Радіометричний спосіб і пристрій реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах землі

1 Радіометричний спосіб реєстрації і дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі, включає відкачування повітря із шпуру у приповерхневому шарі в першу герметичну від попадання атмосферного повітря камерупробовідбірник з газонепроникної плівки, подачу повітря через газонепроникний шланг у другу герметичну камеру із плівки з детектором радону, який відрізняється тим, що вільно мігруюче із приповерхневих шарів Землі природного та штучного походження повітря збирають під жорсткий напівсферичний, світлоізольований від зовнішнього середовища, пробовідбірник, проводять безперервне вимірювання радону у повітрі пробовідбірника протягом заданого часу, реєструють КІЛЬКІСТЬ альфа-часток як продукту розпаду газу радону у повітрі, будують графіки змінення КІЛЬКОСТІ альфа-часток в одиницю часу і по тангенсу кута нахилу апроксимуючої прямої у координатах "КІЛЬКІСТЬ альфа-часток - час експонування" визначають геодинамічну активність у приповерхневих шарах Землі і тип деформаційних процесів стиснення або розтягнення, причому при додатніх значеннях тангенса кута нахилу судять про деформаційні процеси - розтягнення шарів, а при від'ємних - про процеси стиснення, безперервно ю записують процеси утворення альфа-часток на паперовий носій графічного реєстратора, за графіками визначають середнє значення геодинамічної активності, середнє значення тривалості процесів навантаження та розвантаження, періодичність виникнення навантаження, аналогічним шляхом записують процеси утворення альфачасток на фоновій ДІЛЯНЦІ, визначають критичність реєстрованих геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі природного або штучного походження по кількісному значенню коефіцієнта критичності, який визначають за формулою ІЧфх1:навантф х Ірозвант ф х tnep ф К= Nflin х йнавантділ хірозвантдіп х tnep діл де К - коефіцієнт критичності, ІЧф , ІЧділ - добуток досліджуваних параметрів, ВІДПОВІДНО на фоновій та досліджуваній ділянках, Ыавант ф , Ыавант діл - середнє значення тривалості навантаження (стиснення), с, Ірозвант ф, Ірозвант діл - середнє значення тривалості розвантаження (розтягнення), с, tnep ф , tnep діл - середнє значення періодичності виникнення процесів навантаження в досліджуваних шарах за умови, що альфа-частки в досліджуваних шарах виникають у періоди навантаження 2 Радіометричний спосіб за п 1, який відрізняється тим, що при дослідженні шарів пухких порід і насипаних грунтів штучного походження півсферупробовідбірник заглиблюють на 0,03-0,05 м у створені лунки і засипають по периметру знятим із лунок матеріалом 3 Радіометричний пристрій для реєстрації і дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі, що містить першу перекинуту чашоподібну камеру-пробовідбірник з газонепроникної плівки, відкриту для доступу газу радону з поверхні Землі і герметичну по периметру контакту з поверхнею Землі, другу камеру з газонепроникного матеріалу з вмонтованим детектором радону усередині, з'єднану з першою за допомогою газонепроникної трубки, який відрізняється тим, що перша і друга камери суміщені таким чином, що створюють жорстку півсферу з вікном на вершині, в яке вставлений детектор з фотозбільшувачем закріпленою під ним люмінесцентною камерою з перфорованим дном на відстані 0,05-0,08м від досліджуваної поверхні Зем О о ю о 42050 лі, а детеїсгор з'єднаний кабелем з лічильником альфа-часток 4 Радіометричний пристрій за п 3, який відрізняється тим, що півсфера-пробовідбірник накритий світлоізольованою тканиною 5 Радіометричний пристрій за п 3, який відрізняється тим, що лічильник альфа-часток з'єднаний кабелем з графічним реєстратором процесів на паперовий носій Винахід належить до геофізики, зокрема, до радіометричних способів і пристроїв пошуку та дослідження геодинамічних зон, тектонічних порушень на поверхні Землі, контролю ЦИКЛІЧНОСТІ геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі і може бути використаний для оцінки техногенної безпеки експлуатації ґрунтових дамб (гребель) гідротехнічних споруд, промислових та цивільних споруд, для оцінки зсувнонебезпечності порід бортів кар'єрів (рудників) пошуку ділянок земної поверхні, здатної для будівництва і подальшої безаварійної експлуатації великих наземних споруд Недоліки описаного способу такі - трудомісткість операцій, пов'язаних з бурінням шпурів, - обов'язкова герметизація пробовідбірника у ґрунтовому шарі, що неможливо виконати на оголених скельних породах і на твердих покриттях, - вимірювання інтегрального вмісту радіоактивного газу радону у складі підґрунтового повітря не дозволяє визначити ЦИКЛІЧНІСТЬ виділення радону, а також не дає можливості безперервно контролювати вміст радону у приповерхневих шарах Землі, крім того, всі показники, одержані у процесі вимірювання, є відносними Відомий також радіометричний метод [3] вимірювання об'ємної активності радону Rn-222 Згідно способу, пробовідбірник герметизують від зовнішнього повітря у шпурі, пробуреному в