение в 6-7 раз превышает количество выпадающих осадков.

Небиэдагская сейсмоактивная зона расположена в преде-

с

лах Западно-Туркменской низменности. Она выполнена мощными осадочными отложениями (до 20-25 км) и характеризуется сложным геологическим строением, важнейшим элементом которого являются 1фупные региональные разломы, делящие впадину на отдельные зоны и прогибы, а также определяющие сейо-мо-тектоническую активизацию Западной Туркмении. Территория является основным нефтегазоносным регионом Туркмении.

Третья глава посвящена методике измерений концентрации радона в подземных водах и подпочвенной атмосфере. Описывается методика регистрации радона трековыми детекторами, дается описание разработанного автором устройства для автоматической смены детекторов, а также общие -принципы обработки материалов наблюдений.

1

Анализ особенностей существующих ионизационных, сцин-тилляциошшх и трековых методов регистрации радона в подземных водах и.подпочвенной атмосфере показывает, что для. условий Туркмении ( арвдный климат, трудности энергоснаб-' жения приборов, работающих в автономном режиме и т.п.) наиболее эффективными являются трековые детекторы, работающие в вдущвм режиме. "

Для регистрации подпочвенного радона использовались ' детекторы из нитрата целлюлозы 1Е-И5-И. Они регистрируют альфа-частицы распада радона в накопительном режиме. Для усиления треков альфа-частиц до видимых размеров в оптическом микроскопе, детекторы обрабатываются в 10 или 20 процентном водном растворе едкого натрия (/I аОН) при Т=60°С. Подсчет альфа-треков осуществлялся под оптическим микроско-

пом и с помощью искрового счетчика, однако эффективность . счета во втором случае ниже. Градуирование трековых детекторов проводилось по стандартной методике. В качестве стандартного образца применяли раствор соли Еа массой М^, помещенный в барбатер. • 1 Для установки детекторов в рыхлых отложениях почв и подпочв создано устройство, состоящее из детектора (размером II х 13 см2) и его держателя, который крепится на верхней части поливинилхлоридной трубы (камеры облучения) диаметром 40 и высотой 200 мм, устанавливаемой на дно скважин глубиной 1,3-2,0 м. Скважина обсаживается полиэтиленовой (защитной) трубой, свободный объем которой заполняется термоизолятором; сверху труба закрывается 1фышкой. Недостатком метода является трудоемкость визуального подсчета треков и большое время экспозиция (от I до- 3-4 -х и более суток) пленочных детекторов. Для устранения последнего было создано автоматическое устройство, которое обеспечивает смену детекторов после 6,12,24,48 или 96 часовой экспозиции. « Выбор глубины установки детекторов производился -с уче-! том минимального влияния метеорологических факторов, теоретического и экспериментального распределений концентраций радона с тлубиной в рыхлых отложениях. Для наших условий глубина установки детекторов составляла 1,3-1,5 м при изучении' временных вариаций; при изучении пространственных вариаций концентраций подпочвенного радона - 1,8-2,0 гл. Влияние метеорологических (атмосферного давления, температуры воздуха и почвы и т.п.) факторов на ход подпочвенного радона снималось методом обработки его временных рядов, процедура

которого состоит в следующем: снятие тренда, сглаживание кривых, корреляционный анализ и компенсация коррелируемых помех. Алгоритм компенсации помех,таких,например, как атмосферное давление,записывается в виде:

ЯпШ » An.it)- 8|УР(-Ь-Т)-Р0],

где ЯпДО и - соответственно значения концентраций ра-

дона до и после компенсации, Р0 и Р и -О - среднее атмосферное давление для данного интервала выборки и его значений с учетом временных сдвигов Т , для которых коэффициент корреляции г максимален, В - первый коэффициент регрессии, характеризующий изменение концентрации радона в зависимости от хода атмосферного давления.

Математическая обработка временных рядов концентрации радона в атмосфере подпочв, которая проводится с целью выявления в них информационных признаков, связанных сейсми- * ческими событиями, предусматривает следующие операции: а) выявление во временных рядах ), их первых производных

и в квазикривизнах, сосредоточенных (пикообразных) компонент Рк (Ь ), не равных нулю только на ограниченных интервалах Н| б) установление соответствий корреляционного типа между компонентами Рк (t) и сейсмическими событии К не равными нулю в некоторых точках и равными нулю - в остальных; в) установление наличия общего временного сдвига £ между Рк и моментами возникновения оейсмического удара .

Рассмотренный алгоритм обработки временных радов концентраций подпочвенного радона формализовал в виде форт-ранной программы и реализован на ЭВМ.

