Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач

Показано необхідність розвитку наукових основ нового відмінного від традиційного «геологорозвідувального» використання геофізичних методів для підвищення формалізації (математизації) рішення різноманітних геоекологічних задач в умовах техногенно навантажених територій України. Розроблено формалізова...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2008
Main Author: Тяпкин, О.К.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут проблем природокористування та екології НАН України 2008
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14404
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач / О.К. Тяпкин // Екологія і природокористування. — 2008. — Вип. 11. — С. 118-135. — Бібліогр.: 39 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859843151243509760
author Тяпкин, О.К.
author_facet Тяпкин, О.К.
citation_txt Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач / О.К. Тяпкин // Екологія і природокористування. — 2008. — Вип. 11. — С. 118-135. — Бібліогр.: 39 назв. — рос.
collection DSpace DC
description Показано необхідність розвитку наукових основ нового відмінного від традиційного «геологорозвідувального» використання геофізичних методів для підвищення формалізації (математизації) рішення різноманітних геоекологічних задач в умовах техногенно навантажених територій України. Розроблено формалізовану оцінку геофізичного впливу на якість життєдіяльності населення і стан навколишнього середовища. Проведено обґрунтування формалізованої екотектоніченої основи рішення геоекологічних задач. Показано особливості фізико-техногенно-геологічного моделювання об'єктів геолого-геофізичних досліджень. Приведено конкретні приклади використання геофізичної інформації для рішення регіональних геоекологічних задач. Показана необходимость развитие научных основ нового отличающегося от традиционного «геологоразведочного» использования геофизических методов для повышения формализации (математизации) решения разнообразных геоэкологических задач в условиях техногенно нагруженных территорий Украины. Разработана формализованная оценка геофизического воздействия на качество жизнедеятельности населения и состояние окружающей среды. Проведено обоснование формализованной экотектонической основы решения геоэкологических задач. Показаны особенности физико-техногенно-геологического моделирования объектов геолого-геофизических исследований. Приведены конкретные примеры использования геофизической информации для решения региональных геоэкологических задач. The necessity development of scientific bases of new distinguished from traditional "prospecting" use of geophysical methods for increase of formalization of the decision of various geoecological tasks in conditions of the technogenic loaded territories of Ukraine is shown. The formalized rating of geophysical influence on quality of ability to live of the population and status of an environment is developed. The substantiation formalized of ecotectonical basis of the decision of geoecological tasks is carried out. The features of physicaltechnogenic- geological modeling of objects of geological-geophysical researches are shown. The concrete examples of use of the geophysical information for the decision of regional geoecological tasks are given.
first_indexed 2025-12-07T15:37:53Z
format Article
fulltext ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 118 УДК 550.31 О.К. Тяпкин ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ФОРМАЛИЗАЦИИ РЕШЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск Показано необхідність розвитку наукових основ нового відмінного від традиційного «геологорозвідувального» використання геофізичних методів для підвищення формалі- зації (математизації) рішення різноманітних геоекологічних задач в умовах техногенно навантажених територій України. Розроблено формалізовану оцінку геофізичного впливу на якість життєдіяльності населення і стан навколишнього середовища. Прове- дено обґрунтування формалізованої екотектоніченої основи рішення геоекологічних задач. Показано особливості фізико-техногенно-геологічного моделювання об'єктів гео- лого-геофізичних досліджень. Приведено конкретні приклади використання геофізич- ної інформації для рішення регіональних геоекологічних задач. Показана необходимость развитие научных основ нового отличающегося от тради- ционного «геологоразведочного» использования геофизических методов для повыше- ния формализации (математизации) решения разнообразных геоэкологических задач в условиях техногенно нагруженных территорий Украины. Разработана формализован- ная оценка геофизического воздействия на качество жизнедеятельности населения и состояние окружающей среды. Проведено обоснование формализованной экотектони- ческой основы решения геоэкологических задач. Показаны особенности физико- техногенно-геологического моделирования объектов геолого-геофизических исследова- ний. Приведены конкретные примеры использования геофизической информации для решения региональных геоэкологических задач. Введение Решение современного комплекса задач рационального природопользования и гео- экологии является сложной научно- прикладной проблемой, решение которой требует развития в рамках традиционных направлений наук о Земле