Пространственные закономерности локализации радионуклидов на территории Новой Москвы и их связь с неотектоническими структурами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пространственные закономерности локализации радионуклидов на территории Новой Москвы и их связь с неотектоническими структурами

А.С. Гусева

С.А. Устинов

В.А. Петров

Аннотации

На основе результатов аэрогамма-спектрометрической съёмки проведён анализ распределение радионуклидов на территории Новой Москвы. Создана цифровая модель рельефа и на её основе проведён линеаментный анализ. Это позволило установить связь между закономерностями распределения радионуклидов и каркасом неотектонических структур.

Ключевые слова: Новая Москва, линеаментный анализ, распределение радионуклидов

A.S. Guseva, S.A. Ustinov, V.A. Petrov

Spatial regularities of radionuclides localization at the New Moscow territory and their relations with neotectonic structures

Abstract. On the basis of aerogamma-spectrometric survey results the distribution of radionuclides on the territory of New Moscow was analyzed. The digital evaluation model was created and using it the lineament analysis was carried out. It made possible to reveal relations between the regularities of radionuclides distribution and neotectonic structures.

Keywords: New Moscow, lineament analysis, distribution of radionuclides

Введение

В последнее время большое внимание уделяется современной радиоэкологической обстановке в мире. Это связано с развитием промышленности, строительством и эксплуатацией АЭС и предприятий ядерной энергетики, участившимися случаями аварий на объектах атомной промышленности. В настоящее время организуется сеть наблюдений, проводящих контроль радиационного фона окружающей среды. Однако радиационная обстановка складывается не только за счёт искусственных радионуклидов, но и радионуклидов естественного происхождения. В связи с этим сейчас проводится множество исследований, направленных на выявление причин и закономерностей распределения радионуклидов.

В представляемой работе рассматриваются пространственные закономерности локализации радионуклидов на территории Новой Москвы. "Новая Москва" - юго-западная часть Московской области (включая городские и сельские поселения из Ленинского, Наро-Фоминского и Подольского районов), вошедшая в состав города Москвы в 2012 г.

Объект исследования расположен в пределах платформы, где, как известно, отсутствуют интенсивные движения земной коры. Тем не менее, даже незначительные подвижки и неоднородности тектонического поля напряжений и деформаций могут оказывать существенное влияние на окружающую среду и быть решающим фактором при территориальном планировании размещения объектов инфраструктуры. Поэтому авторами была составлена неотектоническая схема Новой Москвы, на которой отчётливо проявился неотектонический разлом, проходящий с северо-востока на юго-запад через центр территории. Как известно, в строении любого тектонического разлома можно выделить так называемую область динамического влияния. Она представляет собой часть окружающего разрыв пространства, на котором фиксируются следы остаточных и упругих деформаций, вызванные формированием разлома и подвижками по нему [4]. Также следует упомянуть о геохимическом воздействии зон разломов. Вокруг разломной структуры могут формироваться геохимические аномалии, оказывающие негативное воздействие на биоту и здоровье людей. В связи с этим решение задачи выявления пространственных закономерностей распределения радионуклидов, особенно в контексте реконструкции их связи с неотектоническими структурами является значимым.

Проведение подобного исследования для территории Новой Москвы представляется актуальным, так как ранее (до 2012 г.) должного внимания изучению геоэкологического состояния юго-запада Московской области не уделялось. Вследствие активного развития территории, реализация проектов функционального зонирования и застройки рассматриваемой площади, проводимые исследования являются крайне важными. Благодаря подобным изысканиям можно дать не только оценку геоэкологического состояния территории, но и рекомендации по размещению объектов инфраструктуры.

Линеаментный анализ

Изучение современных движений земной коры показывает, что территория Новой Москвы продолжает жить относительно активной, учитывая ее платформенное положение, неотектонической жизнью. Новейшие измерения продемонстрировали, что в настоящее время Смоленско-Московская возвышенность, в пределах которой расположена северо-западная часть Новой Москвы, испытывает подъем с амплитудой 1-8 мм в год. Так же испытывает локальный подъём и Теплостанская возвышенность, расположенная в пределах юго-восточной части объекта [1].

