Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра Геоинженерии и Кадастра

Контрольно-курсовая работа по дисциплине

Мониторинг и кадастр природных ресурсов

Методы изучения техногенных изменений природных ресурсов

Выполнил: студент гр.361682с

Сапожков А.А.

Проверила: Король.В.В

Тула 2015



Оглавление

Введение

1. Цель и задачи геолого-экологических исследований

2. Виды и методы исследований

3. Аэрокосмические исследования

3.1 Использование аэрокосмической техники для оценки экологического состояния геологической среды

3.2 Методы аэрокосмической съемки

3.3 Материалы съёмки

3.4 Дешифрирование снимков. Ландшафтно-индикационный метод

4. Геологические исследования

4.1 Методы исследований

4.2 Маршрутные исследования

5. Геофизические исследования

5.1 Геофизические методы

5.2 Радиометрические и радиогеохимические исследования

6.Геохимические исследования

6.1 Геохимический фон и геохимические аномалии

6.2 Геохимические методы

7. Гидрогеологические исследования

7.1 Виды гидрогеологических исследований

7.2 Характер загрязнения подземных вод

7.3 Природные факторы защищённости грунтовых вод

7.4 Методы исследований

8. Инженерно - геологические исследования

9. Геокриологические исследования

Литература



Введение

Технический прогресс приводит к увеличению интенсивности вредного воздействия на окружающую среду. Одновременно с его развитием появились более современные методы и средства контроля и прогноза состояния природной, в том числе и геологической среды.

Геологическая среда - верхняя часть земной коры, с которой связана хозяйственная деятельность человека. Она является важнейшим компонентом экосистем. В понятие «геологическая среда» одни исследователи включают горные породы, почвы, подземные воды, природные газы (Н.И. Плотников, 1998), другие - также поверхностные воды и биоту (Е.М. Сергеев, 1979).

Геологическая среда и происходящие в ней процессы оказывают влияние на среду обитания человека и его здоровье.

В настоящее время одной из задач в области изучения геологической среды является совершенствование методов и методики геолого-экологических исследований.

Геолого-экологические исследования включают геоэкологическое картирование (геоэкологическую съемку) и геоэкологический мониторинг за конкретными природными и техногенными объектами.

Геолого-экологические исследования позволяют получать информацию по экологическому состоянию геоэкологической среды, выявлять источники загрязнения и оконтуривать загрязненные участки, прогнозировать изменения среды, разрабатывать необходимые природоохранные мероприятия.

Геолого-экологические исследования - новый вид исследований. Поэтому необходимо помнить, что методические рекомендации, руководства, требования к их проведению, разработанные рядом институтов (ВСЕГИНГЕО, ИМГРЭ, ВИМС, АЭРОГЕОЛОГИЯ и др.), которые использовались при написании пособия, по мере накопления информации будут в дальнейшем корректироваться.



1. Цель и задачи геолого-экологических исследований

Геолого-экологические исследования и картографирование проводятся в разных масштабах.

Мелкомасштабные исследования (1:1000000 - 1:500000) выполняются при изучении глобального и регионального фонового состояния геологической среды, характера нарушения ландшафта1.

Среднемасштабные (1:200000 - 1:100000) - при изучении состояния и изменения геологической среды в районах с напряженной экологической обстановкой и определения участков для постановки крупномасштабных работ.

Крупномасштабные исследования (1:50000 - 1:25000) проводятся в районах экологического бедствия, прилегающих к промышленным комплексам и промышленно-городским агломерациям.

Детальные (1:10000 и крупнее) - для изучения конкретных объектов.

Целью геолого-экологических исследований является оценка экологического состояния геологической среды.

К основным задачам относятся:

* предварительная оценка экологического состояния и районирование территории России и крупных регионов;

* выделение районов с природным повышенным фоновым содержанием токсичных элементов;

* выявление техногенных факторов, воздействующих на геологическую среду, и оценка характера их влияния;

* изучение, оценка и прогноз техногенных изменений;

1 Ландшафт - единая территория с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером поверхностных и подземных вод, закономерным сочета-нием почв, растительных и животных сообществ.

* обоснование мероприятий по рациональному использованию недр и размещению стационарной сети по наблюдению и контролю;

* выделение территорий для более детальных исследований;

* детальное изучение конкретных объектов [19,20,21].



2. Виды и методы исследований

аэрокосмический ландшафтный радиометрический геологический

Геолого-экологические исследования включают геоэкологическое картирование и геоэкологический мониторинг за конкретными природными и техногенными объектами.

Геолого-экологические исследования выполняются как в процессе геологоразведочных работ, так и самостоятельно.

Специализированные исследования проводят в местах расположения разведываемых месторождений полезных ископаемых, горнодобывающих и нефтеперерабатывающих комплексов, предприятий химической и металлургической промышленности, АЭС и т.д.

На месторождениях изучают природные геохимические аномалии, связанные с конкретными полезными ископаемыми, оценивают степень нарушенности компонентов окружающей среды, уровень загрязнения и его влияние на растительность, животный мир и здоровье человека. На поисковой стадии учитывается характер и устойчивость природной среды, возможные изменения геологической среды; на стадии разведки изучают качественные и количественные характеристики изменения геологической среды.

Геолого-экологические исследования включают аэрокосмические, геологические, геофизические, геохимические, гидрогеологические, инженерно-геологические и другие виды исследований с соответствующими им методами.

Так, аэрокосмические исследования состоят из аэрокосмических наблюдений и дешифрирования снимков, причем наиболее эффективным является ландшафтно-индикационный метод дешифрирования.

При геологических исследованиях выполняют наземные маршруты с описанием ситуации и с отбором проб, сетевое опробование горных пород, опробование по створам и трансектам.

Геофизические - включают, прежде всего, гаммасъемку, гамма-спектрометрическую съемку, гамма-каротаж и другие методы.

При геохимических исследованиях применяют методы литогеохимического, атмогеохимического, гидрохимического, биогеохимического и геохимического опробования.

Гидрогеологические - используют методы маршрутных наблюдений с описанием естественных выходов подземных вод, методы опробования подземных вод, опытно-инфильтрационный и другие.

При инженерно-геологических и геокриологических исследованиях применяют некоторые из вышеперечисленных методов.



