Научная статья на тему 'Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области'

Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
1489
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОДЗЕМНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ / ГЛУБИННОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / РАДИОНУКЛИДЫ / ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ / МОСКОВСКАЯ СИНЕКЛИЗА / РЕШЕМСКОЕ ПОДНЯТИЕ / МИГРАЦИЯ / ИСТОЧНИК ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ / UNDERGROUND NUCLEAR EXPLOSION / DEEP SEISMIC SOUNDING / RADIONUCLIDES / MOSCOW SYNECLISE / RESHEM UPLIFT / MIGRATION / SOURCE OF DRINKING WATER / UNDERGROUND WATER

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Голубов Борис Николаевич, Сапожников Юрий Александрович

Подземный ядерный взрыв (ПЯВ) «Глобус-1» проведен 19 сентября 1971 г. в Кинешемском районе Ивановской области, в 4 км к северо-востоку от деревни Галкино, в пойме реки Шача, правого притока реки Надога, впадающей в Горьковское водохранилище на левом берегу реки Волги. В декабре 2010 г. авторами при содействии администрации Кинешемского района Ивановской области было проведено рекогносцировочное обследование зоны ПЯВ «Глобус-1», впервые выявившее особенности дальней миграции радиоактивных продуктов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами, что прежде ускользало от внимания исследователей. Результаты и выводы из данного исследования, а также обсуждение нынешнего состояния проблемы излагаются в настоящей статье.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Голубов Борис Николаевич, Сапожников Юрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

‘Globus-1' Underground Nuclear Explosion and Its Radionuclides Long-Range Migration to the Underground Drinking Water Sources in Kineshma District of Ivanovo Region

Studies of ecological effect of underground nuclear explosions on the environment are much-needed in present time. The subject matter of our article is long-range migration of radioactive products of underground nuclear explosion ‘Globus-1' with groundwater (possible causes, mechanisms and pathways). For these research purposes we used system analysis of physical-geographical and geological conditions and parameters, as well as data of both previous studying “Globus-1” zone and our own field and laboratory radiochemical research in explosion area. Underground nuclear explosion (UNE) ‘Globus-1' was conducted 19 Aug. 1971 in Kineshma District of Ivanovo Region, in 4 km north-east of the Galkino village, the in the floodplain of Shacha River that id right tributary of the Nadoga River, a tributary to the Gorky reservoir on the left bank of the Volga River. UNE power was 2.3 kt. This UNE was set off to the seismic sounding Earth's crust. Its charge was laid down on depth 610 m in deeper Permian section near the surface of Lower Permian chemogenic rocks erosion of Sakmarian age, which was overlapped unconformably by silicified dolomitic limestones strata of Kazan stage of the Upper Permian. With the explosion, there was emission of radioactive products of UNE, together with water-gas mixture, sand and clay due to depressurization of hole annuity, under the influence of high pressure. The dose rate of gamma radiation exceeds 100 R/h immediately after the UNE on the technological platform. Partial decontamination of both equipment and the most polluted sectors of terrain was carried out after the explosion. The maximum levels of radiation in the area of sanitary protection zone amounted to 750 mR/h and 15 mR/h beyond its borders. In 1976-1977, i.e. 5-6 years after the explosion, additional pollution of industrial site by radioactive substances occurred as a result of the drilling of two exploration wells. From 1995 to 2010, different organizations repeatedly carried out recuperation of UNE territory, as well as diverting the Shacha River at a safe distance from the UNE area; but without sufficient justification, all this work exclude the possibility of long-distance migration of UNE radionuclides with groundwater to settlements located on the left bank of the Gorkov reservoir. In December 2010, we carried out reconnaissance investigations of the UNE ‘Globus-1' zone under the support of Administration of Kineshma District of Ivanovo Region. This action included: (i) sampling water from underground sources of drinking water in six settlements away from the UNE epicenter on 4-7 km; (ii) sampling of water with suspension at the epicenter of UNE ‘Globus-1' from the end of the well tube; (iii) soil and vegetation sampling, as well as the dosimetric measurements near the UNE epicenter; (iv) sampling of aerosols near the UNE epicenter to assess the concentrations of radon decay products. Composition of the radionuclides was studied in the Radiochemistry Chair of the Chemical Department of M.V. Lomonosov Moscow State University. As a result, we found that man-made radionuclides of UNE "Globus-1" are present in underground water sources in villages Vypolzikha, Efremovka, Stiberskoe, Lyskarikha, Galkino and Ilyinskoe. The specific activity of 137Cs, 90Sr and tritium are varied here accordingly within: 0.047-1.19; 0.012-0.052; 110.5-0.3 Bq/l. that radionuclides specific activity in water located in head of conductor pipe of charge-emplacement hole, was respectively 12330, 672.6 and 3228 Bq/l. 137Cs content ranged from 5.7 to 9640 Bq/l in samples of grass and soil selected around charge-emplacement hole within a radius of up to 5 m. According drilling a borehole no. 3 in Ilyinskoe village, contamination of groundwater by products of UNE ‘Globus-1' may have existed already in 1982. In this regard, in 2011, we developed recommendations to refine radiation and medical-biological hazards, as well as deactivation the sources of drinking. In October, 2

Текст научной работы на тему «Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области»

Электронное научное издание Альманах Пространство и Время Т. 13. Вып. 1 • 2016

Electronic Sctenttftc Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1.

Человек и среда обитания

Man and Living Environment / Mensch und Lebensraum

УДК 621.039 (063)

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А.

* *

Б.Н. Голубов

Ю.А. Сапожников

Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

*Голубов Борис Николаевич, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник Института динамики геосфер РАН, Москва

ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-6379-1765

E-mail: boris-n-golubov@j-spacetime.com; bgolubov@mail.ru

**Сапожников Юрий Александрович, доктор химических наук, главный научный сотрудник кафедры радиохимии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-1516-1822

E-mail: yuriy-a-sapozhnikov@j-spacetime.com; yas34@mail.ru

Подземный ядерный взрыв (ПЯВ) «Глобус-1» проведен 19 сентября 1971 г. в Кинешемском районе Ивановской области, в 4 км к северо-востоку от деревни Галкино, в пойме реки Шача, правого притока реки Надога, впадающей в Горьковское водохранилище на левом берегу реки Волги. В декабре 2010 г. авторами при содействии администрации Кинешемского района Ивановской области было проведено рекогносцировочное обследование зоны ПЯВ «Глобус-1», впервые выявившее особенности дальней миграции радиоактивных продуктов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами, что прежде ускользало от внимания исследователей. Результаты и выводы из данного исследования, а также обсуждение нынешнего состояния проблемы излагаются в настоящей статье.

Ключевые слова: подземный ядерный взрыв; глубинное сейсмическое зондирование; радионуклиды; подземные воды; Московская синеклиза; Решемское поднятие; миграция; источник питьевого водоснабжения.

Введение

Подземный ядерный взрыв (ПЯВ) «Глобус-1» был проведен 19 сентября 1971 г. в Кинешемском районе Ивановской области с целью глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) земной коры на профиле Кинешма-Воркута. Работы проводились по заказу Министерств геологии СССР усилиями треста «Ярославнефтегазразведка». Головной организацией по обеспечению радиационной безопасности являлась профильная организация Минсредмаша СССР ВНИПИпромтехнологии [Мирные..., 2001].

ПЯВ «Глобус-1» был ближайшим к Москве ядерным взрывом и проектировался как камуфлетный1, т.е. взрыв полного

1 Камуфлетный взрыв (от французского camouflet — удар, tir avec camouflet — прострелка [шпура или скважины]) — взрыв под землей, обычно без образования воронки. (Прим. ред.).

внутреннего действия без выкидывания земли и образования воронки. Но вопреки расчетам этот ПЯВ сопровождался аварийным выбросом радиоактивных продуктов в атмосферу. Кроме того, через 5—6 лет после ПЯВ при бурении двух скважин здесь неожиданно возникло дополнительное радиоактивное загрязнение местности. Поэтому проблема оценки и устранения опасных последствий этого ПЯВ неизменно служит предметом пристального внимания исследователей, природоохранных служб и властных структур разных уровней.

С 17 по 20 декабря 2011 г. по инициативе авторов настоящей работы и при поддержке администрации Кинешемского района Ивановской области было проведено рекогносцировочное обследование радиационной обстановки в зоне ПЯВ «Глобус-1». Полевые работы по отбору проб грунта, растительности и подземных вод, а также дозиметрические наблюдения в районе этого ПЯВ осуществляли Б.Н. Голубов, студент кафедры радиохимии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Ю.Н. Тоцкий и ведущий инженер Института физики высоких энергий (г. Протвино) А.В. Антипов. Лабораторные работы камерального периода осуществлялись на кафедре радиохимии Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Man and Living Environment

Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1. Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Цель настоящей статьи — охарактеризовать результаты этих исследований, которые впервые выявили особенности дальней миграции радиоактивных продуктов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами, что прежде ускользало от внимания исследователей.

В связи с этим ниже предварительно приведены сведения о параметрах, физико-географических и геологических условиях и истории обследования зоны ПЯВ «Глобус-1», а затем рассматриваются результаты полевых и лабораторных радиохимических исследований в окрестности этого ПЯВ. Итог этих исследований сводится к анализу возможных причин, механизмов и путей дальней миграции радионуклидов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами.

Следует отметить, что характеристика радиационной обстановки в местах проведения мирных ПЯВ, включая объект «Глобус-1», изложена в официальном издании Федерального агентства по атомной энергии [Современная.., 2009]. Авторы этой монографии подчеркивают, что приведенные в ней данные «характеризуют радиационную обстановку только на поверхности земли». Наряду с этим они признают: «все процессы, происходящие в глубинных геологических формациях, где находятся центральные зоны подземных ядерных взрывов, естественно, могут оказывать влияние на радиационную обстановку на территориях объектов, однако эти процессы не рассматриваются в монографии...».

В отличие от такого подхода нами предпринята попытка устранить этот пробел и выявить картину воздействия ПЯВ «Глобус-1» на недра и подземную гидросферу региона.

Значительную помощь в транспортном обеспечении полевых работ, а также в получении необходимой информации о подземных источниках водоснабжения оказали заместитель главы Администрации Кинешемского муниципального района С.Е. Карпов, глава Ласка-ринского сельского поселения Н.В. Корнилова. Жители поселка Ильинское обеспечили гостеприимное проживание участников экспедиции. Команда МЧС г. Заволжска немедленно прибыла к нам морозной ночью на выручку, когда наша машина опрокинулась с обрыва в снежный сугроб, поскольку водитель не справился с управлением на скользкой дороге. Финансовую и транспортную поддержку экспедиции осуществляла кинокомпания «АРТ-ЭКСПРЕСС» (генеральный директор М.К. Кармен).

Всем этим людям авторы выражают глубокую признательность.

Сведения о ПЯВ «Глобус-1»

ПЯВ «Глобус-1» был проведен 19 сентября 1971 г. в Кинешемском районе Ивановской области2, в 4 км к северо-востоку

2 Документальные кадры об этом подземном ядерном взрыве можно, в частности, просмотреть в Интернете на сайте [Последствия мирных ядерных взрывов в СССР 2015].

от дер. Галкино. Мощность ПЯВ составляла 2,3 кт, глубина заложения заряда — 610 м, эпицентр взрыва находился в пойме реки Шача, правого притока реки Надога, впадающей в Горьковское водохранилище на левом берегу реки Волги (рис. 1) [Адушкин, Спивак 2007; Жучихин 2007; Мирные... 2001; Оценка... 1996; Современная... 2005; Физика ядерного взрыва 2009, 2010; Ядерные испытания... 1997].

Рис. 1. Обзорная карта района работ. Красный кружок с крестиком — эпицентр ПЯВ «Глобус-1». Красные точки — места отбора проб подземных вод в декабре 2011 г.; цифра — номер пробы

Как уже отмечено, ПЯВ «Глобус-1» проводился с целью ГСЗ на региональном профиле Кинешма — Воркута. Волны от четырех ПЯВ, расположенных вдоль этого профиля длиной 1500 км, протянутого от западного склона Тимана до Воркутского поперечного

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

поднятия в Предуральском прогибе, позволили осветить кору и верхнюю мантию до глубины 150—200 км. Для всех годографов на этом профиле характерно увеличение кажущихся скоростей от значений 8,2—8,3 км/с до 8,4—8,5 км/с на расстоянии 800—1200 км от ПЯВ. Установлено, что скоростная неоднородность верхней мантии этого региона коррелируется с возрастом геоструктур и тепловым потоком на древней Восточно-Европейской платформе [Егоркин 1991; Павленкова 2003].

Как уже отмечено, ПЯВ «Глобус-1» проектировался как камуфлетный взрыв полного внутреннего действия. Ожидалось, что основное его действие (плавление и испарение породы, образование котловой полости, дробление и растрескивание породы и т.д.) произойдет внутри горного массива без влияния свободной поверхности, исключающего раскрытие её купола, образование провальной воронки и прямой выход продуктов взрыва из полости в атмосферу. Но вопреки проектным расчетам при этом взрыве в результате разгерметизации затрубного пространства под действием высокого давления произошел непрогнозируемый аварийный выброс радиоактивных продуктов ПЯВ вместе с водогазовой смесью, песком и глиной. Точное время, длительность, интенсивность и другие показатели этого выброса в указанных источниках не указаны. Известно только, что вскоре после ПЯВ на технологической площадке мощность дозы гамма-излучения превышала 100 Р/час.

Диктор, комментирующий по Интернету фильм о ПЯВ «Глобус-1» сообщает, что аварийный выброс из боевой скважины ГБ-1 продолжался 20 дней, а площадь радиоактивного загрязнения местности составила 10000 кв. м. В других средствах массовой информации сообщается, что газо-водяной радиоактивный фонтан возник на 18-й минуте после взрыва, и радиоактивные выбросы распространялась на восток по руслу реки Шача в течение 10 дней.

Спустя некоторое время после взрыва была проведена частичная дезактивация оборудования и наиболее загрязненных участков местности. Максимальные уровни радиации на территории санитарно-защитной зоны достигали 750 мР/ч, а за её пределами — до 15 мР/ч.

Дополнительное загрязнение промплощадки радиоактивными веществами произошло в 1976—1977 гг., т.е. через 5—6 лет после взрыва, в результате бурения двух исследовательских скважин с целью выяснения причин аварии. Параметры, причины и механизмы таких выбросов в указанных источниках не раскрыты.

После повторного загрязнения была проведена рекультивация территории технологической площадки.

Линейные размеры контура загрязненного участка равны примерно 60 м на 100 м. В ближайшей к боевой скважине деревне Галки-но мощности доз гамма-излучения находились в пределах естественного регионального фона 5—9 мкР/ч [Мирные... 2001].

Физико-географические особенности зоны ПЯВ «Глобус-1»

В орографическом отношении территория эпицентра ПЯВ «Глобус-1», включая зону его воздействия на окружающую среду, расположена в пределах Унже-Волжской низины, которая представляет собой моренно-флювиогляциальную равнину с абсолютными отметками поверхности 100—160 м. Рельеф равнины характеризуется мягкостью и сглаженностью форм. Встречающиеся здесь редкие холмы обычно имеют высоту 5—10 м, плоские вершины и пологие склоны [Геологическая... 1983].

Реки рассматриваемого района относятся к бассейну Волги и характеризуются резко выраженным весенним половодьем. Волга протекает здесь в субширотном направлении, зарегулирована плотиной Горьковской ГЭС и имеет ширину около 1200 м. До подпора этой плотиной высота уровня воды в Волге равнялась 72 м, а после подпора достигла 83 м.

Ледообразование начинается в конце октября — начале ноября. Полностью ото льда реки освобождаются в апреле.

Основными источниками питания рек служат атмосферные осадки. Продолжительные обложные дожди оказывают заметное влияние на величину речного стока.

Район находится в зоне избыточного увлажнения. На значительных его пространствах существуют благоприятные условия для заболачивания и торфообразования. Как правило, болота приурочены к слабо дренируемым низинам.

В геоморфологическом отношении рассматриваемая территория представляет собой аккумулятивную равнину, сформированную в основном в результате деятельности днепровского и московского ледников и их талых вод.

Как уже отмечено, эпицентр ПЯВ «Глобус-1» находится в пойме реки Шача, которая является правым притоком реки Надога, впадающей в Горьковское водохранилище на левом берегу реки Волги. Исток реки Шача находится в лесах близ границы с Костромской областью. Она течёт на юго-восток по лесному массиву и вбирает в себя притоки — Мокша, Чёрная, Казара (все правые).

В межень ширина малых рек в верховьях составляет 1—5 м, в среднем течении до 20 м, в нижнем, за счет подпора плотины Горьковской ГЭС — иногда достигает 500 м. Глубина на плесах не превышает 1—3 м, на перекатах сокращается до 0,2—0,5 м. Скорость течения — от 0,2 до 0,3 м/с.

