Глава 6. Экологическая геофизика

• 6.1. Основные понятия, предмет и методы геолого-геофизических исследований в экологии

  • 6.1.1. Экогеофизика и экогеология

  • 6.1.2. Понятийная терминологическая база

  • 6.1.3. Геологическая экология и геофизическая экология

  • 6.1.4. Особенности физико-геологических моделей в экогеофизике

• 6.2. Эколого-геофизические исследования и мониторинг геодинамических природных и техногенных процессов

  • 6.2.1. Геодинамические природно-техногенные процессы и устойчивость геологической среды

  • 6.2.2. Экосейсмология

  • 6.2.3. Экогравитация

  • 6.2.4. Экогидрогеофизика

  • 6.2.5. Экокриология

• 6.3. Эколого-геофизические исследования и мониторинг вещественного (гео-химического) загрязнения окружающей среды

  • 6.3.1. Природа источников загрязнений окружающей среды и особенности геофизических аномалий

  • 6.3.2. Изучение загрязнения геологической среды геофизическими методами

  • 6.3.3. Комплексирование геофизических методов для изучения загрязнений геологической среды

• 6.4. Изучение техногенного физического загрязнения

  • 6.4.1. Природа техногенного физического загрязнения

  • 6.4.2. Виды техногенного физического загрязнения

  • 6.4.3. Оценка техногенного физического загрязнения геофизическими методами

6.1. Основные понятия, предмет и методы геолого-геофизических исследований в экологии

6.1.1. Экогеофизика и экогеология.

Экологическая геофизика (экогеофизика) - это научно-прикладной раздел геофизики, предназначенный для решения экологических задач с целью изучения состояния и динамики взаимоотношений человека и биоты ( " живого вещества " ) с верхней частью литосферы (каменной оболочки Земли, которую совместно с подземной гидросферой называют гидролитосферой). Взаимоотношения эти устанавливаются на уровне околоземных и земных (естественных) и техногенных (искусственных) физических полей. Похожие задачи стоят и перед экологической геологией (экогеологией) - разделом геологии, изучающим взаимоотношения биосферы (оболочки Земли, где обитает биота) с верхней частью литосферы, часто называемой геологической средой. Согласно Е.М.Сергееву, под геологической средой понимается " поверхностная оболочка литосферы, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность " . Мощность геологической среды определяется глубиной, на которую распространяется производственно-техническая деятельность людей. За нее можно принять, например, максимальную глубину нефтегазовых скважин, которая по состоянию на конец ХХ века составляет 6-7 км.

Приповерхностная часть геологической среды мощностью в десятки, реже первые сотни метров называется верхней частью разреза (ВЧР). Она включает почвы, грунты, горные породы, поверхностные, грунтовые и подземные воды, приповерхностные физико-геологические явления (оползни, карст и т.п.), объекты человеческой деятельности. ВЧР в наибольшей степени подвержена экзогенным (атмосферным и поверхностным) и техногенным (физико-химическим и энергетическим) процессам, а также воздействию эндогенных (внутриземных) факторов. ВЧР характеризуется экстремальным проявлением процессов, как природных (резкой геологической, петрофизической и физической неоднородностью в пространстве и во времени), так и техногенных (максимальным проявлением всевозможных искусственных физических полей). Она является специфической частью геопространства, объектом изучения и основным источником информации, получаемой экогеофизикой об окружающей среде [Вахромеев Г.С., 1995].

Таким образом, у экогеологии и экогеофизики в сущности общий предмет исследования - геологическая среда и прежде всего ВЧР. Однако геофизики называют ее геофизической (или геолого-геофизической), подчеркивая этим то, что геологическая среда проявляется в изменяющихся в пространстве и во времени естественных и техногенных физических полях через количественно измеряемые аномалии этих полей.

Геофизическая среда, как часть литосферы, характеризуется нелинейностью и изменчивостью во времени параметров. Нелинейность проявляется в тензочувствительности (зависимости упругих параметров горных пород от давления), флюидочувствительности (зависимости упругих, электромагнитных и других параметров не только от геохимического состава твердой фазы горных пород, но и состава флюидов (вода, нефть, газ), их перемещений) и неадекватной реакции среды на внешние воздействия (Атлас временных вариаций..., 1994). Вариации космических полей во времени приводят как к ритмичным (упорядоченным), так и хаотичным (случайным) изменениям параметров естественных и искусственных земных физических полей и сопровождающих их процессов. Таким образом, геологическая среда зависит от физических и химических свойств, геометрических параметров твердой фазы и флюидов, а также от вариаций природных и все более возрастающих по интенсивности техногенных физических полей.

У экогеологии и экогеофизики близкие цели. По В.Т.Трофимову и др., они сводятся к выяснению таких экологических свойств и функций литосферы, как [Трофимов В.Т. и др., 1997]:

• органо-минеральные, необходимые для жизни биоты и человека;

• структурные (геодинамические) нарушения верхних частей литосферы;

• вещественные (геохимические) изменения в ВЧР;

• энергетические (полевые, физические) загрязнения окружающей человека и биоту среды.

Имеют сходство и основные решаемые задачи, которыми можно считать следующие:

 Изучение изменений приповерхностных частей литосферы под влиянием природных и техногенных катастрофических и медленных процессов и оценка их экологических последствий.

 Создание методов оценки экологической устойчивости литосферы и способов сохранения ее экологических функций.

 Медико-биологическое и социально-экологическое обеспечение деятельности людей, связанной с геологической средой.

Различаются лишь методы исследований: они либо прямые геолого-геохимические, либо прямые и косвенные - физические (геофизические).

Литосфера и геологическая среда являются предметом исследований всех методов прикладной геофизики: глубинной, региональной, разведочной и инженерной, а экологические задачи в какой-то мере давно ими решаются. Однако возрастающая роль экологии в жизни людей и движения общественности за сохранение окружающей среды, как и сложность поставленных проблем, приводят к необходимости создания отдельных научно-прикладных дисциплин - экологической геологии и экологической геофизики, так же тесно связанных между собой, как и фундаментальные науки - геология и геофизика.

Главная особенность экогеологии и экогеофизики состоит в организации мониторинга, т.е. слежения за изменением состояния геологической среды с целью определения места и времени как быстрых (катастрофических), так и медленных (эволюционных) отклонений от нормального устойчивого состояния. Эти отклонения сказываются на функционировании природно-техногенных (технических) систем (ПТС), таких, например, как крупные электростанции, отдельные природно-техногенно-социальные объекты (ПТСО), хранилища ядерных отходов, и особенно природно-техногенных процессов (ПТП). К последним относятся естественные и искусственно вызванные землетрясения, горные удары, оползни, сели, взрывы и т.п.