В региональном масштабе территория Новой Москвы расположена на южном крыле Московской синеклизы, в пределах которой выделяют структуры II, III, IV порядков. Синеклиза разбита разломами на несколько неотектонических блоков. Вся территория города Москвы охватывает три блока: Подольский (на юге), Рузский (на северо-западе) и Северный. Территория Новой Москвы расположена в пределах Подольского структурного блока, который является структурой II порядка. Западнее территории расположен Рузский структурный блок, а севернее - Северный блок. На севере описываемой территории отмечается разлом восток-северо-восточного простирания, разделяющий все три этих крупных блока.

Внутри Подольского структурного блока выделяют структуры III порядка - Троицкий и Климовский структурные блоки, разделенные разломом северо-восточного простирания. Северо-западная часть территории Новой Москвы относиться к Троицкому блоку, а юго-восточная - к Климовскому блоку (рис. 1). Троицкий блок на этапе современной тектоники находится в режиме поднятия относительно Климовского, а Климовский, наоборот, опускается относительно Троицкого структурного блока.

Кроме того, в пределах рассматриваемой территории выявляются локальные неотектонические структуры (IV порядок). Они представлены локальными поднятиями и впадинами, а также серией небольших линейных структур. В центральной части Троицкого структурного блока отмечаются четыре локальных поднятия. В Климовском блоке выделены четыре локальных структуры (три поднятия и одна впадина). Впадина локализована в северной части блока, два поднятия, одно из которых охватывает городское поселение Троицк, располагаются в центральной части, а третье поднятие отмечается в юг-юго-западной части.

Для детализации и выявления всех элементов тектонического строения, влияющих на условия хозяйственного освоения рассматриваемой территории, авторами был проведён детальный линеаментный анализ на основе создания цифровой модели рельефа (ЦМР). Исходные данные для построения ЦМР были получены с помощью глобальной сети Интернет с сайта Геологической службы США (http://earthexplorer.usgs.gov/). В работе использовалась ЦМР, построенная по результатам спутниковой съемки SRTM. Линейные структуры отчетливо обособляются на ЦМР за счёт прямолинейности простирания отдельных элементов и подчеркиваются спрямленными участками глубоко врезанных долин рек и эрозионно-тектонических уступов. В результате анализа ЦМР была получена карта линеаментной сети территории Новой Москвы (рис. 2).

Благодаря построению схемы линеаментной сети удалось выявить следующие структурные особенности изучаемой площади. Из схемы видно, что простирание линеаментов характеризуется преимущественно северо-восток-юго-западными и северо-запад-юго-восточными ориентировками. Однако система северо-восточного простирания, протягивающаяся через центр территории, является наиболее выраженной. Кроме того, в пределах Новой Москвы можно выделить более мелкие по протяжённости линеаменты субширотного и сумеридионального простираний, которые являются оперяющими относительно структур, формирующих главные линеаментные системы.

Проведение линеаментного анализа позволило выявить не только незначительные по протяжённости линейные неотектонический структуры, но и подтвердить наличие крупного неотектонического разлома северо-восточного простирания, проходящего через центр территории, и разделяющего объект на два структурных блока (см. рис. 1, 2). При проведении геоэкологической оценки, наличие такой крупной неотектонической структуры не должно оставаться без внимания, так она оказывает влияние не только на проявление различных геологических процессов, но и на жизнь и хозяйственную деятельность людей.

Общая характеристика распределения радионуклидов на территории Новой Москвы

В данном исследовании рассматривалось распределение следующих радионуклидов: тория-230, урана-238, калия-40 и цезия-137 (рис. 3). Причины наличия тория-230, урана-238 и калия-40 могут быть как естественные, так и антропогенные. Цезий-137 является радионуклидом искусственного происхождения. Предполагается, что закономерности его распределения связаны с распространением радиоактивного следа аварии на Чернобыльской АЭС (постепенно с запада на восток плотность загрязнения цезием-137 уменьшается). Поэтому пространственные закономерности распределения радиоактивного цезия и его связь с линейными неотектоническими структурами не рассматривалась.

Фактическим материалом работы являлись карты, полученные по данным аэрогамма-спектрометрической съёмки (АГС). Съёмка осуществлялась ГНПП "Аэрогеофизика" (г. Москва). АГС отражает усредненные по площади содержания естественных и искусственных радиоактивных элементов. В процессе проведения таких съёмок выполняется гамма-спектральный анализ, и информация предоставляется по пяти каналам: общему, урановому (238U), ториевому (230Th), калиевому (40K) и цезиевому (137Cs) [5].