грунтово-рослинному шарі Землі на глибині 0,5-0,8 м і за його допомогою насосом відкачують ґрунтовий газ у камеру, усередині якої радон розпадається і по виникненню, у разі цього розпаду, альфа-випромінювання, вимірюють об'ємну активність нукліду Rn-222 у повітрі, що заповнило під тиском сцинтиляційну камеру Недоліки цього способу такі - обмежена область використання (не може бути використаний на оголених скельних породах і шарах зі штучним твердим покриттям), - вимірювальна об'ємна активність процесу одержання альфа-часток в об'ємі повітря, що добута в природних умовах, не може характеризувати змінення напруженого стану приповерхневих шарів Землі, - неможливо проводити безперервне вимірювання вмісту радону Найбільш близьким до винаходу є спосіб [4] вимірювання радону нижче і вище рівня грунту Згідно ЗІ способом, газ, що вільно мігрує з грунту, ловлять реєструючим пристроєм, герметично встановленим на ДІЛЯНЦІ досліджуваної земної поверхні, пропускають його за допомогою газонепроникного шлангу з першої до другої камери, де газ розпадається з випромінюванням альфа-часток Розпад радону реєструють детектором і оцінюють одержані результати Недоліки способу полягають утому, що його можна використовувати тільки на ділянках земної поверхні з грунтово-рослинним шаром Даний спосіб не дає можливості - реєструвати геодинамічну активність у приповерхневих шарах Землі природного та штучного походження, - визначити тип деформаційних процесів стиснення, розтягнення, Винахід спрямований на охорону навколишнього природного середовища Відомий спосіб реєстрації геодинамічних процесів [1], заснований на реєстрації геомагнітних варіацій, як мінімум, у трьох пунктах земної поверхні, схильних до виникнення геодинамічних процесів, і в зоні, де геодинамічні процеси себе не проявляють ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО способу безперервне ви мірювання вертикальної та двох горизонтальних компонент геомагнітного поля виконують на пунктах, які віддалені на десятки кілометрів один від одного, визначають різницю значень і напрямок трьох компонент досліджуваного району і району без проявлення геодинамічних процесів Одержання різниці значень компонент і перехрещення векторів дає можливість судити про наявність і місцеположення району розвитку геодинамічних процесів Спосіб має такі недоліки велику трудомісткість, неможливість реєстрації геодинамічних процесів на ділянках земної поверхні при наявності промислових електромагнітних перешкод Відомий радіометричний спосіб виявлення геодинамічного посування земної поверхні [2] Згідно ЦЬОГО способу на ділянках земної поверхні з грунтово-рослинним покриттям прокладають профіль навхрест передбачуваному напрямку тектонічних структур, по профілю з відстанню 2-5 м проводять буріння шпурів глибиною 0,70,8 м У шпури герметично встановлюють трубчастий пробовідбірник, за допомогою якого насосом відкачують ґрунтовий газ і направляють підтиском у сцинтиляційну камеру, з'єднану з детектором і лічильником альфа-часток, продукта розпаду радіоактивного газу радону Для оцінки відносних КІЛЬКІСНИХ показників тектонічного посування земної поверхні, згідно способу-аналогу, виконують порівняння сумарного вмісту радону в точці дослідження з аналогічним показником фонової ділянки, на якій приймають, що тектонічні посування земної поверхні відсутні, або дуже малі По графіку змінення сумарного вмісту радону вздовж профіля визначають місце розташування ділянки посування на місцевості -визначити ЦИКЛІЧНІСТЬ процесів з КІЛЬКІСНОЮ ОЦІНКОЮ коефіцієнту критичності геодинамічних процесів в досліджуваних приповерхневих шарах, 42050 - давати прогноз розвитку зсувнонебезпечних і аварійно-небезпечних деформаційних процесів В основу винаходу поставлена задача розробки такого способу дослідження та реєстрації геодинамічної активності у приповерхневих шарах Землі природного та штучного походження, який дав би можливість з'ясовувати тип деформаційних процесів (стиснення, розтягнення) та їх ЦИКЛІЧНІСТЬ, отримувати кількісну оцінку коефіцієнту критичності геодинамічних процесів та прогнозувати розвиток зсувнонебезпечних та аварійно-небезпечних деформаційних процесів, розширити використання Означена задача вирішується у способі вимірювання радону нижче, або вище рівня грунту, що містить відкачування повітря зі шпуру у приповерхневому шарі до першої із газонепроникної плівки камери-пробовідбірника, герметичної до проникнення атмосферного повітря, подачу повітря через газонепроникний шланг до другої герметичної камери із плівки з вмонтованим детектором радону Наявні наступні ВІДМІННОСТІ -повітря, що вільно мігрує з приповерхневих шарів Землі природного та штучного походження, збирають під жорсткий напівсферичний, СВІТЛОІзольований від навколишнього середовища пробовідбірник, який встановлюють безпосередньо на досліджувану поверхню і накривають СВІТЛОІЗОЛЬОваною тканиною, для досліджування шарів пухких пород і насипаних грунтів штучного походження напівсферу-пробовідбірник встановлюють у лунки глибиною 0,03-0,05 м і засипають, з