новых технологий оценки антропогенного воздействия на ок- ружающую среду и состояния экосистем. В частности, в геофизике в конце ХХ века произошло обособление экологической гео- физики (экогеофизики), перспективы разви- тия которого определяются, в первую оче- редь, многообразием физических полей, объективно отражающих статику и динами- ку природной среды (любые пространствен- но-временные изменения окружающей при- родной среды отражаются в вариациях гео- физических полей), реагирующих или свя- занных с геоэкологической обстановкой. Данная статья посвящена вопросам ис- пользования геофизической информации для повышения формализации (математиза- ции) решения разнообразных геоэкологиче- ских задач в условиях техногенно нагру- женных территорий Украины. Особенности обработки и интерпретации комплексной эколого-геолого-геофизической информации Теоретический базис экогеофизики опи- рается на теории и законы не только геофи- зики, но и других геологических наук, фор- мирующих ее логическую структуру и пред- ставляет собой систему научных взглядов на законы формирования природно- техногенной геофизической среды. Под пос- ледней предлагается понимать динамичес- © Тяпкин О.К., 2008 кое единство суперпозиции физических по- лей и вызывающих их внешних (космичес- ких) причин-источников (как непосредст- венно, так и вследствие изменения земных природных, в т.ч. геологических, факторов), природных (наземных и геологических) и техногенных источников. В основу понятия источника геофизического поля положено представление о возмущающем (аномалиео- бразующем) объекте – как объеме простран- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 119 ства, ответственном за формирование ано- мальных составляющих геофизических по- лей. Причиной возникновения этих анома- лий является наличие в указанном объеме тела, отличающегося от вмещающей среды по своим физическим свойствам или внут- ренней структуре, либо проявления изменя- ющих их процессов. Наделение конкретных объемов верхних геосфер набором собст- венных физических параметров, характери- зующих внутреннее состояние и структуру живого и неживого вещества в этих объе- мах, позволяет установить взаимно однозна- чное соответствие между биосферой и гео- физической средой посредством решения прямых задач конкретных геофизических методов: гравиразведки, магниторазведки и др. [28]. Геофизические аспекты изучения, оценки изменений, создания управляемых геофизи- ческих систем (элементами которых являю- ся: аномалиеобразующие источники, про- странственно временные вариации физичес- ких полей и «некие геоэкологические изме- нения» окружающей среды) включают тео- ретические и практические вопросы органи- зации соответствующих исследований. Пре- длагаемая принципиальная схема последо- вательности выполнения таких исследова- ний отражена на рисунке. 1. Формирование информационной базы данных 2. Функциональный анализ качества и состояния компонентов природно-техногенной геофизической среды 3. Установление причинно-следственных связей, выявление объектов геофизического прогнозирования 4. Прогноз изменения основных компонентов и параметров природно-техногенной геофизической среды 5. Разработка оптимальной модели природно-техногенной геофизической среды 6. Мероприятия и рекомендации, обеспечивающие оптимальную организацию и функционирование природно-техногенной геофизической среды 7. Контроль и корректировка прогнозов и управляющих решений Рисунок - Обобщенная структура геофизических исследований Указанная схема построена по аналогии с эколого-геологическими исследованиями [17], что предопределяется неразрывной взаимосвязью геолого-геофизической инфо- рмации как в геологоразведочном процессе, так и при решении геоэкологических задач. Предложенный подход определяет содержа- ние и методы геофизических исследований на базе обработки, передачи и хранения ин- формации, ее интерпретации (в т.ч. модели- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 120 рования) для целей информационного обес- печения моделирования геофизической сре- ды. Первые три блока рассматриваемой схе- мы носят информационно-аналитический характер. На этом этапе происходит созда- ние информационной геофизической базы вместе с данными о геологическом, геомор- фологическом строении, геодинамических, гидрогеологических, геохимических и дру- гих геологических особенностях объектов. Сюда же включается все доступные медико- биологические, эколого-экономические и социальные данные, а также информация о функционировании элементов техногенных систем – объектов градопромышленности, горнодобывающих, сельскохозяйственных, гидротехнических, военных, энергетичес- ких, транспортных объектов, свалок и хра- нилищ отходов и др. Оценка и анализ эле- ментов этих систем завершается установле- нием основных причинно-следственных «геоэкологических» связей и определяются объекты для геофизического прогнозирова- ния. Прогнозный блок (блок 4) включает в се- бя комплексный прогноз изменений в при- родно-техногенной геофизической среде, необходимый для разработки оптимальных геофизических моделей и рекомендаций по минимизации отрицательных последствий техногенных нагрузок на систему. Комплек- сный прогноз изменений в геофизической среде осуществляется с привлечением всей имеющейся в созданной базе данных