Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор ранее проведенных работ 11
Глава 2. Способ контроля водозащитной толщи на верхнекамском месторождении калийных солей по наблюдению в скважинах содержания водорастворенных газов 22
2.1. Краткая геологическая характеристика Верхнекамского месторождения калийных солей 23
2.1.1. Тектоника 23
2.1.2. Стратиграфия 26
2.1.3. Гидрогеология '. 29
2.2. Состав газа по толщам 33
2.2.1. Химический состав 33
2.2.2. Геологическая информативность газов 35
2.2.3. Расчет «избыточного» радиогенного 40Аг 37
2.3. Способ и аппаратура для проведения газового
мониторинга 38
2.3.1. Способ газового мониторинга 38
2.3.2. Оптимальная сеть и конструкция наблюдательных скважин при организации мониторинга целостности водозащитной толщи 40
2.3.3. Организация работ для контроля водозащитной толщи на СКРУ-2 Верхнекамского месторождения калийных солей
в зоне обрушения 41
2.3.4. Аппаратура для отбора и измерения проб водорастворенного газа 42
2.3.4.1. Краткая характеристика вакуумного пробоотборника .42
2.3.4.2. Краткая характеристика масс-спектрометра 43
2.4. Интерпретация результатов мониторинговых исследований
водорастворенных газов по скважинам на СКРУ-2 43
Глава 3. Обоснование и результаты проведения измерений объемной активности почвенного радона в режиме вынужденной конвекции 51
3.1. Краткая характеристика радона 51
3.2. Измерение объемной активности радона в диффузионном режиме 52
3.3. Измерение объемной активности радона в режиме вынужденной конвекции 56
3.3.1. Обоснование режима вынужденной конвекции 56
3.3.2. Схема измерений объемной активности радона в режиме вынужденной конвекции 57
3.3.3. Аппаратура для проведения измерений объемной активности радона в режиме вынужденной конвекции 58
3.3.4. Выбор оптимальных параметров проведения режима вынужденной конвекции 59
3.3.4.1. Выбор параметров насоса 60
3.3.4.2. Выбор оптимальной глубины погружения зонда 62
3.3.5. Изучение влияния метеорологических факторов на изменение объемной активности радона 64
3.4. Определение диффузионных параметров среды 72
Глава 4. Экспериментальные исследования возможных механизмов выделения радона в поровое пространство горных пород 77
4.1. Экспериментальные исследования влияния упругих колебаний различного частотного диапазона на поведение почвенного радона 78
4.1.1. Исследование влияния на изменение объемной активности радона упругих колебаний ультразвукового диапазона 78
4.1.2. Исследование влияния на объемную активность радона упругих колебаний, создаваемых искусственными источниками 81
4.2. Комплект стандартных образцов радона (СОР) 85
4.3. Изучение возможных механизмов выделения радона в поровое пространство горных пород 88
4.3.1. Влияние размера фракции на эманирующую способность 89
4.3.2. Эманирование радона в различные среды 91
4.3.3. Влияние температуры на эманирующую способность 91
Заключение 93
Литература
- Стратиграфия
- Оптимальная сеть и конструкция наблюдательных скважин при организации мониторинга целостности водозащитной толщи
- Измерение объемной активности радона в режиме вынужденной конвекции
- Исследование влияния на изменение объемной активности радона упругих колебаний ультразвукового диапазона
Введение к работе
Все процессы, происходящие на Земле, по своей сути являются динамическими. Стационарными, неизменными их можно считать только в масштабе (границах) какого-либо интервала времени. 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 наблюдение 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 и научных направлений.
Одним из перспективных направлений является оценка возможности предупреждения опасных геодинамических явлений на основе мониторинговых наблюдений за радиогенными газами, что дает положительные результаты при изучении таких явлений, как тектонические землетрясения, «горные удары» в глубоких шахтах. Применение радиогенных газов физически обусловлено тем, что они непосредственно образуются в изучаемых горных породах, и, с другой стороны, являются химически инертными газами, практически не участвующими в процессах, связанных с химическим превращением веществ.
