Влияние радиоактивного загрязнения

90Sr, Бк/кг

1061

1972

0,5

4018

2004

3,22

0,01

-

0,09

2005

5,39

0,02

-

0,07

2007

1,44

0,02

-

0,56

2010

0,05

<0,01

<0,002

<0,01

1236

1981

0,6

4022

2004

0,22

0,003

-

0,10

2005

0,03

1,16

-

0,78

2007

0,01

1,16

-

0,08

2008

0,10

<0,02

<0,002

0,03

1,0

4023

2004

0,06

0,01

-

0,07

2005

0,02

0,18

-

0,14

2007

<0,01

0,18

-

0,01

2008

0,10

<0,01

<0,002

<0,01

1314

1982

0,4

4003

2004

0,04

0,04

-

0,04

2005

0,21

0,01

-

0,04

2007

0,01

0,01

-

0,01

2008

0,04

<0,01

-

<0,01

2010

-

0,12

<0,002

0,20

0,6

4001

2004

2,68

0,01

-

0,07

2005

0,02

0,02

-

0,04

2007

<0,01

0,02

-

<0,01

2008

0,02

<0,03

<0,002

<0,01

1061-bis

1985

0,3

4027

2004

0,45

0,01

-

0,04

2005

-

0,06

-

0,17

2007

1,24

0,02

-

0,70

2008

0,50

<0,01

-

0,02

2010

1,80

<0,01

<0,002

<0,01

0,4

4025

2004

0,04

0,01

-

0,11

2005

0,06

0,01

<0,002

6,42

0,5

4028

2004

-

0,13

-

0,72

2007

0,32

-

-

0,01

2008

0,30

<0,01

<0,002

<0,01

1315

1987

0,4

4020

2004

0,12

0,02

-

0,18

2005

-

0,08

-

0,07

2007

1,24

0,08

-

0,02

2008

0,10

<0,02

<0,002

0,02

2010

0,24

<0,01

-

<0,02

*Расстояние от гидрогеологической до ближайшей “боевой” скважины, расположенной по направлению движения потока подземных вод;

- измерения не проводились.

Исследования показали, что во всех пробах воды концентрация 137Cs находится в пределах низких значений и изменяется от 0,012 до 0,18 Бк/кг с максимальной концентрацией 1,2 Бк/кг в скважине 4022. Для 90Sr также характерны очень низкие значения концентрации в пределах от <0,01 до 0,7 Бк/кг. Концентрация трития в подземных водах изменяется от <0,007 до 1,44 кБк/кг. Максимальная концентрация трития обнаружена в 2010 году в скважине 4027, где она составила 1,8 кБк/кг. Полученные значения радиационной опасности не представляют и не превышают установленный ГН СЭТОРБ [67] УВ для питьевой воды.

Таким образом, характерной чертой данного участка является наличие предельно низких концентраций техногенных радионуклидов, несмотря на то, что гидрогеологические скважины расположены в непосредственной близости от 5 “боевых” скважин. Одним из объяснений данной особенности является то, что на данном участке распространены, в основном, безнапорные подземные воды. Поэтому и вымывание радионуклидов из центральных зон происходит менее интенсивно, чем это отмечалось на остальных участках.

Участок “Заречье”

Формирование техногенно-нарушенной гидрогеодинамической обстановки на участке “Заречье” в период 1987-1990 гг. связано с проведением 5 ПЯВ в скважинах 1348, 1388, 1350, 1346 и 1352. Для исследования радионуклидного загрязнения на участке проведено опробование 16 ранее пробуренных гидрогеологических скважин (рис. 23).

1 - геологические границы; 2-3 - разрывные нарушения (а - установленные, b - предполагаемые): 2 - I порядка, 3 - III порядка, 4 - граница распространения отложений миоцена, бергштрихи направлены в сторону развития отложений; 5, 6 - контуры относительно повышенного содержания радионуклидов: 5 - стронция, 6 - цезия; 7 - скважина и её номер: а - испытательная, б - наблюдательная, цифры в знаменателе соответствуют содержанию стронция и цезия в подземных водах, Бк/кг

Рисунок 23. Схема палеорельефа участка “Заречье” с данными по содержанию радионуклидов в водоносных комплексах

Результаты анализов проб подземных вод представлены в табл. 10.