инфо- рмации на базе физическо-техногенно- геологического моделирования. По своей сути это процесс создания априорной моде- ли (по отношению к последующим полевым геофизическим работам) для последующего блока в структуре геолого-геофизических исследований при решении конкретных гео- экологических задач. Комплексный прогноз изменений в при- родно-техногенной геофизической среде (по дпнным проведенных полевых геофизичес- ких работ) является основой для создания апостериорной модели этой среды (блок 5). В свете проблем перехода техногенно на- груженных регионов к устойчивому разви- тию процесс построения указанной модели включает в себя согласно [10,16] несколько последовательных шагов, завершающихся объединением результатов исследования природной среды, техносферы и социосфе- ры с прогнозами изменений основных ком- понентов и параметров природно- техногенной геофизической среды (априор- ной моделью), т.е. построением самой апос- териорной модели этой среды, которая пока на начальном этапе схематизации информа- ции имеет основные черты, присущие струк- турным моделям, но в дальнейшем трансфо- рмируется в полностью формализованную физико-техногенно-геологическую модель. Следующий блок в общей структуре гео- физических исследований занимает разрабо- тка мероприятий и рекомендации по опти- мизации природно-техногенной геофизичес- кой среды (блок 6). Этот блок включает комплекс мероприятий по защите экосистем от неблагоприятных воздействий техногене- за и созданию благоприятных условий для биоты и человека. Контроль геофизической обстановки, ко- рректировка прогнозов и управляющих ре- шений (блок 7) осуществляютяс врамках решения следующих задач: 1) обеспечение функционирования природной среды и жиз- недеятельности общества, а также переход техногенно нагруженных территорий к устойчивому развитию; 2) профилактика и предотвращение кризисных геолого- геофизических ситуаций в системе «природ- ная среда – общество»; 3) защита и восста- новление природной среды до эталонного уровня. Принятие управляющих решений в осно- вном лежит в сфере администрации и поэ- тому геолого-геофизическая информация должна быть преобразована до уровня ее возможного восприятия (понимания) лицом, принимающим решение, в то же время дан- ные не должны терять геолого- геофизическую информативность. Ниже остановимся более подробно на во- просах формализации нескольких конкрет- ных ключевых направлений (в рамках ука- занного выше блока 4) комплексного про- гноза изменений в природно-техногенной геофизической среде, в т.ч. оценки геофизи- ческого воздействия на качество жизнедея- тельности населения и состояние окружаю- щей среды, создания картографической тек- тонической основы решения геоэкологичес- ких задач (экотектонической основы) и фи- зико-техногенно-геологического моделиро- вания объектов геолого-геофизических исс- ледований. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 121 Формализация оценки геофизического воздействия на качество жизнедеятельности населения и состояние окружающей среды Для количественной оценки «экологичес- кой» значимости геофизического фактора в условиях техногенно нагруженных террито- рий введено понятие – геофизического воз- действия, под которым будем понимать лю- бые отклонения природного и техногенного геофизического поля от усредненного в ис- торическом диапазоне времени уровня и ва- риаций соответствующего природного поля. Для оценки этого воздействия разработан перечень базовых показателей (параметров) их природной и техногенной составляющих (меры чувствительности живых организмов и окружающей среды): 1) акустическая чув- ствительность; 2) механическая чувствите- льность; 3) тепловая чувствительность; 4) радиочувствительность; 5) электромагнит- ная чувствительность [25]. Для оценки природной составляющей геофизического воздействия может быть использована информация о пространствен- ных вариациях аномального магнитного по- ля Та, многообразное влияние которого на живые организмы постоянно находится в поле зрения ученых [5, 37 и др.]. В качестве изучаемого параметра Gp выбран модуль разности максимального и минимального значений поля Та в пределах некоторого «скользящего» окна, характеризующий го- ризонтальную изменчивость постоянной составляющей аномального магнитного по- ля территории исследований. На региональном уровне под техногенной составляющей Gt предлагается понимать суммарное воздействие объектов промыш- ленности, транспорта и энергетики, а также техногенное радиоактивное загрязнение с соответствующими весовыми коэффициен- тами [16, 36, 38] G K L K S Kt i L i i j S j j n F n = × + × + = = = ∑ ∑ ∑ 1 6 1 10 1 3 , (1) где Li – протяженность магистралей i-го ви- да транспорта (в км); Sj – доля площади скользящего окна, занимаемая j-ым объек- том; K – весовые коэффициенты. Величины конкретных коэффициентов K при вычислении суммарного техногенного физического воздействия определены на ос- новании анализа и обобщения информации о количестве создаваемых полей, их интен- сивностях и зонах влияния (локализации) для каждого вида предприятий (добываю- щей, перерабатывающей промышленности и транспорта) [16,36,38]. Общими положения- ми, положенными в основу выбора значений этих коэффициентов, были следующие. Для транспорта весовые коэффициенты K увели- чиваются в