В 2002 г. русло реки Шача было отведено искусственным образом от эпицентра ПЯВ «Глобус-1» к юго-западу, о чем ниже будет сказано особо.

Геологические особенности зоны ПЯВ

Стратиграфия и литология. В районе ПЯВ «Глобус-1» и его окрестности, на дневную поверхность выходят четвертичные, меловые, юрские и триасовые отложения. Картировочными скважинами здесь вскрыты верхнепермские отложения и скважиной в селе Решме - породы нижнепермского, каменноугольного, девонского, протерозойского и архейского возраста, которые участвуют в строении фундамента и чехла Московской синеклизы древней Восточно-Европейской платформы (рис. 2, 3).

Фундамент. Сложно дислоцированные кристаллические породы фундамента вскрыты скважиной Решма на глубине 2762 м (абсолютная отметка кровли 2645 м) и представлены биотит-плагиоклазовыми гнейсами, амфиболитами и мигматитами, которые отнесены к архею. Судя по разрезу этой скважины, а также по геофизическим данным, размытая поверхность кристаллического фундамента в зоне ПЯВ «Глобус-1» залегает на глубине около 2600 м, осложнена разломами и полого погружается в западном-северо-западном направлении [Геологическая... 1983].

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1.

Man and Living Environment Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Рис. 2. Эпицентр ПЯВ «Глобус-1» на геологической карте [Геологическая карта., 1983]. Условные обозначения см. табл. 1. Малый красный круг с бергштрихами — зона аф-тершоков ПЯВ «Глобус-1»; большой круг — ближняя зона сейсмического воздействия прямых объемных ударных

волн этого ПЯВ

Рис. 3. Геологический разрез района ПЯВ «Глобус-1» по линии А — Б. Условные обозначения в табл. 1 и на рис. 4

Таблица 1

Условные обозначения к геологической карте (рис. 2) и разрезу (рис. 3)

Система

Отдел

ЧЕТВЕР-

<

со о с;

ш

Z

и

CL

о; <

со о

и <

5 CL

н

о; <

*

и Z CL Ш

С

<

х -0

о

L.

>

О X X ш

Z <

о; <

и

X

о со ш

"3

Про теро

зой

X

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

£

х

X CL Ш

СО

X

£

X

X CL Ш

СО

£ s

5 5

I I

Верхн.

X

et

ш CL

и

х

£

х

X CL Ш

СО

X

et

ш CL

U

X CL Ш

СО

Архе й

Т ykb

Р 2sv

o3g+o

С jßd^mc

Отложения нерасчлененные (только на разрезе)

Альбский ярус. Глины алевритовые серые, светло-серые

Аптский ярус. Глины светло-серые

Готеривский и барремский ярусы. Алевриты темно-серые

Валанжинский ярус. Пески светло-серые, в основании - песчаник

Волжский ярус. Глины, пески и песчаники

Оксфордский-кимериджский ярусы. Глины темно-серые и черные

Келловейский ярус. Пески серые, мелкозернистые, глины и алевриты

Оленекский ярус. Алевриты и глины голубовато-серые

и >

ср

и

i

и >

ср ^

и ср ги I-iU

Верхний подъярус. Спасский горизонт.

Глины пестроцветные с прослоями алевритов и песков

Верхний подъярус. Шилихинский горизонт.

Глины красноцветные с прослоями алевритов и песков

Нижний подъярус. Краснобаковский горизонт. Глины алевритовые красновато-коричневые с прослоями алевритов и песков

Нижний подъярус. Рябинский горизонт. Глины красно-бурые с прослоями песков

Верхний подъярус. Вятский горизонт. Глины с прослоями песчаников

Верхний подъярус. Северодвинский горизонт. Глины тускло-коричневые с прослоя ми мергелей, песков, алевритов и песчаников

Нижний подъярус. Уржумский горизонт. Сухонская свита. Глины аргиллитоподобные, аргиллиты, мергели, известняки

Нижний подъярус. Уржумский горизонт. Нижнеустьинская свита. Алевролиты с прослоями песчаников, аргиллитов, мергелей и песков

Казанский ярус. Известняки с прослоями доломитов

Сакмарский ярус. Ангидриты с прослоями доломитов и гипсов

Ассельский ярус. Доломиты и известняки с прослоями и включениями гипса

Гжельский и оренбургский ярусы. Известняки и доломиты с прослоями мергелей и глин

5S

и и

CD ^

о ср

б * о

Верхний подъярус. Подольский и мячковский горизонты. Доломиты и известняки_

Нижний подъярус. Каширский горизонт. Доломиты с примазками глин

Нижний подъярус. Верейский горизонт.

Переслаивание глин, песчаников, алевролитов, глинистых доломитов и известняков

Намюрский ярус. Протвинский горизонт. Известняки

Визейский ярус. Яснополянский, окский и серпуховский надгоризонты. Доломиты переслаивающиеся с алевролитами, глинами и мергелями

Турнейский ярус.

Доломиты с включениями гипса и ангидрита, прослоями глин

Фамен-ский ярус

и >

ср ^

и

i

ги ср

е

* £

I- ^

ш ср

CD

Венд

Верхний подъярус. Доломиты с включениями гипса и ангидрита

Нижний подъярус. Известняки глинистые с прослоями доломитов и глин_

Верхний подъярус. Евлановский и ливенский горизонты. Известняки с прослоями мергелей_

Верхний подъярус. Воронежский горизонт. Известняки с прослоями глин и мергелей_

Верхний подъярус. Бурегский горизонт. Известняки с прослоями глин_

Нижний подъярус. Семилукский горизонт. Переслаивание глин, мергелей, известняков_

Нижний подъярус. Саргаевский горизонт. Известняки и доломиты_

Нижний подъярус. Пашийский и кыновский горизонты. Глины, алевролиты, песчаники_

Старооскольский горизонт. Пески, песчаники, алевролиты

Наровский горизнт. Переслаивание глин, алевритов, известняков

Пярнуский горизонт. Песчаники с прослоями алевритов и алевритовых глин_

Валдайская серия. Переслаивание аргиллитов, алевролитов, песчаников

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Волынская серия. Аргиллиты с прослоями песчаников и алевролитов,_

Гнейсы, амфиболиты биотит-плагиоклазовые

Границы несогласного залегания отложений

Границы стратиграфического контакта, достоверные и предполагаемые Места находок ископаемой фауны Места находок пыльцы и спор Буровые скважины

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Man and Living Environment

Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1. Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов

к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Рис. 4. Схема зонального строения недр вокруг полости ПЯВ «Глобус-1»: 1 — полость ПЯВ (радиус 16 — 23 м, включая области испарения (2,4—4,5 м) и плавления (4—6,5 м) горных пород); 2 — зона смятия горных пород

(4—5 м); 3 — зона интенсивного дробления горных пород (46—53 м); 4 — зона неупругих деформаций горных пород (160—200 м); 5 — зона локальных неупругих деформаций горных пород (210—265 м); 6 — столб обрушения свода полости ПЯВ; 7 — зоны откольных явлений; 8 — очаг паро-гидротермальной активности недр. Зоны сейсмического воздействия ударных волн ПЯВ (9—12): 9 — эпицентральная (1320 м); 10 — ближняя (1— 15 км); 11 — средняя (10—100 км); 12 — дальняя (80—1000 км); 13 — региональные водоупоры, разрушенные ПЯВ; 14 — направление движения

подземных вод, спровоцированное ПЯВ.

Платформенный чехол в рассматриваемой части Московской синеклизы в районе ПЯВ «Глобус-1» выстилают отложения верхнего протерозоя, палеозоя, мезозоя и кайнозоя, которые образуют четыре структурно-формационных комплекса: верхнебайкальский, каледонский, герцинский и альпийский.

Верхнебайкальский структурный комплекс стратиграфически соответствует древнейшим образованиям осадочного чехла в рассматриваемом районе, которые вскрыты Решемской скважиной на глубине 2762—1883 м. Они отнесены к вендской системе верхнего протерозоя и представлены толщей переслаивания песчаников, аргиллитов и алевролитов, которая расчленяется на две серии: волынскую и валдайскую мощностью 174 и 703 м соответственно.

Каледонский структурный комплекс слагают морские терригенно-карбонатные отложения кембрия и ордовика. Они отсутствуют в рассматриваемом районе и вскрыты по соседству скважиной в пос. Судославль, расположенной в 20 км западнее. В зоне ПЯВ «Глобус-1» этому структурному комплексу соответствует поверхность углового несогласия и размыва в основании девонских отложений.

Герцинский структурный комплекс разделяется на четыре структурных этажа: средне-верхнедевонский, нижне-среднекаменноугольный, верхнекаменноугольно-пермский и нижнетриасовый. Он имеет наибольшую мощность, равную 1800м.

Средне-верхнедевонский этаж сложен толщей терригенных и карбонатных пород живетского, франского и фаменского ярусов, более дробно расчленяемых на подъярусы и горизонты. В разрезе живетского яруса (пярнусский, наровский и староосколь-ский горизонты), а также нижнефранского подъяруса (пашийский и кыновский горизонты) преобладают песчаники, переслаивающиеся с алевролитами и единичными прослоями известняков. Мощность этой толщи составляет около 350 м. Вышележащя часть разреза франского подъяруса (саргаевский, семилукский, бурегский, воронежский, евлановский и ливенкский горизонты) и франского яруса представляет собой 500-метровую толщу известняков и доломитов с прослоями глин и мергелей. Суммарная мощность средне-верхнедевонского этажа составляет 850 м.

Н и жн е - с ре д н е ка м е н н оу го л ь н ы й структурный этаж сложен терригенно-карбонатными породами. В нижней части его разреза (турнейский ярус) преобладают доломиты с включениями гипсов и ангидритов, которые залегают на подстилающих породах без следов перерыва и имеют мощность 39 м.

Визейский ярус залегает на подстилающих отложениях с размывом. Он представлен песчано-глинистыми алевролитами, переслаивающимися с алевролитовыми глинами, мергелями и песчанистыми доломитами (яснополянский надгоризонт, тульский горизонт), которые выше сменяются доломитами с обломками микрозернистого известняка, кораллов, криноидей и включениями гипса (окский и серпухов-ский надгоризонты). Намюрский ярус сложен белыми известняками протвинского горизонта мощностью 8 м, кровля которого размыта.

Средний отдел каменноугольной системы выделен в объеме московского яруса, который с размывом залегает на подстилающих отложениях протвинского горизонта и имеет трехчленное строение. В нижней части московский ярус сложен пестроцветной толщей переслаивания алевритовых глин, кварц-полевошпатовых песчаников, алевролитов, глинистых доломитов (верейский горизонт). В средней его части преобладают доломиты и доломитизированные известняки с прослоями палыгорскитовых глин (каширский горизонт). Венчают разрез московского яруса тонкозернистые доломиты и доломитизированные известняки (подольский и мячковский горизонты).

Мощность нижне-среднекаменноугольного структурного этажа составляет 350 м.

Верхнекаменноугольно-пермский структурный этаж сложен терригенно-карбонатными породами. В нижней его части мощностью около 400 м преобладают известняки, доломиты и мергели (гжельский и оренбургкий ярусы верхнего карбона и ассель-ский ярус нижней перми). Выше эти карбонатные породы согласно перекрыты толщей хемогенных пород сакмарского яруса нижней перми мощностью 136 м (ангидриты с прослоями доломитов, гипсов и двух горизонтов каменной соли).

Остальная часть разреза верхней перми разделена поверхностями размыва на четыре части. Нижняя из них — это казанский ярус. Он сложен серыми доломитизированными окремнелыми известняками мощностью 56 м, которые с размывом перекрыты татарским ярусом.

Нижний подъярус татарского яруса слагает трансгрессивная серия терригенных отложений уржумского горизонта, который сложен толщей алевролитов, песчаников, аргиллитов и глин нижнеустьинской свиты мощностью 71 м, которая отличается сильной загипсо-ванностью и выше сменяется мергелями, аргиллитоподобными глинами и песчаниками сухонской свиты.

Верхний подъярус татарского яруса расчленяется поверхностями размыва на северодвинский и вятский горизонты.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

В северодвинском горизонте выделяются нижняя пачка аргиллитоподобных слабокарбонатных глин с включениями мергелей, осложненная зеркалами скольжения, а также верхняя пачка переслаивающихся мергелей, глин, аргиллитов, алевролитов, песчаников.

Вятский горизонт залегает на подстилающих породах с размывом и сложен в основном кирпично-красными и темно-коричневыми глинами.

Мощность верхнекаменноугольно-пермского структурного этажа составляет 550 м.

Нижнетриасовый структурный этаж сложен в основном терригенными породами индского яруса мощностью 255 м, которые с размывом залегают на отложениях северодвинского и вятского горизонтов татарского яруса. На соседней территории, западнее, разрез этого структурного этажа венчает пачка полимиктовых мелкозернистых породы и буроватых песчанистых глин оленекского яруса мощностью 16 м, которая в зоне ПЯВ «Горизонт-1» отсутствует.

В составе индского яруса выделяются толща глин рябинского, краснобаковского и шилихинского горизонтов, которая выше сменяется более песчанистыми разностями глин, а также песками и песчаниками спасского горизонта.

Альпийский структурный комплекс объединяет в зоне ПЯВ «Глобус-1» отложения юрской, меловой и четвертичной систем.

Юрская система на рассматриваемой территории представлена верхним отделом в объеме келловейского, оксфордского, киммериджского и волжского ярусов.

Келловейский ярус в нижней части сложен мелкозернистыми кварцевыми и глинистыми нередко известковистыми песками, которые выше сменяются мергелями, аргиллитами и глинами. Его мощность не превышает 15 м.

Оксфордский и киммериджский ярус показаны на геологической карте совместно и представлены пачкой серых, светло-серых и черных известковистых глин мощностью от 6 до 20 м.

Волжский ярус слагают зеленовато-серые фосфатизированные известковистые песчаники. Его мощность не превышает 4,5 м.

Меловая система представлена только нижним отделом в составе всех его ярусов, из которых в районе ПЯВ «Глобус-1» развиты валанжинский, готеривский и барремский ярусы, исключая аптский.

Валанжинские отложения залегают с размывом на породах верхней юры и сложены в своем основании скоплениями окатанных конкреций фосфоритов и гальки фосфатизированных песчаников, вымытых из волжских и киммериджских отложений. Выше песчаников залегают серые пески и алевриты с примесью глауконита. Мощность валанжинского яруса 4 — 18 м.

Отложения нерасчлененных готеривского и барремского ярусов залегают без видимых следов перерыва на породах валанжинского яруса, представлены темно-серыми глинистыми алевритами и алевролитовыми глинами и перекрыты четвертичными отложениями. Полная мощность готерив-барема составляет 20—25 м.

Четвертичная система. Четвертичные отложения сплошным чехлом покрывают коренные породы и отсутствуют только на обрывистых склонах реки Волги и её притоков. Они залегают на неровной расчлененной поверхности дочетвертичных пород и образуют систему погребенных долин, которые прослежены, в частности, вдоль русел рек Шача и Надога. Подошва четвертичных отложений в погребенных долинах имеет абсолютные отметки около +60 м; на древних водоразделах +120 — 150 м. Мощность четвертичных отложений обычно составляет 15—25 м, местами уменьшаясь до 1—4 м. Максимальные мощности 90—100 м наблюдаются в погребенных долинах.

В районе ПЯВ «Глобус-1» на водораздельных пространствах почти повсеместно развита морена днепровского оледенения средне-четвертичного возраста. Она залегает здесь преимущественно на отложениях нижнемелового возраста и представлена темно-серыми, серыми, красно-бурыми и коричневыми тугопластичными суглинками, содержащими гальку, гравий и валуны известняков, шокшин-ских песчаников, кварцитов, кремней, реже гранитов, диоритов, пирита и окатышей мезозойских пород.

Флювиогляциальные отложения времени отступания днепровского ледника имеют незначительное распространение на водораздельных участках и представлены желтовато-бурыми мелко- и среднезернистыми кварцевыми глинистыми песками с галькой кварца и кварцитов.

Морена московского оледенения в районе ПЯВ «Глобус-1» отсутствует и развита по соседству к западу от него. Вместе с тем в долинах рек Шача и Надога широко развиты флювиогляциальные и аллювиально-флювиогляциальные московские отложения, а также верхнечетвертичные отложения двух надпойменных террас. Аллювиальные отложений II надпойменной террасы представлены мику-линским и калининским горизонтами суглинков мощностью 7—15 м. Аллювиальные отложений I надпойменной террасы представлены мологошекснинским и осташковским горизонтами песков мощностью 0,8—6 м.

