CC BY
21
Учебно-методическое пособие. - Москва: [б.и.]., 2013. - 31 с.
5. В Крыму запланирована реконструкция тепловых электростанций [Электронный ресурс]. - Правительство Республики Крым. - Симферополь: [б.и.], 2015. - Режим доступа: http://rk. gov.ru/rus/ index.html/news/296790.htm
6. В Крыму начаты работы по строительству новой ЛЭП, которая соединит полуостров с энергосистемой России [Электронный ресурс]. - Информационное агентство «Крыминформ». - Симферополь: [б.и.], 2014. - Режим доступа: http://www.c-inform.info/news/id/12850
7. Реализованные PV проекты [Электронный ресурс]. - Актив Солар - Вена: [б.и.], 2015. - Режим доступа:
http ://www. activsolar.com/ru/products/pv-proj ects/pe-ализованные-проекты
8. Самофалова О. Полуостров с газом [Электронный ресурс]. - Деловая газета «Взгляд». - Москва: [б.и.], 2014. - Режим доступа: http://vz.ru/economy/2014 /3/11/676565.html
9. Семенов В. Как избавить Крым от пиков [Электронный ресурс]. - Журнал «Эксперт Online». -Москва: [б.и.], 2014. - Режим доступа: http://expert .ru/expert/2014/30/kak-izbavit-kryim-ot-pikov/
10. Солнечные батареи [Электронный ресурс]. - Региональная энергосервисная компания «ЭКО-Т-ЭКО» - Воронеж: [б.и.], 2014. - Режим доступа: http ://www. eco-t-eco. ru/sanbank
АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ И ПОЛЯРНЫЕ ПРОВОДИМОСТИ ВОЗДУХА НАД ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ
Шулейкин Владимир Николаевич
Доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник ИПНГ РАН, г. Москва
Заряд приземной атмосферы обязан своим происхождением ионизации эксхалирующим (поступающим из Земли) почвенным радоном [6, с. 780]. Высокий молекулярный вес радона - 222 исключает возможность его самопроизвольной субвертикальной меграции. Долгое время считалось, что перенос ионизатора осуществляется пузырьковыми образованиями всех летучих газов почвенного воздуха [1, с.503]. Однако эксперименты последних лет показали, что в качестве газов-носителей выступают только два из них - водород и метан [2, с.158, 7, с. 21].
Полученный результат понятен с физической точки зрения. В ходе наблюдений с борта самолета радон наблюдался на километровых высотах относительно Земли. Это значит, что пузырьковые образования газов носителей должны быть легче атмосферного воздуха. К таким летучим газам относятся водород, метан, гелий и пары воды. Гелий, как и радон, инертный газ - перенос пузырьком одного инертного газа другого инертного газа невозможен.
Процесс транспорта радона идет с метровых глубин, а вероятность выноса ионизатора не зависит от глубины. Ввиду малой толщины слоя, из которого идет испарение, даже при транспорте радона парами воды вклад этого переноса в эксхалирующий радон будет очень мал.
Проведенный анализ позволяет построить модель связей газовых полей Земли и элементов приземного ат-
мосферного электричества. Пузырьковые образования водорода и метана выносят в приповерхностную атмосферу почвенный радон; ионизация эксхалирующим радоном атмосферного воздуха определяет локальные полярные проводимости - 1111 воздуха и атмосферное электрическое поле - АЭП. Увеличение плотности субвертикальных потоков водорода и метана приведет к росту 1111 воздуха и спаду АЭП; уменьшение - к обратному эффекту.
Расчеты показывают [4, с.15, 5, с. 199], что избыточная эксхаляция радона приводит к реверсивному электродному эффекту - образованию у поверхности Земли слоя отрицательного объемного заряда, приводящего зачастую к смене знака АЭП. Дефицит эксхаляции наоборот приводит к росту поля - классический электродный эффект.
Проиллюстрируем сформулированные положения экспериментальным материалом. На рис. 1 приведены примеры спада АЭП над зонами разломов - Е(Ак) - Дагестан, Е(Ккс) - Калужская кольцевая структура и над областью резкого увеличения мощности осадочных пород -Е(Ст) - Белоруссия. Минимальные значения поля на графиках отмечены круглыми маркерами; вызваны увеличением плотности потока летучих газов-носителей - повышенным сбросом в приземную атмосферу почвенного радона; иллюстрируют проявление реверсивного электродного эффекта.