направлении: линии электропе- редачи → автодороги → железные дороги – по количеству создаваемых аномалий гео- физических полей, а дополнительно для ав- то- и железных дорог – по их территориаль- ному значению с соответствующим интен- сивности движения транспорта геофизиче- ским воздействием. Также с соответствую- щими коэффициентами (учитывающими ло- кальную повышенную концентрацию транс- портных линий) дополнительно суммируют- ся следующие объекты: электростанции и подстанции, аэродромы, железнодорожные узлы, городской рельсовый электротранс- порт). Наличие предприятий перерабаты- вающей промышленности приводит к уве- личению весовых коэффициентов в направ- лении: химия → деревообработка и произ- водство стройматериалов → машинострое- ние и металлообработка → металлургия за счет не столько увеличения количества соз- даваемых техногенных геофизических ано- малий (практически каждое современное производство характеризуется полных набо- ром видов соответствующего воздействия), сколько их интенсивностью. В добывающей же промышленности весовые коэффициенты увеличиваются при переходе от подземной добычи полезных ископаемых к открытой. При этом подземная разработка по геофизи- ческому воздействию принята соизмеримой с усредненным влиянием предприятий пере- рабатывающей промышленности, а откры- тая разработка (по концентрации транспорт- ных линий) – соизмеримой с железнодорож- ным узлом. А также в связи с особой акту- альностью для Украины (после аварии на Чернобыльской АЭС) проблемы наличия техногенного радиоактивного загрязнения максимальный весовой коэффициент (соиз- меримый с открытыми горными работами и железнодорожными узлами) также имеют проявления превышения природного γ-фона и площадного загрязнения территории ра- дионуклидами. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 122 В региональном плане при вычислении конкретных значений как техногенной со- ставляющей геофизического воздействия Gt, так и природной – Gp результаты относились к центральным точкам фиксированных по- ложений скользящего окна. К этим же точ- кам были отнесены и значения суммарного геофизического воздействия G, для вычис- ления которого природная и техногенная составляющая предварительно были норми- рованы относительно своих максимальных значений (причем известное близкое к лог- нормальному закону распределение значе- ний магнитного поля на больших террито- риях вызвало необходимость предваритель- ного логарифмирования природной магнит- ной составляющей) G k G G k G Gp p p t t t = + lg lg max max , (2) где kp и kt – весовые коэффициенты вклада соответственно природной и техногенной составляющих в суммарное геофизическое воздействие (вычисляются для каждого ре- гиона и периода времени в зависимости от конкретных сложившихся соотношений ука- занных составляющих); Gpmax и Gtmax – абсолютные максимумы соответственно природной и техногенной составляющих геофизического воздействия на изучаемой территории. Формализация построения картографической тектонической основы формализованной решения геоэкологических задач (экотектонической основы) Одно из ключевых значений для понима- ния всех геоэкологических процессов, прои- сходящих в недрах Земли и на ее поверхнос- ти, придается проблеме изучения разномас- штабных (во времени и в пространстве) тек- тонических движений. В качестве теорети- ческой основы их формализованного изуче- ния могут быть использованы данные о сис- темах докембрийских разломов прослежен- ных и зафиксированных по комплексу гео- лого-геофизических и аэрокосмических дан- ных [20,21]. Исходя из общепринятых пред- ставлений о том, что зонам пересечения раз- ломов соответствуют более «раздроблен- ные» участки земной поверхности, предла- гается выполнение простого суммирования индикаторов всех систем разломов, прихо- дящихся на единицу площади [23,34 и др.]. С помощью такой карты можно охарактери- зовать фоновое состояние геологической среды по отношению к наиболее интенсив- ным и опасным геоэкологическим процес- сам. На конкретных участках исследуемой территории по мере увеличения уровня по- лученной интегральной оценки возрастает вероятность резких нарушений геологичес- кой среды, приводящих к аварийным ситуа- циям. Эта «чисто пространственная» интер- претация тектонической информации может быть уточнена учетом активизаций отдель- ных фрагментов разломов в различные про- межутки времени. Критерием выявления активных («долгоживущих») разломов явля- ется степень проявленности различных групп их признаков (геологических, геофи- зических, геоморфологических и других), в которых «зашифрована» история формиро- вания разлома [23]. Однако при укрупнении масштаба и пе- реходе к детальным исследованиям особо важное значение приобретает изучение и прогноз направлений (путей) распростране- ния всех видов техногенного воздействия в окружающей среде. В контексте экотекто- нических исследований эта проблема может быть решена путем формализованной оцен- ки значимости преимущественного направ- ления совокупности всех разломов, заметно проявляющихся в пределах конкретной эле- ментарной площадки. Вычисляемый пара- метр позволяет охарактеризовать тектониче- скую анизотропию геологической среды (точнее анизотропию «раздробленности» земной коры) и с его помощью можно опре- делить преимущественные