Кроме того, в четвертичной системе рассматриваемого района выделяются также современные озерно-болотные и аллювиальные отложения.

Тектоника и современная геодинамика

В тектоническом отношении район ПЯВ «Глобус-1» приурочен к присводовой части восточного крыла Решемского поднятия юго-восточного склона Московской синеклизы древней Восточно-Европейской платформы3.

3 Восточно-Европейская платформа, именуемая также Русской плитой — один из крупнейших относительно устойчивых участков земной коры, который сложен типичной континентальной корой мощностью 35—45 км и отличается двухэтажностью своего строения: нижний этаж (сложно дислоцированный фундамент кристаллических пород) и верхний (слабо деформированный осадочный чехол). Активность интенсивных подвижек недр и сильных землетрясений здесь практически заглохла к концу протерозоя. На этом фоне множество землетрясений, возбуждаемых ПЯВ, служат фактором техногенной дестабилизации недр Восточно-Европейской платформы.

На геологической карте это поднятие отмечено выходами на дневную поверхность пород нижнего триаса среди поля верхнеюрских и нижнемеловых пород. Ось поднятия вытянута в север-северо-восточном направлении. Амплитуда поднятия по отношению к соседним прогибам составляет 70 м. Решемское поднятие отличается тем, что в его пределах отсутствуют отложения кембрия, ордовика и силура. Это может быть связано либо с тем, что в то время здесь преобладали процессы денудации и уже тогда наметился рост этого поднятия.

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Man and Living Environment

Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1. Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Либо эти отложения были размыты в предсреднедевонское время. То есть, Решемское поднятие сформировалось позже. Кроме того, в пределах этого поднятия развиты отложения нижнего оксфорда и вятского горизонта, которые, однако, отсутствуют в соседнем Кинеш-мском прогибе. Это означает, что структурный план рассматриваемого района претерпевал в это время еще одну перестройку.

Наличие в разрезе Решемского поднятия мощных разновозрастных толщ карбонатных отложений позволяет предполагать, что они осложнены трещинными системами разных возрастных генераций и рангов, которые сформировались в результате неоднократных структурных перестроек этого тектонического поднятия. Не исключено, что дезинтеграционные процессы отразились здесь в виде линейных разломов, линейно-очаговых и очаговых субвертикальных и наклонных зон и участков аномальной трещиноватости, которые одновременно являются и флюидодинамическими структурами.

До недавнего времени Московская синеклиза, расположенная внутри древней Восточно-Европейской платформы, считалась в основном асейсмичной. Зарегистрированные здесь подвижки недр рассматривались обычно как отголоски отдаленных крупных землетрясений, либо как местные оползни и карстовые обвалы. Но в работе [Землетрясения.., 2007] приведены сведения, которые указывают на тектонические причины землетрясений в этом регионе. В последние годы телесейсмической сетью здесь зафиксированы землетрясения силой до 6-7 баллов, очаги которых находятся на глубине 15—25 км. Подмечены признаки связи таких землетрясений с движениями блоков фундамента по разломам. Часть этих землетрясений имеет неглубокие очаги.

Гидрогеология

Район ПЯВ «Глобус-1» приурочен к юго-восточной части Московского артезианского бассейна древней Восточно-Европейской платформы [Геологическая... 1983; Карта... 1999], в разрезе которого выделяются два гидрогеологических комплекса: нижний и верхний.

Нижний гидрогеологический комплекс объединяет скопления трещинно-жильных подземных вод, развитые в основном в трещиноватых кристаллических породах фундамента Московской синеклизы. Тектонические обводненные разломы могут осложнять и платформенный чехол.

Верхний гидрогеологический комплекс представляет собой сложную многослойную систему водоносных и водоупорных горизонтов, приуроченных к осадочной толще пород палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста Московской си-неклизы. В составе этого комплекса выделяются четыре гидрогеологических этажа: венд-девон-нижнекаменноугольный, средне-верхнекаменноугольно-ассельский, пермо-триасовый и юрско-четвертичный.

Эти этажи разделены между собой тремя региональными водоупорами. Во-первых, это толща глин верейского горизонта московского яруса среднего карбона мощностью 23 м. Во-вторых, — толща гипсов и ангидритов с прослоями глин сакмарского яруса нижней перми мощностью 136 м. В-третьих, — толща глин оксфордского и кимериджского ярусов мощностью до 20 м.

Венд-девон-нижнекаменноугольный гидрогеологический этаж разделяется, в свою очередь, на два гидрогеологических подэтажа: нижний и верхний.

Нижний подэтаж представляет собой скопления порово-трещинно-пластовых напорных высокоминерализованных вод в терриген-

V/ ^ л w V V \

ном комплексе пород венда и девонской системы в объеме живетского яруса (пярнусский, наровский и старооскольский горизонты) и нижнефранского подъяруса (пашийский и кыновский горизонты). Эти напорные воды имеют в основном хлоридный состав. Их минерализация достигает 270—350 г/кг.

Верхний подэтаж объединяет трещинно-пластовые и карстово-пластовые напорные воды, сосредоточенные в карбонатной толще

I A U U U U U \ I

известняков франского (саргаевский, семилукский, бурегский, воронежский, евлановский и ливенский горизонты), фаменского, тур-нейского, визейского, намюрского ярусов. Эти напорные воды также имеют хлоридный состав, но в отличие от нижележащего подэтажа имеют более низкую минерализацию, равную 140—270 г/кг.

Средне-верхнекаменноугольно-ассельский гидрогеологический этаж содержит трещинно-пластовые и карстово-пластовые напорные воды, сосредоточенные в известняках и доломитах среднего и верхнего карбона (московский, гжельский, оренбургский ярусы) и ассельского яруса нижней перми. Это в основном хлоридные воды с минерализацией 70 — 140 г/кг.

Пи ^ V/

ермо-триасовый гидрогеологический этаж включает в себя водоносный горизонт казанских отложений, а также водоносные поэтажи татарских и нижнетриасовых отложений.

Водоносный горизонт казанских отложений распространен повсеместно. Его вмещающими породами служат слабо трещиноватые загипсованные и засоленные известняки. В подошве горизонта залегают водоупорные ангидриты сакмарского яруса нижней перми, в кровле — глины татарского яруса верхней перми. Горизонт опробован в скважине 29 Нейская, в которой вскрыты самоизливающиеся воды с высотой напора 44 м. Уровень установился на 4 м выше дневной поверхности, на абсолютной отметке 124 м. Дебит скважины невелик — 0.03 л/с при понижении на 30 м, что объясняется слабой трещиноватостью водовмещающих пород. Воды относятся к соленым (42,9 г/л) хлоридно-натриевым. В воде обнаружены микрокомпоненты: бром (39,4 мг/л), йод (3,7 мг/л), фтор (3,0 мг/л), а также следы марганца, титана, молибдена, циркония, меди и стронция. Кроме того, в водах этого горизонта присутствуют радиоактивные элементы: радий — менее 4х10-12 г/л и уран — до 6х10-7 г/л. Области питания казанского водоносного горизонта расположены за пределами рассматриваемой территории.

Водоносный подэтаж татарских отложений сложен тонко- и мелкозернистыми песками, песками, трещиноватыми мергелями и известняками, находящимися в сложном переслаивании с глинами. Пески и песчаники развиты в основном в верхней части комплекса (северодвинский горизонт) и в меньшей части в его основании (нижнеустьинская сита), а средняя часть комплекса (мергели и известняки сухонской свиты) практически неводоносна. Воды высоконапорные. Высота напора достигает 189,7—278,1 м. Пьезометрические уровни в пределах водораздельных пространств устанавливаются на глубине до 19,0—34,5 м, а в долинах рек фонтанируют на высоту до 6 м. Дебиты скважин составляют 0,73—2,5 л/с при понижении на 19,0—25,1 м. Воды соленые сульфатно-хлоридные и хлоридно-сульфатные с минерализацией 11,5—23,2 г/л. В них встречены фтор, цинк и бром. Концентрация урана — от 1,9 до 4х10-7 г/л. Эти воды непригодны для питьевого водоснабжения.

Водоносный подэтаж нижнетриасовых отложений на правом берегу Волги выходит на дневную поверхность, а на левом её берегу в районе ПЯВ «Глобус-1» поверхность этого комплекса расположена на абсолютных отметках около 50—60 м. Водовмещающие породы пески и песчаники мелко- и тонкозернистые, часто глинистые. Абсолютные высоты пьезометрических уровней достигаю 106,5—110,0 м

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов

к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

и в целом понижаются к северу. Т.е. естественное направление движения подземных вод нижнего триаса направлено к северу. Минерализация вод отличается пестротой. На правобережье Волги развиты в основном пресные и солоноватые (4,3 г/л) воды, а к северу от этой долины в зоне ПЯВ «Глобус-1» — более соленые воды с минерализацией до 12,5 г/л. Воды нижнетриасового комплекса содержат микрокомпоненты брома йода, фтора, а также ничтожные количества мышьяка, цинка, свинца и меди. Эти воды используются в питьевых и лечебных целях.

Юк* v/ ^ v/ w v

рско-четвертичный гидрогеологический этаж объединяет водоносный горизонт келловейских отложений, водоносный комплекс волжских и нижнемеловых отложений, а также ряд водоносных горизонтов в четвертичной системе.

Водоносный горизонт келловейских отложений сложен песками, песчаниками и алевритами мощностью до 13 м. Водоупорным ложем повсеместно служат глины нижнего триаса. В кровле водоносного горизонта почти повсеместно развиты верхнеюрские водоупорные глины мощностью до 20 м, которые обычно отсутствуют в пределах погребенных дочетвертичных долин. Глубина залегания пьезометрических уровней в пределах речных долин и флювиогляциальных равнин колеблется от 2 до 14 м. Основное движение подземных вод этого горизонта направлено на юго-восток, к долине Волги. Воды горизонта гидрокарбонатные натриевые и натриево-кальциевые. В них присутствуют (г/л): уран — 1,5х10-7—б,9х10-6, радий — менее 4х10-12, а также фтор — 0,12—0,4 и бром — от 2,13 до 3,99. Водоносный горизонт является перспективным для водоснабжения.

Водоносный комплекс волжских и нижнемеловых отложений сложен песками и песчаниками, разделенными слоями глин и алевролитов. Водовмещающими служат пески и песчаники волжского яруса (мощность 3—7 м) и отложения аптского, готерив-барремского и валанжинского ярусов мощностью до 88 м. Водоупор между волжскими и нижнемеловыми отложениями отсутствует. На рассматриваемой территории этот водоносный комплекс перекрыт четвертичными отложениями. Нижним водоупором служат глины верхней юры. Глубина залегания водоносного комплекса не превышает 25—35 м. Воды комплекса напорные. Высоты напоров колеблются от 1 до 53 м над кровлей комплекса. Глубина залегания пьезометрических уровней на водоразделах достигает 25—35 м; в долинах рек и на плоских зандровых пространствах уменьшается до 5—12 м. Питание комплекса осуществляется за счет перелива вод из вышележащих четвертичных отложений. Воды пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые. В них присутствуют (г/л): уран — до 4,5х10-7, радий — менее 4х10-12. Водоносный горизонт является перспективным для водоснабжения.

Водоносные горизонты четвертичной системы сосредоточены в окско-днепровских аллювиальных и флювиогляциальных отложениях, спорадически в днепровских и московских гляциальных отложениях, в днепровских надморенных и днепровско-московских межморенных флювиогляциальных отложениях, в средне- и верхнечетвертичных аллювиальных и флювиогляциальных отложениях, а также в современных аллювиальных и торфяных отложениях. Как правило, эти водоносные горизонты сложены песками. Их воды являются пресными гидрокарбонатными кальциевыми и кальциево-магниевыми. Водообильность горизонтов непостоянная, но, как правило, значительная. Воды используются населением для питьевых и хозяйственных нужд. Питание вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков или фильтрации воды из вышележащих болотных и флювиогляциальных отложений. Водоносные горизонты местами имеют напорный режим, а также безнапорный грунтовый или межпластовый характер. Загрязнение вод наблюдается в редких случаях.

Зональность подземных вод. В зависимости от интенсивности водообмена и характера подземного стока в рассматриваемой части Московского артезианского бассейна можно выделить зоны интенсивного, затрудненного и весьма замедленного естественного водообмена.

Зона интенсивного водообмена характеризуется хорошими условиями инфильтрации атмосферных вод, взаимодействием отдельных водоносных горизонтов, гидравлической связью подземных вод с поверхностными водотоками и водоёмами. Условия питания, стока, разгрузки и формирования ресурсов подземных вод тесно связаны с особенностями рельефа, климата, дренирующим воздействием речной сети. Мощность этой зоны составляет 250 —300 м. Глинистые перекрытия, залегающие вблизи дневной поверхности, в зоне активного водообмена, изолируют смежные водоносные горизонты друг от друга, вследствие чего они представляют в гидравлическом отношении обособленные резервуары, обладающие различными напорными уровнями, неодинаковым химическим составом воды, различной производительностью.

В зоне затруднённого водообмена движение подземных вод в связи с большой глубиной, слабым влиянием речных дрен, незначительной трещиноватостью пород очень замедлено. Вынос солей затруднён, в составе вод преобладают сульфаты и хлориды. Воды солоноватые и солёные с минерализацией до 50 г/л. Мощность зоны 300—400 м.

В наиболее глубоких частях Московского артезианского бассейна располагается зона весьма замедленного водообмена. Скорости движения вод и процессы промыва пород здесь ничтожны, развиты рассолы высокой концентрации - от 50 до 270 г/л, состав вод хлоридный, натриевый, мощность изменяется от 400—500 до 1600—2000 м в наиболее прогнутых частях бассейна. Скорости движения вод глубоких горизонтов Московской синеклизы определяются от 1 до 5 м в год. В условиях их пологого залегания с небольшим уклоном и отсутствия каких-либо дизъюнктивных нарушений вертикальная миграция подземных вод практически исключена или возможна локально по трещинам преимущественно в смежных, соприкасающихся друг с другом пластах. Т.е. основной вид миграции подземных вод на платформах - боковое движение по пласту — внутрирезервуарное движение от участков выхода пород на дневную поверхность к центру депрессии; миграция флюидов имеет место от крыльев складок к центральным частям структур и т. д.

Такая зональность осложнена здесь наличием древнего погребенного карста в известняках девона и карбона, а также в сульфатных породах пермской системы. Карстовые процессы проявлялись здесь неоднократно в геологическом прошлом в связи с прерывистым ростом Решемского тектонического поднятия и выходом указанных растворимых толщ на дневную поверхность.

В рассматриваемом районе естественный режим подземных вод существенно изменился после того, как в 1955 — 1957 гг. плотиной Нижегородской (Горьковской) ГЭС было создано Горьковское водохранилище. Площадь этого водохранилища составляет 1590 кв. км, объём — 8,71 куб. км, средняя глубина — 3,65 м, максимальная глубина — 22 м, длина — 427 км, ширина — от 6 до 18 км, высота над уровнем моря — 84 м. Волновая переработка берегов достигает с начала заполнения водохранилища на отдельных участках 40—60 м [Хвостова 2010]. В результате здесь сформировались новые техногенные горизонты подземных вод, активизировались процессы подтопления и заболачивания низин рельефа, переработки берегов Волги и её притоков оползнями, обвалами, суффозионными просадками в результате

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Man and Living Environment

Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1. Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Изученность радиационной обстановки в зоне ПЯВ «Глобус-1»

Район рассматриваемого объекта неоднократно обследовался специалистами различных экспедиционных отрядов.

В 1995 г. экспедиция Ивановского госуниверситета под руководством М.П. Шилова установила, что вблизи эпицентра ПЯВ мощность дозы гамма-излучения достигает 300 мкР/ч, а в других местах не превышает 50 мкР/ч.

15—17 июля 1997 г. группа специалистов ВНИПИПромтехнологии на основании результатов визуального и инструментального обследования объекта «Глобус-1» подготовила справку о техническом и радиоэкологическом состоянии этого объекта, которая опубликована в книге [Современная... 2005]. Установлено, что на территории, прилегающей к этому объекту, сохраняется уровень естественного радиоактивного фона. Вдоль береговой линии р. Шачи в районе объекта мощность дозы составляет 6—11 мкР/час, а вдоль опушки леса 7—11 мкР/час. Отмечено также, что на территории объекта ГБ-1 радиационная обстановка определяется главным образом гамма-излучением и достигает величин 30—10 мкР/час. Максимальная мощность дозы составляет 275 ± 30 мкР/час на уровне 1 м от земли и 300 ± 30 мкР/час на уровне земли. Контуры загрязненного участка по уровню двойного фона (15 мкР/час) имеют размеры 60x100 м. В пробах почв установлено наличие гамма-излучающего радионуклида цезия-137 в количествах, превышающих загрязнение от глобальных выпадений в 100—2000 раз. Сделан общий вывод о том, что объект «Глобус-1» имеет локальное радиоактивное загрязнение от «последствий проектной деятельности».

