Скоростная структура техногенно-изменённой верхней части разреза на Семипалатинском полигоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат наук Беляшов, Андрей Владимирович

• Беляшов, Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Беляшов, Андрей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Общая характеристика проблемы и предшествующих сейсмических исследований

1.1 Характеристика изучаемого участка

1.2 Изученность скоростных свойств верхней части разреза в местах проведения подземных ядерных испытаний

1.3 Теоретическая оценка размеров зон взрывного разрушения

Выводы по Разделу 1

2 Анализ данных и методы построения модели верхней части разреза

2.1 Система сейсмических наблюдений

2.2 Данные полевых сейсмических наблюдений

2.3 Характеристика сейсмических данных

2.4 Определение скорости в ЗМС

2.5 Построение скоростного разреза методом прямого лучевого трассирования

2.6 Построение сейсмотомографической модели

2.7 Сопоставление результатов лучевого трассирования и

сейсмотомографии

Выводы по Разделу 2

3 Сейсмические модели верхней части разреза и структура

техногенного слоя

3.1 Двумерные скоростные разрезы

3.2 Трёхмерные скоростные модели верхней части разреза

3.3 Техногенные изменения скорости

3.4 Картирование откольного слоя и связь его мощности с величиной

заряда

Выводы по Разделу 3

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Скоростная структура техногенно-изменённой верхней части разреза на Семипалатинском полигоне»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Подземные ядерные взрывы (ПЯВ), проведенные в большом количестве на площадке Балапан Семипалатинского испытательного полигона (СИП), оказали деструктивное воздействие на вмещающую геологическую среду с образованием определённых областей дезинтеграции горных пород, в том числе в верхней части разреза [Адушкин, Спивак, 2004; Михайлов и др., 1997].

Геоэкологическая обстановка в местах проведения скважинных ПЯВ формируется за счёт комплекса факторов, определяющих возможные механизмы переноса радионуклидов из очаговых взрывных областей в окружающую геологическую среду. К основным таким факторам можно отнести степень техногенной нарушенности среды, гидрогеологические и сейсмотектонические условия участка.

По результатам гидрогеологических исследований площадки Балапан [Коновалов и др., 2002; Проведение исследований и работ по снижению..., 2007; Горбунова и Иванов, 2008; Субботин и др., 2011] установлен активный напорный режим трещинно-поровых вод на глубине экзогенного изменения кровли фундамента в области естественных трещин, что, с учётом поствзрывной механической дезинтеграции вмещающих горных пород и возможного объединения естественной и техногенной глубинной трещиноватости, может способствовать выносу радиоактивных элементов из очаговых областей и их транспортировки в окружающую среду. Ситуация осложнена сейсмотектоническими условиями - площадка Балапан отличается блоковой структурой, сформировавшейся в результате активного длительного тектонического развития с элементами складчатости разных порядков и широким развитием разрывных нарушений от глубинных региональных разломов до интенсивной локальной трещиноватости [Коновалов и др., 1996]. По результатам инструментальных сейсмологических [Комплексные научные исследования..., 2011] и сейсмоакустических [Создание методических основ..., 2011] наблюдений

обнаружены проявления естественной активности по разломным структурам и наведённой сейсмичности в приочаговых областях ПЯВ, связанной с релаксационными процессами в напряжённо-деформированных породах [Мурзадилов и др., 2005; Астафуров и др., 2008]. Нестабильная сейсмотектоническая обстановка на глубине проведения ПЯВ усиливает эффекты распространения радионуклидов во вмещающей среде [Гринштейн, 2004; Горбунова, 2004; Мурзадилов и др., 2000]. Режимные наблюдения за рельефом дневной поверхности в эпицентральных областях ПЯВ [Паспортизация боевых скважин..., 2012] позволили выявить изменения её морфологии (вспучивание грунта и образование провальных воронок), происходящие в настоящее время. Этот факт может свидетельствовать о связи глубинных процессов с приповерхностными объектами.

Кроме того, радиологические обследования [Артемьев и др., 2001; Птицкая, 2002; Дубасов и др., 2003; Птицкая и др., 2005; Стрильчук и др., 2005; Отчёт о научно-технической деятельности ИРБЭ..., 2005; Организация системы мониторинга подземных вод..., 2006; Поляков и Кругликов, 2008] выявили в пределах площадки следы радиационного загрязнения в местах проведения подземных ядерных взрывов не только на уровне грунтово-трещинных вод, но и на дневной поверхности в южной части площадки (в реке Чаган).

Территория площадки Балапан активно используется в хозяйственной деятельности региона - в северной её части разрабатываются два крупных месторождения полезных ископаемых (угольное и молибденовое). В центральной и южной частях развито скотоводство и грунтово-трещинные и поверхностные воды используются в качестве питьевой воды.

В связи с вышесказанным актуальным является выделение техногенных проницаемых структур верхней части разреза, по которым из очагов подземных ядерных взрывов вместе с грунтово-трещинными водами в окружающую среду (вплоть до дневной поверхности) могут распространяться радионуклидные остатки [Хромушин и др., 2000; Такибаев, 2003; Мукушева и др., 2006]. Сейсмические технологии являются эффективными дистанционными методами

для решения поставленной задачи. В 1997 г. в рамках проекта МНТЦ К-056-96 «Моделирование миграции загрязняющих веществ в подземных водах в районе Семипалатинского полигона», на территории площадки Балапан проведены сейсмические исследования, по результатам которых получена информация о распределении скоростных параметров до глубины 800-900 м в среде, подвергшейся воздействию ПЯВ [Моделирование миграции..., 1999]. При этом, обработка полевого сейсмического материала выполнена с рядом методических неточностей, что определило недостаточное качество полученных скоростных разрезов и карт. Результаты других сейсмических наблюдений на площадке Балапан вследствие технических условий проведения полевых работ (в частности, недостаточной энергии источника возбуждения упругих колебаний) ограничены глубинностью изучения 80-100 м.