3. Аэрокосмические исследования

3.1 Использование аэрокосмической техники для оценки экологического состояния геологической среды

Аэрокосмические исследования позволяют получить информацию о характере рельефа, разломной тектонике, гидрографии, проявлении экзогенных и эндогенных геологических процессов, почвах, частично о горных породах, техногенных объектах, о распространении ореолов техногенных загрязнений геологической среды. По снимкам выделяют границы ландшафтов, определяют контрольные участки для полевых наблюдений.

При помощи аэрокосмического мониторинга можно оценить современное состояние геологической среды, проследить динамику ее изменения и наметить необходимые мероприятия по ликвидации негативных последствий [2].

Преимущества подобных исследований:

* изучение обширных территорий,

* анализ нескольких компонентов природы в их взаимосвязи,

* высокая оперативность и эффективность контроля,

* непрерывность и повторяемость во времени.

Аэрокосмические методы используются для исследований в любом масштабе, но являются основными для мелкомасштабного картирования.

Аэрокосмические исследования основаны на расшифровке материалов, полученных с летательных аппаратов. Аэросъемку производят с высоты до 12 км самолетами АН-28, 30; ИЛ-14; АН-2; ТУ-134 и вертолетами МИ-28 и т.д. Космическую съемку осуществляют с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ), пилотируемых космических кораблей, автоматических межпланетных (МКС) и долговременных орбитальных станций (ОС).

В России широко используется ИСЗ типа МЕТЕОР, РЕ-СУРС, ЭЛЕКТРО, ОС МИР, КА АЛМАЗ, МКС АЛЬФА и др. За рубежом известны американские: LANDCAT, GMSP и др.; канадский RADARSAT, европейские: POES, GOES, EVMECAT, SPOT; японские: GMS, JERS. В последние годы появились малые спутники массой от 50 до 300 кг. Ежегодно на орбиту выводятся в среднем восемь новых ИСЗ, а всего в космосе в настоящее время находится порядка 250 ИСЗ. Для координации действий по разработке и запуску ИСЗ для научных целей создан международный комитет GEOS.

Самолеты и космические носители оснащены обширными комплексами аппаратуры. Использование современных многоволновых приборов (радиометров, спектрометров, поляриметров, скаттерометров, радарных и лидарных систем) позволяет контролировать и предупреждать последствия природных и техногенных катастроф.

Оптические и инфракрасные приборы могут регистрировать нарушения рельефа, наводнения, загрязнение океанов нефтью и т.д. При большой облачности используют СВЧ-радиометры и радары высокого разрешения. Многозональные сканирующие устройства, СВЧ-радиометры, радиолокаторы позволяют выявить антропогенное загрязнение территории, определить состояние почв, снежного и ледового покрова, контролировать опустынивание, исследовать зоны вечной мерзлоты.

3.2 Методы аэрокосмической съемки

Аэрокосмическая съемка подразделяется на фотографическую, телевизионную, многозональную, спектрометрическую, ультрафиолетовую, инфракрасную (тепловую), радиотепловую, радиолокационную и лазерную (лидарную).

Фотографическая съемка выполняется фотоаппаратами на фотопленке, которую затем доставляют на Землю для дальнейшей обработки и получения плановых и перспективных снимков.

При телевизионной съемке изображение проектируется на приемное устройство - видикон. С видикона электрические сигналы по радиоканалу поступают на Землю или записываются на магнитную пленку с последующей передачей. Съемка осуществляется с помощью телевизионных камер (кадровая) или сканирующих устройств. При кадровой съемке проводится последовательная экспозиция различных участков поверхности и передача изображения по радиоканалам. При сканерной съемке изображение формируется из отдельных полос, получающихся в результате ''просматривания" местности лучом поперек движения носителя (сканирование). Изображение получается в виде непрерывной ленты. Со сканирующих устройств информацию непосредственно с магнитных лент можно вводить в ЭВМ [2].

Многозональная съемка выполняется как с помощью фотографических (МКФ-6,4 ЗЕНИТ АЭРО-707) , так и электронно-оптических сканирующих систем (Фрагмент). Снимки получают в различных зонах спектра. Обработка таких снимков дает воз-можность использовать синтезированные псевдветные изображения.

Перечисленные виды съемки позволяют наблюдать за тайфунами, ураганами, изучать динамику состояния природной среды, характер антропогенного загрязнения (табл. 1).

Спектрометрическую съемку проводят специальными приборами - спектрографами, которые измеряют коэффициенты спектральной яркости природных объектов относительно эталона. Спектрометрическая съемка позволяет создавать банк данных о спектральных характеристиках различных объектов и типах подстилающей поверхности, регистрировать концентрацию СО2, малых примесей (SO2, CLO, NO2), аэрозолей и озона.

Ультрафиолетовая съемка осуществляется с использованием специальных источников излучения и фотоумножителей в качестве приемников. Её разновидность - флуоресцентная съемка - используется для обнаружения урановых месторождений, нефти и газов, способных светиться при облучении ультрафиолетом.

Таблица 1

Виды аэрокосмических исследований	Методы съёмки
Оперативная оценка окружающей среды	Телевизионная
Оценка состояния почв и растительности	Телевизионная, радиотепловая, радиолокационная
Распространение пожаров, вулканическая активность, прогнозирование землетрясений	Телевизионная, инфракрасная, радиотепловая
Загрязнение воздушного бассейна	Инфракрасная, лазерная, сканерная
Изменение ландшафтов под влиянием горнодобывающих предприятий	Телевизионная
Горное оледенение, движение ледников, прогнозирование селей, схода снежных лавин, оползней	Фотографическая, телевизионная
Оценка ледовой обстановки, передвижение айсбергов	Фотографическая, телевизионная, радиолокационная
Изучение влажности почв и грунтов зоны аэрации	Радиотепловая, радиолокационная
Концентрация газов в городских и промышленных районах, вдоль трубопроводов и т.д.	Лазерная
Утечки тепла, сброс теплых вод, изучение геологических процессов в районах многолетней мерзлоты	Инфракрасная
Обнаружение урансодержащих пород, исследование атмосферы	Лазерная, ультрафиолетовая
Нефтяное загрязнение	Лазерная, ультрафиолетовая, инфракрасная, радиолокационная
Радиоактивное загрязнение	Аэрогамма-спектрометрическая *

* см. геофизические методы

Инфракрасная съемка, или тепловая фиксирует тепловое излучение природных объектов. Широко применяется для изучения районов вулканической активности, морских акваторий, подземных вод, геологических процессов в районах вечной мерзлоты, нефтяного загрязнения.