Рисунок 1 Вариации АЭП над: разломной зоной реки Акташ - Е(Ак), Дагестан, шаг наблюдений ~ 1км; Калужской кольцевой структурой - Е(Ккс), шаг наблюдений ~ 1км; над областью понижения кровли фундамента
у г. Столбцы - Е(Ст), Белоруссия, шаг наблюдений ~ 0,75км.
Тот же результат удается наблюдать в вариациях полярных проводимостей атмосферного воздуха над областями разуплотнений земной коры. На рис. 2 представлены данные профильных наблюдений ПП в «крест» с линиями метро мелкого и глубокого заложения - XI, Х2 и на
подковообразном профиле, дважды пересекающем карстовую полость - Х+. В последнем случае канал отрицательной 1111 вышел из строя; на графике представлены вариации только положительной ПП. Пикеты над пересечением профилей с линиями метро и карстовой полостью отмечены круглыми маркерами.
« 6
и /Л * Х2 —Я+
2,1
1.4
0,7
-0,7
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Номера пикетов
Рисунок 2. Вариации 1111 воздуха при наблюдениях: на профиле в «крест» с линией метро мелкого заложения - XI,
метро Коньково, шаг наблюдений 4м; на профиле в «крест» с линией метро глубокого заложения - Х2, метро Университет, шаг наблюдений 12м; на подковообразном профиле, дважды пересекающем карстовую полость - Х+
(Тула, Союзный переулок), шаг наблюдений 4-12м.
Первые исследования вариаций АЭП над геологической неоднородностью проводились в июне 1986 года в Белоруссии, над Новоселковским ильменит-магнетито-вым рудопроявлением. К сожалению, в первый год наблюдений исследуемая территория находилась под посевом, что позволило проложить только один наблюдательный профиль. В зоне проекции рудного тела на поверхность земли был зафиксирован спад поля на величину порядка 60В/м. В августе следующего года наблюдения АЭП повторялись, но уже на выкошенной территории. Было заложено 11 наблюдательных профилей. В результате совместной обработки данных 2-х дневных профильных АЭП-наблюдений над рудным телом была введена новая градация выделенных эквипотенциальных зон:
- 1 зона - зона рудного тела, 179В/м < Е < 238В/м, охватывала 19 пикетов, среднее значение поля Е = (221 +/- 18)В/м;
- 2 зона - пограничная зона, 250В/м < Е < 274В/м, охватывала 15 пикетов, среднее значение поля Е = (261 +/- 10)В/м;
- 3 зона - зона вне рудного тела, Е < 286В/м, охватывала 14 пикетов, среднее значение поля Е = (309 +/-37)В/м.
Перепады поля при переходе от одной зоны к другой (по средним значениям) уменьшились и оказались
равными ДЕ1,2 = 54В/м, ДЕ1,3 = 101В/м, ДЕ2,3 = 47В/м. Причиной спада поля над исследуемым ильменит-магне-титовым рудопроявлением являлись электрохимические процессы в шапке рудного тела, сопровождаемые выделением водорода. Интенсификация его плотности над геологическим образованием увеличивала сброс почвенного радона в приповерхностные слои атмосферы, что и проявлялось в регистрируемом спаде АЭП.
Похожий результат удалось наблюдать при профильных наблюдениях АЭП на 3 Речицком нефтепромысле (Белоруссия). Измерения проводились в 2 этапа: первый раз летом 1989 года в непосредственной близости от только что пущенной в эксплуатацию новой скважины - рис. 3; второй этап наблюдений на том же профиле был проведен в 1992 году, после 3-х лет эксплуатации скважины. Как следовало ожидать, за 3 года спад поля над залежью существенно уменьшился - результат снижения внутрипластового давления в процессе эксплуатации, заводнение пласта, снижение плотности шлейфа углеводородов.
Следует обратить особое внимание на тенденцию к росту поля на уровне пикета № 4. Наблюдаемый результат позволяет говорить о возможном отсечении области под пикетом № 3 от основной залежи - о возможности образования целика.
Рисунок 3. Вариации атмосферного электрического поля у эксплуатационной скважины - 3 Речицкий
нефтепромысел, Белоруссия.