В работе описываются результаты переобработки полевых данных 1997 г. по волнам, регистрирующимся в первых вступлениях методом прямого лучевого моделирования в сравнении с сейсмотомографией. Выделен так называемый откольный слой, образующийся вблизи дневной поверхности как следствие проведения подземного взрыва [Адушкин, Спивак, 2004; Садовский, 2004; Михайлов и др., 1997]. Необходимо отметить, что в работе рассмотрены последствия от ПЯВ, удалённые от времени проведения испытаний на десятки лет. В течение этого времени в областях взрывов происходили процессы заполнения поствзрывных трещин обломочным материалом и консолидацией горных пород под воздействием литостатического давления при активном режиме трещинных вод.

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:

1. Определение метода обработки сейсмических данных на основании экспериментального изучения возможностей двух независимых способов получения скоростного разреза - прямого лучевого трассирования и сейсмотомографии;

2. Выделение методом прямого лучевого трассирования области техногенного изменения скорости в верхней части разреза, связанного с взрывным воздействием.

Научная новизна работы. 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.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученная информация о параметрах техногенных проницаемых структур в верхней части разреза площадки Балапан важна для изучения и прогнозирования процессов миграции грунтово-трещинных вод с возможным переносом радиоактивных загрязнений. Корреляционная связь между величиной заряда и мощностью откольного слоя может использоваться для прогнозирования его распространения на других участках Семипалатинского полигона.

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, A.A. 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 [Zelt and 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, PK.

Защищаемые научные результаты:

1. 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 выделенной аномалии времен пробега волн ставится в соответствие локализованное в модели среды изменение скорости.

2. 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 PK (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.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ И ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ

СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Характеристика изучаемого участка

Семипалатинский испытательный полигон расположен в Республике Казахстан на территории трех областей (Восточно-Казахстанской, Павлодарской и Карагандинской) и представляет собой сложную конфигурацию с характерными размерами 180 км по длине и 140 км по ширине [Семипалатинский испытательный полигон; Полигоны Семипалатинск...]. Площадь полигона -

л

18450 км . Представительные географические координаты 50° с.ш., 78° в.д. (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1- Расположение Семипалатинского испытательного полигона на

территории Республики Казахстан.

В границах Семипалатинского испытательного полигона (СИП) размещено 6 боевых площадок, различающихся как по геологическим и рельефным условиям, так и по техническим параметрам подземных ядерных взрывов (ПЯВ).

Сейсмические исследования выполнялись в центральной части площадки Балапан, расположенной в восточной части СИП и занимающей площадь порядка 350 км2 (рисунок 1.2). В топографическом плане территория площадки представлена равнинным типом рельефа со средним перепадом высот не более 10

С точки зрения технических параметров ПЯВ эта площадка отличается тем, что в её пределах проводились испытания в вертикальных скважинах - в течение 25 лет (1965 - 1989 г.г.) было выполнено 112 подземных взрывов [Михайлов и др., 1997] в интервале глубин от 202 до 628 м.

Ситуацию с исходной информацией о мощности (веса заряда) изучаемых подземных ядерных взрывов необходимо рассмотреть отдельно. При подготовке работы автор использовал 2 литературных источника, дающих представление о мощности взрывов на площадке Балапан. Первый источник - книга «Ядерные испытания СССР» [Михайлов и др., 1997]. В ней мощность для скважинных взрывов, за редким исключением, приводится в недетализированном виде с указанием широкого диапазона, в который она попадает: от 0.001 до 20 кт, от 20

до 150 кт, от 150 до 1500 кт и от 1500 до 10000 кт. Согласно этому источнику максимальная мощность подземного ядерного испытания на СИП составляет 165 кт (скв. 1061). Учитывая, что вес заряда напрямую определяет размер областей разрушения вмещающих горных пород, в работе использовалась детальная информация о его значениях, полученная из второго источника - базы данных под управлением АСОД-Прогноз [Виноградов и др., 1987], составленной в рамках выполнения проекта К-056-96 МНТЦ [Моделирование миграции..., 1999]. Точное значение мощности взрыва для указанной базы данных, предположительно, определялось по одному из методов, описанных в [Кедров, 2005]. Согласно второму источнику, вес заряда для взрывов на площадке Балапан изменялся от 3 до 212 кт.

Геологическое описание участка исследований [Коновалов и др., 1996]

Геологическое строение площадки Балапан определяется его положением в юго-западном борту обширного Жарма-Саурского геотектоногена, сформированного в герцинскую эпоху и представленного преимущественно нижне- и среднекаменноугольными отложениями. В северо-восточной части площади исследований прослеживается глубинный Чинрауский разлом, разграничивающий нижнекаменноугольные и среднекаменноугольные отложения. В грабене между северной и южной ветвями этого разлома расположена мезозойская мульда, выполненная юрскими угленосными отложениями (рисунок 1.3).