Радиотепловая съемка регистрирует излучение природных объектов в микроволновом диапазоне электромагнитного спектра. Используется для изучения геотермальных объектов, вулканической деятельности, обнаружения лесных пожаров, для наблюдения за состоянием поверхностных вод, лесов, сельскохозяйственных угодий и т.д.

Радиолокационная съемка фиксирует естественное радиоизлучение объектов и искусственный радиосигнал от этих объектов в сантиметровом диапазоне спектра 0,3 - 100 см. Ее применяют при исследовании нефтяного загрязнения водной поверхности, изучения зон чрезвычайной ситуации, изменения характеристик земной поверхности (влажности, засоленности и т.д.).

Лазерная съемка (лазерные локаторы - лидары) позволяет оценивать загрязнение воздуха, состояние дна водоемов и т.д. С помощью лазерного флуоресцентного зондирования наблюдают за источниками загрязнения природной среды, измеряют концентрации примесей в водной среде (хлорофилл, нефтепродукты и т.д.), изучают распределение примесей по глубине, распознают геологические породы (см. табл. 1).

3.3 Материалы съёмки

В результате съёмки получаем информацию в виде негативов и аналоговых сигналов, записанных на магнитную ленту.

После обработки исходных материалов имеем позитивные отпечатки (аэро- и космоснимки), фотодиапозитивы, цифровые данные на магнитной ленте, пригодные для обработки на ЭВМ, распечатки, графики и диаграммы, построенные ЭВМ. Чаще всего для геолого-экологических исследований используются черно-белые, цветные и синтезированные (ложно цветные) снимки.

По уровню генерализации, степени обзорности и величине разрешающей способности космические снимки подразделяются на:

* глобальные - масштаб <1:15000000,

* континентальные - 1:5000000-1:2500000,

* региональные - 1:1000000-1:500000,

* локальные - 1:200000-1:100000,

* детальные - масштаб >1:100000.

Аэроснимки подразделяются на:

* мелкомасштабные - масштаб <1:30000,

* среднемасштабные - 1:30000-1:10000,

* крупномасштабные - масштаб >1:10000.

Чем мельче масштаб, тем большую площадь охватывает снимок.

3.4 Дешифрирование снимков. Ландшафтно-индикационный метод

Дешифрирование снимков - процесс выявления, распознавания и определения характерных объектов, изображённых на снимках.

При дешифрировании необходимо использовать снимки:

* масштабного ряда (принцип дешифрирования от общего к частному),

* спектрального ряда,

* временного ряда (снимки, выполненные в разное время года и разное время суток),

* ретроспективные снимки (желательно с интервалом съёмки в несколько лет).

Дешифрирование производится по прямым и косвенным признакам. К прямым признакам относятся: форма (общий контур и отдельные детали объекта), линейные и площадные размеры, тон, контраст тонов двух соседних рисунков (или цвет и тональность на цветных снимках), геометрические параметры теней объектов, структура и рисунок изображения, его взаиморасположение.

Не все компоненты природной среды можно отдешифрировать по прямым признакам. Многие объекты дешифрируются с помощью ландшафтно-индикационного метода, который выражает взаимосвязь геологических объектов с составными частями ландшафта. Здесь используются косвенные дешифровочные признаки: рельеф, гидрографическая сеть, почвы, растительность и др.

Дешифрирование происходит по схеме: фотоизображение > опознаваемый индикатор > объект. Так, например, на крупно- масштабных спектрозональных аэроснимках можно выявить изменение состава почв по смене растительности и величины фитомассы, которая определяется спектрометрированием. Индикатором понижения уровня грунтовых вод является осветление фототона, ослабление контрастности рисунка, изменение его структуры.

Существуют два способа дешифрирования снимков: визуальный и автоматический. При визуальном способе для повышения качества дешифрирования используются следующие приборы (Н.Н.Хренов):

* увеличительные (лупы),

* измерительные (синусные линейки, параллактические пластины, параллаксометры, измерительные стереоскопы, стереоскоппантографы),

* стереоскопические (стереоскопы, стереометры, стереокомпараторы, стереопроекторы, стереографы, универсальные стереофотограмметрические приборы «Топокарт», «Стекометр»),

* оптико-механические (фототрансформаторы, оптический проектор, универсальный топографический проектор УТП-2, многозональный синтезирующий проектор МСП-4),

* комбинированные (интерпретоскоп, прибор дешифрирования негативов ПДН-4)

* телевизионно-оптические (телевизионно-оптический прибор дешифровщика, прибор совещательного дешифрирования). Автоматический способ - это распознавание объектов по их спектральным и пространственным геометрическим характеристикам. Принцип автоматического дешифрирования заключается в том, что распознающая система производит измерение объекта, подлежащего классификации, и сравнивает эти измерения с эталонными. Совпадение или близкое совпадение измерений с эталонными позволяет системе распознать объект. Наиболее эффективно выполнять автоматическое дешифрирование, когда построение контролируется и направляется оператором - геологом.



4. Геологические исследования

4.1 Методы исследований

К геологическим методам относят геологическую съёмку, включающую маршрутное и сетевое опробование, петрографические и минералогические исследования.

Геологическая съемка - один из основных методов изучения геологического строения земной коры, в процессе которой:

* определяются состав, генезис, предварительный возраст, взаимоположение горных пород и их элементы залегания;

* прослеживаются геологические границы, тектонические структуры;

* ведутся наблюдения за рельефом и подземными водами;

* отбираются образцы для последующего анализа.

Наблюдаемые объекты наносятся на топографическую карту или аэроснимок, а все полученные данные записываются в полевой дневник, где обязательно указывается номер обнажения, и делаются зарисовки особенностей геологического строения.

Горные породы изучаются как в естественных обнажениях, так и в горных выработках (шурфах, канавах и т.д.) и буровых скважинах.

Шурф - это вертикальная горная выработка квадратного или прямоугольного сечения глубиной не более 20-З0 м. Скважина - цилиндрическая выработка, пройденная буровым инструментом, глубина которой может достигать нескольких тысяч метров.

Горно-буровые работы проводятся также при геофизических, геохимических, гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях.