метою СВІТЛОІзоляцм, знятим шаром землі із лунок по периметру пробовідбірника, - здійснюють безперервне вимірювання радону у повітрі пробовідбірника протягом заданого часу (10-15 хв) і реєструють КІЛЬКІСТЬ альфа-часток, як продукту розпаду газу радона у повітрі, будують графіки змінення КІЛЬКОСТІ альфа-часток в одиницю часу і по тангенсу кута нахилу апроксимуючої прямої між осями "КІЛЬКІСТЬ альфа-частокчас експонування" визначають геодинамічну активність у приповерхневих шарах Землі і тип деформаційних процесів стиснення або розтягнення, причому по позитивним значенням тангенсу кута нахилу судять про деформаційні процеси - розтягнення шарів, а по негативним - про процеси стиснення, - процеси утворення альфа-часток безперервно записують на паперовий носій, наприклад, на термочутливий папір графічного реєстратора, по графіку з'ясовують середнє значення геодинамічної активності, середнє значення тривалості процесів навантаження та розвантаження, часу періодичності виникнення навантаження, - аналогічним шляхом записують процеси утворення альфа-часток на фоновій ДІЛЯНЦІ, на якій відсутні геодинамічні процеси або вони малозначимі, - визначають критичність реєстрації геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі природного або штучного походження, наприклад, в насипаних грунтах дамб (гребель) гідротехнічних споруд, по кількісному значенню коефіцієнта критичності, який визначають за формулою ЫфхЫавф х tpo3B ф х tnep ф К= ІЧдіп х йнавділ хірозвділ х tnep діл де К - коефіцієнт критичності, Ыф, ІЧділ - добуток досліджуваних параметрів, ВІДПОВІДНО на фоновій та досліджуваній ділянках, tHaB ф , 1:навділ - середнє значення тривалості навантаження (стиснення), с, tpo3B ф Дрозв діл - середнє значення тривалості розвантаження (розтягнення),с , tnep ф , tnep діл - середнє значення періодичності виникнення процесів навантаження в досліджуваних шарах при умові, що альфа-частки у досліджуваних шарах виникають у періоди навантаження При К 1, ділянки дамб (гребель) відносять до аварійно-небезпечних Сутність способу заснована на наступних наукових та експериментальних положеннях Відомо, ЩО рельєф місцевості з штучно насипаними шарами грунтів, що розглядається як умовний шар і називається екзогенно-активним, постійно зазнає геодинамічного впливу безперервного розвитку тектонічних процесів денудації і акумуляції [6, с 123, абзац 5] Екзогенно-активний шар природного та штучного походження трансформує безперервний розвиток тектонічних процесів у глибинних шарах порід Існує три типи найновіших тектонічних посувань земної поверхні, а разом з нею і насипаних грунтів [6, с 263, абзац 3] - коливальний або шверсюнний, коли позитивні посування різної амплггуди змінюються компенсуючими їх негативними посуваннями, - негативно спрямований, що характеризується перевагою сталого опускання з формуванням депресій, виявлених у рельєфі, і накопиченням потужних товщ глиняних відкладів, - позитивно спрямований, що відрізняється перевагою сталого підняття і супроводжується створенням позитивних форм рельєфу Змінення у просторі амплітуди спрямованих і шверсюнних посувань веде до проявлення різних типів деформації (розтягнення, стиснення) різних розмірів При розвитку деформації у приповерхневих шарах Землі(екзогенно-активний шар) змінюється фізичний стан шарів грунту і порід Миттєве зняття частини навантаження з визначеного об'єму приповерхневих шарів порушує природну рівновагу системи "шар порід - летючі елементи" Зняття тиску (розвантаження) веде до десорбції будь-якої КІЛЬКОСТІ летючих елементів, переходу їх у рухомий стан міграції по системі тріщин до атмосфери Найбільш інтенсивно на такі порушення реагують найменш полярні молекули газів, що мають мінімум вільної енергії, такі як гелій, аргон, молекулярний водень, азот та ІНШІ Руйнування мінералів веде до розкриття порожнин, заповнених рідкою та газовою фазами Порушення кристалічних гратів у породах шарів, в додаток до цього, стимулює виділення летючих 42050 продуїсгів розпаду радіоактивних елементів ряду урану, торія, калію-40, радону та інших, які надходячи до зон дрібнення і тріщин, також мігрують до атмосфери На ділянках інтенсивного утворення тріщин у приповерхневих шарах природного та штучного походження виникають коливання потоків летючих радіоактивних елементів широкого спектру від долей герца до 10-30 кГц і вище Енергія коливальних механічних посувань впливає на стан кристалічних гратів, а також порушує адсорбційні зв'язки газів зі стінами пор та мікротріщин, переводячи їх із зв'язаного стану до вільного При цьому чим вище енергія коливальних механічних посувань шарів порід, тим вище енергія та інтенсивність мігруючих радіоактивних елементів, зокрема радону В результаті деформаційних процесів (стиснення, розтягнення) у приповерхневих шарах Землі будь-якого складу та будови утворюються газопдро-ізотопно-радюхімічні аномалії, які відзеркалюють інтегральний ефект фізико-механічних, фізико-хімічнихта радіохімічних процесів у шарах [6, с 318, абзац 2] Спеціальними експериментами показано, що