В четвертой главе изложены основные результата эмана-ционных исследований. Обосновывается информативность пунктов режимных наблюдений, приводятся результаты экспериментальных работ по изучению реакции радонового поля атмосферы подпочв при воздействии на среду взрывом, анализируются влияние метеорологических факторов на ход поля подпочвенного радона, а также его реакция на активизацию геодинамических и сейсмотектонических процессов. Проводится комплексный анализ хода вариаций концентраций радона в атмосфере подпочв, обусловленный вариациями геофизических и гидродинамических подей.

Показано, что необходимым условием информативности пунктов наблюдений является их приуроченность к зонам тектонических нарушений, в которых создаются наиболее благоприятные условия для массопереноса летучих. Выбор таких зон проводили методом профильной эманационной съемки.

Наблюдения за реакцией радонового поля атмосферы подпочв на сейсмическое воздействие промышленным взрывом, адекватным землетрясению энергетического класса К=12-13, показали, что последние вызывают значительные изменения концентраций подпочвенного радона, особенно в зонах тектонических нарушений. Результаты этого эксперимента подтверждают перспективность данного вида моделирования в сейсмически активных регионах для решения таких методических задач, как выбор информативных объектов для постановки режимных наблюдений за сейсмичностью недр и выяснения природы аномалий.

Изучение влияния атмосферного давления на ход концентраций подпочвенного радона показало, что существует обрат-

ная зависимость между этими параметрами. Даже па больших выборках (месячных или двухмесячных) коэффициент взаимной корреляции может быть большим (X = - 0,6 + - 0,5).

Механизм такой корреляции обусловлен изменением скорости восходящего движения подпочвенных газов (СО2, СН^.Л/ ^ и др.) под влиянием изменения атмосферного давления. Это положение подтвервдается результатами наблюдений за ходом концентраций радона и углекислого газа (СХ^ в атмосфере подпочв и реакции указанных газов на изменение хода атмосферного давления.

Среднесуточный ход температуры воздуха в летнее время в Туркмении превышает 30°С. В зимнее время её значения иногда опускаются до 0°С и даже ниже. Однако,на глубине . измерения радона (1,3-1,5 м) перепад сезонных температур составляет порядка 20°С. Такой перепад температуры в состоянии нарушить режим хода радона и сезонные деформации среды, на что указывают высокие корреляционные связи между указанными параметрами (1 = -0,75 -1-0,80). Вместе с тем,анализ временного хода радона атмосферы подпочв показывает, что изменение его концентраций зависит не только от сезонных вариаций температур воздуха и почвы, но .также от интенсивности атмосферных осадков (коэффтЬент корреляции после компенсации влияния температуры составляет = -0,50 + -0,55) и связанных с ниш процессов сорбции - десорбции. В этой связи в работе рассматривается поведение радона в атмосфере подпочв в зимне-весеннее время, а ход параметра анализируется совместно с ходом концентраций радона в подземных водно-газовых системах, с уровнем подземных вод и наклоном земной поверхности.

Выявлена связь радонового поля атмосферы подпочв с ходом указанных параметров, причем, наибольшие контрастности изменения концентраций радона (отклонение от фона на 70%-80??) приурочены к периоду наибольших изменений деформационных Колей. Последнее показывает, что основным влияющим фактором на ход концентраций подпочвенного радона является изменение режима деформирования приповерхностных осадочных пород..

Анализ результатов многолетних наблюдений показал сильную нестабильность концентраций радона в атмосфере подпочв, ггричем?в ряде случаев нестабильность испытывает значительные отклонения от фона. Особенно высокий уровень отклонений концентраций радона от фона (в два и более раз) характерен для второй половины 1984 г., когда в Средней Азии выделилось количество сейсмической энергии, превыиа-пщее на порядок фоновую, последствием которого,по~видимоглу, пвплооь повышение плотности потока природных газов в атмосферу подпочв и в приземную атмосферу,вероятно, отражающее уровень геодинамической активности недр региона. Дополнительными свидетельствами этого процесса являются результаты режимных наблюдений за ходом концентраций радона в подземных водах нэ отдельных скважин, вскрывающих зону Передового разлома Копетдага, когда его уровень повышался в два раза и более.' Укаяеи, что такие эффекты наблюдались в конце 1983 г. (октябрь-декабрь) и начале 1984 г,(январь-, февраль), когда сильные возмущения сейсмической активности сопровождались вариациями радонового поля атмосферы подпочв длительностью от 10 до 20 дней. Отмеченные аномалии предшествовали периоду сейсмотектонической активизации Копет-

датского региона и сопровождались сейсмическими событиями К = 10-11,5 (03 и И.И; 08.12.1983 г., а также 03.03.84г.) о очагами на расстоянии от 80 до 100 км от пункта наблюдений. В то же время аномальные изменения радона, наблюдашие-ся в марте 1985 г., не сопровождались сейсмическими событиями.