4.2 Маршрутные исследования

Маршруты при геолого-экологическом картировании прокладываются по результатам анализа аэрокосмических, геологических, геохимических и других материалов.

Во время маршрутов определяется состояние геологической среды, ландшафтно-индикационные исследования, в процессе которых выявляются антропогенные индикаторы и нарушенные индикационные связи между различными компонентами ланд-шафта под воздействием техногенеза. Также обследуются ключевые участки интенсивного воздействия техногенных объектов на геологическую среду.

Маршруты в ненарушенных (естественных) условиях проходят от водораздела к дрене бассейна местного стока и вдоль дрены. Участки с повышенной концентрацией загрязняющих веществ должны пересекаться маршрутами. В маршрутах проводится дешифрирование аэроснимков, радиометрические наблюдения, отбираются пробы для геохимических анализов, отмечаются аномалии растительности.

В нарушенных условиях дополнительно прокладываются маршруты от источника загрязнения по направлению предполагаемого простирания ареала загрязнения с учётом розы ветров и направления потока грунтовых вод. Помимо работ, перечисленных выше, отмечаются нарушения рельефа: просадки, оврагообразование, оползни, обвалы, сели, свалки и т.д. На участках сброса загрязненных вод, на действующих водозаборах, каналах и других техногенных объектах отбираются пробы воды для определения тяжелых металлов и радиоактивных элементов.



5. Геофизические исследования

5.1 Геофизические методы

Методы, применяемые при геофизических исследованиях, подразделяются на электрические, сейсмические, гравиметрические, магнитометрические, геотермические и ядерные.

* Электрические методы основаны на изучении естественных или искусственно созданных в Земле электромагнитных полей.

* Сейсмические - на изучении особенностей полей упругих колебаний, искусственно созданных в горных породах.

* Гравиметрические методы исследуют особенности поля силы тяжести.

* Магнитометрические - особенности магнитного поля Земли.

* Геотермические методы основаны на изучении естественного или искусственно вызванного температурного поля в Земле.

* Ядерные - на наблюдении за физическими явлениями, сопровождающими естественные или искусственно вызванные ядерные превращения, или за процессами взаимодействия ядерных излучений с веществом горной породы (табл. 2).

Вид исследований зависит от цели и масштаба работ. Сначала проводят аэросъемку для предварительного исследования местности. Автомобильная съемка, пешеходная, каротаж скважин и другие направлены на изучение выделенных при аэросъёмке аномалий, выявления их природы и количественной оценки концентраций. Результаты съемки наносятся на топографическую основу и составляются карты в виде профилей.

В экологии наиболее широко используются: вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), электропрофилирование (ЭП), электрокаротаж, зондирование методом вызванных потенциалов (ВЭЗ-ВП), резистивиметрия (определение удельных электрических сопротивлений воды), сейсморазведка методом преломленных волн (МПВ), термометрия, гамма-съемка, пенетрационный и радиометрический каротаж (табл.3).

Геофизические методы.

Таблица 2

Группы методов	Предмет измерения	Методы исследования	Измеряемые параметры
1	2	3	4
Электрические	Естественные электрические поля, возникающие в результате планетарных физических процессов. Электрические поля техногенного характера, например, вблизи подземных и наземных ЛЭП, мощных электростанций.	Метод естественного электрического поля РС	Напряжённость электрического поля.
	Искусственно создаваемые электрические поля.	ВЭЗ, ЭП, электрокаротаж, резистивимет-рия, ВП и др.	Удельное электрическое сопротивление, диэлектрическая проницаемость
Сейсмические	Поля упругих колебаний, искусственно созданных в горных породах	Сейсморазведка Сейсмоакусти-ка	Скорость распространения упругих колебаний, плот-ностные характеристики массивов горных пород
Гравиметрические	Гравитационное поле Земли	Гравиразведка	Плотность горных пород
Магнитометрические	Магнитное поле Земли	Магниторазведка	Магнитная восприимчивость горных пород
Геотермические	Естественные температурные поля	Термометрия поверхности Термический каротаж Аэротепловая съёмка	Теплопроводность, теплоёмкость, температуро-проводимость.
	Искусственно вызванные температурные поля
Ядерные	Естественная радиоактивность горных пород, почв, воздуха, подземных и поверхностных вод	г-съёмка г-каротаж	Интенсивность г - излучения
		Радиоэманаци-онный	Концентрация радона в почвенном воздухе
		Ионометриче-ский	Ионизация в атмосферном воздухе
		Радоновый	Концентрация радона в природных водах.
	Явление, возникающее в результате искусственного облучения горных пород	Нейтронный, г -каротаж	Интенсивность вторичного гамма-излучения.
		Нейтрон-нейтронный каротаж	Интенсивность излучения тепловых нейтронов
		Гамма-гамма-каротаж и другие.	Интенсивность рассеянного гамма излучения.

5.2 Радиометрические и радиогеохимические исследования

Радиометрические исследования направлены на изучение естественного радиационного фона и радиоактивного загрязнения.

При помощи гаммасъемки и гаммакаротажа можно определить суммарную радиоактивность горных пород. Гамма спектрометрическая съемка позволяет выявить раздельное содержание естественных (U, Ra, Rn, Th, K и др.) и искусственных (Cr90, Cs137,Cs134, Y131, Co60, Ru103, Ru106 и др.) радионуклеидов.

Таблица 3.

Виды и объекты исследований	Геофизические методы
Радиоактивное загрязнение: Суммарное гамма-излучение Оценка отдельно урана, тория, калия	Гамма-метод, гамма-каротаж, гамма-спектрометрия
Нефтяное загрязнение	ВЭЗ
Коррозия трубопроводов	РС
Тепловое загрязнение	Термометрия, термокаротаж, электроразведка, аэротепловая съёмка.
Свалки, техногенные отходы, их мощность	ВЭЗ, ЭП, аэротепловая съёмка в комплексе с другими методами.
Породы зоны аэрации (мощность, разделение литологических горизонтов, геоэлектрические параметры, выделение зон активной трещиноватости и т.д.)	ВЭЗ, сейсморазведка.
Горные породы, их свойства и изменение под влиянием антропогенных воздействий. Техногенные отложения и их свойства.	Гамма-каротаж Пенетрационный каротаж
Электрическое сопротивление песчано-глинистых толщ	Электрокаротаж
Изучение скальных и полускальных пород (для захоронения отходов)	Геоэлектрические, сейсмоакусти-ческие, радиометрические, гравиметрические, магнитометрические

Изучение водоупорных горизонтов Термический каротаж, ВЭЗ

Распространение многолетней мерзлоты, определение границ мёрзлых пород	Термокаротаж, термометрия, электроразведка
Загрязнение подземных вод сточными водами	Практически все перечисленные методы
Экзогенные и эндогенные процессы	Практически все перечисленные методы

Радиоактивное загрязнение происходит при эксплуатации атомных станций, при ядерных взрывах и подземных испытаниях ядерного оружия, при авариях на ядерных установках. Радиоактивное загрязнение связано с деятельностью радиоактивных хи-мических заводов, разработкой урановых месторождений.