Таблица 10 - Участок “Заречье”. Содержание радионуклидов в подземных водах

ПЯВ* дата	*Расстояние, км	№ скв.	Дата отбора	3H, кБк/кг	90Sr, Бк/кг	137Cs, Бк/кг	239+240Pu, Бк/кг
1348 1987	0,4	4052/1	2004	10,25	0,23	0,05	-
			2007	54,70	0,34	0,01	-
	1,5	4101	2004	0,09	0,06	0,14	-
			2007	<0,01	-	-	-
1350 1988	0,4	4100	2005	-	0,11	0,04	-
			2007	12,20	0,38	0,01	-
	1,0	4036	2004		0,06	0,03	-
			2005	45,67	0,51	0,02	-
1346 1988	0,9	4057	2004	0,12	1,49	0,08	-
			2005	0,03	0,79	0,04	-
			2007	0,02	-	-	-
			2010	<0,01	<0,01	<0,01	<0,002
	1,3	4059	2004	0,05	0,04	0,004	-
			2005	-	0,09	0,02	-
			2007	<0,01	-	-	-
	2,0	4073	2004	0,04	0,65	0,09	-
			2005	-	0,25	0,05
			2007	0,01	-	-
1352 1989	0,5	4090	2004	0,08	0,07	0,23	-
			2005	0,03	-	-	-
			2007	<0,01	-	-	-
	0,5	4088	2004	0,05	0,03	0,02	-
			2005	0,04	0,09	0,01	-
	1,0	4033	2004	0,03	0,42	0,40	-
			2005	-	0,09	0,06	-
			2007	0,01	-	-	-
	1,1	4034	2004	0,03	0,06	0,04	-
			2005	0,03	-	-	-
			2007	<0,01	-	-	-
Водоносный комплекс С1
Область питания подземных вод - мелкосопочник	0,1	4058	2005	-	0,21	0,09	-
			2007	<0,01	-	-	-
	0,9	4084	2004	-	0,11	0,02	-
			2005	-	1,48	0,62	-
			2007	0,01	-	-	-
	1,8	4089	2004	-	0,27	0,18	-
			2005	-	0,10	0,32	-
			2007	<0,01		-	-
	Водоносный комплекс Є2
	0,3	4037	2004	0,05	0,05	0,03	-
			2007	<0,01	-	-	-
	Водоносный комплекс PZ2
	0,2	4047	2004	0,07	0,34	0,03	-
			2005	0,03	0,28	0,03	-
			2007	<0,01	-	-	-
	0,5	4048	2004	0,02	0,05	0,04	-
			2005	0,02	0,17	0,26	-
			2007	0,02	-	-	-

*Расстояние от гидрогеологической до ближайшей “боевой” скважины, расположенной по направлению движения потока подземных вод;

- измерения не проводились.

Из данных таблицы 10 видно, что концентрация 137Cs в подземных водах изменяется от 0,02 до 0,62 Бк/кг. Максимальная концентрация 137Cs (1,48 Бк/кг) обнаружена в воде из скважины 4084. Концентрация 90Sr изменялась от 0,01 до 0,38 Бк/кг. Данные значения радиационной опасности не представляют и не превышают установленный ГН СЭТОРБ [67] УВ для питьевой воды. Концентрация трития в подземных водах изменяется в широком диапазоне значений от <0,01 до 55 кБк/кг, что почти в 8 раз превышает установленный ГН СЭТОРБ [67] УВ для питьевой воды.

По состоянию на 2007 г. на расстоянии 0,4 км от испытательной скважины 1348 в водоносном комплексе нижнего карбона зафиксирована концентрация трития 55 кБк/кг. На расстоянии 1 км от испытательной скважины 1350 содержание трития в скважине 4036 достигало 46 кБк/кг. В скважине 4100, пройденной в гранитах, характеризующихся повышенной трещиноватостью, проницаемостью и водообильностью, расположенной в 2,5 раза ближе к испытательной скважине 1350, концентрация трития составила 12 кБк/кг. Из этого следует, что радиоактивно загрязненные подземные воды локализованы в понижениях кровли водовмещающих пород нижнего карбона и верхнего палеозоя, залегающей на отметках от 270 м и ниже.

В радиусе до 2 км от центров ПЯВ выдерживается уменьшение концентраций трития с увеличением расстояния. Следует отметить закономерное снижение содержания основных радионуклидов в разновозрастных водоносных комплексах по мере удаления от основной области питания - мелкосопочника за счет увеличения составляющей подземного стока.

С 2002 по 2008 год по имеющимся на участке скважинам проводился ежегодный радионуклидный мониторинг подземных вод. В скважинах 4064 и 4076 содержание трития практически не изменилось, в скважинах 4043, 4066 и 4054 отмечено незначительное повышение, а в скважине 4075, по сравнению с 2003 годом, концентрация трития заметно снизилась [66].

Участок №1 (Профиль скважин 1203, 1414 до р.Шаган)

Участок расположен в восточной части площадки «Балапан» (рис. 18, 24). При анализе данных по гидрогеологическим условиям эта площадь выделена как одна из определяющих наиболее критическое направление возможной разгрузки загрязненных подземных вод в воды реки Шаган. На этом участке расположена изолированная впадина в рельефе фундамента площадью порядка 8 км2, выполненная глинами миоцена. На данном участке было проведено 7 ПЯВ. Из опыта работ на СИПе для подобных впадин характерны более высокие значения концентраций техногенных радионуклидов, чем в окружающих блоках горных пород. В связи с этим, основной целью на данном участке являлось получить данные о радиоактивном загрязнении подземных трещинных вод и выявить возможную связь подземных трещинных вод с водами реки Шаган.

Скважины: а - боевая; б - гидрогеологическая, 2006 г.; в - гидрогеологическая, ранее пробуренная; г - режимная; д - тектонические нарушения; е - линия геолого-геофизического разреза

Рисунок 24. Участок №1. Схема расположения скважин, пробуренных по профилю вблизи р. Шаган

Результаты определения техногенных радионуклидов в пробах подземных вод из скважин 11а, 12а, 13а, 14р приведены в табл. 11.



Таблица 11 - Результаты опытно-фильтрационных работ и содержание радионуклидов в подземных водах

Номер скважины	Понижение, м	Дебит, м3/сут	Водопрово- димость, м2/сут	Мощность водоносного горизонта, м	Коэф. фильтрации, м/сут	3Н, кБк/кг	90Sr, Бк/кг	137Cs, Бк/кг	Ближайшая «боевая» скважина, км
11а	6,95	86,40	3,00	50	0,060	4,98 ±0,04	0,008±0,003	<0,005	10530,6
12а	9,40	43,20	3,40	40	0,085	3044,5 ±0,9	114,0 ± 5,7	0,46 ± 0,11	14140,3
13а	2,5	3,12	1,96	40	0,049	20,0±0,1	32 ± 13	0,012 ±0,004	10870,8
14р	10,10	9,20	0,25	40	0,006

Анализы проб воды, отобранных из пробуренных скважин, показали высокое содержание 3H и 90Sr в скважине 12а (3050 кБк/кг и 114 Бк/кг, соответственно), и трития в скважине 13а (20 кБк/кг).