К радиогенным газам, которые родились в процессе распада природных радиоактивных веществ и применяются нами для изучения геодинамических процессов, относятся: аргон-40 и изотопы радона. Изучение их содержаний и вариаций во времени несет информацию о процессах, протекающих непосредственно в горных породах, и позволяет говорить 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 долговременный ряд наблюдений за концентрацией радиогенных газов. Методика таких 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. Методики этих работ основывались на однократных измерениях в конкретной точке. Появившиеся в последнее десятилетие аппаратурные возможности позволили проводить мониторинговые измерения радиогенных газов, что существенно расширило область их применения. В частности, мониторинговые измерения растворенных газов удалось успешно использовать 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 га ,40 A 2 2 \ зов ( Ar, Rn) в природной среде при воздействии на нее различных геодинамических процессов.
Основные решаемые задачи:
1. Выявление закономерностей изменения концентрации водораство-ренных 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- водораство-ренных газов в надсолевом водоносном горизонте показана информативность 40Ar, CHj, В.2 при контроле целостности водозащитной толщи.
2. Показано, что по соотношению водорастворенного атмосферного 40Аг и кислорода можно судить об активности гидродинамических процессов в зоне наблюдения.
3. Предложен способ контроля целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей (Патент России №2117542 от 15.08.97).
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 70 см.
7. Экспериментально показано, что максимальное 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 (40Аг, СЩ, Нг), растворенных в над-солевом 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 работы:
Проведенные исследования по изучению изменений концентрации радиогенных газов в естественных условиях и на образцах позволили разработать стандартный образец радона, способ контроля целостности водозащитной толщи на месторождениях калийных солей, легли в основу новой методики конвективного режима измерений объемной активности почвенного радона.
Реализация результатов работ:
Материалы исследований водораствореннных газов (40Аг, СЩ Н2) по скважинам использовались для проведения контроля целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных солей при прогнозных исследованиях последствий аварии в 1995 г. на руднике СК-РУ-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 (СУБР) и землетрясений на Северном Тянь-Шане и Курильских островах.
Апробация работы:
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); Восьмая Уральской молодежной научной школы по геофизике (Пермь, 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).
Публикации;
По теме диссертационной работы опубликовано четыре статьи, в том числе одна в рецензируемом журнале - «Известия ВУЗов. Геология и разведка», 24 докладов на конференциях (19 полностью опубликовано в материалах конференций), использовано для написания трех научных отчетов и получения одного патента.
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.
Авторский вклад:
Исследования по теме диссертации выполнены автором за период с 1997 по 2007 гг. в лаборатории ядерной геофизики Института геофизики УрО РАН под руководством член-корреспондента РАН В.И. Уткина. Автором лично проведены все модельные и натурные эксперименты и обработка полученных данных. Выводы на различных этапах исследований сделаны совместно с научным руководителем.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю чл.-корр. В.И. Уткину за его высокопрофессиональное руководство при выполнении работы, и к.г.-м.н. А.К. Юркову за постоянное внимание к научной деятельности и помощь при проведении экспериментальных исследований.
Автор благодарит 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. Ладовско-го за сотрудничество. А также весь коллектив лаборатории ядерной геофизики за понимание и поддержку.
Стратиграфия
По геофизическим данным кристаллический фундамент карельского возраста располагается в Соликамской впадине на глубине от 3,7 до 6 км.
Наиболее древние отложения, вскрытые глубокими скважинами, представлены породами вендского комплекса, относимого к позднему протерозою или синию и располагающегося под толщей вышележащих палеозойских отложений мощностью до 2700-3100 м и более.
В основании соляной толщи располагается так называемая подстилающая каменная соль мощностью 250-400 м (рис. 2.1) [17].