Повышенная радиоактивность наблюдается в породах, материале дорожных покрытий, облицовке зданий.

Геофизические исследования ведутся в воздушном, наземном, подводном, скважинном, шахтном и лабораторном вариантах. При аэрогамма-спектрометрической съёмке на самолёте или вертолёте устанавливается специальная аппаратура, например СКАТ-77. По результатам измерений составляют карты распределения общей гамма-активности поверхности и карты урановой, ториевой и калиевой составляющих гамма-поля. По ним определяют нормальную радиоактивность и аномальные участки [13].

На аномальных участках проводят наземную радиометрическую съёмку, которая локализует участки повышенного гаммафона.

При автомобильной съёмке используются станции типа РСА-007, при пешеходной - дозиметры типа ДРГ-01T, ДРГ-05М, радиометры "Прогноз", СРП-68-01Т, СРП-68-02 (с герметичной гильзой для исследования донных отложений) [12].

В районах повышенной радиации проводятся радиогеохимические исследования, включающие в себя изучение распределения природных радиоактивных элементов, радионуклидов и определение форм нахождения их в горных породах и минералах.

Помимо этого, определяются подвижные формы и пути миграции радиоэлементов, возможные участки их скоплений. Опробование следует проводить на карьерах, отвалах, хвостовиках горнодобывающих предприятий, в поймах, карстовых воронках, на торфяниках, плёсах и т.д.



6. Геохимические исследования

6.1 Геохимический фон и геохимические аномалии

Геохимические исследования основаны на изучении распределения и распространения элементов или их соединений в горных породах, водах, атмосфере, растительности и т.д. Они состоят из определения геохимического фона, выявления геохимических аномалий и сравнения их с фоновыми или с предельно допустимыми значениями.

Определение геохимического фона, т.е. среднего содержания элементов, основано на статистическом анализе выборочного опробования.

Существует два способа определения геохимического фона. Первый заключается в анализе эталонных выборок, которые характеризуют однородные фоновые площади. Он применяется в районах, не подверженных загрязнению. Его также используют в условиях незначительного техногенного воздействия, где можно найти площади с похожими, но не загрязнёнными ландшафтами.

При анализе выборочного опробования вычисляются основные параметры распределения химических элементов:

* среднее арифметическое содержание nXXniiУ==1;

* дисперсию 2211()1niiSXn==??У X ;

* коэффициент вариации *100SVX=%.

где x - значение содержаний элементов, n - общее число проб, S - стандартное отклонение.

Во втором способе анализируются смешанные выборки, которые характеризуют неоднородное геохимическое поле. Он применяется в местах интенсивного развития производства. Здесь в качестве эталонных можно выбрать участки слабого загрязнения, расположенные в периферийной части. Если таких участков нет, например в городе, то за фон условно берут средний уровень загрязнения.

Геохимические аномалии характеризуются повышенными, по сравнению с фоновыми, концентрациями соединений или химических элементов.

В районе месторождений геохимические аномалии образуют первичные ореолы в горных породах, вторичные ореолы в почвах и рыхлых отложениях, потоки рассеяния в поверхностных водах и донных отложениях, ореолы рассеяния в подземных водах, биогеохимические ореолы. Аномалии также наблюдаются в воздухе и снежном покрове.

Помимо природных существуют геохимические аномалии, связанные с отвалами шахт, карьеров, отстойников, свалок и т.д. (в почвах, рыхлых и донных отложениях, в грунтовых водах и растительности).

Изучение геохимических аномалий позволяет выделить площадь загрязнения, проследить потоки рассеяния химических элементов, пути их миграции.

Для определения аномалий рассчитывается коэффициент концентрации:

фCCcK= ,

где С ? содержание химического элемента в оцениваемом объекте, мг/кг;

Сф ? фоновое содержание этого элемента, мг/кг.

Для группы элементов вычисляется суммарный показатель загрязнения:

У=??=niccnKZ1)1( ,

где n ? число аномальных элементов.

При расчете нагрузки загрязнения определяется коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента:

PобщKpPф=, где:

общая нагрузка Робщ. = СҐРп (С - концентрация элемента в снеговой пыли в мг/кг, Рп - пылевая нагрузка в кг/км2Ґсут);

фоновая нагрузка Рф = СфҐРпф (Сф - фоновое содержание элемента, Рпф - фоновая пылевая нагрузка).

И соответственно, суммарный показатель нагрузки равен:

Zp У=??=ninK1р)1(

Для биогеохимических аномалий вычисляется коэффициент биологического поглощения КБП, а для гидрогеологических - коэффициент водной миграции Кх.

6.2 Геохимические методы

Геохимические методы включают:

* литогеохимическое изучение почв и горных пород;

* литогеохимическое изучение донных и пойменных отложений, торфяников;

* атмогеохимические исследования;

* геохимическое исследование пылевых выбросов путем изучения снежного покрова;

* гидрохимическое изучение поверхностных вод;

* биогеохимическое изучение наиболее распространенных растительных сообществ и биогенной массы (табл. 4).

При отборе проб почв необходимо учитывать, что основная часть загрязняющих веществ находится в тонком приповерхностном слое гумусового горизонта, который и выбирается в качестве представительного горизонта для ненарушенных почв. Для нарушенных почв представительным является весь нарушенный слой.