В книге [Современная... 2005] приведен также запрос депутата Государственной думы Российской Федерации В.И. Тихонова Министру Российской Федерации по атомной энергии В.Н. Михайлову от 8 февраля 1998 г. о радиационной обстановке в Заволжском районе Ивановской области. В официальном ответе Департамента Росатома на этот запрос отмечено, в частности, что объект «Глобус-1» находится под наблюдением Отделения радиационной гигиены Ивановского областного центра Госанэпиднадзора и Лаборатории радиационной безопасности ВНИПИПромтехнологии.

В 1998 г. вторая экспедиция под руководством М.П. Шилова установила, что максимальные мощности дозы в районе объекта не превышали 200 мкР/час.

По состоянию на 2005 г. мощность дозы гамма-излучения в зоне радиоактивного загрязнения находилась в диапазоне от 8 до 380 мкР/час, а в местах вскрытия могильников составляла почти 3000 мкР/час. В работе [Современная... 2005] утверждается также, что на прилегающей к объекту «Глобус-1» территории сохраняется естественный радиационный фон в пределах от 5 до 15 мкР/час.

Реализация этого проекта была начата в 2003 г. усилиями ВНИПИпромтехнологии при поддержке Комитета по охране окружающей среды Ивановской области. На эти работы было выделено еще 6 млн. рублей. по статье НИОКР, а также 500 тыс. рублей из бюджета Ивановской области. План и схема этапов этих строительных работ приведены в работе [Современная... 2005] (рис. 5).

Рис. 5. Схема соотношения зональности массива горных пород в ближней зоне ПЯВ «Глобус-1» и этапов строительных работ при сооружении водоотводящего канала на реке Шача. Красный кружок с крестиком — эпицентр ПЯВ «Глобус-1». Розовый цвет — территория, на которой удельная активность цезия-137 в почве превышала 100 Бк/кг по состоянию на 2003 г. [Современная... 2005].

Ответственность за содержание объекта «Глобус-1» по решению губернатора Ивановской области возложена на администрацию Кинешмского района.

Специалисты Федерального агентства по атомной энергии не исключали ухудшения со временем радиационной обстановки в зоне ПЯВ «Глобус-1» за счет миграции радионуклидов с паводковыми водами, размыва берегов реки Шача и подпитки грунтовых вод радионуклидами ПЯВ по нарушенному затрубному пространству боевой скважины.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Как следует из официального доклада о состоянии окружающей природной среды в Ивановской области в 2010 г. [Доклад. 2010], категория радиационной опасности объекта «Глобус-1» органами Роспотребнадзора не установлена. Подчеркнуто, что этот объект находится вне сферы народно-хозяйственной и бытовой деятельности. Инженерно-технические мероприятия по реабилитации на объекте «Глобус-1» включены в Федеральную целевую программу «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года». В 2010 г. инженерно-технические мероприятия по реабилитации на объекте «Глобус-1» не проводились. В сентябре 2010 г. сотрудниками ЗАО «Альянс-Гамма» проведено инспекционное обследование объекта «Глобус-1», по результатам которого составлена техническая справка о радиоэкологической обстановке.

Особого внимания заслуживает то, что во всех перечисленных выше работах и официальных документах мысль о дальней миграции радионуклидов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами в сторону населенных пунктов на берегу Горьковского водохранилища, не допускалась.

Вместе с тем, накопленный авторами отчета опыт обследования ряда других зон ПЯВ, которые проводились в Пермской области, Якутии и Казахстане, убеждает, что очаги и ореолы радиоактивного загрязнения недр, подземных вод и дневной поверхности зачастую распространяются от эпицентра ПЯВ на расстояние до десятка и более км [Голубов 2005; Голубов, Сапожников 2010; Голубов, Уш-ницкий 2011].

Исходя из этого, предпринятое нами обследование зоны ПЯВ «Глобус-1» было нацелено, прежде всего, на поиск радионуклидов этого ПЯВ вдали от его эпицентра в подземных источниках водоснабжения ряда населенных пунктов Кинешмского района.

После ПЯВ «Глобус-1» на устье боевой скважины ГБ-1 был установлен металлический реперный знак, запрещающий производство буровых работ в радиусе до 450 м. О том, что здесь проводился ПЯВ, эта надпись умалчивает. В нескольких метрах от знака расположен оголовок обсадной трубы, которая заполнена водой с чрезвычайно высокой радиоактивностью (проба 6, см. ниже). По состоянию на период работ нашей экспедиции этот опасный участок не был огорожен, доступ к нему был свободен и, таким образом, существовала реальная угроза радиоактивного загрязнения людей, не ведающих об этой опасности, а также животных, проникших на этот участок. То есть, в 2011 г. боевая скважина ПЯВ «Глобус-1» не была приведена в состояние, обеспечивающее безопасность жизни и здоровья населения, а также охрану окружающей природной среды, что противоречило требованиям статьи 26 Закона Российской Федерации «О недрах» и другим законодательным актам.

В отчете, представленном нами администрации Ивановской области в мае 2012 г, было впервые показано, что опасные последствия ПЯВ «Глобус-1» проявляются также в радиоактивном загрязнении подземных источников питьевого водоснабжения, расположенных на значительном удалении от эпицентра ПЯВ.

Спустя три года после нашей экспедиции, 9 октября 2015 г., на сайте Правительства Ивановской области [Завершена реабилитация... 2015] и в других средствах массовой информации появилось сообщение о том, что ФГУП «РосРАО» завершило работы по устранению опасных последствий ПЯВ «Глобус-1». Стоимость государственного контракта на выполнение работ составила 270 млн рублей, работы проводились в течение двух лет. Руководитель проекта ФГУП «РосРАО» в Ивановской области Екатерина Улитина уточнила, что на территории объекта ликвидированы зарядные, исследовательские и наблюдательные скважины, а также проведена выемка и сортировка загрязненного грунта. На длительное хранение в специализированную организацию за пределами региона вывезено 400 кубометров загрязненного радионуклидами грунта. Акт заключительного радиационного обследования реабилитированной территории ПЯВ «Глобус-1» был подписан 19 августа 2015 г. Официально было заявлено, что сейчас объект соответствует санитарным нормам. По словам Е. Улитиной, гарантийного срока работ нет, но каждый год будет проводиться мониторинг этого объекта с целью выяснения стабильности достигнутого результата. Она пояснила также, что «на глубине 600 метров отходы остались, ранее они влияли на поверхность из-за того, что по стволам скважин поднималась жидкость с повышенным содержанием радионуклидов. Сейчас работы по тампонажу скважин проведены, эта гидродинамическая связь отсечена, поэтому данные отходы теперь абсолютно безопасны для тех, кто на поверхности».

В связи с этим 4 ноября 2015 г. в порядке авторского надзора нами был направлен запрос губернатору Ивановской области с просьбой уточнить, удалось ли ФГУП «РосРАО» реализовать наши рекомендации по дезактивации источников питьевого водоснабжения в ряде поселков, где были зафиксированы признаки дальней миграции радиоактивных продуктов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами.

23 ноября 2015 г. последовал официальный ответ первого заместителя начальника Департамента природных ресурсов и экологии Ивановской области. В нем было указано, что «на территории объекта выполнены работы по ликвидации зарядной, исследовательских и наблюдательных скважин, выемке и сортировке загрязненного грунта, вывозу отсортированных радиоактивных отходов на длительное хранение в специализированную организацию за пределами Ивановской области». Кроме того, подчеркивалось, что «в августе текущего года специалистами ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ивановской области» проведено заключительное радиационное обследование, подтверждающее качество выполнения реабилитационных работ и соответствие реабилитированной территории проведения мирного ядерного взрыва «Глобус-1» требованиям санитарно-гигиенических нормативов».

Но в этом письме не были приведены конкретные сведения о дезактивации подземных источников питьевого водоснабжения, расположенных на значительном удалении от эпицентра ПЯВ «Глобус-1». Отсюда создается впечатление, что реабилитация объекта «Глобус-1», как и в предыдущие годы, осуществлялась ФГУП «РосРАО» лишь в ближней зоне ПЯВ, т.е. в радиусе десятков — сотен метров на участке заложения боевой и наблюдательных скважин.

Отсюда следует, что методика оценки радиационной обстановки в зоне ПЯВ «Глобус-1» и работ по реабилитации этого объекта грешит двумя основными недостатками.

Первый из них обусловлен тем, что сих остаются засекреченными данные радиационной разведки о масштабах и составе аварийных выбросов радионуклидов, возникших в момент ПЯВ «Глобус-1» и через 5-6 лет после него при бурении двух скважин.

Второй недостаток сводится к тому, что указанная деятельность ФГУП «ВНИПИпромтехнологии» и «РосРАО» базировалась на представлении о том, что ПЯВ «Глобус-1» обусловил лишь локальное загрязнение почвы и растительности около устья боевой скважины. Но такое представление, как будет показано ниже, оказалось ошибочным: радионуклиды этого ПЯВ были обнаружены в подземных водах на значительном удалении от боевой скважины.

Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time vol. 13, issue 1 Man and Living Environment

Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit' Bd. 13., Ausgb. 1. Mensch und Lebensraum

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Результаты полевых и лабораторных исследований

Радиометрические наблюдения. Радиометрические наблюдения проводилась 19 декабря 2010 г. вблизи эпицентра ПЯВ «Глобус-1» с использованием радиометра сцинтилляционного геологоразведочного СРП-68, который имеет свидетельство о ведомственной поверке № 3057038/13 0994 от 14 марта 2011 г., выданное ФГУ «Менделеевский ЦСМ».

Измерения проводились вдоль линий двух профилей, которые пересекаются под прямым углом в эпицентре ПЯВ «Глобус-1». Координаты концевых точек профилей определялись с помощью навигатора GPS. Расстояние между пикетами на профиле определялось шагами и составляло 3 м. Результаты этих наблюдений приведены в табл. 2 и 3.

Таблица 2 Таблица 3

Результаты радиометрических наблюдений Результаты радиометрических наблюдений

вдоль профиля 1 вдоль профиля 2

Пикет Гамма-излучение Пикет Гамма-излучение

№ мкР/ч № мкР/ч

1 8 19 6

2 9 20 7

3 9 21 7

4 9 22 7

5 9 23 7

6 9 24 7

7 9 25 8

8 9 26 15

9 9 27 15

10* 10 28 12

11 11 29 12

12 10 30 12

13 10 31 11

14 9 32 11

15 9 33 7

16 9 34 7

17 7 35 7

18 7

Пикет Гамма-излучение Пикет Гамма-излучение

№ мкР/ч № мкР/ч

1 11 19 14

2 11 20 15

3 10 21 12

4 10 22 12

5 10 23 13

6 10 24 14

7 10 25 16

8 10 26 16

9 9 27 16

10 9 28 23

11 9 29 60

12 9 30 61

13 10 31 57

14 12 32 44

15* 12 33 35

16 14 34 26

17 14 35 21

18 15 36 15

Примечания:

Координаты пикета № 1: N 57030,501'; E 042038,026'; Координаты пикета № 35: N 57030,463'; E 042038,175' * — скважина.

Примечания:

Координаты пикета № 1: N 57030,501'; E 042038,141'; Координаты пикета № 36: N 57030,450'; E 042038,084' * — скважина.

Радиохимический анализ проб воды, почв и растительности. Отбор проб воды проводился в бутыли емкостью 5 литров. Пробы почвы отбирались в емкости объемом 0,15 литра. Водные пробы анализировались на содержание трития, цезия-137 и стронция-90 и цезия-137. Предварительно пробы отфильтровывались через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм.

Для определения трития из водных проб методом дистилляции отгонялись аликвоты объемом около 10 мл (точный объем определялся взвешиванием). К этим аликвотам в стандартном полиэтиленовом флаконе для жидкостно-сцинтилляционных (ЖС) измерений добавлялся ЖС коктейль OptiPhase Hi Safe-III (Wallac, Финляндия). Смесь равномерно перемешивалась, после чего флакон устанавливался на конвейер ЖС установки "Tricarb-2700TR" (Packard, США) для определения трития.

Для определения стронция-90 к аликвоте пробы добавлялись носители стронция и иттрия (по 10 мг на пробу) и аммиак до образования осадка гидроксида. Осадок отделялся фильтрованием через мембранный фильтр и затем растворялся в минимальном объеме разбавленной соляной кислоты (1:5). Раствор переносился в стандартный полиэтиленовый флакон для ЖС измерений, где объем препарата доводился до 20 мл (обозначался номером пробы плюс буква Y). Фильтрат после отделения гидроксида иттрия также переносился в стандартный полиэтиленовый флакон для ЖС измерений, где его объем также доводился до 20 мл (обозначался номером пробы плюс буквы Sr). Измерения выполнялись с помощью того же прибора "Tricarb-2700TR" по черенковскому излучению, возбуждаемому высокоэнергетическими бета-частицами иттрия-90 - дочернего продукта распада стронция-90.

Цезий-137 определялся недеструктивным гамма-спектрометрическим методом с помощью гамма-спектрометра с детектором из сверхчистого германия GC-2300 с относительной эффективностью 30%. В большинстве исследованных проб концентрации цезия-137 не превышали значений, обусловленных глобальными выпадениями.

Результаты определения трития, углерода-14, стронция-90 в водных пробах приведены в таблицах 4, 5, 6.

Полученные данные свидетельствуют, что техногенные радионуклиды ПЯВ «Глобус-1» присутствуют в источниках водоснабжения населенных пунктов Выползиха, Ефремовка, Стиберское, Лыскариха, Галкино и Ильинское в заметных концентрациях. В первом приближении намечается увеличение концентрации радионуклидов с востока на запад в сторону долины реки Шача.

Как отмечено в паспорте буровой скважины № 3, которая была пробурена в поселке Ильинское в сентябре 1982 г. уже тогда при геофизических исследованиях была обнаружена «радиация пород, которая выражалась зашкаливанием при радиометрии». Этот факт может указывать на то, что радионуклиды ПЯВ «Глобус-1» к тому времени уже проникли в ствол скважины в поселке Ильинское.

Фактическая глубина обследованных нами скважин, а также глубина залегания водоносного горизонта не превышает здесь 150 м. Заряд ПЯВ «Глобус-1» размещался на глубине 610 м. Отсюда возникает вопрос о путях перетока подземных вод, насыщенных техногенными радионуклидами ПЯВ с больших глубин к вышележащим водоносным горизонтам и, не исключено, в реку Волгу.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Обсуждение результатов

Обсуждение причин, механизмов и путей дальней миграции радионуклидов ПЯВ «Глобус-1» с подземными водами опирается на анализ особенностей двух основных этапов техногенной дестабилизации недр Решемского тектонического поднятия.

Первый из них зародился в 1955—1957 гг. в результате сооружения Горьковского водохранилища перед плотиной Нижегородской ГЭС. Как уже отмечено, это водохранилище существенно изменило режим зоны интенсивного водообмена подземных вод, характер которых достаточно детально освещен в научной литературе [Хвостова 2010]. Здесь отметим только, что колебания уровня воды в этом водохранилище до сих пор отзываются на поведении примыкающих к нему водоносных горизонтов подземных вод на значительном удалении от берегов водохранилища, включая район ПЯВ «Глобус-1».

Второй этап был связан с тем, что ПЯВ «Глобус-1» в 1971 г. спровоцировал в массиве горных пород сложную цепь первичных (собственно взрывных) практически мгновенных процессов, а также вторичных (поствзрывных) процессов прогрессирующего разрушения недр и релаксационных геолого-геофизических явлений длительностью от первых часов до многих десятилетий и, вероятно, сотен лет.

Основанием для анализа первичных процессов служат фундаментальные труды по феноменологии и физике ПЯВ [Адушкин, Спивак 2007; Физика... 2009; Фортов 2012; Education... 1970; Explosion... 1991; Teller 1968], а также результаты изучения радиационной обстановки во множестве зон ПЯВ [Голубов 2005; Голубов, Сапожников 2010].

Следует учесть, что логика традиционного подхода к оценке радиационной опасности ПЯВ, сложилась на заре атомного века при проведении первых ПЯВ на полигоне Невада [Teller 1968]. Она базировалась на представлении о ПЯВ как практически мгновенном одноактном действии, полость которого якобы герметична, поскольку выстилается непроницаемой коркой застывшего расплава горных пород. Поэтому камуфлетные ПЯВ до сих пор зачастую рассматривают как практически безопасные.