Аналогичный результат был получен в Белоруссии на Александровском нефтепромысле. На профиле, секущем месторождение наблюдался провал поля. Более того, одновременно с наблюдениями АЭП на наблюдательных пикетах регистрировалась объемная активность радона грунта. Массивы данных наблюдений делились на две части - над залежью и вне залежи, и строились линейные аппроксимации АЭП, как функции объемной активности радона почвенного воздуха. С достоверностью ~ 0.8 эти аппроксимации запишутся в виде: Е(Яп)2-8 = 553,3 -119,2*Ип и Е^п)1,9-29 = 377,4 - 55,2*Яп - рис. 4. Численные коэффициенты имеют размерность В/м; значения
объемной активности радона грунта нормированы на 1Бк/л.
На поле концентраций метана в атмосфере оказывает влияние нефтегазоносность недр. Например, содержание СН4 в тропосфере над нефтяными и газовыми структурами Бухаро-Чарджоуской тектонической ступени в 1,2-1,5 раза выше среднепланетарных. Натурные исследования показали, что внутри контура проекции нефтяной залежи на поверхности Земли имеет место рост концентрации горючего газа в грунте. Другими словами, избыточный сброс метана в приповерхностные слои грунта и атмосферу над контуром нефтяной залежи и приводит к регистрируемому спаду АЭП.
Рисунок 4. Вариации атмосферного электрического поля и объемной активности радона грунта над Александровской нефтяной залежью, Белоруссия.
Рисунок 5. Профильные вариации АЭП, зарегистрированные в 1999 и 2000 гг. на территории куста нагнетательных скважин Щелковского ПХГ.
В рамках предложенной модели связей газовых и электрических полей земли и атмосферы проанализируем экспериментальные данные по влиянию на вариации АЭП искусственной газовой залежи. В период 1999-2009гг. проводились многочисленные комплексные наблюдения водорода, радона, АЭП и полярных проводимостей атмосферного воздуха на территориях Щелковского, Касимовского и Северо-Ставропольского газохранилищ - ПХГ.
Первая система наблюдательных маршрутов для профильных измерений атмосферного электрического поля была заложена осенью 1999 года на территории Щелковского ПХГ. Повторный опрос системы в 2000 году показал высокий уровень повторяемости вариаций АЭП, рис. 5.
Графики являются примером наиболее контрастных вариаций АЭП на профиле, протяженностью 1.1км -низкие уровни поля соответствуют положению профиля над зоной закачки, высокие - выход профиля на борт зоны закачки. Повторяемость результатов очень высокая - коэффициенты корреляции между данными профильных изменений 0,8. Более того, даже абсолютные значения поля близки друг другу.
Всего на территории Щелковского ПХГ было заложено 11 профилей, на которых в 1999 и 2000гг. ставились наблюдения АЭП. По данным наблюдений 1999 года среднее АЭП над объемом закачки равнялось Е(1999)о.з. = 284 В/м; среднее значение АЭП вне зоны объема закачки Е(1999) = 557 В/м. Аналогичные расчеты, проведенные по результатам наблюдений 2000 года приводят к средним значениям АЭП Е(2000) = 599 В/м вне зоны закачки и Е(2000)о.з. = 368 В/м. Таким образом, только по перепадам значений АЭП над зоной закачки над вмещающими породами можно по данным профильных наблюдений параметра оценить положение проекции пласта-коллектора на дневную поверхность.
Работы, начатые на Щелковском газохранилище, были продолжены в 2000 и 2003 гг. на территории Касимовского ПХГ. В отличие от вариаций поля под Щелко-вым над контуром Касимовского газохранилища провал АЭП был менее контрастен. Тем не менее, если сравнить средние абсолютные значения поля над пластом-коллектором и за его пределами можно говорить о спаде АЭП, явно превышающем ошибки экспериментальной аппаратуры. Средние значения поля по отрезкам трех профилей над объемом закачки - 138В/м, 136В/м и 140В/м. Значения поля за пределами проекции зоны объема закачки на поверхность - 184 - 240В/м.
Пласты-коллекторы Щелковского и Касимовского газохранилищ выбирались искусственно, по результатам геологических изысканий. Естественно, что их покрышечные области были не стол герметичны, как у естественных газовых месторождений. Отсюда и наблюдаемый незначительный сброс метана, проявляемый в спаде АЭП в зоне проекции объема закачки на поверхность земли.