В нижней части этого горизонта выделяется несколько пачек глинисто-ангидрит-карбонатных засолоненных и содержащих ангидрит и гипс пород, чередующихся с пачками каменной соли. В верхней части подсти лающей каменной соли всюду прослеживается маркирующая пачка гало-пелитов и ангидрит-карбонати ой засолоненной породы преимущественно хемогенного происхождения. Кроме того, имеются тонкие прослои гало-пелитов.
Стратиграфически выше подстилающей каменной соли располагается толща калийных солей со средней мощностью, близкой к 75-80 м. Калийные соли представлены только хлоридами - сильвином и карналлитом при полном отсутствии сульфатов калия и магния.
Залежи калийных солей отличаются весьма простым минеральным составом. Кроме сильвина и карналлита из собственно галогенных минералов в них присутствуют только гипс, галит и ангидрит. Как минералы-примеси терригенного и аутогенного происхождения в соленосных породах установлены: кварц, гематит, гетит и другие окислы железа, кальцит, доломит, магнезит, пирит, полевые шпаты и продукты их разрушения и др. Соляные породы сложены галитом (каменной солью), сильвином, входящим вместе с галитом в состав сильвинита, и карналлитом, образующим вместе с галитом карналлитовую породу.
По минеральному составу толща калийных солей разделяется на два основных горизонта: нижний - сильвинитовый и верхний - сильвинит-карналлитовый, каждый из которых сложен серией пластов калийных солей, чередующихся с пластами каменной соли [17].
В сильвинитовом горизонте установлены четыре основных пласта сильвинита, чередующихся с пластами каменной соли.
В сильвинит-карналлитовом горизонте насчитывается девять основных пластов калийных солей, чередующихся с пластами каменной соли. Кроме того, некоторые из них (более мощные) содержат внутрипластовые прослои каменной соли. Каждый из пластов калийных солей сложен на одних участках площади месторождения карналлитовои породой, на других - пестрым сильвинитом, на третьих - обеими породами, проявляющимися в виде пропластков и слоев. На Верхнекамском месторождении в кровле сильвинит-карналлитового горизонта в сводовых частях некоторых соляных брахиантиклинальных складок развита сильвинитовая шляпа, имеющая гипергенное происхождение. Ее формирование связано с процессами гидрометаморфизации карналлитовои породы водами и рассолами, проникающими в соляную залежь из вмещающих пород.
Выше горизонтов калийных солей располагается горизонт покровной каменной соли мощностью 20-50 м. Покровная каменная соль венчает не прерывный разрез соляной толщи иренского горизонта. Однако соленако-пление на площади Соликамской впадины на этом не закончилось.
Выше покровной каменной соли залегает толща глинисто-мергельных, аргиллитовых и карбонатных пород Соликамского горизонта уфимского яруса, содержащая на разных уровнях пластово-линзообразные залежи каменной соли. Нижняя пачка этой толщи, носящая название переходной, имеет мощность 10-25 мив ней прослеживаются 2-3 пласта каменной соли. Верхняя более мощная часть разреза (от 40 до 150 м) выделяется под названием соляно-мергельной-толщи. Пачки и пласты каменной соли мощностью от долей до 15-20 м чередуются в ней со слоями и пачками глинисто-карбонатных пород мощностью до 20-30 м.
Верхний горизонт верхнекамских отложений слагает терригенно-карбонатная толща, представленная плитчатыми известняками, доломити-зироваными известняками и мергелями, а также алевролитами и песчаниками, приурочеными к верхней части разреза. На площади месторождения широко распространены пестроцветные отложения шешимского горизонта, представленные песчаниками, алевролитами, аргиллитами, известняками1 и мергелями, содержащими иногда линзы и пачки конгломератов. Средняя седиментационная мощность этих отложений 100-120 м [17].
Местами на площади месторождения в древних русловых и озерных впадинах устанавливаются песчано-глинистые отложения неогена, рыхлые четвертичные отложения распространены повсеместно.