22 февраля 1984 г. на нефтегазовом месторождении Бурун (Небитдагская сейсмоактивная зона), расположенном в зоне Челекен-Кумцагского разлома, произошло з'ёййй!грясенпе с М = 5,6. Временной ход концентраций подпочвенного радона в период с 26.02 по 12.04. 1984 г. (наблвдения велись после землетрясения) имел сложный характер. Наиболее высокие (2-3 раза от фона) концентрации :радона отмечались непосредственно после сейсмического события. К началу второй декады марта уровни концентрации радона возвратились к фону. С 15 марта интенсивность радонового поля стала нарастать и по мере приближения к сейсмическому удару-афтершоку понизилась до фона. Рост концентраций радона наблюдался и после афтерыоков 5-9 апреля, однако он не сопровождался сейсмическими событиями , что отражало, по-видимому, неравномерности поступления природных газов, как результат разгрузок упругих деформаций. На последнее указывают изменения за-трубного давления жидкостей в промысловых скважинах.

Для выявления связи хода эманациошюго поля атмосферы подпочв с изменением геофизических полей в Ашхабадской сей- . смоактивиой зоне был выполнен совместный анализ вариаций радона с временными изменёнными сейсмической и акустической эмиссии (1000 и 46 гц), с'ыйкросейсмичностъю недр (3¿ К*7), а также временами пробёга 'Р-ёолн'при сейсмопросвечивании.

Предполагалось, что их вариации обусловлены едиными процессами деформаций горных пород в недрах. Анализ показал совпадение временного хода указанных полей с временным ходом радона подпочв. При этом наибольшую контрастность геофизические поля и ход радона испытали в период аномальной активизации зоны Передового разлома Копетдага в августе-сентябре 1983 г.

Таким образом, результаты эманационных исследований показывают наличие прямой связи радонового поля атмосферы подпочв с режимом деформирования верхних оболочек литосферы, т.е. доказывают тем самым возможность использования радоновых методов для мониторинга напряженного состояния недр в сейсмически активных областях.

В пятой гдаве рассмотрены пршшадные аспекты работы. Линейные зоны тектонических нарушений (системы трещин,скрытых под более мощными осадочными породами и т.д.), в которых наблюдаются интенсивные восходящие потоки природных газов, как правило, фиксируются аномальными содержаниями радона. Пояски таких•структур осуществлялись профильными эма-национными съемками в зоне Передового разлома Копетдага.Зоны проницаемых тектонических структур выделяются повышенным стоком радона и углекислого газа (С02), обнаружены пространственные связи между Пп, и СО,,.

Радон, объемные концентрации которого в подпочвенном воздухе на 14-16 порядков меньше концентраций любого другого газа (СН4, С02, Но,и др.), является радиоактивным индикатором мест локализации газовых потоков. Это послужило основанием для проверки еозможнооии применения трекового метода для поисков месторождений нефти и газа.поскольку из-

вестно, что над залежами последних потоки природных газов более высоки, чем над пустыми структурами, т.е. нефтегазоносные структуры могут отражаться в радоновом поле атмосферы подпочв.

Для проверки этого предположения выбраны четыре структуры Западной Туркмении (нефтегазоносные Кум-Дат, Куйджик и Кызыл-Кум, с неустановленной нефтегаэоносностыо структуры Кобек). Все они, за исключением структуры Кызыл-Кум, выражены в рельефе. В результате профильной зманационной съемки было показано, что над выраженными структурными поднятиями наблюдаются пониженные, а на их крыльях (перифериях) повышенные (в 5-7 раз) содержания радона в атмосфере подпочв, что согласуется с результатами измерения гамма-поля исследуемых территорий (Ф.А.Алексеев, А.И.Лаубенбах и др. 1968 г.). Различия в концентрациях радона в атмосфера подпочв на исследованных профилях, по-видимому, отражают неравномерности потока восходящих газов, выносящих радон в атмосферу подпочв, т.е. показываются возможности использования радона как поискового параметра на нефть и газ.