Каменноугольная система. Нижний отдел. Верхнетурнейский -нижневизейский ярусы. Коконьская свита (C\X.i-v\kk) расположена к югу от Чинрауского разлома. Породы плохо обнажены и практически повсеместно перекрыты глинами неогена. Отложения свиты представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, углистыми алевролитами, туфами среднего и основного состава, туфопесчаниками, кремнистыми сланцами. Мощность до 2300 м. Отмечается интенсивная складчатость с северо-западным простиранием осей складок, падение пластов на крыльях 50-70°.

'Л X

-Л

А

¡КЛ/

й'

•тучу V \\

чу Ч>

/

и-и

ООП

V V - «■' — — ^ \ л\ \ \

л\ *

1»4\

■\ ■-I \ ч

V ■ %б\у\

С,1,-у,кк. Д\ ^ у^ бис 1\и . ' ■ ; • у

Л

\\ Ч\чч4,

N

1 -/с» 1, '/«См 7 1 4 1л + + + +■ + + 5

1—1 Ч Ъ ( Г~ ~ 1 |у 0

I— •—1 О 10 1 ~ III о V Ч Р И О Ь

6 I--17

14

5 □

16

1 - Средне-позднекаменноуголъные гранитные интрузии; 2 - Средне-позднекаменноугольные гранодиоритные интрузии; 3 - Средний подъярус турнейского яруса и нижний подъярус визейского яруса, коконъская свита, нижний карбон; 4 - Юра, средний отдел, верхняя пачка; 5

-Граниты; 6 - Гранодиориты; 7-Глины; 8 - Песчаники; 9 - Алевролиты; 10-Конгломераты; 11 - Кремнистые сланцы; 12 - Туфы среднего состава; 13 - Туфолавы; 14 -Туфопесчаники; 15 - Региональный Чинраускийразлом; 16-Локальные тектонические

нарушения.

Рисунок 1.3- Геолого-тектоническая схема центральной части площадки Балапан (синим контуром обозначен участок сейсмических наблюдений, черными кружками - боевые скважины с номером).

Средний - верхний отделы. Майтюбинская свита (С2-з^0 располагается к северо-востоку от Чинрауского разлома и несогласно, с базальными конгломератами в основании, налегает на отложения нижнего карбона. Представлена грубообломочными вулканомиктовыми конгломератами, песчаниками и алевролитами. Мощность 900 - 1700 м.

Юрская система. Средний отдел (12). Отложения средней юры, согласно наращивающие разрез нижнего отдела, по характеру осадков подразделяются на 2 пачки. Нижняя пачка (продуктивная) (.Г21) включает алевролиты и аргиллиты, реже песчаники и конгломераты. К этой пачке приурочены наиболее мощные и выдержанные пласты угля (месторождение Каражыра). Мощность до 400 м.

Л

Верхняя пачка (надугольная) (12) сложена конгломератами, гравелитами и песчаниками, реже алевролитами и аргиллитами. Мощность около 200 м.

Магматизм. Средне-позднекаменноугольные интрузии (у,у5Сг-з)-Представлены небольшим интрузивным телом (граниты, гранодиориты) в центральной части, прорывающим нижнекаменноугольные отложения коконьской свиты.

Для участка исследований характерно широкое развитие глин неогена, которые перекрывают охарактеризованные выше породы чехлом мощностью от первых метров до 70 - 80 м. Почти вся территория площадки Балапан перекрыта аллювиальными и аллювиально-делювиальными четвертичными отложениями.

1.2 Изученность скоростных свойств верхней части разреза в местах проведения подземных ядерных испытаний

В предыдущие годы был выполнен ряд сейсмических исследований, направленных на изучение скоростных параметров нарушенной подземными ядерными взрывами среды [Изменение геолого-геофизических..., 1987; Шайторов и др., 2006]. В качестве одного из примеров на рисунке 1.4 представлен результат построения томографических разрезов по первым вступлениям продольных волн, проведённых до и после подземного ядерного взрыва в скважине 1315 в пределах центральной части площадки Балапан (параметры взрыва: дата - 12.03.1987; глубина - 529 метров, мощность заряда - 58 кТ). Учитывая небольшую мощность источника упругих колебаний («падающий груз» с выделяемой энергией не более 18 кДж), глубинность сейсмических исследований была ограничена 80 м. Поэтому, информация о распределении скоростных параметров до и после взрыва

была получена только для самой верхней части разреза, представленного зоной малых скоростей (ЗМС) и кровлей подстилающего палеозойского фундамента. В слое ЗМС скорость изменяется в пределах 1.5 -2.0 км/с, а на кровле фундамента - 4.0 - 4.5 км/с. В томографическом скоростном разрезе, граница между указанными слоями не прослеживается и скорости «размазаны» по глубине. Тем не менее, на глубине свыше 40 м в верхах фундамента выявляются локальные изменения скорости, которые можно объяснить техногенными изменениями под воздействием взрыва.

1100

1200

1300 1400

До взрыва 1500 1600 ^700

1800 1900 2000м

1100 1200 1300 1400

ГЬсле взрыва 1500 1(500 /РОО 1800

1900 2000 м

□

км/с 6.00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 ЗЛО 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50

Рисунок 1.4- Сейсмические разрезы в линиях равных скоростей продольных волн, полученные до и после подземного взрыва в скважине 1315 (центральная часть площадки Балапан) [Изменение геолого-геофизических..., 1987].