Но по мере обследования множества зон ПЯВ на территории бывшего СССР и США и устранения завесы секретности атомных проектов после 1990 г. все более отчетливо стала обнажаться несостоятельность такой логики. Основанием тому служат неопровержимые данные о сотнях аварийных прорывов радиоактивных продуктов ПЯВ в атмосферу и множестве реально наблюдаемых обширных очагов радиоактивного загрязнения недр, земной поверхности и технологического оборудования в зонах ПЯВ. Подмечено, в частности, что эти очаги отличаются зачастую мерцающим во времени и пространстве характером распространения техногенных радионуклидов, выносимых из полостей ПЯВ на расстояния, исчисляемые несколькими километрами. В результате наметился иной подход к оценке радиационных последствий ПЯВ, который, напротив, отрицает герметичность полостей ПЯВ и допускает возможность дальней миграции радиоактивных продуктов ПЯВ [Голубов 2005; Голубов, Сапожников 2010].

Живучесть ошибочного традиционного подхода проявилась, вероятно, и в том, что ФГУП «ВНИПИпромтехнологии» и ФГУП «РосРАО» все работы по обеспечению радиационной безопасности зоны ПЯВ «Глобус-1» проводили только вблизи боевой скважины и неоправданно игнорируют рассматриваемый ниже факт дальней миграции радионуклидов этого ПЯВ с подземными водами.

Для понимания причин такой миграции важно вникнуть в особенности размещения ядерного заряда ПЯВ «Глобус-1 в массиве горных пород, а также воссоздать картину первичных и вторичных процессов в зоне этого ПЯВ.

Особенности заложения ядерного заряда ПЯВ «Глобус-1»

Как показано на рис. 3, ядерный заряд ПЯВ «Глобус-1» был заложен на глубине 610 м в недрах Решемского тектонического поднятия в нижнепермской толще карбонатных пород ассельского яруса мощностью 34 м вблизи поверхности размыва подстилающих известняков оренбургского яруса верхнего карбона. Над зарядным устройством, на незначительном удалении от него, залегала сульфатная толща пород сакмарского яруса нижней перми.

Кроме того, это устройство примыкало к трещинно-пластовым и карстово-пластовым напорным хлоридным водам средне-верхнекаменноугольно-ассельского гидрогеологического подэтажа нижнего гидрогеологического этажа, т.е. располагалось в зоне затрудненного водообмена рассматриваемой части Московского артезианского бассейна.

Наконец, отметим и то, что ядерный заряд был заложен между двумя региональными водоупорами. С одной стороны, он располагался непосредственно под водоупорной толщей гипсов и ангидритов сакмарского яруса нижней перми, а, с другой, — над водоупорной толщей глин верейского горизонта московского яруса на удалении около 320 м от кровли этого горизонта.

Как уже отмечено, этот ПЯВ проектировался как камуфлетный взрыв полного внутреннего действия, но вопреки ожиданиям сопровождался аварийным выбросом радиоактивных продуктов ПЯВ в атмосферу. Кроме того, через 5 — 6 лет после ПЯВ при бурении двух скважин здесь возникли повторные выбросы радионуклидов ПЯВ. Все это указывает на «нестандартный», трудно прогнозируемый характер геологических процессов в зоне ПЯВ «Глобус-1» и, кроме того, заставляет критически взглянуть на эффективность применения ПЯВ для глубинного сейсмического зондирования земной коры.

Первичные процессы ПЯВ «Глобус-1»

В развитии первичных процессов этого, как и любого другого камуфлетного ПЯВ, выделяются фаза ядерного деления заряда, гидродинамическая фаза и квазистатическая фаза. Для ПЯВ «Глобус-1», как аварийного и не вполне камуфлетного, по нашему мнению, целесообразно выделять также фазу стравливания водогазовой смеси из полости ПЯВ.

Фаза ядерного деления заряда характеризовалась тем, что в результате мгновенной неконтролируемой цепной реакции длительностью несколько наносекунд возникла совокупность различных видов излучений нейтронов и гамма-лучей, освободилось огромное количество энергии. В результате в зарядной камере объемом около 100 куб. м возникла рекордно высокая в земных условиях концентрация энергии и, как следствие, высокое давление порядка 1—10 ТПа и температура порядка 106—107 градусов. Поэтому заметный объем массива горных пород перешел в плазменное (ионизованное) состояние, часть горной породы мгновенно испарилась, возникло пульсирующее скопление газа в виде высокотемпературной ионизованной плазмы, создавшее мощный электромагнитный импульс и, в конечном счете, образовалась первичная полость ПЯВ с ореолом мгновенно вскипевших вокруг неё подземных вод. Наряду с этим карбонатные породы, в которых был заложен заряд ПЯВ «Глобус-1» подверглись термическому разложению, что обусловило генерацию огромных объемов СО2 и других газов, а также паров воды.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

На основании расчетов по формулам, которые приведены в работах [Адушкин, Спивак 2007; Бакиров и др. 1981; Teller 1968], установлены следующие параметры ПЯВ «Глобус-1».

Энергия, выделенная при ПЯВ «Глобус-1» оценивается величиной около 11х1019 эрг (1,1х1013 Дж) (из расчета 4,8х1019 эрг или 1х1012 кал на одну килотонну ядерного заряда). Это сопоставимо с энергией землетрясения, имеющего магнитуду 6, такого, например, как известное разрушительное землетрясение в Скопле в 1963 г. (4,4х1013 Дж).

Начальный радиус полости ПЯВ «Глобус-1» оценивается в размере от 10 до 23м. Радиусы области испарения в зоне этого ПЯВ оценивается в размере 2,4—4,5 м. Радиус плавления породы составил около 4—6,5 м.

Мощность зоны смятия горных пород составила 4—5 м. Радиус зоны трещиноватости и значительного увеличения проницаемости горных пород оценивается в пределах от 75—100 м до 160—250 м. То есть, полость ПЯВ «Глобус-1» примерно на две трети «прошила» толщу доломитов и известняков ассельского яруса и затронула подстилающие карбонатные породы оренбургского яруса. Зона повышенной трещиноватости пород, как минимум, охватила интервал разреза от оренбургского до сакмарского ярусов включительно, а по максимальной оценке — от низов московского яруса до верхов татарского.

То есть, в рассматриваемую фазу ПЯВ «Глобус-1», несомненно, мгновенно разрушил водоупорную толщу гипсов и ангидритов сакмарского яруса нижней перми, но пока не затронул региональный водоупор глин верейского горизонта московского яруса.

Таблица 4

Результаты гамма-спектрометрических измерений активности цезия-137 в пробах воды, растительности (травы), почвы и взвеси из пробы № 6

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

№№ проб Место отбора Удельная активность 137Cs, Бк/л Погрешность измерения, (± %)

Пробы подземных вод из источников на удалении от ПЯВ и в его эпицентре

1 дер. Выползиха, колодец 0,22 7,2

2 дер. Ефремовка, родник 1,19 10,8

3 дер. Стиберское, скважина-водокачка 0,95 5,7

4 дер. Ласкариха, скважина-водопровод 0,18 5,5

5 дер. Галкино, колодец 0,29 11,5

6 Боевая скважина, обсадная труба 12330 0,5

7 пос. Ильинское 0,097 6,8

Пробы травы, почвы и взвеси вблизи эпицентра ПЯВ

Взвесь 6 Боевая скважина, обсадная труба 89,9 4,7

Почва в 3х м Ю-В от «боевой» скважины 9640 0,3

Трава 1 в 2х м Ю-В от «боевой» скважины 166,2 7,2

Трава 2 в 5 м севернее «боевой» скважины 5,7 0,7

Трава 3 «наблюдательная» скважина (елочка) 96,5 9,1

Радиоактивные вещества, образовавшиеся при ПЯВ, разделяются на три вида.

К первому из них относится непрореагировавшее остаточное ядерное топливо. Коэффициент полезного действия любого ядерного взрыва весьма низок и в зависимости от типа заряда варьирует от долей процента до первых десятков процентов. Поэтому основная доля делящегося материала, представленного ураном-235, плутонием-239, тритием, реже — ураном-238, не реагирует, а рассеивается при взрыве. На каждую килотонну тротилового эквивалента мощности подземного ядерного взрыва образуется примерно 37 г продуктов деления — высокоактивных осколков; через 1 мин после взрыва их активность по гамма-излучению эквивалентна активности 30 тыс. т радия. Т.е. ПЯВ «Глобус-1» мощностью 2,3 кт мог образовать примерно 85 г. осколков деления.

Взрыв ядерного заряда мощностью 1 кт образует 2,9х1023 частиц деления, массовые числа которых находятся в пределах от 72 (цинк) до 166 (диспрозий). Преобладают две группы ядер с массовыми числами 86—96 и 138—142 соответственно. То есть большинство продуктов деления, насчитывающих около 80 разновидностей, представляет собой радиоактивные изотопы более легких элементов. Отсюда следует, что ПЯВ «Глобус-1» образовал 6,67 1023 частиц деления.

В работе [Smith 1995], базирующейся на данных изучения осколков деления, собранных на ядерном полигоне Невада, отмечено, что на одну килотонну ядерного взрыва приходится примерно 60 г радионуклидов. Следовательно, приведенная выше оценка суммарного выхода осколков деления для ПЯВ «Глобус-1» может являться заниженной. Установлено, что осколки расплавленного материала горных пород, развитых в районе Невадского испытательного полигона, представлены обычно в расстеклованном или кристаллическом видах. Все они содержат Cs, Sr, Kr, U, а также продукты деления 106Ru, 125Sb, 137Cs, 155Eu и активации 54Mn, 60Co, 154Eu.

Заметим также, что в 1960-е годы, когда проводились первые ПЯВ, в перечень продуктов деления ядерного заряда ПЯВ включали 73 изотопа с периодами полураспада от 33 лет до 1,2 часа [Teller 1968]. Допускалось, что каждый ПЯВ образует в основном лишь ко-роткоживущие радиоактивные изотопы, а длительно живущие такие изотопы являются единичными. Но после детального обследования полигона Невада [Bowen et. al. 2001] и ряда зон ПЯВ, проведенных на территории бывшего СССР и островах Тихого океана (Франция), стало очевидным, что нуклидный состав неразделенной смеси продуктов ядерного деления изменяется во времени вследствие радиоактивного распада, в конечном счете, относительно обогащаясь долгоживущими продуктами деления. Поэтому перечень долго-живущих радионуклидов, генерируемых ПЯВ необходимо расширить в несколько десятков раз, что касается и ПЯВ «Глобус-1».

Второй вид радионуклидов образуется в конструкционных материалах и горных породах при захвате избыточных нейтронов, освобождаемых при взрыве. Не обладая электрическим зарядом, нейтрон слабо взаимодействует с электронными оболочками атомов и в отличие от заряженных частиц не вызывает ионизацию атомов. Поэтому при прохождении нейтронов через вещество основное значение имеют их столкновения с ядрами атомов. Для быстрых нейтронов это заканчивается обычно их рассеянием или

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

изредка делением тяжелых ядер, например, урана-235. Медленные (тепловые) нейтроны, обладающие небольшой энергией, как правило, захватываются ядром атома, что сопровождается испусканием гамма — излучения и образованием нового изотопа, отличающегося от изотопа, захватившего нейтрон, по массовому числу на единицу. Таким образом, изотопные соотношения смещаются: стабильные элементы превращаются в радионуклиды, и горные породы в зоне взрыва приобретают наведенную активность. В результате происходит изменение естественного распределения изотопов в горных породах, подземных водах и газах. Для каждого ядерного взрыва оно неодинаково и наиболее ощутимо для легких нуклидов с атомной массой до 40 а.е.м. (атомных единиц массы), среди которых особо выделяются водород, углерод и некоторые другие элементы. Характер таких изменений в зоне ПЯВ «Гло-бус-1» пока детально не исследован.

Таблица 5

Результаты определения активности стронция-90 в водных пробах

№№ проб Место отбора Удельная активность 90Sr, Бк/л Погрешность измерения, (± %)

1 дер. Выползиха, колодец 0,052 12,3

2 дер. Ефремовка, родник 0,039 14,3

3 дер. Стиберское, скважина-водокачка 0,026 17,4

4 дер. Ласкариха, скважина-водопровод 0,016 22,1

5 дер. Галкино, колодец 0,014 25,6

6 Боевая скважина, обсадная труба 672,6 0,2

7 пос. Ильинское 0,012 27,7

Третий вид радиоактивных продуктов распада образуется в результате происходящих иногда при ПЯВ процессов расщепления легких ядер тепловых нейтронов с вылетом альфа-частиц или протона. В определенных условиях при гамма-облучении минералы и породы могут быть источниками нейтронов. От того, в среду с какими нейтронными характеристиками попадают продукты ПЯВ, зависит интенсивность их энерговыделения. Но для ПЯВ «Глобус-1» этот вопрос тоже остается пока без ответа, что, в свою очередь, затрудняет оценку надежности изоляции остаточных продуктов этого ПЯВ.

При взрыве атомной бомбы, в зависимости от типа её ядерного горючего, продуцируется от 0,7 до 2 кг трития на одну мегатонну взрыва [Michel, Suess 1975]. То есть, в результате ПЯВ «Глобус-1» могло образоваться от 1,6 до 4,6 г трития. Если учесть, что до проведения на нашей планете ядерных испытаний в водах Мирового океана естественным образом накопилось 800 г трития, в континентальных водах — 9 г и в атмосфере — 18 г, то ПЯВ «Глобус-1» предстанет как источник весьма высокого содержания трития глобального уровня.

Поскольку ПЯВ «Глобус-1» осуществлялся в известняках, то в результате их термического разложения образовалось значительное количество углекислого газа, что, несомненно, способствовало формированию аномально-высоких пластовых давлений подземных флюидов в окрестности гипоцентра этого ПЯВ.

Гидродинамическая фаза длилась несколько миллисекунд и характеризовалась возникновением двух импульсов распространения волн напряжения в массиве горных пород.

Первый импульс представлял собой относительно слабую медленно бегущую с дозвуковой скоростью обычную упругую волну, именуемую упругим предвестником.

Второй импульс возник в виде мощной ударной волны, на формирование которой было затрачено около 50% энергии ПЯВ. Этот импульс обусловил скачкообразное увеличение давления, плотности, температуры и скорости движения вещества в относительно тонком переходном слое мощностью до нескольких метров. Ударная волна распространялась со сверхзвуковой скоростью, обогнала упругую волну и около половины своей энергии затратила на фазовые превращения минералов вмещающих горных пород, в которых возникли характерные планарные структуры и полосы сдвига. То есть, к полости ПЯВ стала примыкать зона смятия горных пород. Состояние высокого давления сохранялось на протяжении не более 10-3—10-1 с и привело к резким изменениям свойств материала. Поэтому после разгрузки от высокого давления массив горных пород в окрестностях ПЯВ «Глобус-1» стал обладать новыми физико-механическими свойствами, уже не возвращался в первоначальное состояние, и в нем сохранились достаточно высокие остаточные напряжения.

В интервале около 50—100 миллисекунд сила проходившей ударной волны оказалась достаточной для того, чтобы вызвать интенсивную вибрацию стенок полости ПЯВ, раздробить горный массив и обеспечить внедрение расплава в микротрещины и трещины. Таким образом, массив горных пород подвергся объемному и жильному радиоактивному загрязнению, распределение которого определялось следующей новообразованной зональностью массива горных пород, параметры которой определяются по методике, рассматриваемой в книге [Адушкин, Спивак 2007].

Зона смятия и термального метаморфизма горных пород, которая примыкает к полости ПЯВ, распространяется на расстояние 12—14 м/кт1/3 от центра взрыва. Здесь резкое повышение температуры обусловило интенсивные процессы перекристаллизации горных пород и формирование новообразованных минеральных ассоциаций. В частности для ПЯВ «Глобус-1» размер этой зоны оценивается от 16 до 19 м.

Зона динамометаморфизма и интенсивного дробления горных пород прослеживается на расстояниях 35—40 м/кт1/3 и для ПЯВ «Глобус-1» оценивается в размере от 46 до 53 м ( в интервале разреза от оренбургского до сакмарского яруса). Явления перекристаллизации и минералообразования в этой зоне практически не проявлялись. Здесь сформировались сильно деформированные, раздробленные зёрна минералов (катаклазиты), а также тонко перетёртые горные породы со сланцеватой текстурой (милониты).

Эти две зоны в ближней окрестности центра ПЯВ были охвачены подвижками массива горных пород до выхода сейсмической волны

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

на дневную поверхность и формировались за счет распространения волны сжатия (возникшей в гидродинамическую фазу ПЯВ) и вытеснения этой волной определенного объема среды.

Поскольку дробление и прогрев горных пород здесь оказались наиболее интенсивными, то эти зоны стали превращаться в длительно действующий очаг гидротермальной активности и метасоматоза горных пород с чрезвычайно высокой подвижностью недр. Эта активность охватила напорные подземные воды двух гидрогеологических подэтажей: средне-верхне-каменноугольно-ассельского и пермо-триасового, поскольку разделявший эти подэтажи региональный водоупор гипсов и ангидритов сакмарского яруса был разрушен. Таким образом, в этом очаге возникли существенные изменения химического состава и механических свойств горных пород.