Аномальные изменения концентраций радона в атмосфере подпочв во времени от фоновых отражают сейсмотектонические процессы в недрах. В этой связи была сделана йопытка статистической обработки кривых хода радона атмосферы подпочв для установления временных связей, между содержаниями радона в атмосфере подпочв и сейсмическими событиями. Искались минимальные характерные временные сдвиги между сейсмическими событиями (К*10) и аномалиями (пиками) концентраций радона как в его исходных рядах, так и в первых производных и квазикривизнах его временного ряда. Было обнаружено, что в

Копетдагском сейсмоактивном регионе опережение аномалий радона в атмосфере подпочв от сейсмических событий заключено в интервале 0-94 суток (наиболее вероятное значение равно 49 суткам); временной сдвиг первой производной относительно сейсмических событий заключен в интервале 0-31 суток, а его наиболее вероятное значение равно 15 суткам. В квазикривизнах этот сдвиг заключен в интервале 0-68 суток, а его наиболее вероятное значение равно 29 суткам. Наибольшую информативность с точки зрения прогноза сейсмических событий в этом ряду параметров имеет первая производная, наиболее вероятное значение временного сдвига которой относительно сейсмического события составляет около 15 суток.

Проведенные эманационные исследования на территории Туркмении позволяют оценить величины эксхаляции радона в приземной слой атмосферы как с определенных площадей, так и за определенное (фиксированное) врем. Оценки эксхаляций радона определялись двумя способами. В пределах нефтегазоносных структур, где концентрации радона измерялись на глубине около 2,0 м, поток радона определялся из известного выражения:

Е-Ооо-Тет û'-A-HWd-Qt/Q»),

где О» - концентрация радона на "бесконечной глубине" Нои, ^ - эффективный коэффициент диффузии, величина которогс определялась по измерениям концентрации радона на различных глубинах, Л- постоянная радона, fie - глубина измерения радона. Среднее значение эксхаляции для Западной Туркмении оказалось равным (83+100 ^КГ^Бк/см^с. Значения эксхаляции радона над сводовой частью структурных поднятий достигают (60+95).10"7Бк/см2с, а над их крыльями (перифериями) -

(300f700)'I0"7BK/cM2c.

В районах, где наблюдения велись на глубине порядка 1,3*1»5 м, эксхаляция определялась величиной "дефицита" радона в подпочвенном слое (Т.И.Сисигина, Х.Иэраэль)

Н

E'QA^.-Л Qja4> ^Qco Koo-Z(¡¿ Аhe,

где &fli - толщина L - слоя. Её среднее значение для Ашхабадской зоны составляет (78+87)«10 'Бк/см с. При этом значение эксхаляцйи радона над зонами разломов в 2-3 раза выше, чем потоки с площадей, не затронутых дислокациями.

В пределах указанных регионов радон в атмосферу Земли выносится также источниками минеральных вод (родниками, самоизливающимися скважинами). По нашим оценкам, в приземную атмосферу Ашхабадской сейсмоактивной зоны таким образом поступает от 3-ь5 до 220 Бк/с, а Западной Туркмении - от 2-tö до 925 Бк/с. IIa величину эксхаляции радона во времени существенное влияние оказывает динамическое состояние атмосферы. Наши наблюдения показали, что в Туркменской ССР изменение атмосферного давления на I мб приводит к изменению эксхаляция радона на (2т2,4)-10~'7Бк/см2с, а изменение сезонного хода температуры на глубине измерения на 1°С сопровождается изменением эксхаляция на (З-ьЗ, 4) • ТО^Бк/cj^c.

Анализ вариаций эксхаляции радона в пределах Ашхабадской и Небитдагской сейсмоактивных зон показал, что в период сейсмотектонической активизации региона сток радона в атмосферу возрастает в 1,5 и более раз. При этом наиболее высокие значения эксхат"чдаи наблюдались в 1984-1965 гг., достигая (156<-176)'Ю~7Бк/сгл2с (100? фона) при высоком уровне сейсмичности недр Средней Азии. В последующие годы её значение оставалось сравнительно высоким.

выводы

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Усовершенствована методика измерения радонового поля атмосферы подпочв с использованием трековых детекторов, позволяющая измерять концентрации радона и их вариации во времени. Предложено и изготовлено устройство для автоматической смены пленочных детекторов, позволяющее увеличить количество пунктов наблюдений и частоту опроса детекторов.

2. Натурными исследованиями установлены значительные вариации концентраций подпочвенного радона, характерные и для асейсмичного времени (от 30 до 70 % фона) для зон сейо-мически активных областей Туркмении. Существуют элементы обратной связи между изменением атмосферного давления и концентрациями радона в атмосфере подпочв. Установлены фоновые длиннопериоднне (сезонные) изменения содержания радона (до 50% фона) в атмосфере подпочв, обусловленные ходом температуры. Атмосферные осадки также приводят к изменениям содержания радона' в атмосфере подпочв.