В последние годы в районе боевых скважин площадки Балапан проводятся повторные сейсмические наблюдения с целью выявления изменений скорости в подвергшейся воздействию взрыва среде, происходящие с течением времени, путём сопоставления вновь получаемых результатов с архивными данными. В качестве примера рассмотрим результаты сейсмотомографии по наблюдениям в районе скважины 1220 в центральной части площадки Балапан [Русинова и др., 2013]. Полевые наблюдения выполнялись в 1980-1981 гг. до и после взрыва [Изучение размеров..., 1981], повторные - в 2006 г.

Параметры взрыва в скважине 1220: дата проведения - 14.09.1980, глубина -483 м, мощность - 190 кТ [Моделирование миграции..., 1999]. Система

сейсмических наблюдений: профиль длиной 3220 м, шаг между пунктами возбуждения упругих колебаний (ПВ) -115м, шаг между пунктами приёма (1111) -5 м. При этом использовалась система полуторного непрерывного профилирования [Гурвич, 1980] с выносными пунктами взрыва (рисунок 1.5). Максимальная длина годографа 3220 м достигалась только двумя крайними ПВ, для остальных ПВ длина годографа не превышала 460 м, что значительно ограничивает глубинность исследований.

Рисунок 1.5 - Система сейсмического профилирования 1980-1981 гг. в районе

скважины 1220

На рисунке 1.6 представлены наблюдённые годографы, полученные до и после взрыва. Как видно, в области эпицентра взрыва времена пробега волн в первых вступлениях заметно увеличиваются (рисунок 1.66).

Рисунок 1.6 - Годографы первых вступлений продольных волн, наблюденные в районе скважины 1220 до (а) и после (б) ядерного взрыва [Изучение размеров...,

1981].

В таблице 1.1 представлены одномерные стартовые модели, использованные в сейсмотомографических расчётах до и после взрыва. На этапе задания стартовых

моделей можно выявить следующие неточности, способные привести к искажению результирующего скоростного разреза:

- Одномерные стартовые модели задаются в виде плавного нарастания скорости с глубиной - скорость на подошве каждого слоя равна скорости на кровле следующего. Таким образом, не учитываются сейсмические границы со скачком скорости (в частности, граница между ЗМС и кровлей фундамента), что не соответствует реальной геологической ситуации (см. раздел 1.1);

- Модель задана со значительным (до 1.0 км/с) увеличением скорости с глубиной в пределах слоев небольшой мощности (10 - 15 м), что сложно объяснить, особенно для верхних низкоскоростных слоев;

- Не исследовано влияние стартовых моделей на результат сейсмотомографии.

Таблица 1.1. Стартовые модели для томографических расчётов по данным 1980-1981 гг.

Стартовая модель до взрыва Стартовая модель после взрыва

Глубина слоя, м (кровля - подошва) Скорость в слое, м/с (на кровле - подошве) Глубина слоя, м (кровля - подошва) Скорость в слое, м/с (на кровле - подошве)

0-15 500- 1500 0-20 500- 1500

15-30 1500-2500 20-35 1500-2500

30-40 2500 - 3500 35-45 2500 - 3000

40-150 3500 - 5000 45 - 150 3000 - 5000

Невязки между наблюденными и теоретическими годографами не превышают, как правило, ±0.008 с при преобладающих значениях ±0.004 с (рисунок 1.7а). Эти невязки соответствуют лучевой схеме (рисунок 1.76), представленной с учётом лучевых траекторий из выносных ПВ и вызывающей ряд вопросов. Прежде всего, это относится к неравномерному распределению плотности лучей, свидетельствующее об образовании зон теней и петель на теоретических годографах, хотя это отсутствует в наблюденных данных. Кроме того, трудно увидеть лучи из двух крайних пунктов возбуждения с наибольшей длиной годографов, обеспечивающих глубинность разреза, по мнению авторов, до 150 м. Представляется, что глубинность разреза преувеличена. Наблюдаемая же на лучевой схеме глубина проникания лучей до 150 м и их достаточно плотное распределение на просвечиваемом участке для глубин более 40 - 50 м достигается

только за счёт большого количества точек приёма на встречных годографах из крайних ПВ. Достоверность наблюдённых времён при этом подтверждается только для крайних взаимных точек, все остальные времена на годографах не увязываются, что некорректно для решения поставленной задачи.

Рисунок 1.7 - К результатам томографического моделирования по данным 19801981 гг.: график абсолютных значений временных невязок (а); лучевая схема (б)

[Изучение размеров..., 1981].

На рисунке 1.8 представлены схема сейсмического профилирования и полученная система годографов для повторных наблюдений 2006 г. Длина профиля составила 1380 м, шаг ПВ - 115 м, шаг ПП - Юм. Была использована полнократная встречно-нагоняющая система профилирования (рисунок 1.8а), позволившая для ПВ в центральной части профиля достичь максимальной длины годографа 1380 м (рисунок 1.86).

Одномерная, как и выше, стартовая модель для томографических расчётов по данным сейсмических наблюдений 2006 г. представлена в таблице 1.2. Существенно, что параметры модели отличаются от использованных для сейсмотомографии по данным 1980-1981 г.г. При этом не рассмотрено влияние различных стартовых моделей на результаты.

сейсмического профилирования (а); наблюдённые годографы (б) [Русинова и др.,

2013].

Таблица 1.2. Стартовая модель для томографических расчётов по работам 2006 г.

