В статье изучено влияние свойств грунтов на естественный радиационный фон и на уровень объемной активности радона в центральной части г. Баку. Установлено, что на концентрацию радона в почве оказывают совокупное влияние такие факторы как тип почвы, радиоактивность грунта, доминантные (резонансные) частоты и коэффициент усиления амплитуды колебаний грунта. Установлена прямая зависимость концентрации радона от радиоактивности, доминантной частоты и коэффициента усиления амплитуды колебаний грунта. Было отмечено, что наиболее низкие значения концентрации радона и радиоактивности характерны пескам, а наиболее высокие — рыхлым разуплотненным породам с включением суглинок, гравия и глин.
Ключевые слова: концентрация радона, естественная радиоактивность, доминантная частота колебаний,коэффициент усиления амплитуды колебаний.
По своему геологическому строению Азербайджан является уникальной территорией, где имеется сравнительно полный геологический разрез земной коры. В пределах Азербайджана расположены такие контрастные орографические элементы как горные сооружения Малого и Большого Кавказа, межгорные впадины, передовые прогибы, внутриконтинентальный Каспийский бассейн. Все это позволяет считать Азербайджан малой моделью всей планеты, и средний уровень естественного радиационного фона может служить эталоном для других подобных объектов.
Апшеронский полуостров отличается низкой радиоактивностью по сравнению с другими областями Большого Кавказа, что связано с его историей развития и геологическим строением. Полуостров является молодой геологической провинцией. Большая ее часть сложена современными осадочными слаборадиоактивными образованиями. Эти образования представлены глинами, песчаниками, песками, известняками. В целом разрез кайнозойских пород имеет в основном глинистый характер, лишь в отложениях продуктивной толщи преобладают песчаные отложения, в апшеронском ярусе и древнекаспийских отложениях значительную часть разреза представляют известняки и ракушняки, меловые отложения представлены карбонатными глинами с прослоем мергелей, реже песчаниками и известняками.
Нормальный радиационный фон формируется излучением, приходящим к поверхности планеты извне (космические излучения, солнечная радиация), а также наличием в земной коре радиоактивных элементов и процессом дегазации планеты, в ходе которого на поверхность ее выносятся радиоактивные газы, одним из которых является газ-радон (Rn-222). Естественным источником радона являются породы литосферы как магматические, так и осадочные (глины, сланцы и т. д.), в которых радон образуется при распаде материнского изотопа радия (Ra-226).
В результате проведенных исследований установлено, что в пределах Апшеронского полуострова, сложенного слаборадиоактивными осадочными породами, естественный фон колеблется в пределах 3–12 мкР/ч, снижается на северном побережье полуострова до 3 мкР/ч и повышается до 20–25 мкР/ч над выходами пород так называемой майкопской серии. Во время формирования этих слоев в бассейне осадконакопления существовала особая среда, способствующая выпадению урана в осадок и накоплению его в породах. В центральной и западной части полуострова, где развиты поля сопочной брекчии, встречаются «пятна» повышенной радиоактивности (до 15–20 мкР/ч) [1].
В 2010–2011 гг. в Азербайджане были проведены измерения объемной активности радона [2]. Детальные исследования были проведены и на территории г. Баку (рис. 1).
Рис. 1. Карта распределения объемной активности радона на территории г.Баку
Радон легко выделяется из почвы в атмосферу и быстро рассеивается, тогда, как в помещениях происходит его накопление (особенно в зимний период, когда помещения слабо проветриваются). Попадание в помещение радона происходит, в основном, из расположенного под ним грунта в результате миграционных процессов по высокопроницаемым зонам (разломы, тектонические нарушения, трещины, канализационную систему и т. д.). Эти миграционные потоки усиливаются в период сейсмотектонической активизации недр, что подтверждено, как результатами мониторинга в сейсмоактивных районах, так и результатами экспериментов в искусственно созданных вибросейсмических колебаний в приповерхностных отложениях.
Факт наличия определенных избирательных частот, при которых наблюдаются максимальные амплитуды флюидной динамики, установлен независимыми исследованиями ученых [3, 4].
Для исследования микросейсмического поля в пределах г. Баку в 2012–2014 гг. были проведены микротреморные измерения, которые позволили выявить особенности изменения в пространстве коэффициента усиления амплитуд колебания и доминантных (резонансных) частот колебаний грунта [5]. В результате этих исследований было выявлено влияние неоднородности грунтов на их резонансные свойства. В отдельных зонах города Баку наблюдается повышение доминантных частот на фоне низких значений коэффициента усиления амплитуд колебаний грунта.
