геологический геофизический экологическая безопасность
Далее рассмотрим геолого-геофизическую оценку сейсмичности потенциально тектонически активных зон юга Украины, на примере района Южно-Украинской атомной электростанции (ЮУ АЭС), в свете его динамической связи с очаговой зоной землетрясений округа гор Вранча (Румыния).
Геолого-тектоническая интерпретация результатов геофизического моделирования в районе ЮУ АЭС. Задачей региональных исследований (в радиусе 150 км) было изучение зон влияния крупных разломов мантийного заложения, определение их связи с очаговой зоной землетрясений (зоны "Вранча", Румыния) и поиск возможных местных очагов землетрясений. Основой этих исследований были профильные сейсморазведочные работы ОГТ (для уточнения местоположения разломных зон, изучения их строения, взаимосвязи глубинных и приповерхностных структур, определения положения региона ЮУ АЭС с позиций сейсмоопасности), электроразведочные работы МТЗ и становления поля в ближней зоне (для изучения глубинного геоэлектрического разреза, прослеживания разрывных нарушений, выяснения природы региональных аномалий электропроводимости), а также мелко - и среднемасштабное физико-геологическое моделирование гравитационного поля. Основной задачей последнего было определение плотностных неоднородностей, пространственно связанных с волноводами и аномалиями электропроводности (имеющими тектоническую природу), изучение структурно-тектонических особенностей земной коры и верхней мантии для оценки сейсмичности региона.
В основу ФГМ земной коры и верхней мантии района ЮУ АЭС положена модель Земли К.Е. Булена - Б. Гутенберга, в которой все аномалиеобразующие объекты расположены выше уровня 50 км. Результаты моделирования в дальнейшем были использованы как основа детальных сейсморазведочных, электроразведочных и гравиразведочных исследований (в радиусе 2-2,5 км), направленных на изучение геологического строения кристаллического фундамента и осадочных отложений, напряженно-деформированного состояния горных пород, тектонических особенностей промплощадки энергокомплекса [9]. Выявленные разломно-блоковые неоднородности глубинных частей земной коры и верхней мантии являются своеобразным отражением возникающих здесь напряжений (которые не могут быть объяснены исключительно древними геологическими процессами, не имеющими "отголосков" в новейшее и историческое время), что, в свою очередь, определяет повышение сейсмоопасности района. Основной интерес, при решении вопросов динамической связи исследуемой территории с гипоцентром зоны "Вранча", представляет активизация разломов по концентрически-радиальной сети, причем углы между направлениями радиальных разломов (сейсмоопасных направлений - радиусов) строго выдержаны и составляют ?17о. Последнее согласуется с углами разворота друг относительно друга систем докембрийских разломов [14]. Эти разломы - радиусы являются волноводами и усиливают сейсмоопасность по направлению их простирания. Особенно же опасны узлы их пересечения с ортогональными "кольцевыми" разломами. Комплексное использование геофизических данных позволяет получить независящую от геологических гипотез информацию об особенностях тектонического строения района ЮУ АЭС - потенциально сейсмоопасных тектонических узлах, контролируемых системой разломов с азимутами простирания 35 и 305о. Реализация в них напряжений при сдвиговой тектонике может привести к образованию местных очагов землетрясений с трудно предсказуемыми дислокациями, а соответственно, и к техногенным катастрофам. Поэтому они являются первоочередными объектами как регионального, так и локального геолого-геофизического мониторинга с целью изучения и прогноза сейсмоопасности как в районе ЮУ АЭС, так и на всем юге Украины.