Таблица 4

Геохимические исследования	Методы исследования
Изучение почв, почвообразующих и коренных пород, донных и пойменных отложений, торфяников, снежного покрова	Литогеохимические Наземные маршруты Горно-буровые Лабораторные
Исследование поверхностных вод	Гидрохимические Лабораторные
Изучение микроэлементного состава растительности	Биогеохимические Лабораторные
Измерение концентрации парообразной ртути, отбор газовых проб, пробы воздуха на содержание пыли	Атмогеохимические Аэрокосмические Лабораторные

Донные отложения рек, озер, прудов, морей, болот - активные сорбенты загрязняющих веществ и практически конечные пункты в цепи поверхностной миграции природных и техногенных веществ. Степень загрязнения донных отложений указывает на загрязнение всей среды в целом.

Атмогеохимические исследования состоят из определения газов в атмосфере, почве, горных породах. Попутно измеряется концентрация парообразной ртути.

Техногенное загрязнение ртутью связано с добычей и переработкой ртутьсодержащих полезных ископаемых, сбросом сточных вод, захоронением отходов и т. д. Кроме наземных и скважинных исследований, измерения проводят с помощью аппаратуры, установленной на вертолетах, автомашинах и судах.

Для определения ртути в атмосферном воздухе используются приборы ГРАД (газортутный анализатор дистанционный), СФАР (селективный фазовый анализатор ртути), ГРОЗА (газортутный оптический зеемановский анализатор); для экспрессного определения ртути в атмосферном и почвенном воздухе применяются АГП-01 (анализатор газортутный переносной) и другие [12].

Частицы газопылевых природных и техногенных выбросов оседают на снежном покрове, исследуя который можно определить нагрузку загрязнения на единицу площади за определенный срок:

tSPPn*0= суткмкгилисутммг**22 ,

где: Рn - пылевая нагрузка; Ро - вес пыли в пробе;

S - площадь шурфа;

t - время от начала снегостава до отбора пробы.

Пылевую нагрузку можно рассчитать, исследуя жидкую фа-зу:

VPMn0=,

где: Ро - масса пыли в пробе;

V - объем водной части пробы в литрах.

Снежный покров является индикатором загрязнения атмосферы, и в то же время к моменту снеготаяния он становится вторичным источником загрязнения грунтов, подземных и поверхностных вод.

Изучение снега (мощность, плотность, степень загрязнения) необходимо проводить в районах многолетней мерзлоты для определения влияния снежного покрова на изменение температуры пород и на изменение амплитуды колебания температуры возду-ха, от чего зависит глубина сезонного оттаивания и сезонного промерзания.

Гидрохимические исследования позволяют определить физико-химические параметры и солевой состав поверхностных вод. Исследованию подвергаются все реки и притоки. В местах крупных постоянных источников загрязнения необходимо проводить режимные наблюдения.

При биогеохимических исследованиях изучается микроэлементный состав растительности. Загрязняющие вещества проникают в растения через воздух, грунты и с дождевыми осадками. Растительный покров является одним из накопителей тяжелых металлов и радиоактивных элементов. С помощью многозональной (синтезированные снимки), инфракрасной и аэрогаммасъемки можно наметить участки угнетенной растительности, выделить площади для биогеохимического опробования.

Вблизи постоянного источника загрязнения, например горнодобывающего предприятия, для контроля загрязнения используют автоматические станции контроля (АСК).

Так, автоматизированная система АСВА-П определяет в почвах фосфор, кальций, алюминий, марганец, магний, калий, нитраты и ряд других веществ. Автоматический многоканальный анализатор АМА-202 регистрирует семнадцать физико-химических параметров воды: рh, Eh, температуру, мутность воды, концентрацию растворенного кислорода, ионов Cl, NO3, F, Cu2+, Na, Fe, Cr, PO4, нитритов и т.д.

Существуют автоматизированные станции контроля за воздушной средой типа АНКОС-АГ, ПОСТ-2, АТМОСФЕРА-П и другие. Станция ПОСТ-2 измеряет концентрации окиси углерода и двуокиси серы, отбирает тридцать три пробы воздуха на определение пяти газообразных примесей, сажу, пыль, измеряет скорость ветра, температуру и влажность воздуха, отбирает пробы воздуха по четырем каналам для последующих лабораторных анализов [7].



7. Гидрогеологические исследования

7.1 Виды гидрогеологических исследований

Экологические исследования могут выполняться в процессе гидрогеологической съемки, если на изучаемой территории она не проводилась более 10 лет.

Гидрогеологическая съемка - это маршрутные наблюдения с документацией естественных выходов подземных вод, буровые и горнопроходческие работы, опытно-инфильтрационные исследования, наблюдения за режимом подземных вод и лабораторные исследования.

Во время маршрутных наблюдений выявляются гидрогеологические объекты, изучается степень и характер водоносности горных пород, распространение, питание и разгрузка подземных вод, их режим и взаимосвязь с поверхностными водами; оцени-ваются физические свойства, химический состав и качество вод, их влияние на развитие геологических процессов, на горные породы и т. д. Объектами визуальных наблюдений служат родники, источники, участки просачивания, поверхностные водотоки, колодцы, скважины, горные выработки, водовмещающие и водоупорные породы и их свойства.

В процессе съемки происходит обследование и опробование водопунктов.

В полевом дневнике записывается номер источника, его местоположение, формы и размеры выхода, прозрачность, цвет, запах, вкус, температура, наличие газов и минеральных образований, радиоактивность, его приуроченность к определенному во-доносному горизонту, геолого-литологическая характеристика горизонта, режим и использование вод источника. В районах развития мерзлых пород оценивается связь источников с таликами.

Наблюдения за режимом подземных вод позволяет установить во времени общие закономерности изменения режима.

(уровня, температуры, дебита, химического состава и др.) в результате хозяйственной деятельности человека.

В процессе самостоятельных геоэкологических исследований изучаются изменения свойств и состояния подземных вод, происходящие в результате техногенного загрязнения.

Они включают:

* определение участков и источников загрязнения;

* оценку защищенности подземных вод от загрязнения;

* изучение влияния техногенных нарушений подземной гидросферы на поверхностный сток, растительность, деградацию мерзлоты, экзогенные геологические процессы и т. д.;

* выявление истощения подземных вод.

7.2 Характер загрязнения подземных вод

Характер загрязнения подземных вод зависит от типа источника загрязнения и от геохимической ситуации.