На рассматриваемой площади распределение урана-238 неравномерное, значения содержаний изменяются в пределах от 1,510-4% до 210-4%. Участки с максимальными значениями носят локальный характер и наблюдаются, в основном, по долинам рек (Черничка, Моча, Пахра, Десна, Незнайка, Ликова)

Содержание тория-230 на территории Новой Москвы колеблется в большом диапазоне: от 1,4Ч10-4 % до 11,9Ч10-4 %. В распределении этого радионуклида прослеживается чёткая закономерность. Выделяется линейный участок в центральной части объекта, протягивающийся полосой с севера на юг. В целом наиболее высокие значения наблюдаются по долинам рек и их притоков.

Калий-40 слабо подвижен в любой геохимической обстановке [8]. Содержание этого элемента на изучаемой территории находится в пределах от 0,5 до 2,3%. Постепенно с запада на восток содержание калия-40 увеличивается. Особенно ярко эта закономерность прослеживается вдоль рек Черничка, Моча, Пахра, Десна, Сосенка.

Полученные результаты сопоставлялись с фоновыми содержаниями радионуклидов, характерными для территории Европейской части России (ЕЧР) [7], к которой принадлежит и территория Новой Москвы (табл. 1). Максимальные значения содержаний изученных радионуклидов на территории Новой Москвы в 1,5-2 раза превышают фоновые содержания. Области, характеризующиеся максимальными значениями, являются потенциально радиационно опасными. В связи с этим ранее авторами были построены комплексные геоэкологические карты, отражающие наименее благоприятные участки изучаемого объекта, в отношении радиационной обстановки [3].

В рамках данной работы была проведена попытка выяснения причин наличия участков с максимальными значениями радионуклидов. Особое внимание было уделено тектоническому фактору, а именно неотектоническим линейным структурам, выявленным при линеаментном анализе.

Таблица 1

Сравнение максимальных значений содержаний радионуклидов на территории Новой Москвы с фоновыми содержаниями Европейской части России (ЕЧР)

Закономерности распределения радионуклидов и их связь с неотектоническими структурами

Сопоставление участков максимальных значений элементов с источниками потенциально возможного радиационного воздействия (полигоны ТБО, заводы, научные центры, Обнинская АЭС) не выявило никаких существенных закономерностей. Поэтому было проведено изучение более полного спектра природных и антропогенных причин.

В ходе проведенного анализа были установлены следующие закономерности. Распределение урана в большинстве случаев связано с его геохимическими особенностями (уран хорошо сорбируется глинистыми частицами). Максимальные содержания элемента соотносятся с четвертичными отложениями, которые представлены суглинками. Распределение содержаний калия носит как природный, так и антропогенный характер. Например, использование удобрений на сельскохозяйственных полях способствует загрязнению радиоактивным калием, и его аккумуляции в отрицательных формах рельефа. При сопоставлении распределения тория с геоморфологическими особенностями территории наблюдается следующая закономерность: максимальные значения элемента приурочены к возвышенным участкам территории. Попытка соотнесения распространения областей наиболее высоких значений тория с типом почвенного покрова пока не позволила выявить каких-либо закономерностей и связей.

Геохимическое воздействие разломных зон проявляется в том, что над ними часто устанавливаются линейные аномалии эманаций природных газов, таких как радон, гелий, аргон, азот, метан, углекислый газ, пары металлов (ртуть, кадмий, мышьяк, селен), летучие соединения тяжелых металлов, цианиды, углеводороды [6]. Вследствие этого наличие выявленных линеаментов может маркироваться геохимическими аномалиями рассматриваемых радиоактивных веществ.

Как уже было показано выше, на севере территории выделяется разлом восток-северо-восточного простирания, разделяющий три крупных неотектонических блока (Подольский, Рузский и Северный) (см. рис. 1) и маркируемый линеаментами, вдоль которых наблюдаются повышенные значения урана по сравнению с остальной территорией Новой Москвы. Кроме того, относительно высокие концентрации урана наблюдаются в местах пересечения линеаментов, выявленных по прямолинейным участкам долин рек Десна, Пахра, Моча, с крупным неотектоническим разломом северо-восточного простирания.