Крупномасштабное геофизическое моделирование в процессе выработки, проверки и оценки эффективности геофизических перспектив
Использование крупномасштабной геофизической информации для планирования развития минерально-сырьевой базы Украины. Современные приоритеты геологоразведочного производства заключены в совершенствовании методики геолого-экономического и экологического обоснования работ, особенно на первых, самых ответственных и одновременно наиболее сложных для принятия управленческих решений, стадиях геологоразведочного процесса. Естественным поэтому является и процесс перераспределения ассигнований по стадиям геологоразведочных работ: их все больше выделяется на первые стадии и все меньше на конечные. (По ряду полезных ископаемых на стадии поисковых работ расходуется до 70-85%.) Любые стратегические просчеты уже на начальных стадиях геологоразведочного процесса могут привести к значительным экономико-экологическим потерям. Так, в частности, должны быть предотвращены поиски и разведка месторождений конкретных полезных ископаемых, экологические последствия разработки которых нанесут больший ущерб окружающей среде, чем экономическая выгода от полученного сырья и продукции. При решении этой проблемы особую важность приобретает геофизическая информация, которая позволяет оперативно и относительно экономично получить предварительную информацию о перспективах конкретных полезных ископаемых не только на исследуемых участках, а и на значительных территориях регионов. В свете проблем экологической безопасности последнее позволяет быстро переориентировать геологоразведочные работы (при неблагоприятном "экологическом прогнозе" последствий разработки конкретных полезных ископаемых) на иные перспективные участки исследуемого региона. Для чего разветвленная сеть информационных баз данных по минерально-сырьевому комплексу и геологоразведочным работам в обязательном порядке должна включать в себя экогеофизическую информацию. Основой ее является сведения о геологической эффективности геофизических работ, получаемые путем обобщения геофизических рекомендаций, с учетом постоянно пополняющихся геологических данных, и выявления перспективных геолого-геофизических площадей (однородных по какому-либо геологическому или металлогеническому признаку площади, в пределах которых в результате крупномасштабных геофизических исследований выявлены перспективные геофизические участки или комплексные геофизические аномалии).
С 1979 года для систематизации результатов крупномасштабных геофизических работ, учета перспективных участков, выявленных в ходе производства этих работ, и их геологической оценки введено понятие перспективных геофизических участков (ПГУ) - выявленные в результате крупномасштабных геофизических исследований аномалии или группы аномалий, отражающие влияние геологических объектов, предположительно связанных с тем или иным полезным ископаемым. Наибольший интерес представляют ПГУ-1 ("участки, безусловно заслуживающие проведения горно-буровых работ по установлению наличия в их пределах ожидаемого полезного ископаемого или оценки масштабов установленного рудопроявления"). В качестве регионального примера рассмотрим территорию юго-востока УЩ. Здесь в 80-х - 90-х годах ХХ века выявлено 36 ПГУ-1 на твердые полезные ископаемые. Из них наибольшее количество приходится на цветные и редкие металлы (?50 % общего количества), на черные металлы передано ?25 % участков, остальные ПГУ-1 приходятся на графит, карбонатиты, кимберлиты и благородные металлы. Следует отметить, что как общее количество ПГУ-1 по отдельным годам, так и разбивка их по видам полезных ископаемых во многом зависят конъюнктурности определенного сырья в конкретный период времени. Это вызвано тем, что одним и тем же геофизическим аномалиям и аномальным зона в разные годы может быть дано различное геологическое истолкование. А некоторые аномалии, связанные с полезным ископаемым, не представляющим первостепенный интерес в конкретный момент времени, могут быть не оформлены как ПГУ и остаться только в виде рекомендаций в геофизических отчетах.
Одновременно с ПГУ-1 начал вестись учет участков второй категории (ПГУ-2). Введение двух градаций перспективности геофизических участков подразумевало постепенный переход от интересных геофизических аномалий к ПГУ-2 и только затем оформление участка как ПГУ-1. К сожалению, в настоящее время на юго-востоке УЩ сложилось противоположное соотношение количеств этих участков. Наметилась явная тенденция к выделению сразу ПГУ-1, что часто является неоправданно поспешным как с экономической, так и с экологической точек зрения. В результате накапливается преимущественно участки под горно-буровые работы, значительно опережая рост фонда площадей, заслуживающих дальнейшего изучения более экономичными и экологичными геофизическими методами.
Как при планировании геолого-геофизических исследований, так и при решении проблем экологической безопасности необходимы анализ и характеристика современного состояния ПГУ-1, включающие рассмотрение следующих основных позиций:
1) выполнение рекомендаций по проверке и оценке,
2) оцененность ПРУ,
3) подтверждение прогнозировавшегося аномалиеобразувщего объекта,
4) поисковое значение результатов геологоразведочных работ. При этом необходимо перейти на качественно новый уровень выявления геофизических перспектив, от простого раздельного определения наличия геофизических аномалий, геологических объектов и рудной специализации к установлению и обоснованию взаимно-однозначного соответствия этих положений в рамках соответствующих ФГМ. Это было положено нами в основу при разработке "Требований к составлению и оформлению материалов по перспективным геофизическим участкам (ПГУ)", принятых к использованию в Центральной геофизической экспедиции (сейчас - ДГЭ "Днепрогеофизика" ГГП "Укргеофизика") начиная с 1990 года. Выполнение указанных требования в полной мере относится и к области проблем экологической безопасности, где использование материалов ПГУ может быть различным: от регионального их обобщения для определения направлений дальнейших геолого-геофизических исследовании до локального распространение положительных результатов их проверки и оценки на соседние сходные по геолого-геофизическим данным площади.