3. Ьцявлена обусловленная связь временных вариаций концентраций радона с напряженно-деформированным состоянием недр. Сейсмотектоническая активизация земной коры приводит

к различным по форме и длительности аномалиям концентраций радона в атмосфере подпочв. Вместе о тем, отмечаются отдельные локальные аномалии концентрации радона, имеющие структу-,ру, аналогичную с аномалиями предвестникового типа, не сопровождающиеся сейсмическими событиями.

4. Сопоставление режимных наблюдений изменения хода концентраций радона в атмосфере подпочв с результатами на-

блюдений других геофизических и гидродинамических полей показало их обуслогашшость едиными процессами сейсмической активизации недр в районе наблхщений.

5. Установлено, что вариации концентрации подпочвенного радона в пределах локальных нефтегазоносных и пустых структурных поднятий имеют поисковую ценность. В частности, сводовые части структур на профильной эманационной съемке характеризуются пониженными, а их крылья (периферии) повышенными (в 5-6 раз) значениями концентраций подпочвенного радона.

6. Оценены'масштабы поступления радона в атмосферу в пределах указанных регионов. Средняя эксхаляция радона с поверхности Ашхабадской зоны составляет (78-ь87)«10""'''Бк/с!Л2с,

а с поверхности Западной Туркмении— (82*100)« ПГ^Бк/см^.

Отмечена сильная нестабильность величин эксхаляций радона с поверхности в периоды повышения сейсмотектонической активизации недр (на 30*100 % от её фонового значения).

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях: _ .

1. Радиоактивные эманации в подпочвенном воздухе з Ашхабадской сейсмоактивной зоне //Изв.АН ТССР,с ер.ФТХиГн.-1984.-

Й5.-С.62-65 (соавторы: С.Атаев, Т.Аширов, С.П.Третьякова).

«

2. Анализ комплексных данных сейсмопросвечивания, сей-смоакустики, эманации радона в Ашхабадском сейсмоактивном районе //Изв.АН ТССР,сер.ФТХиГн.-1985.С.39-44 (соавторы: Б.С.Какабаев, Б.С.Каррыев, В.Г.Косарев).

3. Некоторые воцросы техники и методики измерений радона в сейсмически активных зонах //В сб. Прогноз землетрясе-ний.-1985.-,К6.- С.107-119 (соавторы:Г.И.Войтов, А.К.Абдува-лиев, Ю.И.Стеклянин, С.П.Третьякова, Т.Аширов, и др.).

4. Эданациошше исследования в Ашхабадской сейсмоактивной зоне //Сообщения ОИЯИ, Дубна: 1986.-18-86-452.-12с. (соавторы: Т.Аширов, Л.В.Джолос, К.И.Меркина, С.П.Третьякова).

5. Особенности поля эманации, температуры и гидродинамического режима в эпицентралыюй зоне тектонического землетрясения //Сообщения ОИЯИ, Дубна: 1986.-18-86-708.-7с. (соавторы: Т.Аширов, Г.Ишанкулиев, Л.В.Джолос, С.П.Третьякова).

6. Реакция радонового поля подпочв на сейсмическое воздействие от мощного промышленного взрыва //Изв.АН ТССР, сер.ФТХиГн.-1987. -№1.-С.55-58 (соавтор Т.Аширов).

7. Эманационные исследования'на нефтеносной площади Кум-Даг и структуре Кобек //Сообщения ОИЯИ, Дубна: 1988,-18-88-712.-8с. (соавторы: С.П.Третьякова, Т.Аширов, А.Ния- э зов, Г.Ишанкулиев, К.И.Меркина, Л.В.Джолос).

8. Изучение нестационарного потока радона в атмосферу Западно-Туркменской низменности /Дез. докл. на Всес. сов, ГГМ-Ш, Баку: 1989.-С. 53 (соавторы: В.М.Беликов, С.Атаев).

9. Математический подход к анализу временных спектров почвенного радона //Сообщения ОИЯИ, Дубна: 1989.-Р 11-89-659.-12с.(соавторы: В.Б.Злоказов, С.П.Третьякова, Т.Аширов).

10. 'l'he investigation of the temporal variations of radon in the substrata atmosphere using Dielectric Detectors in Turkmenia //Hook ol" Abstracts "15 International Conference on Particle Тгаскз in Solids", Marburg: 1990.-P.189 (co-authors: 'iret^ukova S.P., ABhirov Т.).

11. Radon measuring in the region of oil and gae deposits of west Turkmenistán using SSNTD //Book of Abstracts "15 International Conference on Particle Tracks in Solids", Marburg: 1990.-P.190 (co-author Tretyakova S.P).