тверді покриття штучного походження (асфальт, бетон), що покривають поверхневі шари природного складу із спостережуваними геодинамічними процесами, завжди мають систему мікротріщин майже в початковій стадії функціонування покриття В міру експлуатації мікротріщини перетворюються у відкриті, по яким радон вільно мігрує до атмосфери Для здійснення радіометричного способу реєстрації і дослідження геодинамічних процесів на ділянках з твердим покриттям штучного походження ведуть дослідження на фоновій ДІЛЯНЦІ з аналогічним покриттям без спостережуваних або незначних по величині геодинамічних процесів Для здійснення заявляемого способу розроблений пристрій, аналогом якого є пристрій [5] для вимірювання радону у грунті, що складається із повітрянепроникного куполу, який переносять від точки до точки по профілю дослідження, і який герметизують від навколишнього повітря спеціальним металевим кільцем або іншим способом, лічильника радону, встановленого у стінах куполу на визначеній висоті від поверхні Землі, для безперервного вимірювання вмісту радону під куполом і перфорованої труби з вентилятором, якою обсаджують поглиблення або шпур, виготовлені на точці дослідження За допомогою вентилятора під куполом створюють розрідження повітря, чим визивають прискорений поток радону з поглиблення або шпуРУ Здобутий з грунту радон під тиском, ВІДМІННИМ ВІД атмосферного тиску поза куполом, безперервно надходить до лічильника, свідчення якого можна безперервно відраховувати, знаходячись поза куполом, через спеціальне вікно Недоліки даного пристрою пов'язані з - вузькою областю використання пристрій неможливо використовувати на скельних оголеннях, на штучно насипаних грунтах, наприклад, на ґрунтових дамбах (греблях) гідротехнічних споруд, на ділянках земної поверхні зі щебенистим або асфальтобетонним покриттям, тому що інтенсивне підсмоктування надґрунтового повітря під купол перекручує інформацію про вимірювання природного радонового поля, - трудомісткість виготовлення шпуру (заглиблення) на кожній точці дослідження, - радон, примусово здобутий із шару Землі за рахунок розрідження, збирається під куполом і спрямовується до лічильника Найбільш близьким до заявляемого технічного рішення є пристрій [4], до складу якого входить камера 1 у вигляді перевернутої чаші із газонепроникної пластикової плівки, що герметично закриває частину поверхні, на якій вимірюють вихід радону, і яка сполучена за допомогою газонепроникного шлангу з камерою 2, герметичною до атмосферного повітря і детектор радону, розташований усередині камери 2 Газонепроникний клапан має одноходовий клапан з одним виходом для відбору газу з грунту і відводу його до атмосфери Перша камера може бути розташована на бажаній глибині нижче поверхні Землі за умовою герметизації від проникнення атмосферного повітря Недоліки відомого пристрою полягають утому, що - його можна використовувати тільки на ділянках земної поверхні з грунтово-рослинним шаром, у якому забезпечується надійна герметизація першої камери від атмосферного повітря, - неможливо забезпечити реєстрацію природних процесів швидкості, концентрації та КІЛЬКОСТІ радону, що виділяється з грунту в одиницю часу, тому що величина прольоту альфа-часток дорівнює близько 0,01 м, а у відомому пристрою відстань від Землі до детектора становить близько 0,1 м, - виготовлення шпуру (заглиблення) на кожній точці досліджування - трудомістка операція, - неможливо визначити природну геодинамічну активність приповерхневого шару Землі, вид деформаційних процесів (стиснення, розтягнення), цикли навантаження та розвантаження, періодичність виникнення навантаження на приповерхневий шар Землі, тому що порушується імпульсний природний розпад радону, радон примусово здобувають із шару Землі за рахунок розрідження, збирають під куполом і спрямовують до лічильника В основу заявленого винаходу-пристрою поставлена задача розширення області використання його і підвищення ефективності шляхом розробки приладу, який має високу точність реєстрації процесів утворення альфа-часток і високу чутливість до геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі природного та штучного походження Означена задача вирішується у пристрої для реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі, який вміщує першу перекинуту чашоподібну камеру-пробовідбірник з газонепроникної плівки, відкриту для надходження газу радону з поверхні Землі і герметичну по периметру контакту з поверхнею Землі, та другу камеру із газонепроникного матеріалу з вмонтованим детектором радону усередені і з'єднану з 42050 першою газонепроникною камерою трубкою Пристрій має наступні ВІДМІННОСТІ ВІД прототипу - перша і друга камери суміщені і являють собою перекинуту куполоподібну жорстку півсферу - пробовідбірник, - на вершині півсфери-пробовідбірника зроблено вікно, в яке вставлений детектор з фотозбільшувачем, під яким закріплена люмінесцентна камера з перфорованим дном на відстані 0,005 0,008 м від досліджуваної поверхні Землі, а детектор з'єднаний кабелем з лічильником