Моделирование переноса радона в горном массиве

2
Оглавление
Введение..............................................................................4
Глава 1. Современное состояние исследований влияния природных факторов на перенос радона в горном массиве..............................................................10
1.1. Эмалирование, диффузия и конвективный перенос радона в горных
породах....................................................................11
1.2. Природные факторы, влияющие на перенос и распределение концентраций радона в горном массиве.......................................................15
Глава 2. Модели основных процессов переноса радона в зонах водонасыщения и аэрации............................................................................ 36
2.1. Обобщенная модель переноса радона в горном массиве......................36
2.2. Физико-геологическая модель горного массива с зоной дробления...........39
2.3. Усовершенствованная модель переноса радона в водонасыщенной зоне.........46
2.4. Модель переноса радона в зоне аэрации с учетом фильтрации водяного
пара.......................................................................53
Глава 3. Моделирование влияния гсодинамических и метеорологических факторов на перенос радона в горном массиве...................................................64
3.1. Моделирование влияния полей упругих волн от различных источников на перенос радона................................................................64
3.1.1. Модель переноса радона в зоне дробления под воздействием ротационного режима Земли..................................................65
3.1.2. Модель воздействия лунно-солнечных приливных возмущений.............69
3.1.3. Моделирование влияния сейсмичности..................................76
3.1.4. Геомсханическая модель образования зон дробления....................81
3.2. Моделирование влияния метеорологических факторов на перенос радона
в горном массиве.............................................................86
3.2.1. Моделирование влияния вариаций атмосферных температуры и
давления............................................................... 86
3.2.2. Моделирование влияния атмосферных осадков............................111
3.2.3. Модель формирования поля радона в приземной атмосфере................116
3.3. Комплексная модель переноса радона с учетом синхронного и
асинхронного влияния природных факторов.....................................123
Глава 4. Прикладные аспекты результатов моделирования переноса радона в горном массиве..............................................................................130
4.1. Повышение надежности радоновой съемки при решении геологических
задач.......................................................................130
4.2. Прогнозирование землетрясений............................................134
4.3. Радоновая ионизация воздуха для оценки степени патогенности и вита-генности геоактивных зон......................................................138
4.4. Оценка радоноопасности территорий на примере Москвы......................143
Заключение...........................................................................170
Библиографический список использованной литературы...................................172
Аномальные эманационны©- поля в зоне дробления обусловливаются следующим [116]: флюктуациями плотности потока геогаза, относительным перемещением поверхности водонасыщенной зоны, изменением термодинамического режима зоны (эвазия наиболее пересыщенных газов, десорбция радона). По данным [39], при колебаниях температуры подземной воды в интервале от 5 до 18 °С относительное изменение концентрации радона в газообразной фазе достигает 20 %. В зоне аэрации возможны вариации эманирующей способности радиоактивных отложений за счет флюктуаций температуры и положения УГВ, так как выделение радона в воду из кусочков руды в интервале температур от 3 до 20 °С возрастает примерно на 6 % при увеличении температуры на 1°С [130]; эти данные позднее подтверждены для водно-соляных растворов и более широкого диапазона температур [93].
Группа глобальных (Ьактоуов. Согласно основному закону геодинамики, постоянно меняющиеся условия геостатического равновесия при влиянии внешних (космических) сил отражаются на протекании геодинамических процессов [24]. Такие силы относятся к группе глобальных факторов, в которую входят: солнечная активность, ротационный режим Земли, во многом также обусловленный изменениями солнечной активности [136], лунные и солнечные приливные возмущения. Глобальные факторы проявляются с определенной периодичностью и обладают наибольшей энергией. Колебания солнечной активности приводят к глобальным и региональным перестройкам атмосферных термобарических полей, которые, в свою очередь, вызывают нарушения равновесия в земной коре и сейсмическую активность [136]. Изменение ротационного режима Земли вызвано неравномерностью ее движения вследствие эллиптичности орбиты, сезонными изменениями циркуляции атмосферы, более долгопериодными перестройками термобарических полей в атмосфере в связи с солнечной активностью, а также земными приливами. Глобальные процессы - источник накопления энергии деформаций, которая в дальнейшем высвобождается при землетрясениях и других подвижках в земной коре, в том числе и в несейсмических районах [28, 63, 136].
18
Ротаиионный режим Земли. Неравномерность вращения Земли проявляется в колебаниях положения полюсов планеты и продолжительности суток. Наблюдаются вековые, периодические и нерегулярные изменения скорости вращения геоида [28]. Сезонные изменения происходят на фоне долгопериодных колебаний и описываются суммой годовой и полугодовой гармоник [19]. В последние годы скорость вращения Земли возрастает, причем на фоне се увеличения наблюдаются экстремумы: в апреле и ноябре - минимум, в конце января и июля - максимум. Амплитуда колебаний длительности суток - 10'3 с. Такие вариации приводят к изменению полярного сжатия, при котором максимальные деформации возникают на параллели ±62° и экваторе, а минимальные - на полюсах и параллели ±35° [133]. Переменные по направлению и значениям тангенциальные и радиальные деформирующие силы вызывают, соответственно, переменное горизонтальное напряжение, направленное по касательной к земной поверхности, и переменное вертикальное напряжение, направленное по радиус-вектору. В одной и той же точке в породе фиксируются переменные во времени напряжения и'102 МПа, приводящие к знакопеременным деформациям [18]: при возрастании угловой скорости вращения Земли субширотная тектоническая зона (на широте около 56°) сжимается, причем горизонтальные деформации составляют п 10'2 при изменении периода вращения на 10'3 с.
Динамическая модель переноса радона при изменении ротационного режима Земли рассмотрена И. Н. Анохиным (1995). Согласно модели, сжатие тектонической зоны приводит к интенсивному выделению радона из закрывающихся микротрещин и пор. Уменьшение скорости вращения Земли, наоборот, вызовет растяжение зоны, сопровождающееся понижением плотности потока радона вследствие засасывания атмосферного воздуха вновь открывшимися трещинами. При обработке экспериментальных данных (выделении низкочастотной составляющей на полугорогодовом интервале путем осреднения в скользящим временном окне) получена зависимость [8]: