Введение к работе
Объект исследования - верхняя часть разреза Семипалатинского испытательного полигона на предмет выделения техногенных изменений в среде.
Актуальность темы исследований. Подземные ядерные взрывы, проведенные в большом количестве на площадке Балапан Семипалатинского испытательного полигона, оказали деструктивное воздействие на вмещающую геологическую среду с образованием определённых зон дезинтеграции горных пород, в том числе в верхней части разреза (Михайлов и др., 1997; Садовский, 2004; Адушкин и Спивак, 2004). Выявление и картирование в пространстве таких участков наземными геофизическими методами представляет значительный интерес как средство обнаружения наиболее проницаемых зон переноса радионуклидов из очагов взрыва в окружающую геологическую среду (Шайторов, 2006). Локализация таких зон совместно с гидрогеологическими наблюдениями позволит определить пути миграции радионуклидов и прогнозировать области их дальнейшего распространения, также и за пределами испытательного полигона (Хромушин и др., 2000; Такибаев, 2003; Мукушева и др., 2006). При этом важное место могут занимать сейсмические методы, как средство изучения изменений скорости распространения волн, вызванных техногенными влияниями на свойства окружающей среды.
В работе описываются результаты переобработки данных 1997 г. по волнам, регистрирующимся в первых вступлениях методом прямого лучевого моделирования в сравнении с сейсмотомографией. Полученная ранее для территории площадки Балапан сейсмическая информации о строении верхней части разреза базировалась, в основном на томографических построениях без надлежащего анализа качества используемых априорных моделей, хотя зависимость томографического результата от такой модели хорошо известна. В работе этот вопрос рассматривается подробно.
Цель исследований - найти метод обоснованного обнаружения приповерхностной области техногенного влияния подземных ядерных взрывов в скважинах.
Научные задачи:
1. Анализ возможностей обработки данных первых вступлений
волн методами сейсмотомографии и прямого лучевого моделирования
при выявлении нарушенных взрывом структур верхней части разреза;
2. Определение скоростных параметров техногенно-измененной
верхней части разреза.
Этапы решения задач:
-
Определение метода обработки сейсмических данных на основании экспериментального изучения возможностей двух независимых способов получения скоростного разреза - прямого лучевого трассирования и сейсмотомографии;
-
Выделение методом прямого лучевого трассирования области техногенного изменения скорости в верхней части разреза, связанного с взрывным воздействием.
Научная новизна решения.Личный вклад. Впервые на площадке Балапан Семипалатинского испытательного полигона обнаружен протяженный слой относительного понижения скорости вследствие техногенного воздействия подземных ядерных взрывов. Определены его сейсмические параметры, установлена корреляционная связь его мощности в зависимости от величины ядерного заряда.
Автором получен полевой материал и выполнен детальный анализ его свойств, определена методика обработки сейсмических данных с построением скоростных моделей по продольным волнам для верхней части разреза исследуемого участка. Все этапы обработки, включая перевод данных из аналогового вида в цифровой, их коррекцию, составление сводных сейсмограмм, определение на сейсмограммах времен вступлений, построение годографов, лучевое моделирование и сейсмотомографические расчеты, построение скоростных разрезов и карт и их анализ, были выполнены лично соискателем.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученная информация о параметрах техногенных структур в верхней части разреза площадки Балапан может использоваться при выборе участков первоочередного изучения и мониторинга процессов миграции ґрунтово-трещинных вод с возможным переносом радиоактивных загрязнений. Корреляционная связь между мощностью откольного слоя и величиной заряда может использоваться для прогнозирования его распространения на других участках Семипалатинского полигона, где сейсмические данные отсутствуют.
Методы исследования и фактический материал. В ходе обработки сейсмических данных применительно к геологической среде, подвергшейся воздействию ПЯВ, использовались методы прямого лучевого трассирования и сейсмотомографии по временам пробега волн в первых вступлениях. Надежность выполненных построений методом прямого лучевого моделирования подтверждается численными экспериментами и корреляцией с параметрами зарядов в зависимости от геологических условий.
Теоретическая часть исследования, связанная с расчётом параметров областей поствзрывного разрушения горных пород, основана
на работах российских и зарубежных геофизиков М.А. Садовского, В.В. Адушкина, А.А. Спивака, Г.Г. Кочаряна, В.Н. Михайлова, Г. Хиггинса, П. Клоссмана и др.
В части, связанной с выбором методики обработки сейсмических данных, использован метод проб и ошибок при двухмерном лучевом трассировании на основании работы (Zelt&Smith, 1992). Сейсмотомографические расчеты выполнялись по программе Ю. Рослова и П. Дитмара.
В работе использованы материалы сейсмических наблюдений, полученных лично автором на площадке Балапан Семипалатинского испытательного полигона в составе Института геофизических исследований, РК.
Защищаемые научные результаты:
-
По экспериментальным данным, в применении к решаемой задаче, показаны ограниченные возможности сейсмической томографии, обусловленные необходимостью использовать априорную модель, достаточно близко описывающую кинематику волн в первых вступлениях. Более эффективным методом является прямое лучевое моделирование, при котором каждой вьщеленнои аномалии времен пробега волн ставится всоответствие локализованное в модели среды изменение скорости.
-
Доказано, что в приповерхностной откольной около скважинной зоне, образованной подземным ядерным взрывом, скорость распространения волн понижена на 1.5 - 2.0 км/с, и при достаточно плотном расположении скважин формируется протяженный техногенный сейсмический слой с горизонтальными размерами 4 - 5 км и мощностью до 40 - 80м, находящейся в прямой корреляционной зависимости от веса заряда.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты работы представлялись на международных, всероссийских и казахстанских конференциях и семинарах - Международный рабочий семинар по Инспекции на месте (Фарнборо, 1999; Пекин, 2001; Вена, 2010), Конференция молодых учёных НЯЦ РК (Курчатов, 2001, 2005), Международная конференция "Мониторинг ядерных испытаний и их последствий" (Боровое, Курчатов, 2006, 2010, 2012), Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь» (Новосибирск, 2012), Всероссийский семинар «Геодинамика. Геомеханика и геофизика» (Денисова Пещера, 2012; Новосибирск, 2013), Международная научно-техническая конференция ОДВЗЯИ (Вена, 2013).
По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе: 2 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК; 2 статьи в зарубежных
изданиях, входящих в международную базу научного цитирования; 10 статей в казахстанских изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Содержит 116 страницы, 61 рисунок и 8 таблиц. Библиография включает 71 наименование.