альфа-часток, - лічильник альфа-часток з'єднаний кабелем з графічним реєстратором процесів на паперовий носій Фізичний принцип роботи заявленого пристрою заснований на реєстрації альфа-часток, що виникають у процесі розпаду вільно мігруючого з досліджуваної поверхні радіоактивного нукліду газу радону-222 Альфа-частки при попаданні на люмінесцентний шар камери викликають спалах Зареєстровані спалахи фотозбільшувачем перетворюються в електричні імпульси, які посилюються детектором і по кабелю 7 спрямовуються до лічильника (фіг 1) КІЛЬКІСТЬ електричних імпульсів пропорцюнальна КІЛЬКОСТІ альфа-часток Інтенсивність реєстрованих сигналів пропорцюнальна інтенсивності виникнення спалахів, а отже і інтенсивності утворення альфа-часток, як продукту розпаду радону Для реєстрації природних процесів міграції радону з досліджуваної поверхні люмінесцентна камера жорстко з'єднана з детектором 3 та фотозбільшувачем 4 і встановлена під металевим напівсферичним пробовідбірником 1 Для реєстрації природних циклів утворення альфа-часток над досліджуваною поверхнею камера 5 з перфорованим дном 6 встановлена на відстані 0,05 - 0,08 м від досліджуваної поверхні 13, 15 Задана відстань визначена експериментально, шляхом установки стандартних джерел альфавипромінювання різних інтенсивностей під СВІТЛОІзольований пробовідбірник 1 За рахунок того, що максимальний прольот альфа-часток не перевищує 0,1 м, експериментальним шляхом з'ясовано, що максимум інтенсивності реєстрованих електричних сигналів досягає при розташуванні дна 6 люмінесцентної камери 5 на відстані 0,05 - 0,08 м від площини альфа-джерела Для створення умов жорсткого закріплення детектора 3 з люмінесцентною камерою 5 і пробовідбірником 1, а також дотримання постійної відстані дна 6 камери 5 від досліджуваної поверхні 13,15 пробовідбірник 1 виготовлений з металу Електронна схема детектора 3 типова і може бути використана з комплекту стандартної апаратури, наприклад, радіометра РГА-01П "ГЛІЦИНІЯ" ЛІЧИЛЬНИК 8 електронних імпульсів, КІЛЬКІСТЬ яких пропорційна КІЛЬКОСТІ мігруючого радону і КІЛЬКОСТІ утворення альфа-часток, не відрізняється від типових і може бути використаний із комплекту стандартної апаратури, наприклад, рентгено-радюметричного концентрометра РРК-103М Переносний з автономним батарейним живленням графічний реєстратор імпульсів 10 на паперовий носій 11 суттєво не відрізняється від типових, що використовуються у польовій геофізиці, але максимальний ефект при наявності промислових перешкод може бути досягнутий при використанні реєстратора, виконаного по А с СРСР №1343373, G01 V3/00 При цьому частота реєстрованих електричних імпульсів знаходиться у широкому діапазоні частот 0-80 Гц Графічний реєстратор 10 захищений від впливу промислових електромагнітних полів Технічна сутність пропонованого радіометричного способу і пристрою реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі пояснюється кресленнями Фіг 1 - схема радіометричного пристрою при реєстрації геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі штучного походження, Фіг 2 - схема радіометричного пристрою при реєстрації геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі природного походження, Фіг 3 - визначення геодинамічної активності і типу деформаційних процесів у насипаних грунтах (піщано-глинясто-щебенистих) дамби хвостосховища сел "Войково" (Кривбас) ПК 32+50 гор + 104 в процесі зливу хвостів у «хвостосховище» розтягненням насипаних грунтів, j= 1,28, Фіг 4 - визначення геодинамічної активності і типу деформаційних процесів у насипаних грунтах (піщано-глинясто-щебенистих) дамби хвостосховища сел «Войково» (Кривбас) ПК 32 + 50 гор + 104 в процесі створення пляжу, через 14 діб стиснення насипаних грунтів, j = - 0, 123, Фіг 5 - визначення ЦИКЛІЧНОСТІ геодинамічних процесів у піщано-глинясто-щебенистих насипаних грунтах при безперервному графічному запису утворення альфа-часток на дамбі хвостосховища сел Войково на ПК 32+50, гор + 109 м (аварійнобезпечна ділянка), Фіг 6 - визначення ЦИКЛІЧНОСТІ геодинамічних процесів у піщано-глинясто-щебенистих насипаних грунтах при безперервному графічному запису утворення альфа-часток на дамбі хвостосховища сел Войково на ПК 57,гор + 109 м (фонова ділянка) Пристрій реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі (фиг 1) складається із куполоподібного півсфери пробовідбірника 1 з вікном 2 на вершині півсфери, в яке вставлений детектор 3 з фотозбільшувачем 4 і з закріпленою під ним люмінесцентною камерою 5 з перфорованим дном 6 Детектор 3 з'єднаний кабелем 7 з лічильником 8 альфа-часток, який, в свою чергу, з'єднаний кабелем 9 з графічним реєстратором 10, що має паперовий носій 11 Пробовідбірник закритий світлоізолювальною тканиною 12 Спосіб і пристрій працюють наступним чином 1 Для реєстрації геодинамічних процесів у твердому приповерхневому шарі штучного походження (асфальт, бетон, оголені скельні породи і т і ) пробовідбірник 1 радону 14 встановлюють на поверхні 13 (фіг1), накривають світлоізолювальною тканиною 12, з'єднують кабелем 7 з лічильни 42050 ком 