Созданные применительно к проблемам геологоразведочного процесса ФГМ объектов исследований являются основой при разработке рациональных комплексов геофизических методов на стадии общих поисков [15]. С одной стороны, указанные априорные ФГМ являются основой интерпретации и анализа результатов проверочно-оценочных работ в пределах выявленных ПГУ-1, а с другой стороны, эти результаты существенно дополняют первоначальную информацию и позволяют уточнить априорные ФГМ. А также в результате обобщения и анализа материалов ПГУ появилась дополнительная информация, позволившая оценить качество, а в отдельных случаях и скорректировать отдельные элементы разработанных ранее рациональных комплексов. Физико-геологическое моделирование перспективных геофизических участков подробно рассмотрено на примере Новополтавского карбонатитового месторождения в пределах Черниговской тектоно-метасоматической зоны в Западном Приазовье [16]. Разработанные физико-геологические модели рудного узла и рудного поля являются отправной точкой для выбора и обоснования рационального комплекса и технических условий производства дальнейших геофизических работ, а также определения стратегии обработки и интерпретации получаемой информации применительно к последующим детальным стадиям исследования. В свете же проблем экологической безопасности разработанные модели характеризуют фоновое состояние по отношению к конкретным детальным исследованиям.
Основой выбора параметров проверки и оценки геофизических перспектив может быть построение крупномасштабных объемных петроплотностных моделей, подробно рассмотренное на примере объемного моделирования района Володарского щелочного массива (Приазовский геоблок УЩ), перспективного на редкометалльную минерализацию [10]. Необходимо отметить, что построенная крупномасштабная модель Володарского субщелочного массива является завершающим этапом укрупнения в иерархической системе взаимоувязанных разноуровенных петроплотностных моделей, применимых как при решении соответствующих по масштабу геологоразведочных задач, так и проблем экологической безопасности [3]. Эти модели позволяют на каждом из этапов геологоразведочного процесса решать следующие задачи: на региональном - изучить глубинное строение региона, определить мощность земной коры и морфологию основных плотностных границ в земной коре и раздела кора-мантия, выделить и оконтурить крупные блоки, спрогнозировать петрологический состав низов коры и верхней мантии (до глубины ?60 км), также интенсивность опасных природных процессов в земных недрах; на среднемасштабном - изучить неоднородности верхнего этажа земной коры - до условной границы К2, выполнить объемное картирование блоков, структур и тел верхней части земной коры, определить их иерархическую соподчиненность и обобщенные плотностные параметры геологических формаций, спрогнозировать пространственно-временную "привязку" проявлений опасных природных и техногенных процессов в земных недрах; на крупномасштабном - совместно с результатами прогнозирования, с одной стороны, изучить строение рудоперспективных массивов и структур, существенно уточнить и конкретизировать рекомендации по дальнейшим поискам минерализации на исследуемой территории, а с другой стороны, создать базу планирования параметров будущих горнодобывающих предприятий и оценки их воздействия на окружающую среду.
Детальное физико-техногенно-геологическое моделирование при решении задач экологической безопасности
Современные ФГМ объектов традиционно "геологоразведочного" [15], инженерно-геофизического [6] и экогеофизического [14] изучения не могут полностью решить проблемы геолого-геофизического моделирования в детальных задачах экологической безопасности. Выходом из сложившего положения является продолжение иерархического ряда ФГМ разработкой физико-техногенно-геологичес-ких моделей (ФТГМ), в которых в достаточной мере, применительно к этому масштабу исследований, учитывается сочетание природных и техногенных факторов (то есть в них геологическая информация дополняется необходимыми сведениями об объектах техносферы и возникающих техногенных процессах соответствующего масштаба). Результатом этого этапа наших исследований является разработка ФТГМ, в которых увеличение доли техногенной информации происходит по мере укрупнения масштаба исследований и переходе в изучении объектов по цепочке: горнодобывающая промышленность - транспорт - перерабатывающая промышленность. Последнее является отражением объективно существующего недостатка фактической геологической информации на территориях конкретных промплощадок объектов и предприятий. Наши разработки частных ФТГМ как для наземных, так и аквальных исследований ориентированы на использование относительно недорогих "легких" геофизических методов: гравиразведки и магниторазведки. Наилучшей иллюстрацией эффективности "легких" геофизических методов может быть применения гравиразведки в горнодобывающей деятельности.