направления рас- пространения конкретных техногенных воз- действий. Для количественной оценки этой анизотропии введен показатель А, который, в отличие от традиционных технологий определения пространственных характерис- тик линиментов, полученных в результате обработки аэрокосмической информации (плотности, розы-диаграммы ориентировки, фильтрации и др.), «жестко привязан» к из- вестным в пределах Украинского щита (УЩ) азимутам простирания систем докем- брийских разломов. Это позволяет упрос- тить и ускорить процесс определения ука- занного преобладающего направления, пу- тем исключения из общей процедуры вычи- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 123 сления блока выявления и анализа ориенти- ровки линейных элементов (линиментов, фрагментов разломов). При вычислениях используется информация о фрагментах раз- ломов разных систем, пересекающих конк- ретные элементарные площадки [14] { } { } A L L L L m m L L N i i m j j m = ⋅ − − − ⋅ + = = ∑ ∑ max , min , cos 1 2 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 90 360 1 2 α α где L K mi i m j j j m 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = − = =∑ ∑ cos α α ; L K mi i m i о j m 2 2 1 2 2 1 2 2 2 360 360 = − − − = =∑ ∑ cos ( )α α , (3) а также N = max{L1}+max{L2} = 10,81 при m1=m2=6 (максимальное для условий УЩ количество систем разломов). В (3) величины α1 и α2 – азимуты прости- рания зафиксированных в пределах элемен- тарной площадки взаимно ортогональных разломов одной системы, а соответствую- щие им величины К1 и К2 – «вес» разломов. Последние при наличии достаточного коли- чества информации вычисляются как сред- нее арифметическое весовых коэффициен- тов разных групп признаков разломов. При К1=К2=1 (т.е. все фиксируемые разломы счи- таются равновесными) величины L1 и L2 яв- ляются суммой проекций единичных отрез- ков всех фиксируемых в пределах конкрет- ной элементарной площадки разломов на два усредненных (соответственно для диапа- зонов 0-90о и 270-360о) направления. По мере увеличения абсолютной величи- ны параметра А возрастает анизотропия «ра- здробленности» земной коры и повышается потенциальная значимость преимуществен- ных направлений распространения различ- ных техногенных воздействий. Геометриче- ски этой ситуации отвечает увеличение ко- личества близких по направлению разломов в пределах элементарной площадки. При уменьшении же этого количества или уве- личении числа разнонаправленных разломов (т.е. повышении «изотропной раздробленно- сти») соответственно уменьшается величина параметра А. Минимуму этого параметра А=1=min соответствует ситуация, когда эле- ментарная площадка разбита всеми 12-ю попарно взаимно ортогональными разлома- ми 6-ти систем, зафиксированных в преде- лах УЩ. Современная тенденция практически по- всеместного перехода от «качественной» (неформализованной) интерпретации геофи- зической информации к количественной определил необходимость проведения спе- циальных исследований возможностей точ- ного восстановления и прослеживания ин- дикаторов разломов в геофизических полях, заданных дискретно по площади [22]. В об- щем случае в результате применения фор- мализованной процедуры прослеживания элементов поля, заданного по дискретной сети, индикаторы разломов, представленные прямолинейными аномалиями, могут транс- формироваться в ломаные линии и возника- ют участки потери корреляции, связанные не с геологическим строением исследуемых участков, а с методическими особенностями получения и обработки геофизической ин- формации. Такие участки могут быть оши- бочно отождествлены с проявлениями в фи- зических полях закона унаследованного фо- рмирования разломных и связанных с ними поверхностных структур, суть которого за- ключается в закономерной взаимосвязи эле- ментов унаследованности и новообразова- ний при формировании новых систем раз- ломов на фоне возникших ранее [20,21]. Для повышения эффективности интерп- ретации детальной геофизической информа- ции проведены специальные модельные ра- счеты совпадения азимутов диагональных направлений сетей наблюдений различной вытянутости и ориентировки, применитель- но к фиксированным азимутам указанных систем разломов (таблица 1). Проведенные исследования позволили выявить высокую степень совпадения ∼75% (с точностью 0-5о) ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 124 диагоналей развернутых сетей наблюдений с направлениями простирания известных сис- тем разломов. Причем наибольшее совпаде- ние этих величин наблюдается в случае изо- метричных (квадратных) сетей наблюдений с k=a/b=1 (где а – расстояние между точками измерений, b – расстояние между профиля- ми). Следствием этих совпадений является искусственное «усиление» осевых и диаго- нальных направлений сети наблюдений [22]. Таблица 1 – Совпадение диагональных направлений сетей наблюдений различной вытянутости и ориентировки с направлениями простирания разломов известных на УЩ систем Азимуты диагоналей сетей наблюдений с различными параметрами k, в градусах № п/п Азимуты осей сети наблюдений, в градусах k = 1/5 k = 1/4 k = 1/2 k = 1 k = 2 k = 4 k = 5 1. 0 - 17 (3) - 45 (0) 62 (2) 77 (2) 77 (2) 2. 270 - 287 (3) - 315 (0) 332 (2) 347 (2) 347 (2) 3. 17 - 35 (4) 45 (2) 62 (0) 77 (4) 270 (3) - 4. 287 - 305 (4) 315 (2) 332 (0) 347 (4) 0 (3) - 5. 