Оптимальная сеть и конструкция наблюдательных скважин при организации мониторинга целостности водозащитной толщи
Для контроля целостности водозащитной толщи по составу водорас-творенных газов были пробурены две скважины, которые вскрыли шеш-минский водоносный горизонт (рис. 2.2).
Одна скважина в зоне провала — наблюдательная, а вторая (в сходных геологических условиях вне зоны обрушения) - эталонная. Обе скважины обсадили колонной и перфорировали на уровне шешминского водоносного горизонта. Затрубное пространство зацементировали, чтобы исключить перетоки из других водоносных горизонтов.
Отбор проб водорастворенного газа из скважин осуществлялся специальным вакуумным пробоотборником ПВГ-2С/45, разработанным в ИГф УрО РАН [22], с интервалом в одну неделю геофизической службой АО «Сильвинит». Лабораторный анализ (молекулярный и изотопный) газов выполнялся в ИГф УрО РАН, на масс-спектрометре МИ 1309.
Вакуумный пробоотборник предназначен для отбора проб жидкости и растворенного в ней газа из буровых скважин и естественных водоемов. Выделение растворенного газа из жидкости происходит одновременно с отбором пробы жидкости в точке опробования в результате декомпресси-онной1 (вакуумной) дегазации [22].
Пробоотборник позволяет проводить, применяя соответствующие методики, опробование жидкостей с соотношением объемов растворенного газа к жидкости от 1:100 до 100:1 (при нормальных, РТ условиях). Кроме того, в случае отсутствия возможности вакуумирования камеры пробоотборника, можно отбирать пробу жидкости без сохранения газовой фазы пробы.
Цельнометаллическая конструкция камеры, за счет применения диафрагм из мягких металлов в верхнем и нижнем уплотняющих устройствах, позволяет работать до глубин 8-10 км и дает возможность хорошо очищать камеру промывкой и термообработкой, что существенно при получении сверхчистых проб газа и жидкости. Состав пробоотборника: - камера; - нижнее уплотняющее устройство, обеспечивающее соединение камеры с вакуумным насосом и герметизацию камеры без нарушения вакуума; - стойка напуска газов; - верхнее уплотняющее устройство на диафрагме из мягкого метала с устройством, изменяющим объем газовой камеры; - прокалывающий механизм, состоящий из ударника с иглой; - пружина; - стопорное устройство; - маслозаполненный электромагнит.
Масс-спектрометр МИ 1309 предназначен для периодического анализа изотопного и молекулярного (химического) состава газов, жидкостей, твердых веществ. Диапазон измерения по массовым числам и разрешающая способность масс-спектрометра позволяет производить анализ практически любых элементов периодической системы, а также сложных смесей, включая тяжелые углеводороды.
Наличие нескольких типов сменных источников и приемников ионов, а также усовершенствованные системы напуска анализируемых веществ, обеспечивают возможности применения масс-спектрометра для решения самых разнообразных задач в различных областях науки и техники - при проведении тонких физических исследований, определении микропримесей, анализе микроколичества веществ и т. д.
Конструктивно прибор состоит из трех отдельных стоек, в которых смонтированы узлы и блоки: - стойка аналитической части со сменными источниками и приемниками ионов, используемыми в зависимости от конкретной аналитической задачи, решаемой прибором; - стойка напуска газов; - стойка измерительной части с электронным потенциометром и сменными электронными блоками [57, 84].
Измерение объемной активности радона в режиме вынужденной конвекции
Впервые непрерывное принудительное откачивание почвенного воздуха было применено для организации наблюдений в горных выработках в связи с проблемой горных ударов в шахтах [4]. Одной из причин применения такого способа послужило-то, что при использовании для измерений системы шпур-мелкая скважина измерительный прибор необходимо ставить вне шпура. Диффузионное поступление порового воздуха из шпура в прибор занимает достаточно большое время, а непосредственное расположение прибора в забойной части шпура технически трудно осуществимо. Физическим обоснованием метода вынужденной конвекции послужило предположение, что при стандартных диффузионных измерениях к датчику, из-за малого времени жизни, подходит радон из небольшой, порядка нескольких сантиметров, области, прилегающей к шпуру. Диффузионные характеристики грунта искажаются проходкой шпура; а образовавшееся пустое пространство оказывает влияние на существующее поле напряжений в горных породах.