Глубина слоя, м (кровля - подошва) Скорость в слое, м/с (на кровле -подошве)

0-15 500 - 700

15-25 700- 1600

25-35 1600-2800

35-150 2800 - 5000

В сравнении с результатами обработки данных 1980-1981 г.г. невязки между наблюденными и теоретическими временами пробега волн несколько меньше и не превышают ±0.005 с при преобладающих значениях ±0.003 с (рисунок 1.9а). Более понятное и распределение лучей, плотность которых свидетельствует об обеспеченности данными глубины разреза до примерно 60 - 70 м. (рисунок 1.9б). Глубже этого уровня наблюдаются протяжённые (до 300 м) области отсутствия лучей, которые на результирующих скоростных разрезах заполняются интерполированными значениями скорости (см. рисунок 1.10).

На рисунке 1.10 представлены результирующие скоростные разрезы по данным сейсмических наблюдений 1980, 1981 и 2006 гг. (представлены в неискаженном масштабе 1:1).

м

Рисунок 1.9 - К результатам томографических расчётов по данным 2006 г.: график абсолютных значений временных невязок (а); лучевая схема (б) [Русинова

и др., 2013].

м

Рисунок 1.10 - Скоростные томографические модели по результатам наблюдений в районе скважины 1220: а - до взрыва в 1980 г.; б - после взрыва в 1981 г. [Изучение размеров..., 1981]; в-в 2006 г. [Русинова и др., 2013].

При сопоставлении результирующих разрезов на рисунке 1.10 необходимо иметь в виду следующие не рассмотренные условия, которые могли оказать дополнительное к техногенному влияние на изменения скорости:

- Различие использованных в разные годы систем наблюдения, в частности, расстояние между пунктами приёма в 1980-1981 гг. составляло 5 м, в 2006 г. - 10 м;

- Резкое изменение уровня грунтовых вод вследствие проведения подземного ядерного взрыва, восстановление которого может происходить в течение нескольких месяцев [Адушкин и Спивак, 19936]. Соответственно, одинаковый уровень грунтовых вод предполагается для наблюдений 1980 г. (до взрыва) и 2006 г. после восстановления исходного состояния. Для работ 1981 г. (непосредственно после взрыва) уровень грунтовых вод мог измениться, что не учитывалось при обработке сейсмических данных.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Беляшов, Андрей Владимирович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адушкин, В.В. Геомеханика крупномасштабных взрывов / В. В. Адушкин, А. А. Спивак // М.: Недра. - 1993а. - 319 с.

2. Адушкин, В. В. Изменение уровня подземных вод в результате проведения подземных ядерных испытаний / В. В. Адушкин, А. А. Спивак // Бюллетень Центра общественной информации по атомной энергии. - 19936. - №9. - С. 38-43.

3. Адушкин, В. В. Изменение свойств горных пород и массивов при подземных ядерных взрывах / В. В. Адушкин, А. А. Спивак // Физика горения и взрыва. -2004.-№6.-С. 15-26.

4. Артемьев, О. И. Радионуклидное загрязнение территории бывшего Семипалатинского испытательного ядерного полигона / О. И. Артемьев, М. А. Ахметов, Л. Д. Птицкая // Вестник НЯЦ PK. - 2001. - № 3. - С. 12-19.

5. Архипов, В. Н. Механическое действие ядерного взрыва / коллектив авторов под руководством В. Н. Архипова И М.: ФИЗМАТЛИТ. - 2003. - 384 с. - ISBN 59221-0261-3.

6. Астафуров, С. В. Исследование влияния локального напряжённого состояния на отклик границ раздела блоков в геологических средах при динамических воздействиях / С. В. Астафуров, Е. В. Шилько, В. В. Ружич, С. Г. Псахье // Геология и Геофизика. - 2008. - том 49. - С. 67-77.

7. Виноградов, С. Н. Интеллектуальные функции АСОД-Прогноз / С. Н. Виноградов, Д. Н. Беляшов, И. С. Савченко // Математические методы в геологии. - Тезисы доклада, Пржибрам. - 1987.

8. Гарнов, В. В. Деформирование блочной среды при подземных ядерных взрывах / В. В. Гарнов, А. А. Спивак // Физика горения и взрыва. - 2004. - т. 40, №6. - С. 58-65.

9. Горбунова, Э. М. Особенности деформирования массива горных пород при воздействии взрывом (на примере участка "Заречье" Семипалатинского

испытательного полигона) / Э. М. Горбунова Н Вестник НЯЦ РК. - 2003. - № 2. -С.113-122.

10. Горбунова, Э. М. Изучение последствий техногенной дестабилизации недр Семипалатинского испытательного полигона / Э. М. Горбунова // Вестник НЯЦ РК. - 2004. - № 2. - С. 82-88.

11. Горбунова, Э. М. Изменение гидрогеологических параметров в техногенно-нарушенных условиях / Э. М. Горбунова, А. И. Иванов // Вестник НЯЦ РК. - 2008. - №1. — с. 27-32.

12. Гринштейн, Ю. А. Влияние геолого-тектонической обстановки участка Балапан на миграцию радионуклидов по данным ГК и СГК / Ю. А. Гринштейн // Вестник НЯЦ РК. - 2004. - № 1. - С. 132-138.

13. Гурвич, И. И. Сейсмическая разведка. Изд. 3-е, перераб. и доп. / И. И. Гурвич, Г. Н. Боганик. // М.: Недра. - 1980. - 551 с.

14. Дитмар, П. Г. Алгоритм томографической обработки сейсмических данных, предполагающий гладкость искомой функции / П. Г. Дитмар // Физика Земли. -1993.-№1.-С. 7-12.