По результатам бурения новых скважин и с учетом ранее пробуренных близрасположенных скважин построен геолого-геофизический разрез, позволивший детализировать геологическую ситуацию в изучаемом районе (рис. 25).

1 - четвертичные супеси, суглинки; 2 - неогеновые глины; 3 - мезозойская кора выветривания, элювиальный щебнисто-глинистый грунт; 4-6 - каменноугольные: 4 - андезиты, 5 - песчаники и алевролиты, 6 - туфопесчаники; 7 - границы раздела слоёв с отличающимся сопротивлением: I - подошва четвертичных отложений с сопротивлением 30-600 ом•м;, II - между глинистыми образованиями (сопротивление 2-12 ом•м) и породами фундамента (сопротивление более 1000 ом•м); 8 - границы раздела слоёв с различающимися скоростными характеристиками; I - граница четвертичных образований со скоростями менее 1 км/с; II - верхняя граница пород скального фундамента со скоростями выше 2,5 км/с; 9 - уровень подземных вод; 10 - тектонические зоны дробления; 11 - предполагаемая подошва зоны экзогенной трещиноватости.

Рисунок 25. Участок №1. Геологический разрез по результатам геофизических работ

При этом, в соответствии с уклоном возможна скрытая разгрузка подземных вод в реку Шаган. По данным гидрологического обследования русло реки Шаган на участке №1 сложено скальными породами, перекрытыми маломощным чехлом рыхлых отложений. В пределах рассматриваемого эрозионного “окна” прослежена устойчивая гидравлическая связь между разновозрастными водоносными горизонтами, развитыми в трещиноватых породах и аллювиальных отложениях, и поверхностными водами. Таким образом, участки скрытой разгрузки подземных вод представляют собой потенциально активные зоны радиоактивного загрязнения поверхностных вод реки Шаган, в частности, тритием [66].

Участок №4

Данный участок расположен в центральной части площадки «Балапан» в зоне сочленения Чинрауского и Каражырского разломов. На этом участке проведено 5 ПЯВ в “боевых” скважинах: “Глубокая”, 1206, 1267, 1207 и 1287. Для изучения радионуклидного загрязнения подземных вод на участке было пробурено 12 картировочных скважин (рис. 26).



Рисунок 26. Площадка «Балапан». Схема расположения скважин, пробуренных для радиационного мониторинга подземных вод

Результаты анализов по определению содержанию трития в пробах воды представлены в табл. 12. Из техногенных радионуклидов в пробах воды определены 137Cs ,90Sr и трития. Во всех пробах концентрация 90Sr не превышает 0,19 Бк/кг, а концентрация 137Cs не превышает 0,8 Бк/кг. Эти значения значительно ниже УВ, установленных ГН СЭТОРБ [67].

Таблица 12 - Участок №4. Содержание радионуклидов в подземных водах

№ п/п	№ скважины	Активность трития, кБк/кг	Ближайшая «боевая» скважина, км
1	01	0,024	1206/1,9
2	06	150	Глубокая/0,5
3	07	140	Глубокая/1,2
4	08	160	1206/1,0
5	09	0,02	1206/1,1
6	010	0,02	1206/1,0
7	011	130	Глубокая/0,6
8	012	160	Глубокая
9	013	0,03	1267/0,1
10	014	0,04	1267/0,5
11	015	0,03	1207/0,1
12	016	0,04	1206/0,1

Характер распространения трития в подземных водах контролируется особенностями геологического строения и гидрогеологических условий данного участка. Исследования показали, что концентрация 3Н в подземных водах в зоне влияния Чинрауского разлома существенно высока и изменяется от 140 до 160 кБк/кг, а из зоны Каражирского разлома - ничтожно мала 0,02 - 0,04 Бк/кг. Таким образом, в результате исследований установлена северо-западная граница повышенных значений трития в подземных водах [66].

Участок «Каражыра»

Системы наблюдения за процессами миграции радионуклидов с подземными водами базируются на отборе проб воды из наблюдательных скважин с периодичностью один раз в квартал. Для определения характера миграционных процессов техногенных радионуклидов, пробы воды отбираются из 42 наблюдательных гидрогеологических скважин, пробуренных в пределах угольного месторождения Каражира, из пруда-испарителя и из зумпфов карьеров (рис. 27) [68, 69, 70, 71].

Рисунок 27. Площадка «Балапан», участок Каражира. Схема расположения наблюдательных скважин

Пробы воды анализировались на содержание радионуклидов 3Н, 137Cs, 90Sr, 239,240Pu. В результате анализа полученных данных можно отметить, что, в основном, содержание радионуклидов в подземных водах находятся ниже величин МДУА. При этом значения изменяются в пределах значений: 137Cs от МДУА до 0,3 Бк/кг; 90Sr от МДУА до 1,3 Бк/кг; тритий от МДУА до 760 Бк/кг; 239+240Pu <0,002 Бк/кг. Такие концентрации радионуклидов радиационной опасности не представляют, так как не превышают установленных ГН СЭТОРБ [67] УВ для питьевой воды.