Для уменьшения влияния этих факторов необходимо увеличить эффективный объем горных пород. Чтобы реализовать это условие, нужно ускорить доставку радона из горных пород к детектору, тем самым увеличить область, из которой он, не успев распасться, доходит до прибора. Без искажения существующего напряженного состояния массива это можно-осуществить путем создания более низкого барометрического давления в шпуре, что обеспечит приток радона из большего объема окружающих горных пород, т.е. применить режим вынужденной конвекции. Такой способ, или режим измерений, не только существенно увеличивает эффективный объем горных пород, но w позволяет реализовать геометрию точечного приемника, а это дает возможность выполнить ряд невозможных ранее исследований.
В грунт герметично задавливается металлическая, перфорированная на нижнем конце трубка (зонд) диаметром 10-15 мм (рис. 3.1). Длина перфорированного конца составляет 40-50 мм. Глубина погружения зонда лежит в пределах 0,7-1,5 м и определяется диффузионными свойствами грунтов. К верхнему концу зонда через гибкие герметичные шланги присоединяется вход вакуумного насоса, выход которого соединяется со штуцером измерительного прибора (РГА-04). Почвенный воздух из зонда постоянно откачивается насосом, пропускается через измерительную камеру РГА-04 и выходит через негерметичные соединения корпуса прибора.
Поскольку забор почвенного воздуха производится через отверстия на конце зонда, то выполняется условие точечного приемника. Область понижения давления имеет квазисферическую форму близкую? к грушевидной, так как обычно ближе к поверхности пористость и проницаемость увеличивается, что приводит к, уменьшению градиента давления. Квазистационарный режим течения воздуха через прибор устанавливается тогда, когда суммарный поток почвенного воздуха через границы образовавшейся области пониженного давления становится равным; производительности насоса. Объемная активность радона в этом потоке почвенного воздуха определяется; его генерацией в области откачки и потоком через, границы этой области.
Для проведения мониторинговых работ по- исследованию радона мы: использовали сигнализатор-экспозиметр радона (ЄЗР) и его модификацию РГА-04, разработанные ЗАО «МТМ-Защита», г. Москва. Они предназначены; для автоматических интегральных измерений- объемной активности: 990 "Rn в воздухе:
Данная аппаратура обладает всеми необходимыми условиями для непрерывно-дискретной регистрации О АР: высокой; надежностью, возможностью работать автономо, большим объемом памяти.
Экспозиметр-радиометр выполнен в виде портативного прибора с автономным и сетевым питанием. Управление процессом измерения осуществляется автоматически с помощью микропроцессора. Конструктивно СЭР состоит из блока детектирования и блока управления;
Корпус; блока детектирования выполнен из - латуни и представляет собой пустотелый параллелепипед (измерительная камера) имеющий отверстие с аэрозольными фильтрами для отбора пробы воздуха. В центре блока, детектирования установлен полупроводниковый датчик а-частиц (ППД). Проба анализируемого воздуха поступает в измерительную камеру через 999 аэрозольный фильтр. Измерение объемной активности Rn основано на электростатическом осаждении заряженных ДПР, образовавшихся в результате распада радона в измерительной камере на поверхности полупроводникового детектора альфа-частиц. Объемная активность 222Rn определяется по количеству зарегистрированных альфа-частиц при распаде RaA и RaC. Электрические импульсы, образующиеся под воздействием на детектор альфа-частиц, усиливаются зарядочувствительным предусилителем, поступают на вход компаратора (дискриминатора нижнего уровня) и далее обрабатываются микропроцессором.
Блок управления размещен в корпусе из пластика, на котором расположены элементы управления и вывода информации на пятизначный се-мисегментный дисплей и световые индикаторы для сигнализации об уров 999 нях объемной активности Rn. Соединение блока управления с блоком детектирования осуществлено коаксиальным и двужильными кабелями [58].