15. Дубасов, Ю. В. Радиационная обстановка вокруг Семипалатинского полигона и прилегающих посёлках / Ю. В. Дубасов, С. А. Пахомов, Б. О. Шагин // Вестник НЯЦ РК. - 2003. - № 3. - С. 23-28.

16. Жолдыбаев, А. К. Применение сейсморазведки для выявления глубинных зон динамического воздействия подземного ядерного взрыва на геологическую среду / А. К. Жолдыбаев // Вестник НЯЦ РК. - 2005. - №4. - С. 66-70.

17. Изменение геолого-геофизических и гидрогеологических условий на объектах СИП: технический отчёт / Партия №27 ; исполн.: Недбаев И. Н., Полищук Р. Ф., Русинова JI. А., Шпаковская Р. С. - Курчатов, 1987. - 94 с.

18. Изучение размеров и физических параметров зоны откольных явлений на объекте 1220: технический отчёт / партия 27 : рук. Шпаковский В. И. — Курчатов, 1981.-112 с.

19. Канарейкин, Б. А. Сейсмотомографические исследования грунтов при инженерно-геологических изысканиях / Б. А. Канарейкин, А. Г. Прихода, О. М. Сагайдачная, В. В. Щербаков // Геофизика. - 2004. - №5. - С. 20-24.

20. Кедров, O.K. Сейсмические методы контроля ядерных испытаний. Ч. 4: Методы оценки мощности взрывов / О. К. Кедров - Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН, Институт стратегической стабильности Министерства по АЭ РФ. - М.: Саранск. - Тип. «Красный Октябрь». - 2005. - ISBN 5-7493-0851-0. -420 с.

21. Комплексные научные исследования по геолого-геофизическим аспектам ядерно-энергетической отрасли и режима нераспространения: отчет о НИР за 2011 г. / Ин-т геофизич. исслед. ; рук. д.ф.-м. н Михайлова Н. Н. ; отв. исполн.: Шайторов В.Н. - Курчатов, 2011. - Библиогр.: с. 303. - УДК 623.454.8(574): 621.039.009 (100). - № ГР 0109РК00472. - инв. № 0109РК00475.

22. Коновалов, В. Е. Геологическое строение и полезные ископаемые территории Семипалатинского испытательного полигона / В. Е. Коновалов, Е. Ю. Пестов, Л. А. Русинова // Курчатов, НЯЦ PK. - 1996.

23. Коновалов, В. Е. Некоторые особенности подземных вод участка Балапан по данным текущего обследования глубоких скважин / В. Е. Коновалов, Е. Ю. Пестов, Н. Я. Распопов // Вестник НЯЦ PK. - 2002. - №2. - С. 96-99.

24. Кочарян, Г. Г. Движение блоков горной породы при крупномасштабных подземных взрывах. 4.1: Экспериментальные данные / Г. Г. Кочарян, А. А. Спивак // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -2001.-№1.-С. 71-83.

25. Михайлов, В. Н. Ядерные испытания СССР. Том II: технологии ядерных испытаний СССР. Воздействие на окружающую среду. Меры по обеспечению безопасности. Ядерные полигоны и площадки / коллектив авторов под руководством В. Н. Михайлова. // РФЯЦ-ВНИИЭФ. - ISBN: 5-85165-062-1. -1997.-300 с.

26. Моделирование миграции загрязняющих веществ в подземных водах в районе Семипалатинского полигона: технический отчёт по проекту МНТЦ К-056-

96 (окончат.) / Ин-т геофизич. исслед.; рук. Беляшов Д.Н. - Курчатов, 1999. - 373 с.

27. Мукушева, М. К. Моделирование миграции долгоживущего радионуклида 908г подземными водами для территории, прилегающей к технической площадке "Балапан" / М. К. Мукушева, С. И. Спиридонов, М. Б. Тлебаев, О. А. Шубина, С. А. Баранов, И. Э. Епифанова // Вестник НЯЦ РК. - 2006. - №2. - С. 111-117.

28. Мурзадилов, Т. Д. Теоретическая оценка деструкции горных пород под воздействием серии подземных ядерных взрывов на участке Балапан / Т. Д. Мурзадилов, Д. Н. Беляшов, В. Н. Глущенко, О. В. Логвинов, В. С. Моренко, В. М. Стромов // Вестник НЯЦ РК. - 2000. - № 2. - С. 123-126.

29. Мурзадилов, Т. Д. Напряженное состояние геологической среды, вызванное наличием в ней полостей ядерных взрывов / Т. Д. Мурзадилов, О. В. Логвинов, Ю. А. Гринштейн // Вестник НЯЦ РК. - 2005. - № 3. - С. 53-67.

30. Николаев, А. В. Проблемы геотомографии. Сборник научных трудов / коллектив авторов, ред. А. В. Николаева // М.: Наука. - 1997. - 332 с. - 18ВИ: 5-02003657-9.

31. Нолет, Г. Сейсмическая томография / Г. Нолет, К. Чепмен // М.: «Мир». -1990.-416 с.

32. Организация системы мониторинга подземных вод на территории бывшего СИП: отчёт по проекту МНТЦ К-893 / Национальный ядерный центр РК ; исполн.: Субботин С. Б., Пестов Е. Ю., Беляшов А. В. - Курчатов, 2006. - 73 с.

33. Отчёт о научно-технической деятельности ИРБЭ НЯЦ РК: отчёт по НТП 0346 «Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан» / Национальный ядерный центр РК ; исполн.: Птицкая Л. Д., Артемьев О. И., Кадырова Н. Ж., Ларин В. Н., Стрильчук Ю. Г. - Курчатов, 2005. - 121 с.