Особого внимания заслуживают два участка расположения гидрогеологических скважин 538 и 539, где отмечены повышенные концентрации трития, достигающие 760 и 200 Бк/кг, соответственно. При этом в этих скважинах, по сравнению с другими скважинами, отмечены более высокие значения концентрации 137Cs и 90Sr. Исходя из гидрогеологических условий, существующих в настоящее время, поступление техногенных радионуклидов с подземными водами к этим скважинам происходит с трещинно-жильными водами по двум основным направлениям. К скважине 538 загрязненный поток перемещается по зоне Чинрауского разлома со стороны «боевой» скважины 1080. Скважина 538 расположена в пределах локальной области разгрузки. Образование данной области, скорее всего, связано с последствиями ПЯВ, проведенного в скважине 1080, расположенной в пределах зоны влияния регионального разлома. Наличие повышенных значений трития в скважине 539, предположительно, обусловлено перемещением загрязненных вод по зоне влияния Каражирского разлома от «боевой» скважины 1071 [68], но и они радиационной опасности не представляют.

3.2 Выявление каналов поступления загрязненных тритием подземных вод в воды реки Шаган

Единственным поверхностным водотоком на территории Семипалатинского полигона является маловодная река Шаган с притоком р. Ащису. Она протекает вдоль восточной границы СИП и является левобережным притоком реки Иртыш. Площадь водосбора левобережной части площадки, где расположены испытательные скважины, составляет примерно 900 км2.

По результатам проведенных в 2011 г. исследований было установлено, что удельная активность 3H в водах искусственного так называемого «Атомного» озера, созданного с помощью мирного ядерного взрыва в 1965 г, находится в интервале значений 20 -60 Бк/кг. Значения удельной активности 137Cs, 90Sr и 239+240Pu находятся ниже минимально-детектируемой активности используемых средств измерений, равной 0,02, 0,06 и 0,019 Бк/кг соответственно. То есть, содержание радионуклидов в реке на этом участке не превышает допустимых значений для питьевой воды [67].

После выхода реки за пределы «Атомного» озера наблюдается существенное повышение концентрации трития в воде. Исследования показали, что основным источником радиоактивного загрязнения являются подземные воды, разгружающиеся в реку Шаган на территории площадки «Балапан» [72]. Содержание 3H в воде здесь изменяется как в течение сезона, так и между отдельными годами в зависимости от количества осадков в текущем году, дебита водотока и других климатических и гидрогеологических факторов. Максимальное значение концентрации трития было зафиксировано в 2009 году на отметке 4,4 км от «Атомного» озера, где оно составило 700 кБк/кг, что почти в 100 раз превышает установленный ГН СЭТОРБ [67] уровень вмешательства (7,6 кБк/кг) по содержанию в питьевой воде. В дальнейшем по течению наблюдается постепенное снижение концентрации трития в реке. В месте слияния реки Шаган с рекой Иртыш содержание трития не превышает 50 Бк/кг [66].

За последние годы нами проведено уточнение геологического строения и гидрогеологических условий на участке разгрузки загрязненных тритием подземных вод. По геофизическим данным на участке выделены две тектонические зоны - северная и южная. Особое внимание было уделено изучению состояния подземных вод на правом (северо-восточном) берегу реки. Исследования показали, что по одной из тектонических зон происходит миграция загрязненных тритием подземных вод в юго-восточном направлении на территорию правого берега реки и далее за границы площадки «Балапан». Концентрация трития на данном участке достигает 140 кБк/кг [66].

В табл. 13 представлены результаты анализов проб воды отобранных из пробуренных гидрогеологических скважин в разные годы.

Таблица 13 - Участок Шаган. Общие данные по скважинам

№ скв.	Год отбора	Глубина скв., м.	УГВ, м.	137Cs, Бк/кг	90Sr, Бк/кг	239+240Pu, Бк/кг	3H, кБк/кг
25Р	2009	60	7,5	<0,01	<0,01	-	0,8
26Р	2009	30	0,8	<0,01	<0,01	-	2,5
27Р	2009	48	2,5	<0,02	0,08	-	140
28Р	2010	35	2,1	<0,01	<0,01	<0,00251	0,45
29Р	2010	81	6,3	<0,01	<0,005	<0,004	1,5
1К	2010	65	2,9	<0,01	<0,01	-	0,15
2К	2010	30	3,7	<0,01	<0,01	-	0,05
3К	2010	31	1,0	<0,01	<0,01	-	0,13
4К	2010	30	-	<0,01	<0,004	<0,0019	0,025
51Р	2011	55	5,0	<0,1	-	<0,0014	0,35
52Р	2011	72	3,5	<0,01	<0,0059	<0,001	1,5
53К	2011	61	25,0	<0,03	-	<0,0015	10,0
54К	2011	7	1,9	<0,1	-	<0,00083	9,5

- измерения не проводились

Полученные данные об уровне содержания 137Cs, 90Sr и 239+240Pu в воде показали, что концентрации данных радионуклидов находятся ниже предела обнаружения используемых методик и аппаратуры и составляют по 137Cs< 0,01 Бк/кг, 90Sr< 0,01 Бк/кг, по 239+240Pu<0,002 Бк/кг. Содержание трития в подземных водах изменяется в широком диапазоне значений от 0,05 до 140 кБк/кг.

На рисунках (рис. 28 а и 28 б) показано распространение трития в подземных трещинных водах на исследуемом участке.

Рисунок 28. Содержание трития (кБк/кг) в подземных водах в пробуренных скважинах: а) 2009-2010 гг.; б) в 2011 г.