С целью изучения влияния изменчивости грунтов, их доминантных частот и коэффициента усиления амплитуд колебаний на радиоактивный фон и концентрацию радона нами был отработан профиль в центральной части г. Баку. Для изучения радиационной обстановки на данном профиле также была проведена пешеходная гамма-съемка и замеры объемной активности радона.
Профиль проходит через зоны повышенных доминантных частот на фоне низких значений коэффициента усиления амплитуд колебаний грунта (рис. 2).
Рис. 2. Карта распределения резонансных частот колебаний грунта в пределах города Баку и положение на карте исследуемого профиля (Кадиров и др., 2012)
Анализ данных замеров концентраций радона вдоль исследуемого профиля выявил зависимость их значений от комплекса факторов. Установлена прямая зависимость концентрации радона от доминантных частот, коэффициента усиления амплитуд колебаний грунта и от интегральной радиоактивности грунта (рис. 3, 4, 5). В рассмотренном интервале доминантных частот наиболее высокие значения радона наблюдаются при частотах около 10 гц и коэффициенте усиления амплитуд колебаний грунта примерно 1,9–2,1.
Рис. 3. Зависимость изменения концентрации радона от доминантной частоты колебаний грунта
Рис. 4. Зависимость изменения концентрации радона от коэффициента усиления амплитуды колебаний грунта
Рис. 5. Зависимость концентрации радона от интегральной радиоактивности грунта
Как видно из приведенных ниже таблиц 1 и 2, отмечается определенная зависимость концентрации радона и интегральной радиоактивности от типа почв: наиболее низкие значения обоих параметров характерны пескам, а наиболее высокие — рыхлым разуплотненным породам с включением суглинок, гравия и глин.
Таблица 1
Изменение концентрации радона в зависимости от типа почвы
|
Тип почв |
Количество точек |
Пределы изменения, Бк/м 3 |
Среднее значение, Бк/м 3 |
|
Пески |
7 |
21–131 |
46 |
|
Известняки |
6 |
37–123 |
68 |
|
Переслаивание суглинок, известняков и глин |
7 |
21–142 |
75 |
Таблица 2
Изменение интегральной радиоактивности в зависимости от типа почвы
|
Тип почв |
Количество точек |
Пределы изменения, мкР/ч |
Среднее значение, мкР/ч |
|
Пески |
7 |
5–8,5 |
6,5 |
|
Известняки |
4 |
5–9 |
7 |
|
Переслаивание суглинок, известняков и глин |
9 |
6–8 |
7,2 |
ВЫВОДЫ.
- Установлено, что естественная радиоактивность колеблется в пределах 3–12 мкР/ч.
- Выявлено совокупное влияние на концентрацию радона в почве комплекса факторов, таких как радиоактивность грунта, тип почвы, доминантные (резонансные) частоты колебаний и коэффициент усиления амплитуд колебаний грунта.
- Проведено сопоставление объемной активности радона на территории г.Баку с результатами микротремерных измерений, в результате чего:
a) установлена прямая зависимость концентрации радона от радиоактивности, доминантной частоты и коэффициента усиления амплитуды колебаний грунта;
b) установлено, что в рассмотренном интервале частот наиболее высокие значения радона наблюдаются при доминантных частотах около 10 гц и коэффициенте усиления амплитуды колебаний грунта примерно 1,9–2,1;
c) установлено, что наиболее низкие значения концентрации радона и радиоактивности характерны пескам, а наиболее высокие — рыхлым разуплотненным породам с включением суглинок, гравия и глин.
Литература:
1. Алиева А. Р. Естественный и техногенно измененный радиационный фон на Апшеронском полуострове // Новости геофизики в Азербайджане, Баку, № 1–2, 2014, стр. 48–51
2. Hoffman M., Aliyev C. S., Feyzullayev A. A. et al. Firs map of residential indoor radon measurements in Azerbaijan // Oxford University Press Radiation Protection Dosimetry Advance Access published, 2016, p.1–8
3. Киссин И. Г., Барабанов В. Л., Гриневский А. О. Об эффектах вибрационного воздействия на водо- и нефтенасыщенные пласты. Препринт ИФЗ АН СССР, 1987, № 4, 19 с.
4. Коробейник Г. С., Гурвич В. И. Газогеохимические эффекты при динамическом воздействии на геологическую среду // Геофизические и геохимические методы при решении экономических и техногенных проблем на урбанизированных территориях, М.: ВНИИЯГГ, 1985, с. 80–85
5. Kadirov F., Babayev G., Gadirov A. Analysis of Horizontal to Vertical Spectra of Microseisms for Baku City / IV International Conference: Problems of Cybernetics and Informatics. 2012, p. 96–98