34. Паспортизация боевых скважин площадки Балапан: отчёт по РБП 038 «Обеспечение безопасности бывшего Семипалатинского испытательного полигона» (годовой) / Национальный ядерный центр РК ; рук. Лукашенко С. Н. ; исп. Русинова Л. А. - Курчатов, фонды НЯЦ РК, 2012. - 79 с.

35. Полигоны Семипалатинск и Сары-Шаган [Электронный ресурс] // URL: http://wvyw.nuclear-poligon.ru (дата обращения: 06.11.2013).

36. Поляков, JI. Е. Особенности оценки радиационного состояния подземных вод на территории Семипалатинского испытательного полигона / JI. Е. Поляков, Д. А. Кругликов // Вестник НЯЦ РК. - 2008. - №2. - С. 106-109.

37. Проведение исследований и работ по снижению и исключению возможности миграции радионуклидов за пределы СИП: технический отчёт по РБП 011 «Обеспечение безопасности бывшего Семипалатинского испытательного полигона» (годовой) / Национальный ядерный центр РК ; рук. Лукашенко С.Н. -Курчатов, 2007. - 61 с. - УДК [504.55.064:47] (574.41) ГАСНТИ 87.23.33.

38. Птицкая, JI. Д. Современное состояние радиационной обстановки на территории испытательной площадки «Балапан» бывшего Семипалатинского полигона / JI. Д. Птицкая // Вестник НЯЦ РК. - 2002. - № 3. - С. 11-18.

39. Птицкая, JI. Д. Проблема радиоактивного загрязнения подземных вод Семипалатинского испытательного полигона / Л. Д. Птицкая, Е. Д. Стукин, Э. М. Горбунова, В. Е. Коновалов, Е. В. Квасникова // Вестник НЯЦ РК. - 2005. - №1. -С. 4-9.

40. Рослов, Ю. В. Пакет программ для моделирования и интерпретации времён пробега сейсмических волн dogstomo / Ю. В. Рослов, П. Г. Дитмар // Международная научная конференция «Геофизика и современный мир», Москва, 9-13 августа 1993 г. - Тез. докл. М., 1993, С. 7-12.

41. Рослов, Ю. В. Пакет сейсмической томографии Firstomo [Электронный ресурс] / Ю. В. Рослов, П. Г. Дитмар // URL: http://www.xgeo.ru/firstomo/rus/home.html (дата обращения: 06.11.2013).

42. Рослов, Ю. В. Пакет сейсмической томографии Х-Тото [Электронный ресурс] // URL: http://www.xgeo.ru/web-xgeo-rus/X-Tomo.htm (дата обращения: 06.11.2013).

43. Рослов, Ю. В. Построение скоростных моделей среды в системе сейсмической томографии ХТОМО / Ю. В. Рослов, Н. Н. Ефимова // Стендовый доклад на конференции Engineering Geophysics 2007. EAGE.

44. Русинова, Л. А. Изучение скоростных характеристик среды в районе скважины 1220 Семипалатинского испытательного полигона [Текст] / Л. А. Русинова, А. В. Беляшов, Т. Г. Ларина // Вестник НЯЦ PK. - 2013. - №1. - С. 116125.

45. Садовский М. А. Избранные труды: Геофизика и физика взрыва / М. А. Садовский; Отв. ред. В. В. Адушкин // М.: Наука. - 2004. - 440 с. - ISBN 5-02032960-6.

46. Семипалатинский испытательный полигон [Электронный ресурс] // URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%DO%A 1 %D0%B5%D0%BC%D0%B8%D0%BF%D0% B0%D0%BB%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8% D0%B9 %D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%8B%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B 5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%P1%8B%D0%B9 %D0%BF%D0%BE%D0%BB% D0%B8%D0%B3%D0%BE%D0%BD (дата обращения: 06.11.2013).

47. Смирнов, A.A. Система автоматизированной обработки данных для изучения верхней части разреза в местах проведения подземных ядерных взрывов / А. А. Смирнов, Н. Н. Беляшова, Г. Г. Крылов, К. М. Абишев, 3. И. Синева // Вестник НЯЦ PK. - 2000. - №2. - С. 111-114.

48. Создание методических основ геолого-геофизических исследований техногенно-измененных геологических сред в местах проведения подземных ядерных взрывов (заключит, отчет по теме 04.03.Н за 2009-2011 гг.) / Ин-т геофизич. исслед. ; исполн. : Шайторов В. Н., Беляшов А. В., Ефремов М. В., Гринштейн Ю. А., Мурзадилов Т. Д. - Курчатов, 2011. - 200 с. - Фонды КазГосИНТИ, № ГР № 0109РК00474 - Инв. № 0211РК01458.

49. Спивак, А. А. Сейсморезонансный метод обнаружения очагов подземных ядерных взрывов / А. А. Спивак, Б. Г. Лукишов, С. Б. Кишкина // Вестник НЯЦ PK. - 2010. - №3. - С. 90-95.

50. Старостин, В. И. Структурно-петрофизические и геодинамические аспекты выбора массивов кристаллических пород в связи с проблемами захоронения радиоактивных отходов / В. И. Старостин, В. И. Величкин, В. А. Петров, А. Б. Волков, Б. Т. Кочкин // Геоэкология. - 1995. - №6. - С. 17-26.