Особенности характера распространения трития на участке разгрузки становится более понятными при рассмотрении характера его распространения по каждому берегу в отдельности.

Левый берег. Трещинные воды

Для изучения трещинных вод на левом берегу пробурено 6 колонковых скважин глубиной от 48 до 76 м. По данным анализов концентрация трития в пробах подземных вод, отобранных из скважин в 2009 - 2011 гг., расположенных в пределах Жананской зоны смятия, изменяется от 1,5 кБк/кг (скв. 52Р) до 10 кБк/кг (скв. 53К), в единичном случае зафиксировано повышенное содержание трития до 140 кБк/кг (скв. 27р). По скважинам, пройденным в 2009 - 2011 гг. в пределах развития вулканогенно-осадочных пород кокпектинской свиты нижнего карбона, содержание трития в подземных водах не превышает 0,8 кБк/кг (скв. 25р).

При удалении от северо-восточной границы зоны смятия, содержание трития в трещинных водах несколько снижается. В скважинах 51Р и 19р пробуренных в 3,5 км и 11 км концентрация трития снизилась до 0,11 кБк/кг (скважина 19р). Судя по тому, что максимальные значения концентрации трития в поверхностных водах реки гораздо больше значений полученных по результатам опробования трещинных вод, становится очевидным то, что основная трещинно-жильная структура расположена между скважинами 25р и 28р, расстояние между которыми 1,5 км. При этом, скорее всего, на изучаемом участке имеет место еще ряд подобных пока не выявленных структур.

Правый берег

Для изучения трещинных вод на правом берегу пробурено 8 колонковых скважин глубиной от 25 до 64 м. Концентрация трития в пробах подземных вод, отобранных из скважин расположенных в пределах Жананской зоны смятия, изменяется от 9,5 кБк/кг (скв. 54К) до 140 кБк/кг (скв. 27Р). Обращает на себя внимание то, что от скважины 27Р по направлению к скважине 53К происходит существенное снижение концентрации трития, что свидетельствует о том, что основной канал поступления трития на правый берег находится в пределах скважины 27Р. Данные по скважине 54К показали, что за границами площадки «Балапан» на расстоянии 2 км концентрация трития в трещинных водах остается еще достаточно высокой и достигает 10 кБк/кг [72].

Наличие трития в подземных водах на правом берегу реки напрямую связано с поступлением загрязненных вод с левого берега. По результатам буровых и геофизических работ, проведенных на исследуемом участке в 2011 году, уточнен рельеф кровли водоносного горизонта (рис. 29).

Рисунок 29. Карта изогипс кровли водоносного горизонта

Полученные данные дают основания утверждать, что основным источником поступления загрязненных тритием подземных трещинных вод являются блоки пород, вмещающие центральные зоны взрывов в «боевых» скважинах 1087, 1058, 1414, 1053, 1083 и 1075. Участок расположения данных скважин находится в пределах впадины в скальном фундаменте, перекрытым неогеновыми глинами мощностью до 70 м. В результате чего подземные воды, распространенные в пределах данной впадины имеют напорный характер. В свою очередь, напорный характер обуславливает упругие запасы подземных вод, что создает благоприятные условия для активного обводнения центральных зон ПЯВ и вымыванию техногенных радионуклидов в водоносный горизонт.

По данным [54] распространение радионуклидов в пределах впадины имеет следующий характер. Так, в скважине 12а, пробуренной в 200м от «боевой» скважины 1414 концентрация в подземных водах 3Н превышала 3000 кБк/кг, 90Sr 120 Бк/кг. В скважине 13а, пробуренной в 2 км от скважины 1414, содержание трития упало до 20 кБк/кг, а 90Sr до 32 Бк/кг. В то же время, в скважине 11а пробуренной в пределах впадины на расстоянии 500 м от «боевых» скважин 1083 и 1053, содержание 3Н составило всего 5 кБк/кг, а 90Sr 0,01 Бк/кг. Кроме наличия крупных тектонических разломов на участке, условия для движения загрязненных подземных вод в сторону реки Шаган создают особенности формы описанной выше впадины. По рис. 28 видно, как юго-восточное крыло впадины пересекает русла реки и выходит далее на правый берег. Как было выше сказано, высоких концентраций радионуклидов в скважинах 52Р и 29Р, пробуренных в пределах юго-восточного крыла впадины не обнаружено, что лишний раз подтверждает, что загрязненные подземные воды перемещаются к реке не сплошным фронтом, а по серии обособленных каналов, приуроченных к зонам тектонических разломов.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Анализ данных по пространственному и временному распространению техногенных радионуклидов в подземных водах на площадке «Дегелен»

Результаты многолетнего радионуклидного мониторинга штольневых вод показали, что удельная активность радионуклидов в каждом потоке длительное время остается относительно стабильной. Концентрация радионуклидов, поступающих с водой на поверхность, в решающей степени зависит от интенсивности потока. Например, максимальная концентрация 137Cs, достигающая 600-700 Бк/кг, обнаружена в воде штольни 504, а большее количество выносится из штолен 104, 609 и 511, где концентрация ниже, но расход воды больше. Максимальную концентрацию трития (до 1600-1900 кБк/кг) имеет поток из штольни 177. Однако наибольшим фактором загрязнения часто являются мощные потоки из штолен 104, 176 и 511. Если сравнить графики ежемесячной суммарной интенсивности потоков (рис. 10) и месячного количества 137Cs, выносимого потоками то можно наглядно проследить прямую зависимость между этими величинами.