Таблица 6

Результаты определения удельной радиоактивности трития

в водных пробах

N°N9 проб Место отбора Удельная активностьтрития, Бк/л Погрешность измерения, (± %)

1 дер. Выползиха, колодец 110,5 3

2 дер. Ефремовка, родник 12 5

3 дер. Стиберское, скважина-водокачка 4,7 5,3

4 дер. Ласкариха, скважина-водопровод 0 0

5 дер. Галкино, колодец 0,4 5,5

б Боевая скважина, обсадная труба 3228 0,3

7 пос. Ильинское 0,3 7

Зона неупругих деформаций массива горных пород, где могли возникнуть единичные новые трещины, а также ослабленные зоны, располагается до расстояний 120—150 м/кт1/3 и для ПЯВ «Глобус-1» оценивается в размере от 160 до 200 м. В её пределах, вероятно, могла обособиться также подзона подновленных трещин, располагающаяся до расстояния от 65 до 80 м.

Зона локальных неупругих деформаций массива горных пород, которые обычно наблюдаются до расстояний 200—220 м/кт1/3 в виде вывалов из кровли горных выработок. В районе ПЯВ «Глобус-1» такие вывалы могли возникнуть в погребенных карстовых пустотах и пещерах, развитых в карбонатных породах девонской, каменноугольной и пермской систем на удалении от 210 до 265 м от центра взрыва. Т.е. под полостью этого ПЯВ такое явление могло возникнуть в толще известняков оренбургского, гжельского и московского ярусов, а над полостью ПЯВ охватить разрез закарстованных пород сакмарского и казанского ярусов.

Квазистатическая фаза. На протяжении нескольких секунд или минут после срабатывания ядерного заряда, параллельно с разгрузкой горного массива от высокого давления и успокоением колебаний полости ПЯВ, по её стенкам растекался расплав горных пород, который скапливался на дне полости. По мере того, как давление в полости падало и приближалось к литостатическому, на удалении от полости ПЯВ в это время продолжался откат ударной и более слабой упругой волн.

В зависимости от характера подвижек грунта и основных типов возбужденных ПЯВ сейсмических волн выделяются эпицентральная, ближняя, средняя и дальняя зоны, радиусы которых определены для ПЯВ «Глобус-1» в соответствии с методикой, предложенной в книге [Адушкин, Спивак 2007].

Эпицентральная зона радиусом примерно 1320 м характеризовалась формированием зон откольного разрушения горных пород, которые могут наблюдаться до эпицентральных расстояний от 100 до 1000 м/кт1/3 после отражения волны сжатия от свободной поверхности или других отражающих границ. В окрестности объекта «Глобус-1» такие откольные явления могли возникнуть над полостью ПЯВ на контакте карбонатных и терригенных пород в основании татарского яруса, уржумского и северо-двинкого горизонтов, а также на контакте песчаных и глинистых прослоев в основании келловея, валанжина и, не исключено, внутри апта. Под полостью ПЯВ зоны откольного разрушения могли возникнуть на контакте терригенных и карбонатных пород вблизи основания московского и визейского ярусов, подошвы саргаевского горизонта франского яруса, на множестве контактов песчаников и глин в нижней части франского яруса, внутри живетского яруса и, не исключено, внутри вендского комплекса верхнего протерозоя.

Ближняя зона (от 1 до 10—15 км) характеризовалась преобладающим действием прямых объемных волн, распространявшихся непосредственно из очага ПЯВ во все стороны на огромные расстояния сквозь толщу всей Земли за исключением ядра, не пропускающего поперечные волны. Максимальные скорости колебаний здесь были связаны в основном с продольной волной, которая регистрируется в этой зоне как прямая волна сжатия. В ближней зоне эпицентра продольные волны имеют преимущественно вертикальную поляризацию, а поперечные — горизонтальную поляризацию. То есть, вблизи эпицентра ПЯВ «Глобус-1» первый толчок ощущался как вертикальный удар, а после прихода более медленной поперечной волны здесь могли ощущаться горизонтальные смещения.

При этом вертикальные контакты крутопадающих разрывов, а также, вероятно, крутых стенок разновозрастных погребенных карстовых пустот и палеодолин рек играли роль отражающих поверхностей, вблизи которых, несомненно, возникла совокупность вторичных интерферирующих между собой отраженных волн. При прохождении таких волн возникали, в частности, растягивающие напряжения, величина которых могла в 2^3 раза превышать прочность карбонатных пород на разрыв. В результате в обширном пространстве недр Решемского тектонического поднятия возникли новообразованные трещины.

На удалении 0,5—1,5 км от эпицентра ПЯВ «Глобус-1» прослеживались также поверхностные волны Релея. В бортах долины р. Ша-ча и соседних водотоков они возбуждали колебания среды в вертикальном и горизонтальном направлениях. Постепенно из-за неод-нородностей строения массива горных пород более значимыми здесь становились тангенциальные компоненты колебаний.

Средняя зона охватила интервал расстояний от 10—15 до 80—100 км, где доминировали головные продольные объемные волны, пришедшие из кристаллического фундамента, расположенного в районе ПЯВ «Глобус-1» на глубине 2762 м. Интенсивность колебаний в этой зоне во многом определялась свойствами горных пород

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

Дальняя зона простиралась на расстояния свыше 80—100 км, примерно до 1000 км, и характеризовалась появлением закри-тически отраженных объемных волн от границы Мохоровичича. Расстояния, на котором появляются эти волны, и их интенсивность тесно связаны с особенностями скоростного разреза земной коры.

Общая продолжительность колебаний в сейсмической волне на удалении 150 км от ПЯВ составляла примерно 100—150 с.

Фаза стравливания водогазовой смеси из полости ПЯВ. Отнесение рассматриваемой фазы к категории первичных процессов ПЯВ «Глобус-1» весьма условно, поскольку, как уже отмечено, показатели аварийного выброса, возникшего при проведении этого ПЯВ, пока неизвестны. Мы не располагаем сведениями о длительности интервала времени от момента срабатывания ядерного заряда этого ПЯВ до момента разгерметизации затрубного пространства боевой скважины и непрогнозируемого выброса радиоактивных продуктов из недр в атмосферу вместе с водогазовой смесью. Нельзя исключать того, что если этот интервал оказался незначительным, то из боевой скважины и её затрубного пространства могли быть выброшены в атмосферу короткоживущие радиоактивные изотопы. Кроме того, неизвестны также размеры и направление движения радиоактивного облака, накрывшего местность вокруг боевой скважины.

Поэтому оценки радиационной обстановки в зоне ПЯВ «Глобус-1», которые приведены в официальных изданиях Федерального агентства России по атомной энергии [Мирные... 2001; Современные... 2005] и в других источниках, включая данную работу, нельзя считать достаточно полными.

Т^ V/ V/ I V/ V/ V/

.е. анализ особенностей рассматриваемой фазы является задачей дальнейших исследований, которые должны опираться на рассекреченные данные радиационной разведки аварийной ситуации при проведении ПЯВ «Глобус-1», а также на результаты изучения почв и грунтовых вод в зоне этого ПЯВ.

Поведение радионуклидов, которые были выброшены из боевой скважины, определялось их химической подвижностью, рельефом и, судя по карте четвертичных отложений, физико-химическими свойствами почв трех основных типов [Геологическая... 1969]. Во-первых, это мелко- и среднезернистые кварцевые глинистые пески с галькой кварца и кварцитов, которые выстилают в основном водораздельные пространства и характерны для флювиогляциальных отложений днепровского ледника. Во-вторых, пески и суглинки флювиогляциальных и аллювиально-флювиогляциальных отложений московской стадии оледенения. В-третьих, верхнечетвертичные суглинки и пески двух надпойменных террас реки Шача. Со временем радионуклиды перемещались по вертикальному профилю этих почв на глубину, которая обычно не превышает нескольких сантиметров. Не исключено, что местами, в сильно выщелачиваемых почвах, отдельные нуклиды, которые образуют слабо сорбируемые комплексы, могли мигрировать на глубину в несколько десятков сантиметров и достичь грунтовых вод.

Но в целом, по нашему мнению, аварийный выброс радионуклидов в момент ПЯВ «Глобус-1» не мог обусловить радиоактивное загрязнение глубоких горизонтов подземных вод. Источник такого загрязнения следует искать в массиве горных пород, разрушенном ПЯВ.

Вторичные (поствзрывные) процессы в зоне ПЯВ «Глобус-1»

В развитии вторичных процессов камуфлетных ПЯВ обычно выделяют четыре фазы: фазу обрушения свода полости ПЯВ, фазу аф-тершоков, фазу парогидротермальной активности, а также фазу прогрессирующего разрушения массива горных пород. Две последние фазы перекрываются по времени своего проявления и на их фоне выделяется также фаза аварийного выброса продуктов ПЯВ «Гло-бус-1» с водогазовой смеси в 1976—1977 гг. при бурении двух скважин, т.е. через 5—6 лет после завершения взрывных работ.

Фаза обрушения свода полости ПЯВ возникла, вероятно, через несколько десятков минут или часов после взрыва и завершилась формированием так называемого «столба обрушения», который в первом приближении имеет форму цилиндра высотой около 100 м и радиусом, близким к радиусу полости ПЯВ (11—23 м). Т.е. этот столб обрушения охватил почти две трети мощности водоупорной толщи ангидритов и доломитов сакмарского яруса.

Действуя подобно штампу, этот столб возбудил горный удар, который был способен разрушить горные породы и спровоцировать гидроразрывы пластов в основании полости ПЯВ. В результате здесь возникли зоны концентрических и радиальных трещин новой генерации, ширина зияния которых, вероятно, уменьшается по мере удаления от полости ПЯВ. Таким образом, под этой полостью возникла зона дробления с повышенной проницаемостью горных пород, охватившей разрез карбонатных толщ верхнего карбона.

Фаза афтершоков (поствзрывных землетрясений). Необратимые деформации значительных объемов массива горных пород, возникшие при ПЯВ «Глобус-1», в свою очередь возбудили наведенную сейсмичность. В результате в окрестностях этого объекта возникли новые землетрясения (афтершоки), что повлекло дальнейшее снижение прочности горных пород. Наблюдения за аф-тершоками этого ПЯВ, насколько нам известно, не проводились. Теоретически радиус зоны афтершоков, возбужденных этим ПЯВ, оценивается величиной 1600 м. Сейсмическая энергия отдельных афтершоков не превышает обычно 107 Дж; их магнитуда варьирует в пределах 1—2, что соответствует слабым землетрясениям. Данные сейсмологических наблюдений в окрестности других ПЯВ показывают, что число поствзрывных афтершоков может достигать нескольких тысяч; их эпицентры могут распространяться в радиусе около 15 км, гипоцентры сосредоточены обычно в интервале глубин от 1 до 5 км, а длительность фазы афтершоков варьирует от пяти суток до трёх месяцев. Несомненно, афтершоки обусловили гидроразрывы пластов и способствовали аварийному выбросу подземных вод и техногенных радионуклидов из боевой скважины вскоре после ПЯВ.

Следы проявления афтершоков в окрестностях объекта «Глобус-1», сопровождаемых к тому же аварийным выбросом продуктов ПЯВ и гидротермальной активностью недр, несомненно, могут быть выявлены путем геокартирования, включая дешифрирование аэрофотоснимков и геохимические исследования.

Фаза парогидротермальной активности возникла как следствие чрезвычайно высокого повышения температуры в эпи-центральной зоне ПЯВ. Это породило длительное существование вокруг полости ПЯВ зоны теплового воздействия, обеспечившее вскипание подземных вод и усиление дегазации недр. Поскольку теплопроводность горных пород весьма низка, то при условии идеальной герметичности полости ПЯВ, как показывают расчеты, полное охлаждение её до начальной температуры окружающей среды должно продолжаться не менее ста или полутора сотен лет. В действительности это остывание, особенно в условиях аварийного выброса продуктов ПЯВ «Глобус-1» в атмосферу, происходило гораздо быстрее. Это обусловлено тем, что стенки полости ПЯВ не явля-

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

лись герметичными и промывались подземными водами, газами и т.д. Оценка длительности этой фазы является предметом отдельного исследования. Несомненно, однако, что характерное время прогрева недр до десятков — первых сотен градусов Цельсия, судя по низким значениям теплопроводности вмещающих осадочных горных пород, должно исчисляться здесь по грубым прикидкам, по крайней мере, месяцами — годами или, даже, десятилетиями.

Фаза прогрессирующего разрушения недр в окрестности объекта «Глобус-1» соответствует длительному процессу перехода массива горных пород в зоне ПЯВ в новое неравновесное состояние. На протяжении ряда лет этот переход, вероятно, сопровождался здесь изменением размера блоков горных пород, перераспределением точек концентрации напряжений, образованием новых трещин и т.д. В результате вокруг объекта «Глобус-1» стали обособляться контуры медленно движущихся объемов горных пород, именуемых динамическими структурами, которые стали нарушать относительную устойчивость массива.

Теория формирования таких структур разрабатывается в ИДГ РАН и рассмотрена в работах [Родионов 1994; Родионов и др. 2002]. По мнению автора этих работ, предсказать развитие динамических структур при медленном движении невозможно. Наш взгляд на эту проблему не столь мрачен. Её решение усматривается в разработке методов непрерывного мониторинга за состоянием массива горных пород, в частности, путем регистрации координат и времени проявления микросейсм, источников акустической эмиссии и ряда других явлений, сопровождающих подвижки недр.

Фаза аварийного выброса продуктов ПЯВ «Глобус-1» в 1976 — 1977 гг. Свидетельством незавершенности прогрессирующего разрушения недр и их гидротермальной активности в зоне ПЯВ «Глобус-1» могут служить аварийные выбросы радионуклидов этого ПЯВ с пластовыми водами при бурении двух скважин через 5—6 лет после завершения взрывных работ.

Но, как уже отмечено, объемы, интенсивность, причины и механизмы таких выбросов пока неизвестны. Поэтому затруднена и оценка параметров динамических структур, развитие которых было спровоцировано поствзрывными процессами в зоне ПЯВ «Глобус-1».

То есть для определения истинных масштабов дальней миграции радионуклидов этого ПЯВ с подземными водами необходимы дальнейшие исследования.

Об эффективности метода ГСЗ

С 1971 по 1988 гг. на территории бывшего СССР в соответствии с Программой № 7 мирного использования ядерных взрывов было проведено 39 камуфлетных ПЯВ для глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) земной коры на 14 профилях суммарной протяженностью около 70 тыс. км. Результаты этих работ оцениваются в настоящее время неоднозначно.

С одной стороны, ПЯВ признаны как весьма информативный инструмент изучения геологического строения земной коры и верхней мантии нашей планеты, который, по мнению исполнителей программы мирных ПЯВ, позволил, в частности, уточнить перспективы нефтегазоносности ряда регионов бывшего СССР [Мирные... 2001]. В отличие от землетрясений, как источников сейсмических волн, ПЯВ обладают рядом преимуществ: координаты и времена ПЯВ точно известны, возбуждаемые ими сейсмические волны в силу своей огромной энергии регистрируются на больших расстояниях, характеризуются более резкими вступлениями и т.д. Подкреплением тому служит, в частности, полученный недавно результат, касающийся динамики внутреннего ядра Земли, который основан на анализе времен пробега сейсмических волн от ПЯВ на Новой Земле, зарегистрированных сейсмической станцией Новолазаревская в Антарктиде в период с 1966 по 1990 гг. [Адушкин и др. 1996; Адушкин, Овчинников 1998]. В результате обработки сейсмических наблюдений за 25-летний период было установлено, что разность времен пробега фаз волны РКР4, прошедших через твердое и жидкое ядро, изменяется во времени,

4 Волна РКР — волна, возникающая от простого преломления продольной сейсмической волны (Р-волны) ядром Земли.

что объяснено дифференциальным вращением твердого ядра относительно Земли в целом со скоростью 1,3 ± 0,5° в год.

Важность этого результата связана с проблемой происхождения магнитного поля Земли, которое, вероятно, генерируется токовыми системами в жидком ядре. Поэтому не случайно иногда все еще раздаются призывы к возобновлению ПЯВ для ГСЗ.

С другой стороны, метод ГСЗ издавна подвергается критике, которая имеет как довольно сдержанный, так и более радикальный характер.