51. Стрильчук, Ю. Г. Радиационная обстановка в местах проведения подземных ядерных взрывов на площадках Балапан и Дегелен Семипалатинского испытательного полигона / Ю. Г. Стрильчук, JI. Д. Птицкая, А. Ю. Осинцев, В. Н. Ларин, А. В. Митяев // Вестник НЯЦ РК. - 2005. - №1. - С. 10-12.

52. Субботин, С. Б. Оценка возможностей протекания процессов катастрофического характера на площадке «Балапан» / С. Б. Субботин, С. Н. Лукашенко, С. В. Генова и др. // Вестник НЯЦ РК. - 2011. - №2. - С. 71-81.

53. Такибаев, Ж. С. Рабочая модель миграции радионуклидов из мест подземных ядерных взрывов / Ж. С. Такибаев // Вестник НЯЦ РК. - 2003. - №3. -С. 37-43.

54. Хромушин, И. В. Моделирование переноса радионуклидов подземными водами на площадке Балапан Семипалатинского полигона / И. В. Хромушин, Д. К. Даукеев, Т. И. Аксенова // Тез. докл. Междунар. конф. "Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях", Москва. - 2000. - 24-26 апреля.

55. Шайторов, В. Н. Применение сейсморазведки при выделении зон динамического воздействия подземного ядерного взрыва в геологической среде на примере участка Балапан / Шайторов В. Н., Кислый Б. И., Жолдыбаев А. К. и др. // Вестник НЯЦ РК. - 2006. - № 1. - С. 67-74.

56. Шайторов, В. Н. Изучение скоростных характеристик блока земной коры участка Балапан с использованием промышленных взрывов на угольном карьере Каражыра / В. Н. Шайторов, А. В. Беляшов, Л. А. Русинова, Т. Г. Ларина, О. X. Шелехова // Вестник НЯЦ РК. - 2013. №2. - С. 104-109.

57. Шевцов, Н. Р. Разрушение горных пород взрывом: Учебник для вузов. Издание 4-е, переработанное и дополненное / Н. Р. Шевцов, П. Я. Таранов, В. В. Левит, А. Г. Гудзь // Донецк. - 2003. - 253 с.

58. Alekseev, A. S. Theoretical and computational aspects of seismic tomography / A. S. Alekseev, M. M. Lavrentiev, V. G. Romanov //Surveys in Geophysics. - 1990. -No. 11.-P. 395-409.

59. Belyashov, A. Application of Geophysical Techniques in Identifying UNE Signatures at Semipalatinsk Test Site (for OSI purposes) / A. Belyashov, V. Shaitorov,

М. Yefremov И Pure and Applied Geophysics. - 2013. DOI: 10.1007/s00024-012-0639-5. URL: http://link.springer.eom/article/l0.1007/s00024-012-0639-5#page-1 (дата обращения: 29.10.2013).

60. Chadwick, P. Mechanics of Deep Underground Explosions / P. Chadwick, A. D. Cox, H. G. Hopkins // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. - 1964. - Vol. 256. - No. 1070. - P. 235300.

61. Clossman, P. J. On the prediction of cavity radius produced by an underground nuclear explosion / P. J. Clossman // Journal of Geophysical Research. - 1969. - Vol. 74, P. 3935-3939. DOI: 10.1029/JB074i015p03935.

62. Foulger, G. R. Caveats on tomographic images / G. R. Foulger, G. F. Panza, I. M. Artemieva, I. D. Bastow, F. Cammarano, J. R. Evans, W. B. Hamilton, B. R. Julian, M. Lustrino, H. Thybo, Т. B. Yanovskaya // Terra Nova. - 2013. - Vol. 25, Issue 4, P. 259-281.-DOI: 10.1 lll/ter.12041.

63. Germain, L. S. Phenomenology and containment of underground nuclear explosions / L. S. Germain, J. S. Kahn // Lawrence Radiation Laboratory, Livermore. -1968. - 49 p. - UCRL-50482.

64. Higgins, G. H. Effect of water content, yield, medium and depth of burst on cavity radii / G. H. Higgins, T. R. Butkovich // UCRL-50203. - 1967.

65. Johnson, G. W. Underground Nuclear Detonations / G. W. Johnson, G. H. Higgins, С. E. Violet // Journal of Geophysical Research. - 1959. - V. 64, No. 10. - P. 1457-1470.

66. Michaud, L. Explosions nucleaires souterraines Etudes des rayon de cavite // Repport CEA R.3594. - 1968.

67. Palmer, D. Non-uniqueness with refraction inversion - a syncline model study / D. Palmer // Geophysical Prospecting. - 2010. - Vol. 58. - P. 203-218. DOI: 10.1111/j .1365-2478.2009.00818.x.

68. Rawilson, N. Seismic tomography: A window into deep Earth / N. Rawilson, S. Pozgay, S. Fishwick // Physics of the Earth and Planetaiy interiors. - 2010. - V. 178. - P. 101-135.

69. Terhune, R. W. Estimate of earth media shear strength at the Nevada Test Site / R. W. Terhune, H. D. Glenn // Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, UCRL-52358. -1977.

70. The containment of underground nuclear explosions. Chapter 3: Containing Underground Nuclear Explosions // Library of U. S. Congress, Catalog Card Number 89-600707. -1989. -81 p.

71. Zelt, C. A. Seismic traveltime inversion for 2-D crustal velocity structure / C. A. Zelt, R. B. Smith//Geophys. J. Int. - 1992.-V. 108.-P. 183-204.