ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА

1 – отложения мезо-кайнозоя; 2 – породы палеозоя; 3 – зона экзогенной трещиноватости (водоносный горизонт); 4 – скважина; 5 – граница области повышенной концентрации радионуклидов зоны необратимого деформирования: I – полость и расплав, II – дробления, III – интенсивной трещиноватости, IV – блоковой трещиноватости, V – столб обрушения;VI – откола;

Одним из основных последствий проведения подземных ядерных взрывов (ПЯВ) является разрушение и радиоактивное загрязнение массивов горных пород, вмещающих ПЯВ. При этом, можно выделить первичное радиоактивное загрязнение горных пород и вторичное.

Физико-механическое разрушение горных пород изучено наиболее полно. В качестве примера, на рисунке представлена схема, отражающая характер разрушения горных пород на площадке Балапан. На основе проведенных исследований разработана методология выделения зон разрушения горных пород под воздействием, как одиночных ядерных взрывов, так и для территорий ядерных полигонов, где количество ядерных взрывов, приходящихся на единицу площади, достаточно велико. Анализ поля пространственного распределения суммарной пористости показывает, что наибольшая деструкция горных пород проявляется в средней части площадки Балапан – в окрестностях скважин 1314, 1304, 1344, в меньшей степени - на северо-востоке в районе скважины 1203. В данном случае суммарная пористость состоит из пористости горных пород и значений "пустотности" геологической среды, образовавшейся в результате деформации массива горных пород при проведении ПЯВ. На участках с высокой плотностью ПЯВ, с увеличением глубины суммарная пористость, в целом, растет вплоть до глубин 400 м, а затем отмечается уменьшение данного параметра. Максимальная пористость в аномальных зонах деструкции составляет 10% (глубины 300-400 м), минимальная - ~1-2% за пределами районов взрыва.
В результате ПЯВ в среде формируется ряд зон, различающихся по степени нарушенности геологической среды. Так, для взрыва мощностью в пределах 150 кт, проведенного на глубине до 500 м, выделяется ряд сферических областей разрушения горных пород различной мощности:  – полость (область выгорания горных пород радиусом до 50 м); II – зона дробления мощностью до 70 м, представляющая собой разрушенную горную массу до уровня щебня; III – зона интенсивной трещиноватости мощностью до 150 м, IV – зона блоковой трещиноватости около 100 м. Зона локальных необратимых проявлений для рассматриваемого случая может распространяться на расстояние не менее 500 м от ядерной полости, т.е. достигать дневной поверхности. Для нее характерны подвижки горных пород в виде раскрытия существовавших до взрыва тектонических трещин и разломов.

Площадка "Балапан" Скважина "Глубокая"

Первичное радиоактивное загрязнение геологической среды в момент ПЯВ происходит в результате распространения высокотемпературных газорадиоактивных флюидов из центральных полостей, вплоть до дневной поверхности по сложным системам ранее существующих и активизированных под воздействием ПЯВ зон разрывных нарушений и повышенной трещиноватости. При этом в центральной зоне образуется радиоактивный расплав, содержащий до 40% радиоактивных продуктов, остальная их доля распределяется в зонах необратимого деформирования горных пород. 

Вторичное радиоактивное загрязнение массивов горных пород на территории Семипалатинского полигона связано с тем, что на всех технических площадках проведения ПЯВ, повсеместно распространены подземные воды. В результате проникновения в зоны необратимых деформаций, подземные воды растворяют техногенные радионуклиды и, перемещаясь по геологической среде, могут переносить их на значительные расстояния. При этом, основным механизмом загрязнения является процесс перераспределения радионуклидов в горном массиве из воды за счет их сорбции на стенках каналов, по которым двигается вода. В качестве косвенного свидетельства существования этого процесса можно отметить наличие трития в дренажных водах действующего карьера месторождения флюорита, расположенного в северной части горного массива Дегелен. В тоже время, по отсутствию в дренажных водах других техногенных радионуклидов, можно отметить, что фронт их вторичного загрязнения геологической среды до границ гор Дегелен еще не дошел. Стоит отметить, что эта проблема для СИП имеет очень важное и актуальное значение. Это связано с тем, что по сложившемуся совпадению, территория полигона оказалась богатой природными ресурсами. Бесконтрольная разработка полезных ископаемых на СИП может привести к их безвозвратной потере.

Суммарная пустотность горных пород.Горизонт 400 м.

Таким образом, в местах проведения ПЯВ на СИП образовавшиеся радиоактивные продукты в геологических средах распределены в трех основных условных зонах. Основная часть их сосредоточена в блоке горных пород с радиусом до 100 м. Для этой зоны характерно радиоактивное загрязнение с высокой концентрацией техногенных радионуклидов, представляющее реальную радиационную опасность. Вторая зона по объему гораздо больше, она может достигать дневной поверхности с радиусом до 500 м от эпицентра взрыва и более, но уровень радиоактивного загрязнения здесь существенно ниже. Размеры и формы третьей зоны, в каждом отдельном случае, могут быть совершенно различны, поскольку зависят от гидрогеологических условий на данном участке, степени деформации массива горных пород и особенностей распределения радиоактивных продуктов в ходе первичного загрязнения.
Одной из уникальных отличительных особенностей условий проведения ПЯВ на Семипалатинском полигоне является то, что значительная часть ПЯВ в скважинах на площадке Балапан проведена в горных породах, содержащих углистые материалы. При этом наличие подземных вод и высоких температур, характерных для ПЯВ, способствовали возникновению процесса подземной газификации горных пород. Наличие протекания под землёй такого процесса представляет реальную опасность возникновения в эпицентральных зонах «боевых» скважин внезапных выбросов подземного газа, сопровождающегося возгоранием. Наиболее мощное катастрофическое проявление газоносности территории, произошло в апреле 1992 года на площадке Балапан, на приустьевом участке «боевой» скважины "Глубокая" (ПЯВ произведен в 1977 г.). В апреле 1992 года произошло внезапное воронкообразное проседание ("провал") поверхности земли возле устья «боевой» скважины. При этом, провал поверхности сопровождался взрывом, слышимым на расстоянии до 10 км и пожаром, видимым на таком же расстоянии в течение двух суток. Образовавшаяся при катастрофе воронка имеет диаметр (по верху) не менее 50 м и глубину до 20 м.
В качестве косвенного доказательства наличия подземного горения, проходящего в настоящее время, можно отметить результаты приповерхностной термометрической съемки в эпицентральной зоне «боевой» скважины 1207. Установленная локальная тепловая аномалия размером примерно 100×200 смещена примерно на 200 м в сторону от устья скважины (эпицентр ПЯВ).
Исследования показали, что состав выделяющихся газов соответствует составу газообразных продуктов термической бескислородной деструкции углесодержащих пород, о чем свидетельствуют высокие концентрации метана, оксида углерода, сернистого ангидрида, сероводорода.
Таким образом, кроме опасностей техногенного радиационного воздействия, на территории бывшего СИП присутствует и ряд других опасностей, связанных с эффектами остаточных проявлений долговременной геотермальной активности в блоках горных пород, вмещающих ПЯВ. Такие процессы на СИП могут сопровождаться явлениями катастрофического характера и требуют проведения соответствующего мониторинга.