35 45 (2) 45 (5) 62 (1) 77 (3) - 287 (4) - 6. 305 315 (2) 315 (5) 332 (1) 347 (3) - 17 (4) - 7. 45 - 62 (3) - 270 (0) 287 (2) 305 (5) 305 (2) 8. 315 - 332 (3) - 0 (0) 17 (2) 35 (5) 35 (2) 9. 62 77 (4) 77 (1) 270 (2) 287 (0) 305 (1) 315 (3) - 10. 332 347 (4) 347 (1) 0 (2) 17 (0) 35 (1) 45 (3) - 11. 77 270 (2) 270 (2) 287 (4) 305 (3) - 332 (1) 332 (4) 12. 347 0 (2) 0 (2) 17 (4) 35 (3) - 62 (1) 62 (4) Примечание. В скобках указана величина абсолютной погрешности вычисления азимута (в градусах). Физико-техногенно-геологическое моделирование объектов геолого-геофизических исследований В геологоразведочном процессе было разработано понятие физико-геологической модели (ФГМ) – как системы абстрактных возмущающих тел и вызываемых ими ано- мальных эффектов, которые аппроксимиру- ют геологический объект и с необходимой для моделирования детальностью обобщен- но отражают его структуру, размеры, форму, петрофизические свойства и соответствую- щее им объемное распределение физических полей [3,8 и др.]. Требованием современного этапа развития геоэкологического направле- ния в геофизике является создание единых физико-техногенно-геологических моделей (ФТГМ), всесторонне обобщающих инфор- мацию о природных и техногенных процес- сах и явлениях [29]. Для решения современных геоэкологиче- ских проблем техногенно нагруженных тер- риторий уже на стадии мелкомасштабных исследований (масштаб 1:500000 и мельче) необходимо учитывать техногенные факто- ры (например, расположение потенциально техногенно опасных объектов в сейсмоакти- вных районах [7]). Очевидно, что количест- во информации о конкретном влиянии этих факторов возрастает по мере увеличения масштаба исследований и соответствующих геолого-геофизических моделей. При этом в центре внимания должны находиться вопро- сы аппроксимации геологического разреза от поверхности раздела «земля-воздух» до максимальных глубин современного изуче- ния. Основой решения этой проблемы может быть система плотностных моделей в масш- табах от 1:500000 до 1:50000, то есть – на нескольких иерархических уровнях: регио- нальном, среднемасштабном и крупномасш- табном [6]. Полнота изучения с помощью геофизической информации глубинного строения земной коры для решения конкре- тных геоэкологических задач обеспечивает- ся поэтапным усложнением моделей. Вначале будем считать, что достоверно известно только две структурные поверхно- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 125 сти: z' = hф (х',у') и z' = hм (x',y') – соответст- венно, кристаллического фундамента и М, и построение модели сводится к подбору пло- тности осадочного слоя σос, земной коры σк и мантии σм при двух указанных фиксиро- ванных структурных границах. Величины σос, σк и σм определяются из условия мини- мума следующего функционала || ∆g(x,y)–∆gвыч(σосσк,σм,hф,hм,x,y) || = min, (4) при ограничениях нижнего и верхнего пре- делов изменения плотности σос.н<σос<σос.в; σк.н<σк<σк.в; σм.н<σм<σм.в .(5) Полученные в результате решения пара- метры, служат «каркасной» основой модели. Они являются исходными при оценке мето- дом подбора основных параметров функ- ционала на втором этапе || ∆g n изм (x, y, z) – ∆ g n выч (σj (x', y', z'), hj (x', y'), x, y, z) || = min; (6) σj н ≤ σj (x', y', z') ≤ σj в и hj н ≤ hj (x', y') ≤ hj в . (7) После того, как найдено положение кон- тактной поверхности z' = hj (x', y'), задано распределение скорости vj (x', y', z') и опре- делена зависимость σj(x',y',z') = σj(vj(x',y',z'), методом подбора определяется распределе- ние аномальной плотности σj (x', y', z') в средней и нижней частях земной коры. Далее при построении среднемасштаб- ных плотностных моделей изучаются неод- нородности верхнего этажа земной коры – практически до условной границы К2, т.е. выполняется объемное картирование круп- ных блоков, структур верхней части земной коры с целью детализации модели геологи- ческого строения вдоль региональных глу- бинных сейсмических и электроразведочных профилей; затем выполняется сплошное объемное среднемасштабное петроплотно- стное моделирование [6]. Полученный от сплошной среднемас- штабной объемной петроплотностной моде- ли гравитационный эффект служит фоном для выделения аномалий более высоких по- рядков, что позволяет все последующие крупномасштабные построения увязать по единому уровню поля и плотностной моде- ли. Крупномасштабная модель является за- вершающим этапом укрупнения в иерархи- ческой системе взаимоувязанных разноуро- венных петроплотностных моделей, приме- нимых при решении соответствующих по масштабу как геологоразведочных, так и геоэкологических задач: с одной стороны, это изучение строения рудоперспективных массивов и структур в плане и на глубину, а с другой стороны, создание информацион- ной базы для планирования параметров бу- дущих горнодобывающих предприятий и оценки их воздействия на окружающую сре- ду. Разработанные физико-геологические модели являются отправной точкой для вы- бора и обоснования рационального ком- плекса и технических условий производства дальнейших геолого-геофизических и гор- ных работ, а также определения стратегии обработки и интерпретации получаемой ин- формации применительно к последующим детальным исследования. Эффективность последних может быть проиллюстрирована на примере моделирования геоэкологиче- ских последствий горнодобывающей