К основным источникам загрязнения подземных вод относят промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные сточные воды, для которых характерен определенный набор загрязняющих веществ. Например, состав промышленного стока горнодобывающего предприятия зависит от состава добываемой руды. В подземные воды попадают хлориды, сульфаты, бром, йод, калий, натрий, кальций, железо, нефтепродукты.

По типу источника загрязнение подразделяется на:

* химическое (стоки предприятий, сельскохозяйственные стоки);

* биологическое, вызванное органическими веществами (канализационный сток, сброс сточных вод пищевой и текстильной промышленности, животноводческих комплексов);

* физическое (сброс в реки шлама, песка, глины, шлаков, которые через водозаборы поступают в подземные воды);

* радиоактивное, происходящее в результате добычи, обработки и использовании радиоактивных материалов, эксплуатации и аварий на АЭС и т.д. К числу важнейших показателей, определяющих геохимический тип подземных вод, относятся показатель концентрации водородных ионов (водородный показатель) рН и окислительно-восстановительный потенциал Еh.

По величине водородного показателя определяют кислотность воды. Для нейтральных вод рН=7, для щелочных рН>7 и для кислотных рН<7. Также выделяются весьма кислые, где рН<5 и высоко щелочные воды, где рН>9.

Окислительно-восстановительный потенциал Еh служит мерой окислительной или восстановительной способности среды, его величина непосредственно связана с величиной водородного показателя. рН определяется при всех видах лабораторных иссле-дований, Еh- предпочтительно определять у объектов.

Определенным геохимическим типам подземных вод соответствует определенный набор элементов, концентрация которых может превысить ПДК (Табл.5).

Среди показателей подземных вод изучению, прежде всего, подлежат температура, Cl, SO4, HCO3, CO2, CO, Na (Na+K), сухой остаток, сумма металлов (Zn+Cu+Pb), pH, NO3, NO2, NН4, растворенный кислород, сероводород, органическое вещество и показатели, характерные для конкретного источника загрязнения, например, хлориды, карбонаты, нитраты, Mg, Ca, Fe, Cu и т.д.

Для оценки загрязнения подземные воды исследуются на нефтепродукты, пестициды, органический углерод, фенолы, поверхностные активные вещества, бензопирен, окисляемость, Cr, Ni, Fe, Hg, Cd и т.д.

Так как каждый тип источника характеризуется определённым набором загрязняющих веществ, то при его исследовании изучаются свойственные этому типу показатели.

Геохимические типы загрязнённых подземных вод [12]

Таблица 5

Геохимические типы загрязнённых подземных вод	Элементы, которые могут быть в подземных водах в концентрациях, превышающих ПДК	Анионы, способствующие увеличению концентраций элементов в воде
1 1 2	з
1. Кислые кислородные с высокими значениями окислительно-востановительного потенциала (рН<6, Еh> + 400 мВ и более)	Катионогенные: Li, Hg, Bi, Be, Ba, Zn, Cu, Pb, Cd, Co, Ni, Fe, Mn Комплексообразователи: Ti, Nb, Анионогенные: S, Se,Te,As, Sb, B, Si, Mo, Cr(IV), NO	SO42-, F- и др. Анионы органических кислот
2. Щелочные с низкими положительными значениями окислительно-востановительного потенциала (рН>9, Еh до +250 мВ)	Катионогенные: Na, Li, K, NH4 Комплексообразователи: Zn, Cu, Pb, Ti, Nb Анионогенные: F, Mo, W, Si, B, P, Cr	Органические вещества
3. Околонейтральные кислородные с высокими значениями окислительно-восстановительного потенциала (рh 6-9, Еh > +250 мВ)	Катионогенные: Na, Sr, Ba Комплексообразователи: Zn, Cu, Pb, Cd, Be Анионогенные: S, Se, Te, Mo, As, Sb, Cr, No3-	SO42-, Cl -, окисленные органические вещества
4. Околонейтральные бескислородные бессульфидные с низкими положительными значениями окислительно-восстановительного потенциала (рН 6-9. Еh =+250-0 мВ)	Катионогенные: Fe, Mn, NH4+, Ti Комплексообразователи: Zn, Cu, Pb, Be, Hg, Cd Анионогенные: S, As, Cr(III), P(III)	Cl -, SO42-не окисленные органические вещества
1 1 2	3
5. Околонейтральные и щелочные сульфидные с отрицательными значениями окислительно-восстановителтного потенциала (рН >6, Еh<0 мВ)	Катионогенные: Na, NH4+ Комплексообразователи: Cd, Fe Анионогенные: S, F, Se, Te, As(III), Sb(III)	HS -, S 2-, Cl - , CO32-, HCO3-органические вещества

7.3 Природные факторы защищённости грунтовых вод

К природным факторам защищенности грунтовых вод относятся глубина залегания грунтовых вод и наличие водоупорных пород, играющих роль противофильтрационных экранов.

По Гольдбергу выделяются три категории защищенности водоносных горизонтов:

защищенные - мощность водоупора m>10 м и Н2> Н1 (Н2 - уровень нижележащего, а Н1 - вышележащего горизонта);

условно-защищенные (при 5м<m<10м и Н2>Н1, а при m>10м Н2?Н1;

незащищенные (m<5м и Н2? Н1) или водоупор прерывистый по площади, имеющий ''фильтрационные окна'', зоны повышенной трещиноватости и Н2<Н1.

7.4 Методы исследований

Характер влияния загрязняющих веществ зависит не только от химических и физических свойств растворов, но и от гидродинамики фильтрационных и миграционных потоков.

Фильтрационные свойства пород можно изучать с помощью опытных наливов в шурфы с однокольцевым инфильтрометром. В дно шурфа вдавливают кольцо диаметром 30-50 см. В кольцо подают воду, уровень которой поддерживают постоянным. После стабилизации расхода рассчитывают коэффициент фильтрации (в м/сут).

Кф = а*Е*Q, где

* а - коэффициент, зависящий от глубины вдавливания кольца в грунт (L) и диаметра кольца d:

L/d	до 0,03	0,04	0,05
а	1,06	1,08	1,1

* E - коэффициент, значение которого зависит от суммы Н+Z и диаметра кольца (Н - высота капиллярного поднятия, Z - высота слоя в литрах).