Северо-Ставропольского ПХГ расположено в бывшем Северо-Ставропольском месторождении, т.е. там, где шло природное накопление горючего газа. Рассмотрим вариации АЭП на профиле, на километры выходящем за пределы проекции покрышечной области
Метеорологическая ситуации во время наблюдений была идеальна - полнейшее безветрие, облачность 0 баллов. Профиль проходил в чистом поле; ближайшие посадки на удалении не менее 100м. Первые 4 км профиля -пикеты 1-8, лежат над пластом-коллектором; пикеты 9-17 располагались за пределами проекции пласта-коллектора на поверхность земли. На рис. 6. представлены измеренные и средние значения АЭП на описываемом 16км профиле.
Рисунок 6. Измеренные и средние значения АЭП на профиле, выходящем за пределы пласта-коллектора Северо-Ставропольского ПХГ (бывшего Северо-Ставропольского месторождения).
Средние значения поля за пределами зоны проекции пласта коллектора на поверхность Земли на ДЕ = 79В/м ниже среднего значения АЭП над объемом закачки. Полученный результат позволяет говорить высокой герметичности покрышек бывшего Северо-Ставропольского месторождения - ныне Северо-Ставрополького ПХГ.
Установленные связи между элементами приземного атмосферного электричества радоном, водородом и метаном и приведенный материал полевых наблюдений позволяет утверждать, что изменения АЭП и ПП воздуха над геологическими неоднородностями будут определяться вариациями плотности субвертикальных потоков перечисленных летучих газов. Можно назвать несколько причин этих изменений:
- рост газопроницаемости горных пород в зоне неоднородности: разломные зоны, увеличение мощности осадочных пород, разуплотнение земной коры (подземные инженерные сооружения, карстовые полости), приводящие к росту 1111 и спаду АЭП;
- наличие мелкого субвертикального потока водорода или метана над геологической неоднородностью: железнорудное месторождение, нефтяная залежь, искусственные газовые месторождения -подземные газохранилища, вызывающего спад АЭП;
- естественные газовые залежи, обладающие высокогерметичными покрышками, наоборот приводят к уменьшению плотности субвертикальных потоков водорода и метана, что сопровождается ростом АЭП.
Список литературы
1. Войтов Г.И., Рудаков В.П., Шулейкин В.Н., Козлова Н.С., Баранова Л.В. Эманационные и электрические эффекты в атмосфере подпочв над Калужской кольцевой структурой // Российский журнал наук о Земле. - 1999. - т 1. - № 6. - С. 503-510.
2. Зубарев А.П., Шулейкин В.Н. Комплексный геофизический и геохимический контроль при эксплуатации подземных газохранилищ// М: Изд-во ООО «Газпром ПХГ». 2009. 264с.
3. Поиск электромагнитных предвестников землетрясений // сб. науч. труд. / под ред. проф. М.Б. Го-хберга. - М: Изд-во ИФЗ АН СССР, 1988. 243с.
4. Редин А. А. Математическое моделирование электродинамических процессов в приземном слое в условиях аэрозольного загрязнения атмосферы: ав-тореф. дис.. ..канд. физ. -мат. наук. - Таганрог, 2011. - 19с.
5. Редин А.А., Куповых Г.В., Болдырев А.С. Электродинамическая модель турбулентного приземного слоя при наличии многократно заряженных аэрозольных частиц // VII конф. по атмосферному электричеству: материалы всерос. науч. конф. - СПб.: Изд-во ГГО им. А.И. Воейкова, 2012 - С. 199-201.
6. Тверской П.Н., Курс метеорологии// Л. 1951. Гид-рометиздат. 887с.
7. Шулейкин В.Н., Щукин Г.Г. Исследования вариаций атмосферного электрического поля в районах нефтяных и газовых месторождений // Метеорология и гидрология. - 2015. - №2. - С. 21-29.
8. Электромагнитные предвестники землетрясений // сб. науч. тр. / под ред. акад. М.А. Садовского. - М: Наука, 1982. 88с.
КРАСНОДАРСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ - «СТРОЙКА ВЕКА»
Симонян Давид Артемович
Кубанский государственный университет, студент II курса, географический факультет, г.Краснодар
Гончаренко Анастасия Дмитриевна Кубанский государственный университет, студентка II курса, географический факультет, г.Краснодар
Пономаренко Виктория Петровна
Кубанский государственный университет, студентка III курса, географический факультет, г.Краснодар
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрена характеристика, которая показывает на примере конкретного водоёма методику исследования и анализа основных элементов гидрологического режима водохранилищ. Задачей данной статьи является
