Радон в ндерной геофизике
Миграция Rn в горном массиве и его выделение с поверхности почвы определяются коэффициентом диффузии, зависящим от пористости, проницаемости и трещиноватости, которые определяются напряженнодеформированным состоянием массива. При сжатии массива проницаемость его снижается, а при разгрузке увеличивается. Соответственно изменяется коэффициент диффузии. Поэтому изменения концентрации… Читать ещё >
Радон в ндерной геофизике (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Радон постоянно находится в геосреде и эманирует в приземный слой атмосферы с разной интенсивностью в зависимости от деформационных возмущений и других факторов. Изучение Rn как предвестника землетрясений началось в 1966 г. после сильного землетрясения в г. Ташкенте с М=5,2. Именно тогда были успешно спрогнозированы атершоки этого события по концентрации радона в грунтовых водах.
Миграция Rn в горном массиве и его выделение с поверхности почвы определяются коэффициентом диффузии, зависящим от пористости, проницаемости и трещиноватости, которые определяются напряженнодеформированным состоянием массива. При сжатии массива проницаемость его снижается, а при разгрузке увеличивается. Соответственно изменяется коэффициент диффузии. Поэтому изменения концентрации Rn в приповерхностном слое почвы отражают динамические изменения напряженно-деформированного состояния горного массива.
Рис. 14. Выделение Rn из почвы в районе г. Газли перед, во время и после землетрясения.
В г. Газли в 1976 и 1984 гг. произошли три землетрясения. Первое началось 8.04.1976 с толчка небольшой силы. Удар огромной силы до 9 баллов последовал через 15 мин и вызвал обвалы практически всех зданий. Второе сильное землетрясение произошло вскоре (17.05.1976), но разрушаться уже было не чему. Третье сильное землетрясение в этом районе произошло в 1984. Как видно из рис. 14.
всплеск выделения Rn произошёл в марте, т. е. незадолго до землетрясения, потом выделение активизировалось в июне и продолжалось до ноября.
Радон используют как индикатор напряженного состояния горного массива.
Горная порода — трещиновато-пористая среда, состоящая из основного массива и хаотически расположенных проницаемых трещин и закрытых пор. Выделяющийся из такой среды Rn находится в трех состояниях: в пространстве закрытых пор, в трещинах и сорбированный свободной внутренней поверхностью всего массива. При сжатии породы сначала выход Rn увеличивается за счёт уменьшения трещин, после чего трещины перекрываются и его выход уменьшается. При дальнейшем увеличении нагрузки происходит разрушение массива, объединение поровых кластеров, что даёт увеличение выхода Rn. При растяжении массива на начальном этапе происходит уменьшение выхода Rn за счёт увеличения объёма трещин. Дальнейшее растяжение приводит к расширению трещин и раскрытию пор, т. е. к увеличению выхода радона. На этом основан прогноз тектонических событий — горных ударов в шахтах и землетрясений.
Рис. 15. Поведение объёмной активности радона перед горным ударом на больших расстояниях от будущего эпицентра на руднике. Стрелками отмечены горные удары, их энергия и расстояние эпицентра от точки наблюдения. Датчик радона был расположен в бокситах.
Исследования в этом направлении проводили на Североуральском бокситовом руднике в связи с проблемой горных ударов — локальных землетрясений техногенного происхождения. Регистрация концентрации Rn проводилась в стенках на шахтах рудника глубиной 350^-700 м.
Обнаружено, что на расстояниях до 150 метров от будущего эпицентра сильного горного удара (Е =1300 Дж) за 23 часа наблюдалось существенное снижение концентрации Rn, иногда в 4 раза. Это свидетельствует о сжатии массива вблизи эпицентра горного удара. В дальней зоне, на расстояниях от 500 до 2000 м от очага горного удара, изменение концентрации радона существенно другое. Горному удару предшествует не уменьшение, а резкое увеличение (в 8-но раз) концентрации радона в наблюдательной скважине, и горный удар следует после прохождения максимума концентрации Rn. На рис. 15 показан типичный пример изменения концентрации Rn как для одиночного горного удара, так и для серии ударов. В последнем случае наблюдается суперпозиция кривых, типичных для одиночного удара, причём максимальные значения концентрации для каждого последующего удара снижаются. Такое поведение концентрации Rn указывает, что регистрация осуществлялась в зоне растяжения. Кроме зон растяжения и сжатия существует и третья нейтральная зона. Эти зоны определяют динамику Rn в зависимости от пространственного расположения детектора относительно очага готовящегося события — в зоне сжатия концентрация радона меньше фоновой, в зоне растяжения выше фоновой, а в нейтральной зоне примерно равна фоновой.
Мониторинг почвенного Rn при исследовании сейсмических событий на разломе Сан-Андреас (США) показал, что за 90−5-100 дней перед землетрясениями во всех точках, расположенных близко к эпицентру, наблюдалось снижение концентрации Rn, которое иногда искажалось короткими выбросами, связанными с форшоками. В точках наблюдения, расположенных на значительном удалении от эпицентров за то же время наблюдалась тенденция к увеличению концентрации Rn.
Таким образом, вариации объёмной активности Rn надежно фиксируют процесс подготовки горных ударов и землетрясений. За юо дней перед землетрясениями в дальней зоне происходит увеличение концентрации Rn, что свидетельствует о подготовке землетрясения.