На рис. 10 можно отметить, что в период закрытия штолен количество 137Cs, выносимого потоками на поверхность, неуклонно уменьшалось. Это связано не только с уменьшением интенсивности потоков (рис. 8), но и снижением концентрации 137Cs в потоках благодаря проведенному запечатыванию порталов штолен. Уменьшению содержания цезия в воде потоков, вероятно, способствуют процессы сорбции. Действительно, перед появлением потока на поверхности вода фильтруется сквозь запечатывающие конструкции, в составе которых присутствует глинистые и илистые частицы.

Процесс радиоактивного загрязнения подземных и поверхностных вод на испытательной площадке «Дегелен» продолжается и, по данным радионуклидного мониторинга, имеет относительно стабильный характер. При этом, практически, полная очистка штольневых вод от 90Sr, 137Cs и 239+240Pu происходит в непосредственной близости от штольни.

В подземных водах, распространенных внутри горного массива Дегелен, уровни содержания 90Sr и 137Cs не превышает допустимых значений для питьевой воды. В то же время концентрация трития достигает 260 кБк/кг.

Концентрация техногенных радионуклидов в воде родников достигает следующих величин: 90Sr до 125 Бк/кг; трития до 200 кБк/кг, что значительно превышает допустимые уровни для питьевой воды. Содержание 137Cs не превышает 2 Бк/кг

Распространение техногенных радионуклидов с потоками подземных вод за пределы горного массива Дегелен имеет неоднозначный характер. В большинстве отмеченных случаев пути миграции имеют жильный (паутинообразный) вид, реже имеет место загрязнение подземных вод на локальных участках. При этом основные потоки загрязненных подземных вод приурочены к руслам временных и постоянных поверхностных водотоков. При этом, загрязненные подземные воды выходящие за пределы гор Дегелен в юго-восточном направлении по долине ручья Узынбулак и южного направления по долинам ручьев Байтлес и Тохтакушук локализованы в пределах их локальных водосборных бассейнов и дальнейшего распространения не имеют (даже по зонам тектонических разломов). За границами горного массива Дегелен уровни концентрации техногенных радионуклидов (кроме 3Н) радиационной опасности не представляют и не превышают допустимых значений для питьевой воды.

В горном массиве Дегелен выделяются следующие типы вод: поровые воды современных делювиально-пролювиальных отложений, пользующиеся ограниченным распространением; поровые воды аллювиально-пролювиальных отложений, в том числе, подрусловые воды и трещинные воды палеозойских пород. В ряде долин, особенно в предгорной части, отмечаются отложения водоупорных неогеновых глин. Они разделяют области развития поровых и трещинных вод. В остальных случаях поровые и трещинные воды имеют непосредственную связь друг с другом. Об этом свидетельствуют примерно одного уровня значения концентрации трития. За пределами границ гор Дегелен в пониженных местах происходит выклинивание подземных потоков на поверхность земли с образованием сравнительно обширных участков с влаголюбивой растительностью. Именно здесь, в условиях сухой ветреной погоды, происходит расходование подземных вод на транспирацию растениями и на испарение.

Анализ данных по пространственному и временному распространению техногенных радионуклидов в подземных водах на площадке «Балапан.»

Результаты исследований на площадке Балапан показали, что высокие концентрации 90Sr и 137Cs в подземных водах можно наблюдать только в непосредственной близости от центральных зон ядерных взрывов. При удалении от устья «боевых» скважин на 300 м, концентрация радионуклидов снижается до уровня порядка мБк/кг. Таким образом, по имеющимся данным можно считать, что каких-либо особенностей в характере распространения 137Cs и 90Sr в подземных водах пока не установлено. В тоже время концентрация трития в подземных водах изменяется в широком диапазоне значений от минимально-детектируемой активности (7 Бк/кг) до максимальных значений достигающих 5 мБк/кг.

Основными носителями радиоактивных продуктов ПЯВ на площадке «Балапан» являются трещинные и трещинно-жильные подземные воды. Характер распространения техногенных радионуклидов в подземных водах имеет следующие особенности:

137Cs. Во всех исследуемых пробах воды концентрация 137Cs не превысила допустимых значений для питьевой воды. Максимальные значения концентрации 137Cs (4 Бк/кг) были обнаружены в гидрогеологической скважине 1А, расположенной в 50 м от “боевой” скважины 1056.

90Sr. На большей части территории площадки значения концентрации 90Sr в подземных водах не превышают 1,0 Бк/кг, что не превышает допустимых значений для питьевой воды. Максимальная концентрация 90Sr, 1240 Бк/кг, была установлена в скважине 1А. При удалении от “боевых” скважин на первые сотни метров содержание этого радионуклида снижается до уровней порядка мБк/кг. Таким образом, каких либо особенностей в характере распространения 137Cs и 90Sr не выявлено из-за их низких значений концентраций.

239+240Pu. Содержание 239+240Pu в подземных водах на исследованных участках не превышает МДУА, равной 0,002 Бк/кг.

3Н. Является основным источником загрязнения подземных вод. Концентрация 3H в подземных водах изменяется в широком диапазоне значений от минимально-детектируемой активности равной до 4760 кБк/кг.

Максимальная концентрация трития 4760 кБк/кг установлена на участке “Северный” в скважине 17А, расположенной в 950 м от “боевой” скважины 1308.

На участках “Северо-восточный”, “Юго-западный” и “Заречье” отмечено заметное снижение содержания трития при удалении от “боевых” скважин (на расстояниях до 2 км концентрация трития снижается до допустимого уровня для питьевой воды).