8 електричних імпульсів, який має автономне батарейне живлення (на фіг 1 - джерело живлення не показане) Реєструють геодинамічну активність досліджуваної поверхні Час експозиції становить 1012 хвилин КІЛЬКІСТЬ імпульсів за час експозиції визначають за допомогою показника лічильника 8 Реєструють критичність геодинамічних процесів досліджуваної твердої поверхні, для чого лічильник електричних імпульсів 8 кабелем 9 з'єднують з графічним реєстратором 10 та паперовим носієм 11 Достатній час експозиції у цьому випадку - 15-20 хвилин За одержаними результатами вимірювання будують графіки, за якими визначають геодинамічну активність, час навантаження і розвантаження, періодичність появлення навантаження 2 Для реєстрації геодинамічних процесів у приповерхневому шарі природного походження з рослинною покрівлею (суглинки, глини, чорноземи та інше), а також у пухких шарах штучного походження 15 (пісок, галечник, щебень та інше) (Фіг 2) попереду на вибраній ДІЛЯНЦІ дослідження виготовляють лунку 16 за розміром більше діаметра пробовідбірника 1 і глибиною 3-5 см Пробовідбірник 1 встановлюють у лунку 16 і засипають по периметру вилученим із лунки матеріалом шару 17 Засипку утрамбовують підручним інструментом або притоптують ногою оператора для покращення СВІТЛОІЗОЛЯЦІІ Методика та прийоми реєстрації аналогічні вищеописаним Приклади конкретного виконання пропонованого способу та пристрою Процес обробки заявленим радіометричнім способом та пристроєм реєстрації і дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі (екзогенно-активних шарів) проводився в різних регіонах з різними гірничо-геологічними умовами, де приповерхневими шарами були представлені піщано-глинясті грунти дамб (гребель), ставів - накопичувачів КОКСОХІМІЧНИХ заводів (Донбас), піщано-щебенисто-глиняні грунти ярусів дамб (гребель) і кам'янонакидні піонерні дамби (греблі) хвостосховищ прничозбагачувальних комбінатів (Кривбас), яруси з намитих хвостів (ПІСКІВ) З щебенистим покриттям (до 0,5 м) хвостосховищ гірничо-металургійних комбінатів (Узбекистан і Таджикистан), скельні, інтенсивно зруйновані, породи бортів кар'єрів, уступів із скельних порід з насипаними шарами з галечника під залізничну колію і автошлях, кар'єрів по видобутку поліметалевих руд (Узбекистан, Таджикистан), піщано-глинясті породи з домішком скельних обламаних кусків порід з асфальто-бетонним покриттям промплощадок електростанції (Донбас) Під насипаними шарами розташовувались природні шари з глини, суглинків, піщаників, вапняків, ГІПСІВ, ПІСКІВ, ракушечниківта інше Досвідно-промислові випробування заявленого способу та пристрою реєстрації і дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі були проведені у 1989-90рр На дамбах (греблях) великих (200-300 млн мЗ хвостів) хвостосховищ гірничо-збагачувальних комбінатів Кривбасу, повторені у 1991-92рр У другому гірничогеологічному регіоні (Узбекистан, Таджикистан, Казахстан) на дамбах (греблях) дуже великих хвос тосховищ (400-500 млн мЗ хвостів) прничо-металурпйних комбінатів по видобутку і переробці поліметалевих руд На досліджуваних об'єктах проводились інженерно-геологічна оцінка фізикотехнічного стану дамб (гребель), аварійної та екологічної безпеки експлуатації Приклад 1. Для оцінки ефективності використання радіометричних способа та пристрою при визначенні типу деформаційних процесів ярусів дамб (гребель), відсипаних піщано-глинясто-щебенистими матеріалами, і визначенні критичності текучих деформацій був поставлений спеціальний експеримент разом з інститутом ВІОГЕМ (МшчерметСРСР, 1990р) Для цього було вибрано три поперечних перерізи дамби, пристосованих до тальвепв колишніх рівчаків На ярусах були встановлені маркшейдерські мітки (репери), по яких велись точні геодезичні вимірювання зрушення міток у часі (два рази у квартал) в залежності від проведеного проти розрізу технологічного циклу у хвостосховище намив хвостів або ВІДСТІЙ ЗІ створенням пляжу За попередніми геодезичними вимірюваннями маркшейдерською службою комбінату ПГЗК ПК 57 дамби хвостосховища сел Войково відрізняються стабільністю переміщення маркшейдерських реперів знаходилось у межах, передбачених проектом Тому ПК 57 гор + 109 м був прийнятий за контрольний (фоновий) Одночасно з маркшейдерськими, поблизу цих реперів, проводились радіометричні вимірювання (визначення геодинамічної активності, ЦИКЛІЧНОСТІ, критичності геодинамічних процесів) Результати спільної обробки геодезичних і радіометричних спостережень на прикладі ПК 32 + 50 м наступні при намиві хвостів маркшейдерські мітки на ярусах дамб (гребель) переміщувались до 5 см на зовнішню сторону від хвостосховища, тобто відбувалося розширення грунтів тіла дамби (греблі) Ці процеси знайшли відбиття на графіках змінення геодинамічної активності геодинамічна активність шарів насипаних грунтів збільшувалась від 60-220 імп/хв і відображувала процес розтягнення (розвантаження) грунтів (Фіг 3) Графік змінення геодинамічної активності N апроксимується прямою 1 з позитивним кутом (tg = 1,28) Процеси припинення намиву хвостів і