* Q - количество фильтрующейся через породу воды, м3/сут [9]. Миграционные свойства устанавливаются в полевых или лабораторных условиях. Полевые опытные работы включают в себя:

* налив индикаторного раствора в миграционную скважину,

* последующая откачка из этой скважины или из реагирующей скважины.

Обычно создают специальные миграционные кусты, состоящие из одной центральной и до трех наблюдательных скважин. Иногда они со-вмещаются с опытно-фильтрационными работами.

Техногенные изменения подземной гидросферы (подъем уровня грунтовых вод, заболачиваемость и др.) могут нарушить ландшафт, изменить поверхностный сток, повлиять на развитие карста, просадок и т.д. Подобные изменения выявляются с помо-щью шифрирования аэрокосмоснимков, маршрутных исследований и гидрогеологических работ.

Данные о качестве, величине отбора подземных вод и ее изменении, развитии депрессионной воронки, характере загрязнения и об истощении ресурсов получаем при обследовании водозаборов.

Таблица 6 даёт представление об используемых методах при гидрогеологических исследованиях.



Таблица 6

Виды и объекты гидрогеологических исследований	Методы исследований
Определение фильтрационных свойств пород	Геофизические Опытно-фильтрационные
Определение миграционных свойств	Опытно-миграционные
Сорбционные свойства пород	Лабораторные
Выявление характера загрязнения	Гидрогеологическое опробование Гидрохимическое опробование
Выявление участков загрязнения	Геофизическое
Выявление участков радиоактивного загрязнения	Радиометрические
Изучение водозаборов	Режимные наблюдения Гидрогеологическое опробование
Влияние изменений подземной гидросферы на геологическую среду	Гидрогеологическое опробование Аэрокосмические исследования Маршрутные исследования



8. Инженерно - геологические исследования

Инженерно-геологические исследования, проводимые для оценки экологического состояния геологической среды, включают в себя изучение:

* особенностей состава, строения и свойств горных пород, которые определяют их прочность, деформируемость, устойчивость и водопроницаемость;

* техногенных пород;

* экзогенных процессов.

Изучение пород проводятся вблизи источников загрязнения и для сравнения на участке, не затронутом техногенным воздействием. Выделяются литолого-фациальные комплексы, петрографические типы, приводится характеристика состава и свойств горных пород и изменение этих свойств под влиянием природной и техногенной деятельности.

В процессе хозяйственной деятельности образуются техногенные породы, которые могут быть:

* измененными, т.е. претерпевшими какие-либо изменения, но оставшиеся на месте залегания;

* переотложенными, которые возникают при их перемещении в результате техногенного воздействия (обвалы, насыпи и т. д.);

* переработанными, иногда до полного изменения химического и минералогического состава, например, в результате складирования отходов и др. [12].

При исследовании техногенных пород оконтуривается их площадь, определяется мощность, состав, свойства, условия формирования и направленность изменения.

Площади техногенных пород выделяются по аэроснимкам и в наземных маршрутах. Техногенные породы неоднородны и характеризуются частым изменением строения, состава и свойств. Поэтому, помимо опробования по профилям, необходимы ре-

жимные наблюдения, в процессе которых собираются данные о плотности, влажности, загрязненности техногенных пород и развитии в этих местах геологических экзогенных процессов.

Экзогенные геологические процессы (ЭГП) развиваются под действием как природных, так и техногенных факторов. Наиболее высокую опасность для людей и хозяйственных объектов представляют сели, оползни, лавины, карст, обвалы и осыпи. На хозяйственные объекты так же влияют просадки, подтопление, овражная и речная эрозия и др. Для сельскохозяйственных угодий большой вред наносят плоскостная эрозия, дефляция, засоление и заболачивание.

В процессе дешифрирования аэрокосмических снимков и маршрутных исследований обозначаются места проявлений ЭГП, определяется скорость их развития, направленность и дается оценка степени опасности.

Методы, применяемые в инженерно-геологических исследованиях, приведены в таблице 7.

Таблица 7

Виды и объекты инженерно-геологических исследований	Методы исследований
Выделение литолого-фациальных комплексов и петрографических типов	Горно-буровые Лабораторные
Изучение физико-механических свойств пород и их изменение под влиянием техногенной нагрузки	Буровые Геофизические Литогеохимические Лабораторные
Источник техногенного загрязнения	Аэрокосмические Наземные маршруты
Техногенные породы (мощность, литология), их изменения во времени	Аэрокосмические Горно-буровые Геофизические Литогеохимические
Эндогенно-геологические процессы	Аэрокосмические Наземные маршруты



9. Геокриологические исследования

Геокриологические исследования включают:

определение глубины залегания мерзлых пород, их мощности, суммарной влажности и плотности, наличия повышенной льдистости;

инженерно-геокриологическое расчленение разреза;

изучение динамики сезонного протаивания и промерзания пород, температуры пород в слое годовых колебаний температур, распределения температуры ниже этого слоя и т.д;

определение изменения качества, температуры и динамических характеристик подземных вод и др. (табл. 8).

Таблица 8

Виды и объекты геокриологических исследований	Методы исследований
Определение глубины залегания мерзлых пород, их мощности, наличия в разрезе зон повышенной льдистости	ВЭЗ ВП, ВЭЗ
Определение объемной влажности и плотности горных пород	Радиоизотопный каротаж
Инженерно-геокриологическое расчленение разреза, изучение температуры и криогенного строения пород, опробование пород	Зондировочно-картировочное бурение
Изучение сезонно-мерзлых и сезонно-талых пород	Проходка шурфов
Определение суммарной влажности и льдистости мерзлых пород	Полевые, лабораторные
Изучение температурного режима пород и подземных вод, динамики сезонного промерзания и протаивания пород, изменения экзогенных геологических процессов	Стационарные наблюдения

Исследование проводятся на опорных участках, выделенных по данным о геокриологических условиях и техногенной нагрузки в результате дешифрирования аэроснимков.



Используемая литература

1. Андросова Н.К. Геоэкологическое картирование. Рабочая про-грамма, методические указания и задания на контрольные и курсовые работы для студентов специализации ''Геолого-промышленная экология''. - М.: МГОУ, 1999.

2. Андросова Н.К. Исследование природных ресурсов аэрокос-мическими методами. Рабочая программа, методические ука-зания, задания на выполнение контрольных работ для студен-тов специальности ''Геология и разведка МПИ''. - М.: МГОУ, 1998.