Сопоставление тектонических и геологических факторов не выявило никакой связи с распределением содержаний калия. Соответственно, его наличие на территории объясняется преимущественно антропогенными причинами.

Наибольший интерес с точки зрения неотектоники представляет распределение содержаний тория. В большинстве случаев повышенные значения тория в пределах территории Новой Москвы соотносятся с выделенными линейными структурами и линеаментами, а также с крупным протяженным по меридиану неотектоническим разломом. Можно предположить, что максимальные содержания тория на исследуемой территории связаны с линейными неотектоническими структурами и места их локализации определяются повышенной проницаемостью пород в зонах динамического влияния разломов и крупных трещин. Поэтому, авторами высказывается предположение о связи ториевых аномалий с неотектоническими разрывами. Также такая закономерность подтверждает наличие неотектонического разлома, выделенного за счёт анализа ЦМР и дешифрирования карт рельефа. Для получения более достоверных данных необходимо провести детальную радоновую съёмку. Эти исследования планируется реализовать в ходе ближайших полевых исследований.

Выводы

В результате проведенного исследования на основе данных аэрогамма-спектрометрической съёмки были выявлены пространственные закономерности распределения радионуклидов на территории Новой Москвы. радионуклид спектрометрический аэрогамма

Впервые для данной территории на базе создания цифровой модели рельефа был проведён детальный линеаментный анализ, с помощью которого удалось выявить не только локальные линейные неотектонические структуры, но и подтвердить наличие крупного неотектонического разлома, пересекающего с юго-запада на северо-восток всю изучаемую площадь.

Благодаря применённому подходу авторам удалось осуществить анализ связи неотектонических структур и участков максимального содержания рассматриваемых радионуклидов, а также выдвинуть предположение о тектонических причинах пространственного распределения содержаний тория-230 и, в меньшей степени, урана-238. Геохимические аномалии, образующиеся вокруг разломных структур отрицательно сказываются на окружающей среде и здоровье людей, поэтому неотектонические факторы, несомненно, должны учитываться при осуществлении геоэкологической оценки территории. В сочетании с результатами анализа распространения опасных экзогенных геологических процессов в пределах изучаемой территории [2] стало возможным проведение комплексного геоэкологического зонирования, отражающего зоны благоприятного и неблагоприятного состояния геосреды, что является необходимым для территориального планирования размещения объектов на территории Новой Москвы.

Работа выполнена в рамках темы государственного задания лаборатории геоинформатики ИГЕМ РАН.

Библиографический список

1. Вагнер Б.Б., Манучарянц Б.О. Геология, рельеф и полезные ископаемые Московского региона. - М.: МГПУ, 2003. - 81 с.

2. Гусева А.С., Устинов С.А., Петров В.А., Игнатов П.А. Геоэкологическая оценка опасных геологических процессов в пределах территории Новой Москвы с использованием ГИС-технологий // Геоинформатика. - 2017. - № 2. - С. 21-29.

3. Гусева А.С., Устинов С.А., Петров В.А. Оценка геоэкологического состояния территории Новой Москвы на основе анализа распределения радиоактивных элементов по данным аэрогамма-спектрометрической съёмки / Новое в познании процессов рудообразования: Седьмая Российская молодёжная научно-практическая Школа, Москва, 13-17 ноября 2017 г. Сборник материалов - Электрон. дан. (1 файл: 37 Мб) - М.: ИГЕМ РАН. - 2017. - С. 95-99

4. Лобацкая P.M. Структурная зональность разломов. М.: Недра, 1987. - 128 с.

5. НПП "Аэрогеофизика" / Коллектив авторов. - URL: http://aerogeo.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=151%3A2015-04-21-18-07-22&catid=16%3A2009-06-23-04-46-25&Itemid=6&lang=ru. Режим доступа: свободный. Дата обращения: 03.12.2016

6. Романовская М.А. Геопатогенез и активные разломы земной коры // Труды университета "Дубна": Экология и науки о Земле: Сб. ст. Вып. 2. - 2006. - C. 78-92

7. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. - М.: из-во МГУ, 2000. - 336 с.

8. Чертко Н.К., Чертко Э.Н. Геохимия и экология химических элементов. - Минск.: издат. центр БГУ, 2008. - 140 с.

Размещено на Allbest.ru