Стоит отметить участок “Центральный”. Основной чертой данного участка является наличие низких, не превышающих допустимых значений для питьевой воды, концентраций не только 137Cs и 90Sr, но и трития. И это несмотря на то, что гидрогеологические скважины расположены в непосредственной близости от 5 “боевых” скважин. При анализе данных отмечено, что на этом участке, несмотря на низкое содержание трития, так же прослеживается уменьшение его содержания в подземных водах с увеличением расстояния от центральных зон ПЯВ.

Таким образом, характер миграции трития с подземными водами на площадке «Балапан», в основном, зависит от геолого-гидрогеологических условий на участках проведения ПЯВ и наличия региональных разломов. В целом, можно отметить, что за прошедшие годы после прекращения ядерных испытаний на площадке «Балапан» существенного радиоактивного и масштабного загрязнения подземных вод не наблюдается.

Данные, полученные в результате исследований на участке работ, позволяют объяснить общую схему механизма поступления загрязненных тритием подземных вод в воды реки Шаган.

Основным источником трития являются центральные зоны ПЯВ, проведенных в «боевых» скважинах 1087, 1058, 1414, 1053, 1083 и 1075. Одним из возможных фактором, обуславливающим движение трещинных вод от «боевых» скважин в сторону реки, являются особенности форм палеорельефа, контролирующие условия распространения радиоактивно загрязненных подземных вод.

По результатам исследований характера миграции техногенных радионуклидов с подземными водами выявлены следующие особенности:

основная разгрузка радиоактивно загрязненных подземных вод с площадки «Балапан» в поверхностные и поровые воды происходит на участках выклинивания относительного водоупора - глин неогена (в эрозионных “окнах”).

в пределах восточной границы площадки «Балапан» установлена локальная зона разгрузки радиоактивно загрязненных подземных вод в поверхностные воды реки Шаган. Зона разгрузки структурно приурочена к Жананской зоне смятия. Концентрация трития в реке Шаган на данном участке достигает 700 кБк/кг (концентрация 137Cs и 90Sr не превышает МДУА). Концентрация трития в пробах воды, отобранных из гидрогеологических скважин, пробуренных на правом берегу р.Шаган, достигает 140 кБк/кг.



Глава 4. Прогнозная оценка радиоактивного загрязнения подземных вод на площадках «Дегелен» и «Балапан»

4.1 Лабораторные исследования по изучению сорбционных свойств горных пород распространенных на СИП

Как было выше отмечено, в настоящее время выход радионуклидов за пределы радиоактивных зон ПЯВ на СИП происходит за счет водной миграции радионуклидов. При этом основным носителем радионуклидов служат трещинно-жильные воды, приуроченные к зонам повышенной трещинной тектоники, и порово-трещинные воды, сливающиеся в ручьи и вытекающие через основное сечение штолен. Так как подземные воды перемещаются по системам петрогенетических и техногенных трещин, то с практической точки зрения для радиоэкологического прогнозирования и разработки математической модели миграции радионуклидов с подземными водами, представляется необходимым в первую очередь изучить характер сорбции радионуклидов на плоскостях трещин вмещающих горных пород.

Исследованию сорбции цезия 137Cs, горными породами посвящен целый ряд работ. Так в работе [73] исследовалась сорбция 137Cs на плоскостях гранита в масштабах 10-100 м, и было установлено, что 137Cs и 86Rb прочно и полностью удерживаются гранитной породой на плоскостях трещин такого масштаба. Исследование сорбции-десорбции 137Cs с изотопным носителем в динамических условиях через колонку с дробленой породой показало, что коэффициент распределения зависит от дисперсности частиц гранита и находится в интервале значений 11-34 см3/г [74]. Изучалась также удерживающая способность гранита при потоке растворов различного состава и содержащих 137Cs, через раздробленный гранит [75]. В работах [50,76] было показано, что основным минералом гранита и диорита, ответственным за сорбцию 137Cs и Sr, является примесный минерал биотит. Для изучения сорбционных свойств породообразующих минералов 50 были проведены исследования на образцах гранита, отобранных из зоны дробления и трещинноватости в штольне 504, образовавшейся в результате проведения ПЯВ. Было установлено, что для минералов, входящих в состав гранита, наблюдается следующий ряд уменьшения сорбируемости 137Cs: биотит> магнетит> полевой шпат> кварц. Повышенная сорбционность обуславливается хорошо развитой спайностью и системой микротрещин данных примесных минералов. Эти выводы были в последующем подтверждены в работе [76], там же было показано, что коэффициенты распределения больше в деионизованной воде, чем в искусственной морской воде. В большинстве указанных работ применялись модельные растворы, имитирующие природную грунтовую и морскую воду, а также дистиллированную и деионизованную воду. Работая в условиях Семипалатинского полигона, нам представлялось целесообразным и необходимым использовать реальную грунтовую воду, вытекающую из центральной зоны одного из ПЯВ и содержащую такой радионуклид, как 137Cs.

При проведении исследований решались следующие задачи:

Изучение сорбционных свойств различных горных пород массива Дегелен при контакте с модельными растворами и реальной грунтовой радиоактивной водой.

Оценка сорбции-десорбции радионуклидов на мелкодисперсных и на крупнообломочных образцах горных пород, имитирующих сорбцию на плоскостях в трещинах горных пород.

4.1.1 Экспериментальная часть

Для проведения лабораторных исследований по изучению удерживающей способности пород относительно радионуклидов использовались образцы гранита с бывшего Семипалатинского полигона, взятых из штольни 133, альбитизированного гранита (штольня 511), кварцевого порфира (штольни 110 и Е-2) [1] и диорита.