створення пляжів за маркшейдерськими спостереженнями відзначаються переміщенням реперів в сторону хвостосховища, тобто грунти дамби стискуються Змінення геодинамічної активності на цій точці в районі ПК 32 + 50 м при припиненні процесу намиву хвостів і при наставанні процесу відстоювання хвостів зі створенням пляжу показано на фіг 4 При цьому, кут нахилу апроксимуючої прямої приймає негативне значення Геодинамічна активність N змінювалась від 100-80 імп/хв, tg - 0,123 і відображувала процес стиснення насипаних шарів При повторенні технологічних процесів (намив або ВІДСТІЙ хвостів) геодинамічна активність змінювалась протягом всього експерименту як по величині, так і по знаку на всіх трьох контрольних поперечних перерізах, знаходячись у межах 80 42050 220 імп/хв (см Фіг 3, 4) Спеціально поставленими інженерно-геологічними дослідженнями В13ГЕМ (буріння свердловин по трьох поперечниках з відбором кернів і визначенням фізико-механічних якостей шарів насипаних грунтів) провів розрахунки запасів сталості дамби і визначив, що у трьох контрольованих поперечних перерізах дамба знаходиться у нестійкому, передаварійному стані, а деформаційні процеси у грунтах досягають критичного значення, при подальшому розвитку яких настає стадія руйнування шарів грунту (перевищення межі сталості шарів на розтягнення - стиснення) Таким чином, проведені СПІЛЬНІ експерименти показали, що заявлений радіометричний спосіб реєстрації і визначення геодинамічної активності насипаних і штучних шарів грунтів вигідно відрізняється від загальноприйнятих методів оцінки аварійної безпеки протікаючих геодинамічних посувань високою ефективністю, дешевизною, експресивністю, простотою і широкою областю використання Приклад 2. Конкретне здійснення радіометричного способу реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі Спочатку вивчають всі ВІДОМІ геологічні матеріали з метою вибору направлення профілів дослідження При дослідженні геодинамічних процесів у природних шарах профілі розташовують вхрест передбачуваного простягання тектонічних порушень, контактів літологично різних порід, можливих карстів і інших геологічних неоднорідностей Для дамб (гребель), розташованих у яружнобалочних системах, профілі, як правило, розташовують уздовж осей дамб (гребель) гідротехнічних споруд на підвалинах, ярусах, гребнях На досліджуваних об'єктах за геологічними та геодезичними даними і фактичних пробних вимірювань радіометричним способом вибирають контрольні точки для здобуття фонових значень геодинамічних активностей, циклічностей і перюдичностей геодинамічних процесів При рекогносцировочних дослідженнях відстань профілювання рекомендовано вибирати 1520 м, при детальних дослідженнях 2-5 м На кожній точці дослідження перед установкою напівсфери-пробовідбірника 1 знімають шар грунту 15 глибиною 3-5 см зі створенням лунки 16 і прибирають рослини для створення надійної світлоїзоляцм підвалини куполу (Фіг 2) Півсферу-пробовідбірник 1 встановлюють у підготовлену лунку 16 і СВІТЛОІЗОЛЮЮТЬ засипкою грунту 17 (Фіг 2) Детектор 3 у складі з камерою 5, кабелем 7 і лічильником 8 альфа-часток підключають до автономного джерела живлення апаратури (на фіг 1 джерело живлення не показане) Для визначення величини геодинамічної активності і типів деформаційних процесів (стиснення або розтягнення) достатньо взяти час експозиції 15-20 хв Через кожну хвилину експозиції знімають показники приладу і розраховують КІЛЬКІСТЬ імпульсів альфа-часток за одну хвилину (за одну секунду) За одержаними даними за час експозиції будують графік змінення N імп /хв (імп/с) (Фіг 3, 4) Графік апроксимують прямою і визначають кут нахилу до горизонтальної осі (вісь часу) За табличними даними визначають значення тангенсу кута Одержану величину приймають за відносну величину геодинамічної активності Тип деформаційних процесів, що проходять у досліджуваних приповерхневих шарах Землі (природних та штучно насипаних), відзначають знаком кута альфа позитивний (фіг 3) відповідає процесам розтягнення, негативний (фіг 4) - стиснення в досліджуваних шарах Приклад 3. Для визначення ЦИКЛІЧНОСТІ І критичності геодинамічних процесів у досліджуваних приповерхневих шарах порядок підготовки досліджуваного місця і апаратури аналогічний вищеописаному Додатково до лічильника 8 кабелем 9 підключають переносний графічний реєстратор 10 (фіг 1) Блоки 8 і 9 включають одночасно Час експозиції при запису процесів утворення альфа-часток на термочутливу паперову стрічку 11 становить 10-15 хвилин Визначення критичності геодинамічних процесів в досліджуваних шарах і фонових точках проводять по аналогічній методиці За графіками (фіг 5,6) на термочутливому папері оцінюють ЦИКЛІЧНІСТЬ геодинамічної активності досліджуваних шарів поверхні Розраховують середнє значення наступних величин геодинамічної активності N імп/с, тривалість (час) процесів навантаження (Ыавант), розвантаження (tpo3B) і періодичності виникнення процесів навантаження (tnep ) в досліджуваних шарах З метою оцінки критичності стану досліджуваних шарів обчислюють коефіцієнт