Исследование влияния на изменение объемной активности радона упругих колебаний ультразвукового диапазона
Результаты лабораторных исследований, проведенных нами на образцах керна приг воздействии на них ультразвуковых колебаний частотой 20 кГц, подтвердили результаты других исследователей [21, 52, 53, 91], показав увеличение объемной активности радона на 10-15 % после первой серии облучения и отсутствие увеличения ОАР после последующих серий облучения (табл. 4.1).
Установка для проведения эксперимента представляет собой герметичную камеру с крышкой, в которую поместили образец керна гранита и отобрали пробу воздуха для измерения- фоновой объемной активности радона. Образец оставили в камере на 20 дней (для накопления радона), затем снова отобрали пробу воздуха для измерения ОАР. Далее через крыш ку герметично ввели ультразвуковой излучатель, который плотно прижимается к торцевой поверхности образца керна гранита. Питание излучателя от ультразвукового генератора УЗДН-1. Время облучения образца керна -10 минут. После облучения образца ультразвуковым излучателем, выдержали паузу 30 минут, затем отобрали воздушную пробу из камеры для измерения ОАР. Через 30 минут провели повторное 10 минутное облучение образца керна и, после 30 минутной паузы, снова измерили объемную активность радона.
После получения результатов лабораторных исследований были проведены эксперименты в естественных условиях. Часть экспериментов стала возможной благодаря использованию для измерений режима вынужденной конвекции.
Измерение объемной активности радона проводилось в режиме вынужденной конвекции в шпуре, расположенном на расстоянии 4 м от опытной скважины Института геофизики УрО РАН. Упругие колебания вызывались перемещающимся по стволу скважины ультразвуковым излучателем (с частотой 40 кГц) (рис. 4.1).
Поведение объемной активности почвенного радона свидетельствует о влиянии упругих колебаний на выделение радона из порового пространства. Технические условия проведения скважинного эксперимента не позволили уменьшить расстояние между приемником и излучателем. Поэтому полученные данные могут рассматриваться только в качественном аспекте [32, 86].
Следующая серия экспериментов была проведена в диффузионном режиме. Изучалась зависимость объемной активности радона от искусственных источников различного частотного диапазона. Схема эксперимента заключалась в следующем: в камере на глубине 0,5 м был установлен прибор для измерения объемной активности радона. Сверху камера была закрыта проницаемой крышкой и засыпана слоем грунта толщиной 10-15 см (рис. 4.3).
Совместно с лабораторией сейсмометрии ИГф УрО РАН было проведено исследование влияния промышленных городских шумов (упругие колебания, создаваемые движением транспорта, работой станков, насосов и т.д.) на изменение объемной активности радона [27, 29]. Измерения ОАР проводились в диффузионном режиме (рис. 4.4), а сейсмический регистратор [59] записывал суммарную энергию упругих волн.
Проведенные эксперименты показали увеличение объемной активности радона после воздействия на среду упругих колебаний различного частотного диапазона. Достижение максимума ОАР через одно и то же время при различных расстояниях от точки воздействия до приемника может быть объяснено (при существующей медленности диффузионных процессов и малом времени жизни радона) только тем, что под воздействием упругих колебаний дополнительно выделяется радон из горных пород вблизи детектора. В камеру, где расположен измерительный прибор, радон поступает практически без продуктов распада, приходя в равновесие с ними примерно через 3-4 часа. То есть увеличение .объемной активности радона обусловлено переходом части выделившегося радона из горных пород в камеру, где расположен прибор, и достижением равновесия с продуктами его распада примерно через 3-4 часа [34]. В качестве источника дополнительного радона, поступившего в поровое пространство под воздействием упругих колебаний, скорее всего, выступает сорбированный на стенках пор и трещин радон. Дальнейшие эксперименты были направлены на доказательство существование такой формы нахождения радона.