дея- тельности по гравитационным данным. С помощью этой информации на эксплуати- руемых месторождениях можно изучать и оценивать значимость происходящих изме- нений окружающей среды, сравнивать ее нарушенное состояние с фоновыми характе- ристиками и нормативными показателями, исследовать наиболее интенсивные и опас- ные техногенные процессы. Ниже рассмот- рены вопросы геофизического моделирова- ния двух из них [15,24,30,31]: динамики раз- вития подземных пустот и понижения уров- ня подземных вод. Основой изучения этих процессов явля- ется базовая гравитационная модель карье- ра. Общий характер изменения гравитаци- онного поля соответствует упрощенному модельному разрезу, включающему помимо разрабатываемых рудных объектов в одно- родной вмещающей среде также однород- ные перекрывающие отложения. Вычислен- ные изменения поля отнесены к непостоян- ной во времени дневной поверхности, ими- тирующей последовательность открытой разработки месторождений полезных иско- паемых: начало разработки (фоновое со- стояние), снятие перекрывающих отложе- ний, частичная выемка рудного тела. По ме- ре извлечения горной породы, происходит ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 126 общее понижение значений гравитационно- го поля. Это вызвано как извлечением и удалением значительных масс пород, так и понижением абсолютных отметок точек вы- числений по мере углубления карьера. В ре- зультате первоначально простые по форме положительные аномалии трансформируют- ся в сложные аномальные зоны гравитаци- онного поля. Особый интерес здесь пред- ставляет появление небольшого «ложного» максимума вычисленного поля в центре карьера, который вызван не наличием каких- нибудь масс под ним, а уменьшением значе- ний поля по мере приближения к вышеле- жащим массам бортов карьера. На этом фо- не изменение положения («всплывание») пустоты приводит к изменению регистри- руемых значений гравитационного поля – динамическим аномалиям. В общем случае зоны разуплотнения, обусловленные разви- тием (обрушением) заброшенных горных выработок и отработанных залежей, в про- странстве имеют форму близкую к изомет- ричной. Для изотропной среды в качестве модели первого приближения принята сис- тема вложенных друг в друга сферических слоев, каждый из которых характеризует определенное состояние горного массива: пустота (σ1) – переходная зона (σ2, изме- няющейся в пределах от σ1 до σ3) – монолит (σ3). Развитие этой модели («всплывание» пустоты) приводит к тому, что объем разуп- лотненного участка не постоянен, а «след» движения пустоты к поверхности карьера весьма близок по форме к эллипсоиду об- рушения. В реальных условиях перемеще- ние зоны разуплотнения вверх не происхо- дит с полным восстановлением плотности обрушившихся пород до плотности моноли- та. Окончательная плотностная модель, по- строенная по гравитационным данным, представляет собой «деформированный» эллипсоид обрушения, отображающий «пе- ремещение» (опасной для ведения горных работ) разуплотненной зоны к поверхности с одновременным уплотнением обрушающей- ся при этом породы [15,31]. При моделировании гравитационного эффекта от изменений гидрогеологических условий карьера выбран простой разрез с горизонтальным залеганием пластов горных пород (фоновое состояние). Гравитационное поле во всех точках над таким разрезом по- стоянно и равно ∆ g k h k hi i m i i i m i= = = = ∑ ∑2 2 1 1 π σ π σ , (8) где σi – плотность i-го пласта; hi – верти- кальная мощность i-го пласта; m – количест- во пластов; k – гравитационная постоянная. Такая модель хорошо аппроксимирует гори- зонтально залегающую единую пластооб- разную толщу перекрывающих пород с од- нородной минеральной плотностью σm, рас- падающуюся на две различающиеся по плотности толщи газо- и влагонасыщенных пород (соответственно σ и σ’). Границей этих толщ является динамический уровень подземных вод. Зафиксировав величину σm=2,7 г/см3 (что соответствует некоторой усредненной плотности песчано- обломочных и хемогенных образований) расчеты σ и σ’ можно выполнить по извест- ным формулам [33] σ σ σ σ σ 1 2 2 1 2 2 1 10 1 10 , , ( ) ' ( ) = ⋅ − ⋅ = + − ⋅ ⋅    − − m m m n n , (9) где n – пористость породы, в %. По мере отработки карьера формируются отвалы пород (техногенные новообразова- ния) со своими водоносными горизонтами (линзами). Минеральная плотность техно- генных новообразований оставлена неиз- менной по отношению к коренным породам, пористость же может изменятся в широких пределах ±10% от значений n ненарушенных пород. От величины n зависит крутизна де- прессионной воронки: чем больше n техно- генных новообразований, тем положе линия динамического уровня подземных вод, и со- ответственно положе графики гравитацион- ного поля. Для оценки необходимой точности гра- виметрических наблюдений при решении гидрогеологических задач в районе дейст- вующего карьера были проведены вычисле- ния с использованием выражения (8) для одного пласта. В качестве σ была использо- вана разность плотностей газо- и влагона- сыщенных пород из (9) σ = σ1′ - σ1 = = σm+(1-σm)⋅ n⋅10-2-σm⋅ (1-n⋅10-2) =n⋅10-2. (10) Расчеты прямого гравитационного эф- фекта плоскопараллельного слоя малой мощности h моделируют изменения мощно- сти водоносного горизонта за счет колеба- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 