критичності К, за приведеною вище формулою, як відношення добутку указаних параметрів в точці, що прийнята як фонова (нормальний стан шарів), до добутку таких же параметрів у досліджуваній точці На фіг 5 приведені фрагменти графічного запису процесів утворення альфа-часток на гор 109м, на ПК 32+50 (визнаний аварійно-безпечним), на фіг 6 - теж саме на ПК 57 (визнаний нормальним, фоновим) Згідно ДО приведеної формули коефіцієнт критичності геодинамічних процесів дорівнює відношенню фонових значень до значень на досліджуваній ДІЛЯНЦІ на розрізі ПК 32+50 0 28 імп/с х 2 52с х 5 72с х 12 3с К= 0 53 імп/с х 2 60с х 3 25с х 3 Юс 49 60 -=3 58 13 88 Результати аналогічного дослідження дев'яти точках приведені утаблиці у 42050 Визначення коефіцієнту критичності геодинамічних процесів на хвостосховищі сел "Войково" N імп./с t на в ант., с t роз в ант., с tnep.,c К(ПК57/ПКдосліджув.) 32+50 0 53 2 60 3 25 310 3 57 48 0 83 1 91 2 72 3 20 3 59 34+50 0 57 2 40 3 30 4 90 2 24 0 58 2 27 3 31 5 85 1 95 0 75 2 25 317 4 85 1 92 0 70 1 80 3 60 6 40 1 70 4 0 41 4 80 510 5 50 0 88 46 0 70 5 08 7 00 11 0 018 57 0 28 2 52 5 72 123 1 00 ПК гор 104 гор 109 34+50 гор 100 34+50 гор 114 50 гор 109 Досвід використання заявляемого способу і пристрою визначення критичності геодинамічних процесів у різних регіонах показав наступне для ділянок досліджуваних приповерхневих шарів Землі (природних або штучно насипаних шарів), у яких геодинамічні процеси протікають з помітними механічними переміщеннями шарів, коефіцієнт К перевищує значення К>1 0 (див табл ) При значеннях К1 геодинамічну активність вважають критичною, ділянки дослідження вважають зсувно-аварійно-безпечними (табл , ПК 32+50,48,34+50,50) Графічний запис процесів виникнення електричних імпульсів, що відповідають процесам утворення альфа-часток, як показали спеціальні експериментальні дослідження, відображує змінення геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі -стиснення-розтягнення (навантаження-розвантаження) Виявлена закономірність дозволяє, за графічними записами, визначити геодинамічну активність, періоди навантаження і розвантаження, періодичність чергування навантаження у досліджуваних приповерхневих шарах Таким чином, для реєстрації і дослідження природних циклів геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі природного або штучного походження зовсім не обов'язково виконувати трудоємкі операції по бурінню шпурів з наступною герметизацією пробовідбірника підґрунтового повітря від атмосферного середовища Для цього досить наблизити чутливу до альфа-часток частину пристрою, а саме люмінесцентну камеру с фотозбільшувачем, до суворо визначеної відстані від досліджуваної поверхні, з наступною СВІТЛОІЗОЛЯцією від зовнішнього середовища Допустиме у цьому разі відносне вільне сполучення повітря у пробовідбірнику з атмосферним повітрям не перекручує природних циклів міграції альфа-часток з досліджуваною поверхнею Радіометричний спосіб і пристрій реєстрації та дослідження геодинамічних процесів у приповерхневих шарах Землі дають можливість а) здійснювати виміри концентрації радону не тільки на ділянках земної поверхні з грунто-рослинним шаром, але і на скельних оголеннях, на штучно-сипаних грунтах, наприклад, на ґрунтових дамбах(греблях) гідротехнічних споруд, на ділянках земної поверхні зі щебенистим або асфальто-бетонним покриттям і т і , тобто, область використання заявленого способу і пристрою значно розширена, б) підвищити точність реєстрації природних процесів швидкості та КІЛЬКОСТІ радону, що утворюється в одиницю часу, завдяки тому, що вимірювання проводять на відстані 0,05-0,08 м від досліджуваної поверхні, що значно менше величини пробігу альфа-часток (біля 0,1 м), в) знизити трудозатрати і вартість дослідження геодинамічних процесів, тому що відпадає необхідність при аналізі фізико-технічного стану дамб (гребель), водо-, шламо- і хвостосховищ, а також при ОЦІНЦІ зсувнобезпечності порід природних схилів, бортів кар'єрів (рудників), проводити інженерно-геолопчне буріння свердловин на гребні, ярусах та підвалині з вилученням кернів насипа 42050 них грунтів(порід) з наступним визначенням фізико- механічних параметрів Вартість геофізичних робот, наприклад, по обстеженню дамби (греблі) ГТС за допомогою пропонованого винаходу у 1000 разів нижче, ніж по відомих методиках, зокрема, по прототипу, г) заощадити кошти і знизити трудозатрати при виборі будплощадки, а також при забезпеченні техногенно-екологічної безпеки подальшої експлуатації наземних об'єктів Заявлений спосіб і пристрій відпрацьовувались протягом семи років в різних прничо-геолопчних і прничо-технічних умовах країн СНД Роси, Узбекистану, Казахстану, України Виготовлено три екземпляри досвідних зразків пристрою У процесі промислових випробувань конструкція пристрою постійно удосконалювалась Конструкція заявленого пристрою використовується останні три роки Фіг. 1 Фіг. 2 42050 420 80 Г хв. 8 12 *б ФІГ. 4 10 20 га 42050 Фіг. 5 /К 5^, гор 109 Фіг. 6 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03 11