Сторонники сдержанной критики рассматривают метод ГСЗ как весьма трудоемкий и неоднозначный, который отличается несовершенством в истолковании наблюденного волнового поля, в подборе соответствующей модели земной коры, определении физической и геологической природы сейсмических границ раздела и т.д. Поводом для таких сомнений явились известные неурядицы с выделением «гранитного» и «базальтового» слоев земной коры, ошибочным истолкованием сейсмической границы со скоростью 6,5—6,6 км/с в разрезе Кольской сверхглубокой скважины, явное несоответствие квазигоризонтальных сейсмических границ раздела реальному строению складчатых областей и т.д. Т.е. прогностическое значение метода ГСЗ оказалось довольно расплывчатым и неопределенным в силу сложной структуры литосферы, отсутствия точных данных о состоянии и поведении глубинного вещества нашей планеты в условиях высоких давлений и температур, недостаточно плотной системы наблюдений и т.д. Поэтому поклонники метода ГСЗ уповают на применение изощренных методов анализа волновых полей с замысловатыми алгоритмами решения прямых и обратных задач сейсмологии.

Сторонники радикальной точки зрения подчеркивают варварский характер метода ГСЗ в его исполнении с помощью ПЯВ, как мощного фактора техногенной дестабилизации недр и других оболочек географической среды, включая биосферу. Подтверждением тому служат опасные последствия ПЯВ «Кратон-3» [Артамонова 2011; Бурцев, Колодезникова 1997; Гедеонов и др. 2000, 2004; Жучихин 2007; Мирные... 2001; Chevychelov et. al. 2006; Ramzaev et. al. 2009] и «Горизонт-4» [Голубов, Ушницкий 2008, 2011], которые были проведены для ГСЗ на территории Якутии. Эти ПЯВ, как и ПЯВ «Глобус-1», сопровождались аварийными выбросами радиоактивных продуктов взрыва в атмосферу, сформировали обширные ореолы радиоактивного загрязнения массивов горных пород и земной поверхности, заметно нарушили режим подземных вод, криолитозоны, и т.д. Отсюда следует категоричный вывод о том, что подобные аварийные ситуации сводят к нулю и без того сомнительную геологическую эффективность метода ГСЗ. К тому же подавляющее число зон ПЯВ, применявшихся для ГСЗ, до сих пор остаются бесхозными и не обследованы.

В создавшейся ситуации эффективным средством получения информации о глубинном строении, структурно-тектонических и геодинамических особенностях земной коры и верхней мантии предстает метод обменных волн от естественных землетрясений (МОВЗ),

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

который не требует применения ПЯВ, достигает глубинности 50—100 км и по своей практичности не уступает методу ГСЗ, будучи на порядок дешевле последнего. В том, что метод обменных волн (МОВЗ) в современной его модификации (особенно в комплексе с имеющимися данными ГСЗ) прекрасно решает задачи изучения глубинного строения рассматриваемого региона древней ВосточноЕвропейской платформы, убеждает, в частности, работа [Удоратин 2000].

Таким образом, с геологической и природоохранной точек зрения перспективы дальнейшего развития метода ГСЗ, особенно с применением ПЯВ, следует считать необоснованными и весьма призрачными.

Выводы

1. ПЯВ «Глобус-1» спровоцировал формирование в недрах Решемского тектонического поднятия Московской синеклизы новообразованной наложенной структуры в виде субвертикальной трубообразной зоны дробления горных пород. Эта структура пронизывает сложную многослойную систему водоносных и водоупорных горизонтов верхнего гидрогеологического этажа Московского артезианского бассейна, отличается своей длительной геодинамической и гидротермальной активностью, которая, вероятно, не затухает до сих пор и обеспечивает дальнюю миграцию радионуклидов ПЯВ с подземными водами.

2.Техногенные радионуклиды ПЯВ «Глобус-1» присутствуют в подземных источниках водоснабжения Кинешмского района Ивановской области в поселках Выползиха, Ефремовка, Стиберское, Лыскариха, Галкино и Ильинское на удалении до 6-7 км от боевой скважины. То есть, объект «Глобус-1» находится в сфере народно-хозяйственной и бытовой деятельности, что, однако, неоправданно отрицается в официальном «Докладе о состоянии и об охране окружающей среды Ивановской области в 2010 г».

3. Дезактивации местности вблизи эпицентра ПЯВ «Глобус-1», спрямление русла реки Шача вблизи этого объекта и ликвидация боевой, а также соседних скважин, осуществляемые усилиями ФГУП «ВНИПИпромтехнологии» и «РосРАО», не предотвращают дальнюю миграцию радионуклидов этого ПЯВ с подземными водами к источникам питьевого водоснабжения.

4. Длительность, интенсивность, а также медико-биологическая опасность радиоактивного загрязнения подземных вод продуктами ПЯВ «Глобус-1» остается пока неопределенной и нуждается в уточнении по двум основным позициям.

Во-первых, необходимо на основе данных радиационной разведки восстановить начальную картину распределения короткоживу-щих и долгоживущих радиоактивных изотопов в почвах, поверхностных и грунтовых водах от момента срабатывания ядерного заряда ПЯВ «Глобус-1» до момента аварийного выброса радиоактивных продуктов этого ПЯВ в атмосферу, а также в период движения возникшего таким образом радиоактивного облака.

Во-вторых, необходимо уточнить особенности дополнительного радиоактивного загрязнения недр и местности в зоне ПЯВ «Глобус-1», возникшего в 1976—1977 гг. в результате бурения двух аварийных скважин. Подспорьем в решении этой задачи могут явиться акты государственной комиссии о причинах этих аварий.

5. Источники подземного питьевого водоснабжения в указанных выше населенных пунктах необходимо привести в безопасное состояние — в соответствии с требованиями ст. 26 Закона Российской Федерации «О недрах» и других законодательных актов. При этом важно уточнить длительность нахождения в этих источниках радионуклидов ПЯВ «Глобус-1». Судя по паспорту буровой скважины 3 в поселке Ильинское, радиоактивное загрязнение подземных вод продуктами ПЯВ «Глобус-1» могло существовать уже в 1982 г.

5. Метод глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) с применением подземных ядерных взрывов зарекомендовал себя как опасный с природоохранной точки зрения и неоднозначный в геологическом отношении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адушкин В.В., Ан В.А., Казик П.Б., Овчинников В.М. Подземный ядерный взрыв — инструмент исследования внутреннего

ядра Земли / / Физические процессы в геосферах. М.: ИДГ РАН, 1996. С. 151 — 161.

2. Адушкин В.В., Овчинников В.М. О скорости относительного вращения внутреннего ядра Земли / / Доклады РАН.

1998. Т. 362. № 5. С. 683 — 686.

3. Адушкин В.В., Спивак А.А. Подземные взрывы. М.: Наука, 2007. 579 с.

4. Артамонова С.Ю. Радиоэкогеохимические доказательства просачивания радионуклидов из полости мирного подзем-

ного ядерного взрыва «Кратон-2» на дневную поверхность / / Радиационная безопасность Республики Саха (Якутия): Материалы III республиканской научно-практической конференции, 18 — 20 октября 2011 г. Якутск: Якутский научный центр Сибирского отделения Академии Наук СССР, 2012. С. 171 — 186.

5. Бакиров А.А., Бакиров Э.А., Виноградов В.Н. Применение подземных ядерных взрывов в нефтедобывающей промыш-

ленности. М.: Недра, 1981. 198 с.

6. Бурцев И.С., Колодезникова Е.Н. Радиационная обстановка в алмазоносных районах Якутии. Препринт. Якутск: Якут-

ский научный центр Сибирского отделения РАН, 1997. 52 c.

7. Гедеонов А.Д., Бурцев И.С., Петров Е.Р., Шкроев В.Ю. Исследование содержания плутония-239, 240 и техногенно гам-

ма-излучающих радионуклидов в лиственницах и кустарниках на объекте «Кратон-3» / / Радиационная безопасность Республики Саха (Якутия): Материалы II республиканской научно-практической конференции. Якутск: Якутский филиал издательства Сибирского отделения РАН, 2004. С. 193 — 215.

8. Гедеонов А.Д., Петров Е.Р., Алексеев В. Г., Савопуло М.Л., Бурцев И.С., Шкроев В.Ю., Степанова С.К. Формы состояния

цезия-137 и плутония-239,240 в почвах, донных отложениях и ягеле на местах проведения подземных ядерных взрывов «Кратон-3» и «Кристалл» в Республике Саха (Якутия) / / Тезисы докладов на Международной конференции «Радиоактивность при ядерных взрывах и авариях» (24 — 26 апреля 2000 г., Москва.) СПб.: Гидрометеоиз-дат, 2000. 200 с.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов

к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

9. Геологическая карта дочетвертичных отложений и объяснительная записка к ней / / Геологическая и гидрогеологиче-

ская карты СССР масштаба 1:200000. Серия Средне-Волжская / Сост. Б.М. Кордун, А.В. Журавлев, Л.Д. Кудина; ред. М.И. Лопатников, М.Р. Никитин. М.: Министерство геологии СССР, 1983. Л. О-38-XIX.

10. Голубов Б.Н. Проблема ревизии Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний и возобновления мир-

ных подземных ядерных взрывов / / Вестник Национального Ядерного Центра Республики Казахстан. 2005. Вып. 2. С. 5 — 27.

11. Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Особенности поведения техногенных радионуклидов в зонах подземных ядерных

взрывов / / Вестник Национального Ядерного Центра Республики Казахстан. 2010. Вып. 3. С. 101 — 116.

12. Голубов Б.Н., Ушницкий В.Е. Признаки длительного горения угленосных толщ Кряжа Чекановского (Якутия) и ра-

диоактивного загрязнения его ландшафтов в зоне подземного ядерного взрыва (ПЯВ) «Горизонт-4» в сравнении со сходными последствиями взрывов Семипалатинского испытательного полигона (Казахстан) // Радиационная безопасность Республики Саха (Якутия). Материалы III Республиканской научно-практической конференции (18 — 20 октября 2011 г., г. Якутск). Якутск, 2011. С. 269 — 293.

13. Голубов Б.Н., Ушницкий В.Е. Новые данные о радиационных и длительных геодинамических последствиях подземно-

го ядерного взрыва «Горизонт-4» (Кряж Чекановского, Якутия) / / Вестник Национального Ядерного Центра Республики Казахстан. 2008. Вып. 1. С. 33—43.

14. Егоркин А.В. Строение земной коры по сейсмическим геотраверсам / / Глубинное строение территории СССР. М.:

Наука, 1991. С. 118 — 135.

15. Жучихин В.И. Подземные ядерные взрывы в мирных целях: мемуары. Снежинск: Изд-во РФНЦ — ВНИИТФ, 2007. 252 с.

16. Завершена реабилитация объекта «Глобус-1» [Электронный ресурс] / / Правительство Ивановской области. Официаль-

ный сайт. 2015. 9 окт. Режим доступа: http:// www.ivanovoobl.ru/ eventdetails.aspx?id=14861.

17. Землетрясения и микросейсмичность в задачах современной геодинамики Восточно-Европейской платформы / Под

ред. Н.В. Шарова, А.А. Маловичко, Ю.К. Щукина. Кн. 1: Землетрясения. Петрозаводск: Карельский Научный Центр РАН, 2007. 381 с.

18. Карта подземных вод. Масштаб 1:1000000 / Ред. В.П. Кириков. М.: ФГУП «ВСЕГЕИ», 1999. Л. О-37(38) (Нижний Новгород).

19. Кудина Л.Д. Карта четвертичных отложений масштаба 1:200000 // Геологическая карта СССР. Серия Средне-

Волжская. / Ред. М.И. Лопатников. М.: Министерство геологии СССР, 1969. Л. О-38-XIX.

20. Логачев В.А., Волошин Н.П., Дубасов Ю.В., Корнилович Э.П. Мирные ядерные взрыв: обеспечение общей и радиацион-

ной безопасности при их проведении / Под ред. В.А. Логачева. М.: ИздАТ, 2001. 519 с.

21. О состоянии и об охране окружающей природной среды Ивановской области в 2010 году. Научный доклад [Электронный

ресурс] / / Федеральный портал ProTown.ru. 2010. Режим доступа: http://protown.ru/ russia/ obl/ articles/7457.html.

22. Оценка экологического риска в связи с радиоактивным загрязнением природной среды Российской Федерации. Оцен-

ка состояния промышленных объектов, созданных с помощью ядерных взрывов. Заключительный научно-технический отчет о НИР № 5.1.СБ / Научный руководитель академик РАН С.Т. Беляев. М., 1996. С. 1 — 33.

23. Павленкова Г.А. Скоростная неоднородность верхней мантии Восточной Европы / / Геофизика XXI столетия: 2002 год.

Сборник трудов Четвертых геофизических чтений имени В.В. Федынского (28 февраля — 2 марта 2002 г., Москва). М.: Научный мир, 2003. С. 45—49.

24. Последствия мирных ядерных взрывов в СССР [Электронный ресурс] // YouTube. 2013. 25 сент. Режим доступа:

https: / / www.youtube.com/ watch?v=ip1CSEN9NiA.

25. Родионов В.Н. Механическое действие подземных ядерных взрывов / / Мирные ядерные взрывы. Вена: МАГАТЭ, 1970.

С. 187—197.

26. Современная радиоэкологическая обстановка в местах проведения мирных ядерных взрывов на территории Россий-

ской Федерации / Коллектив авторов под руководством В.А. Логачева. М.: ИздАТ, 2003. 256 с.

27. Удоратин В. В. Глубинное строение и сейсмичность Вычегодского прогиба и прилегающих территорий. Дисс. ... к. ге-

ол.-мин. н. Сыктывкар: Коми научный центр УрО РАН, 2000. 215 с.

28. Физика ядерного взрыва: В 5 т. Т. 1: Развитие взрыва / Ред. В.М. Лоборев, С.Ф. Перцев, В.В. Судаков, В.Е. Фортов, Б.А.

Шилобреев. М.: Физматлит, 2009. 832 с.

29. Физика ядерного взрыва: В 5 т. Т. 2. Действие взрыва / Ред. В.М. Лоборев, С.Ф. Перцев, В.В. Судаков, В.Е. Фортов,

Б.А. Шилобреев. М.: Физматлит, 2010. 620 с.

30. Фортов В.Е. Физика высоких плотностей энергии. М.: Физматлит, 2012. 712 с.

31. Хвостова О.Е. Оценка запаса устойчивости склонов береговой линии Горьковского водохранилища / / Труды Нижего-

родского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 4(83). С. 50 — 61.

32. Ядерные испытания СССР / Под ред. В.Н. Михайлова. М.: ИздАТ, 1997. 304 с.

33. Bowen S.M., Finnegan D.L., Thompson J.L., Olivas L.F., Geoffrion C.G., Smith D.K., Goishi W., Esser B.K., Meadows J.W.,

Namboodiri N., Wild J. F. Nevada Test Site Radionuclide Inventory, 1951-1992. Livermore, CA: Lawrence Livermore National Laboratory, 2001. 28 p.

34. Chevychelov A. P, Sobakin P. I., Molchanova I. V. "Radioactive Contamination of Permafrost-Affected Soils with 137Cs and

90Sr, the Products of an Accidental Underground Nuclear Explosion." Eurasian Soil Science, 39.12 (2006): 1362 — 1369.

35. Michel R.L., Suess H.E. "Bomb Tritium in the Pacific Ocean." Journal of Geophys. Res. 80.30 (1975): 4139—4152.

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

36. Ramzaev V., Mishin A, Golikov V., Argunova T. , Ushnitski V., Zhuravskaya A., Sobakin P., Brown J., Strand P. "Radioecolog-

ical Studies at the Kraton-3 Underground Nuclear Explosion Site in 1978 — 2007: A Review." Journal of Environmental Radioactivity 100.12 (2009): 1092 — 1099.

37. Smith D.K. "Characterization of Nuclear Explosive Melt Debris." Radiochimica Acta 69.3 (1995): 157—168.

38. Taylor S.R., Paton H.J., Richards P.G., eds. Explosion Source Phenomenology. Washington DC: 1991. 268 p.

39. Teller E., Talley W.K., Higgins G.H., Johnson G.W. The Constructive Use of Nuclear Explosives. New York: McGraw-Hill Book Co.,

1968. 320 p.

40. Weaver L.E., ed. Education for Peaceful Uses of Nuclear Explosives. Arizona, Tucson: The University of Arizona Press, 1970. 350 p.

Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:

Голубов, Б. Н., Сапожников, Ю. А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области [Электронный ресурс] / Б.Н. Голубов, Ю.А. Сапожников // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. — 2016. — Т. 13. — Вып. 1. — Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast13-1.2016.91.