Исследование некоторых физических параметров пород (пористость, проницаемость) выполнены по общепринятым методикам. Пористость гранита и кварцевого порфира определялась на основании данных по водопоглощению в зависимости от времени в широком интервале величин размера образцов породы с последующим водонасыщением при прогреве системы вплоть до температуры кипения водной фазы.

Изучение сорбционной способности гранитов и кварцевых порфиров относительно радионуклидов 137Cs и 90Sr проводилось в статических условиях при использовании дробленых образцов породы различной степени дисперсности и в зависимости от времени контакта фаз. Соотношение фаз Ж: Т варьировалось от 100 до 200. В качестве водной фазы использовалась соответствующая водная вытяжка из породы. По завершении экспериментов по сорбции радионуклидов проводилось разделение фаз центрифугированием и после добавления к твердой фазе раствора, идентичного по составу сорбату, но не содержащего радионуклиды, изучался процесс десорбции радионуклидов с твердой фазы. Величина рН равновесных растворов в экспериментах по сорбции на кварцевом порфире и граните составила 7,57,7, рН растворов в экспериментах с альбитизированным гранитом - 7,98,0.

Предварительно для изучения сорбируемости 137Cs на плоскостях гранита и диорита (образцы с малой удельной поверхностью порядка 0,1м2/кг) были проведены опыты в статическом режиме без перемешивания. Гранитная порода, слагающая горный массив Дегелен, содержит 45-55% калиевого полевого шпата, 25-30% кварца, 10% плагиоклазов, 5-7% темноцветных рудных минералов и слюд. Диорит состоит из таких минералов как плагиоклаз (андезин, олигоклаз) до 70%, роговая обманка -20% и биотит -10%. В эксперименте использовалась содержащая, в основном, 137Cs и 90Sr вода, отобранная из ручья, вытекающего из портала штольни 504 (взрыв 29 октября 1968 г, горный массив Дегелен [1]). Химический состав воды (мг/л) следующий: Са2+ =107±20; Mg2+ =109±7; Na+ = 49 ±3, K+ =57±3 Cl-1 =12,8±0,8; SO-24 =763±60; CO-23 ?0,6; HCO-13 =2,3±1,8; рН=5,5. Эта вода - наиболее кислая из всех штольневых вод массива Дегелен и в ней наиболее высока концентрация сульфат-аниона. Чистые кусочки гранита и диорита размером по 3-5 см., с геометрически измеренной поверхностью ~ 0,1 мІ, массой 1 кг заливались водой из штольни 504, объемом 10 л, с удельной активностью 137Cs 440 Бк/л, 90Sr -~60 Бк/л. Периодически отбиралась проба воды и определялось содержание 137Cs методом -спектрометрического анализа. Эксперимент продолжался до наступления квазиравновесия (постоянства удельной активности в растворе) в течение 5 суток.

Затем большей продолжительности эксперименты в зависимости от концентрации 137Cs и состава раствора были проведены с крупными образцами (кусочками) диорита такого же размера, а в качестве жидкой фазы опять использовалась вода из штольни 504. Были приготовлены три раствора: раствор 1 -вода из штольни 504 объемом 20 л, раствор 2 состоял из 10 л пробы воды штольни 504 и 10 л дистиллированной воды, раствор 3 приготовили из 5 л пробы воды штольни 504 и 15 л дистиллированной воды, соотношение Т: Ж=1:20. Эксперимент проводился в течение 70 суток до полного постоянства концентрации 137Cs в растворе. Необходимо заметить, что удельная активность 137Cs в ручье из штольни в течение сезона не была постоянной и во второй серии экспериментов удельная активность 137Cs составляла 565 Бк/л.

Погрешность измерения 137Cs при экспозиции 1 час составляла не более 10 % , содержание 90Sr не определялось. Измерения проводились в соответствии с методикой выполнения измерений на гамма-спектрометре №5.06.001.98 РК.

4.1.2 Результаты и обсуждение

Проницаемость по воздуху монолитных образцов гранита, измеренная для пластин толщиной 5 мм, составила 1,3.10-12см21,5.10-13см2 , проницаемость пластин кварцевого порфира толщиной 5,25,8 мм, составила величину менее (27).10-15см2. Проницаемость образца кварцевого порфира с трещинами, залеченными кальцитом, составила 2.10-12см2. Проницаемость, измеренная по воздуху, может соответствовать величинам коэффициентов гидравлической проводимости для гранита (10,12).10-4м/сут., для монолитного образца кварцевого порфира (26).10-7м/сут., а порфира с прожилками кварцита 2.10-4м/сут. Поэтому монолитные образцы гранитов и кварцевых порфиров могут обладать достаточно высоким гидравлическим сопротивлением, а наличие открытой пористости может обусловить увеличение активной поверхности для сорбционного удержания радионуклидов.

Сорбция 137Cs на образцах дробленого кварцевого порфира при малых временах контакта фаз (2 час 1 сут.) характеризовалась одинаковыми значениями коэффициента распределения в пределах разброса экспериментальных данных для различных соотношений фаз и практически не зависела от дисперсности твердой фазы в интервале размеров частиц от 0,1-0,25 мм до 1-2 мм. Квазиравновесное состояние устанавливалось за 7 суток независимо от дисперсности породы. Величина КD при сорбции на кварцевом порфире составляла величину 6080 см3/г.

Сорбция 137Cs на образцах дробленого гранита характеризуется коэффициентами распределения 3050 см3/г и в пределах разброса ...