'GLOBUS-1' UNDERGROUND NUCLEAR EXPLOSION AND

ITS RADIONUCLIDES LONG-RANGE MIGRATION TO THE UNDERGROUND

DRINKING WATER SOURCES IN KINESHMA DISTRICT OF IVANOVO REGION

Boris N. Golubov, Sc.D. (Geology and Mineralogy), Senior Researcher, Leading Researcher at RAS Institute of Geosphere Dynamics, Moscow

ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-6379-1765

E-mail: boris-n-golubov@j-spacetime.com; bgolubov@mail.ru

Yuriy A. Sapozhnikov, D.Sc. (Chemistry), Chief Researcher at the Chair of Radiochemistry, Chemical Department of Lomonosov Moscow State University

ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-1516-1822

E-mail: yuriy-a-sapozhnikov@j-spacetime.com; yas34@mail.ru

Studies of ecological effect of underground nuclear explosions on the environment are much-needed in present time.

The subject matter of our article is long-range migration of radioactive products of underground nuclear explosion 'Globus-1' with groundwater (possible causes, mechanisms and pathways). For these research purposes we used system analysis of physical-geographical and geological conditions and parameters, as well as data of both previous studying "Globus-1" zone and our own field and laboratory radiochemical research in explosion area.

Underground nuclear explosion (UNE) 'Globus-1' was conducted 19 Aug. 1971 in Kineshma District of Ivanovo Region, in 4 km north-east of the Galkino village, the in the floodplain of Shacha River that id right tributary of the Nadoga River, a tributary to the Gorky reservoir on the left bank of the Volga River. UNE power was 2.3 kt. This UNE was set off to the seismic sounding Earth's crust. Its charge was laid down on depth 610 m in deeper Permian section near the surface of Lower Permian chemogenic rocks erosion of Sakmarian age, which was overlapped uncon-formably by silicified dolomitic limestones strata of Kazan stage of the Upper Permian.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

With the explosion, there was emission of radioactive products of UNE, together with water-gas mixture, sand and clay due to depressuriza-tion of hole annuity, under the influence of high pressure. The dose rate of gamma radiation exceeds 100 R/h immediately after the UNE on the technological platform. Partial decontamination of both equipment and the most polluted sectors of terrain was carried out after the explosion. The maximum levels of radiation in the area of sanitary protection zone amounted to 750 mR/h and 15 mR/h beyond its borders. In 1976— 1977, i.e. 5—6 years after the explosion, additional pollution of industrial site by radioactive substances occurred as a result of the drilling of two exploration wells.

From 1995 to 2010, different organizations repeatedly carried out recuperation of UNE territory, as well as diverting the Shacha River at a safe distance from the UNE area; but without sufficient justification, all this work exclude the possibility of long-distance migration of UNE radionuclides with groundwater to settlements located on the left bank of the Gorkov reservoir.

In December 2010, we carried out reconnaissance investigations of the UNE 'Globus-1' zone under the support of Administration of Kineshma District of Ivanovo Region. This action included: (i) sampling water from underground sources of drinking water in six settlements away from the UNE epicenter on 4—7 km; (ii) sampling of water with suspension at the epicenter of UNE 'Globus-1' from the end of the well tube; (iii) soil and vegetation sampling, as well as the dosimetric measurements near the UNE epicenter; (iv) sampling of aerosols near the UNE epicenter to assess the concentrations of radon decay products. Composition of the radionuclides was studied in the Radiochemistry Chair of the Chemical Department of M.V. Lomonosov Moscow State University.

As a result, we found that man-made radionuclides of UNE "Globus-1" are present in underground water sources in villages Vypolzikha, Efremovka, Stiberskoe, Lyskarikha, Galkino and Ilyinskoe.

The specific activity of 137Cs, 90Sr and tritium are varied here accordingly within: 0.047—1.19; 0.012—0.052; 110.5—0.3 Bq/l. that radionuclides specific activity in water located in head of conductor pipe of charge-emplacement hole, was respectively 12330, 672.6 and 3228 Bq/l. 137Cs content ranged from 5.7 to 9640 Bq/l in samples of grass and soil selected around charge-emplacement hole within a radius of up to 5

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

m. According drilling a borehole no. 3 in Ilyinskoe village, contamination of groundwater by products of UNE 'Globus-1' may have existed already in 1982.

In this regard, in 2011, we developed recommendations to refine radiation and medical-biological hazards, as well as deactivation the sources of drinking. In October, 2015, Federal Unitary Enterprise "RosRAO" completed its regular costly works to eliminate dangerous outcomes of UNE 'Globus-1.' However, as before, they are held only in the near neighborhood of the UNE and not take into account the revealed facts of radionuclides long-distance migration to subterranean sources of drinking water in these towns. Based on the research, we conclude that:

(i) UNE 'Globus-1' triggered formation of newly formed superimposed structures as tubular subvertical zones of rock crushing in the depths of Reshemsky tectonic uplift of the Moscow syneclise;

(ii) technogenic radionuclides of UNE 'Globus-1' are present in underground water sources in Kineshma District of Ivanovo Region at a distance of 6-7 km from the main borehole. Underground drinking water sources in the district should be safing according to legislative acts of the Russian Federation;

(iii) either decontamination area near epicenter of the UNE 'Globus-1' or straightening Shacha River channel near this site, or even well abandonment (both charge-emplacement hole and neighbor ones), not prevent further radionuclides groundwater migration to drinking water sources.

(iv) duration, intensity, and medical-biological danger of radioactive pollution of underground waters with products of UNE 'Globus-1' remains undefined and needs clarification;

(v) deep seismic sounding method with the use of underground nuclear explosions has established itself as dangerous from an environmental perspective and ambiguous in geological terms.

Keywords: underground nuclear explosion; deep seismic sounding; radionuclides, underground water; Moscow syneclise; Reshem Uplift; migration; source of drinking water.

References:

1. Adushkin V.V., An V.A., Kazik P.B., Ovchinnikov V.M. "Underground Nuclear Explosion Is Study Tool for Researching Inner

Core of the Earth." Physical Processes in Geospheres. Moscow: RAS Institute of Geosphere Dynamics Publisher, 1996, pp. 151 — 161. (In Russian).

2. Adushkin V.V., Ovchinnikov V.M. "The Speed of Relative Rotation of Inner Core of the Earth." Doklady Earth Sciences 662.5

(1998): 683 — 686. (In Russian).

3. Adushkin V.V., Spivak A.A. Underground Explosions. Moscow: Nauka Publisher, 2007. 579 p. (In Russian).

4. Artamonova S.Yu. "Radio-ecological and Geochemical Evidences of Radionuclides Seepage from the Cavity of the Peaceful

Underground Nuclear Explosion 'Kraton-2' to the Surface." Radiation Safety of Sakha Republic (Yakutia). Proceedings of 3rd Republican Scientific-Practical Conference (Yakutsk,18-20 Oct. 2011). Yakutsk: Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of Russian Academy of Science Publisher, 2012, pp. 171 — 186. (In Russian).

5. Bakirov A.A., Bakirov E.A., Vinogradov V.N. The Use of Underground Nuclear Explosions in the Oil Industry. Moscow: Nedra

Publisher, 1981. 198 p. (In Russian).

6. Belyaev S.T., ed. Assessment of Environmental Risk in Connection with Radioactive Contamination of the Natural Environment of the

Russian Federation. Assessment of Industrial Objects Created with Nuclear Explosions. Final Scientific and Technical Research Report no. 5.1.SB. Moscow: 1996, pp. 1 — 33. (In Russian).

7. Bowen S.M., Finnegan D.L., Thompson J.L., Olivas L.F., Geoffrion C.G., Smith D.K., Goishi W., Esser B.K., Meadows J.W.,

Namboodiri N., Wild J. F. Nevada Test Site Radionuclide Inventory, 1951-1992. Lawrence Livermore National Laboratory, 7000 East Ave., Livermore, CA 94550-9234. LA-13859-MS. Issued: September 2001. 28 p.

8. Burtsev I.S., Kolodeznikova E.N. The Radiation Situation in the Diamond Regions of Yakutia. Yakutsk: Yakut Scientific Center of the

Siberian branch of Russian Academy of Science Publisher, 1997. 52 p. (In Russian).

9. Chevychelov A.P, Sobakin P.I., Molchanova I.V. "Radioactive Contamination of Permafrost-Affected Soils with 137Cs and 90Sr,

the Products of an Accidental Underground Nuclear Explosion." Eurasian Soil Science 39.12 (2006): 1362 — 1369.

10. "Consequences of Peaceful Nuclear Explosions in the USSR." YouTube. N.p., 25 Sep. 2013. Web. <https://www.youtube.com

/watch?v=ip1CSEN9NiA>. (In Russian).

11. Egorkin A.V. "Structure of the Earth's Crust on Seismic Geotraverses." Deep Structure of Territory of the USSR. Moscow: Nauka

Publisher, 1991, pp. 118 — 135. (In Russian).

12. Fortov V.E. Physics of High-density Energy. Moscow: Fizmatlit Publisher, 2012. 712 p. (In Russian).

13. Gedeonov A.D., Burtsev I.S., Petrov E.R., Shkroev V.Yu. "Study the Content of Plutonium-239, 240, and Anthropogenic Gamma

Emitting Radionuclides in Larch Trees and Shrubs at the Facility "Kraton-3"." Radiation Safety of the Sakha Republic (Yakutia). Proceedings of 2nd Republican Scientific-Practical Conference. Yakutsk: Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of Russian Academy of Science Publisher, 2004, pp. 193 — 215. (In Russian).

14. Gedeonov A.D., Petrov E.R., Alekseev V. G., Savopulo M.L., Burtsev I.S., Shkroev V.Yu., Stepanova S.K. "Forms of State of the Ce-

sium-137 and Plutonium-239,240 in Soils, Sediments and Moss in the Field of Underground Nuclear Explosions "Kraton-3" and "Crystal" in the Republic of Sakha (Yakutia)." Proceedings of the International Conference 'Radioactivity under Nuclear Explosions and Accidents' (Moscow, 24 - 26 Apr. 2000). St. Petersburg: Gidrometeoizdat Publisher, 2000. 200 p. (In Russian).

Голубов Б.Н., Сапожников Ю.А. Подземный ядерный взрыв «Глобус-1» и дальняя миграция его радионуклидов к подземным источникам питьевого водоснабжения Кинешемского района Ивановской области

15. Golubov B.N. "The Problem of Revision of Treaty on Comprehensive Prohibition of Nuclear Tests and Resumption of Peaceful

Underground Nuclear Explosions." Bulletin of National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan 2 (2005): 5 — 27. (In Russian).

16. Golubov B.N., Sapozhnikov Yu.A. "Peculiarities of Radionuclides Behavior in Areas of Underground Nuclear Explosions."

Bulletin of National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan 3 (2010): 101 — 116. (In Russian).

17. Golubov B.N., Ushnitsky V.E. "New Data on Radiation and Long-term Geodynamic Consequences of Underground Nuclear

Explosion 'Horizon-4' (the Chekanovsky Ridge, Yakutia)." Bulletin of National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan 1 (2008): 33—43. (In Russian).

18. Golubov B.N., Ushnitsky V.E. "Signs of Long-burning Coal-bearing Strata of the Chekanovsky Ridge (Yakutia) and the

Radioactive Contamination of Its Landscapes in the Area of Underground Nuclear Explosion (UNE) 'Horizon-4' in Comparison with Similar Effects of Explosions Semipalatinsk Test Site (Kazakhstan)." Radiation Safety of the Sakha Republic (Yakutia). Materials of 3rd Republican Scientific-Practical Conference, 18 — 20 Oct. 2011. Yakutsk: Yakut Scientific Center of the Siberian Branch of RAS Publisher, pp. 269 — 293. (In Russian).

19. Khvostova O. E. "Assessment of Slope Stability of the Coastal Line of the Gorky Reservoir." Proceedings of R.E. Alekseev Nizhniy

Novgorod State Technical University 4 (2010): 50 — 61. (In Russian).

20. Kirikov V.P., ed. The Map of Groundwaters. Scale 1:1000000. Moscow: All-Soviet Geological Institute Publisher, 1999, sheet O-

37(38) (In Russian).

21. Kordun B.M., Zhuravlev A.V., Kudina L.D., Lopatnikov M.I., Nikitin M.R., eds. "Geologic Map of Pre-Quaternary Sediments

and Explanatory Memorandum Thereto." Geological and Hydrogeological Map of the USSR. Scale 1:200,000. Series Middle-Volga. Moscow: USSR Ministry of Geology Publisher, 1983, sheet О-38-XIX. (In Russian).

22. Kudina L.D. Geological Map of the USSR. The Map of Quaternary Deposits. Scale 1:200,000. Series Middle-Volga. Ed. M.I. Lopatnikov.

Moscow: USSR Ministry of Geology Publisher, 1969, sheet О-38-XIX. (In Russian).

23. Lynn E. Weaver, ed. Education for Peaceful Uses of Nuclear Explosives. Arizona, Tucson: The University of Arizona Press, 1970. 350 p.

24. Loborev V.M., Pertsev S.F., Sudakov V.V., Fortov V.E., Shilobreev B.A., eds. Physics of Nuclear Explosion. Volume 1: Development

of Explosion. Moscow: Fizmatlit Publisher, 2009. 832 p. (In Russian).

25. Loborev V.M., Pertsev S.F., Sudakov V.V., Fortov V.E., Shilobreev B.A., eds. Physics of Nuclear Explosion. Volume 2: Effect of

Explosion. Moscow: Fizmatlit Publisher, 2010. 620 p. (In Russian).

26. Logachev V.A., ed. Modern Radioecological Situation in Areas of Peaceful Nuclear Explosions on the Territory of the Russian Federation.

Moscow: IzdAT Publisher, 2003. 256 p. (In Russian).

27. Logachev V.A., Voloshin N.P., Dubasov Yu.V., Kornilovich E.P. Peaceful Nuclear Explosions: Providing General and Radiation Safety

during These Operations. Moscow: IzdAT Publisher, 2001. 319 p. (In Russian).

28. Michel R.L., Suess H.E. "Bomb Tritium in the Pacific Ocean." Journal of Geophys. Res. 80.30 (1975): 4139—4152.

29. Mikhailov V.N., ed. USSR Nuclear Tests. Moscow: IzdAT Publisher, 1997. 304 p. (In Russian).

30. "On Status and Protection of the Natural Environment of the Ivanovo Region in 2010. Scientific Report." Federal Portal Pro-

Town.ru. N.p., 2010. Web. <http://protown.ru/russia/obl/articles/7457.html>. (In Russian).

31. Pavlenkova G.A. "Speed Heterogeneity of the Upper Mantle in Eastern Europe." Geophysics of the 21st Century: 2002. Proceedings

of the Fourth Geophysical V.V. Fedynsky's Readings (28 Feb. — 2 Mar. 2002, Moscow). Moscow: Nauchny mir Publisher, 2003, pp. 45—49. (In Russian).

32. Ramzaev V., Mishin A, Golikov V., Argunova T. , Ushnitski V., Zhuravskaya A., Sobakin P., Brown J., Strand P.

"Radioecological Studies at the Kraton-3 Underground Nuclear Explosion Site in 1978-2007: A Review." Journal of Environmental Radioactivity 100.12 (2009): 1092 — 1099.

33. Rodionov V.N. "Mechanical Effect of Underground Nuclear Explosions." Peaceful Nuclear Explosions. Vienna: IAEA, 1970, pp.

187—197. (In Russian).

34. Sharov N.V., Malovichko A.A., Shchukin Yu.K., eds. Earthquakes and Microseismicity in the Problems of Modern Geodynamics of the East

European Platform. Book 1: Earthquakes. Petrozavodsk: RAS Karelian Scientific Center Publisher, 2007. 381 p. (In Russian).

35. Smith D.K. "Characterization of Nuclear Explosive Melt Debris." Radiochimica Acta 69.3 (1995): 157—168.

36. Taylor S.R., Paton H.J., Richards P.G., eds. Explosion Source Phenomenology. Washington DC: 1991. 268 p.

37. Teller E., Talley W.K., Higgins G.H., Johnson G.W. The Constructive Use of Nuclear Explosives. New York: Mc Graw-Hill Book

Company. 1968. 320 p.

38. Udoratin V.V. Deep Structure and Seismicity of the Vychegda trough and Adjacent Areas. Ph.D. diss. Syktyvkar, 2000. 215 p. (In

Russian).

39. Weaver L.E., ed. Education for Peaceful Uses of Nuclear Explosives. Arizona, Tucson: The University of Arizona Press, 1970. 350 p.

40. Zhuchikhin V.I. Underground Nuclear Explosions for Peaceful Purposes: The Memoirs. Snezhinsk, 2007. 252 p. (In Russian).

Cite MLA 7:

Golubov, B. N., and Yu. A. Sapozhnikov. "'Globus-1' Underground Nuclear Explosion and Its Radionuclides Long-Range Migration to the Underground Drinking Water Sources in Kineshma District of Ivanovo Region." Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time 13.1 (2016). Web. <2227-9490e-aprovr_e-ast13-1.2016.91>. (In Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.