127 ния его верхней границы (уровня подземных вод). Результаты вычислений можно исполь- зовать для оценки необходимой точности гравиметрических наблюдений при исследо- ваниях колебаний статического уровня под- земных вод. Подобная оценка для динами- ческого уровня подземных вод опирается на гравитационный эффект от вертикальной ступени – горизонтального полупласта (уменьшенный вдвое гравитационный эф- фект от плоскопараллельного пласта). На современном этапе перспективы раз- вития экогеофизики могут быть связаны с использованием фундаментальных законов физики Земли. Для этого обоснована эколо- гически значимая взаимосвязь развития ло- кального подтопления и изменения метеоси- туации с перемещением блоков земной ко- ры, первопричиной которых является изме- нение ротационного режима планеты [35]. В 1984 г. К.Ф. Тяпкиным была предложе- на новая модель равновесного состояния вращающейся Земли (геоизостазии) [19]. Ее отличительной особенностью (по сравнению с доминирующими на то время концепциями изостазии, основанными на гипотезе о «пла- вании» земной коры на магме и не учиты- вающими вращение нашей планеты) являет- ся представление о том, что Землю можно считать находящейся в состоянии равнове- сия, если каждый ее сектор, вырезанный достаточно малым центральным телесным углом ∆Ω будет иметь равный вес. Количественно это условие соответствует интегральному выражению ∫ ∞ =∆Ω 0 2)()( constdrrrgrσ , (11) где σ(r) – плотность вещества Земли в пре- делах изучаемого сектора; ∆g(r) – ускорение свободного падения (силы тяжести) в точках сектора на расстоянии r от центра Земли. Выражение (11) можно представить в ви- де трех интегралов I1 + I2 + I3 = const, (12) где ∫∆Ω= iR drrrgrI 0 2 1 )()(σ ; ∫∆Ω= eR Ri drrrgrI 2 2 )()(σ ; ∫ ∞ ∆Ω= eR drrrgrI 2 3 )()(σ , Ri – внутренний радиус мантии Земли, Re – ее внешний радиус. В качестве критерия уравновешенности Земли принимается величина отклонения радиусов геоида (Rг) от соответствующего ему сфероида (Rс). Следовательно, вторым условием геоизостазии является требование ζ = Rг – Rс = 0 . (13) Первые два интегральные выражения в равенстве (12) К.Ф. Тяпкиным положены в основу развиваемой им ротационной гипоте- зы структурообразования в тектоносфере [19]. При этом показано, что разность отме- ток между геоидом и сфероидом ζ определя- ет направленность геологических процессов на Земле. Для наших целей в уравнении (12) суще- ственное значение имеют: интеграл I3 чис- ленно равный величине атмосферного дав- ления у поверхности Земли в изучаемом секторе, и часть интегрального выражения I2, соответствующая приповерхностному земному слою мощностью H, характери- зующемуся наличием флюидов (в верти- кальных «порах-капиллярах» горных пород) – I2’. ∫ − ∆Ω=′ eR H drrrgrI Re 2 2 )()(σ . (14) В соответствии с указанной ротационной гипотезой [20, 21] поверхность твердой Зем- ли представляет собой мелко блоковую мо- заику, образованную взаимным пересечени- ем нескольких систем иерархически сопод- чиненных разломов. Любые нарушения ро- тационного режима Земли приводят к акти- визации систем разломов и относительному перемещению по ним блоков земной коры. Рассмотрим роль выражений I3 и I2’ в опре- делении проявлений современных природ- ных процессов на простейшем примере. Пусть уединенный блок земной коры опус- тился на несколько миллиметров (h). Вслед- ствие этого нарушится величина ζ. Ее мож- но восстановить только за счет изменения (в данном случае увеличения) значений инте- гралов I3 и I2’. Увеличение значений I3 воз- можно за счет перетока воздушных масс (схема циклона). Возрастание величины I2’ также возможно в результате подъема уров- ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 128 ня грунтовых вод. Эти процессы должны продолжаться до восстановления исходных значений ζ. Вполне очевидно, что в случае относительного подъема изучаемого блока будут иметь место противоположные явле- ния. Таким образом, намечается возмож- ность использования новой модели геоизо- стазии [19] для решения геоэкологических задач, связанных как с региональным про- гнозом метеоусловий, так и с проблемами подтопления территорий. Для дальнейшего изучения вопроса взаи- мосвязи особенностей тектонического строения и локальных изменений метеоси- туации уникальные возможности открывает информация о последствиях аварии на Чер- нобыльской АЭС (ЧАЭС) 26.04.1986 г. Не- равномерность выпадения радионуклидов и радиоактивные следы Чернобыльской ката- строфы обусловлены рядом обстоятельств, в т.ч.: изменением направления и силы ветра, дождями, неравномерностью выбросов из 4- го блока ЧАЭС в результате противопожар- ных мероприятий. За девять суток аварии направление ветра изменилось на 360о, т.е. вектор скорости ветра описал полный обо- рот [1]. Однако анализ пространственного распространения загрязнения территории (из [13]) позволил отметить дискретность изме- нения направлений простирания радиоак- тивных следов, которая напоминает некую анизотропию геологической среды, вызван- ную формированием систем разломов зем- ной коры. В дальнейшем зафиксировано совпадение максимумов «значимости» направлений простирания радиоактивных следов от ава- рии на ЧАЭС и систем разломов земной ко- ры. Эта зависимость проявляется в районе исследований в особенностях погребенного и современного дневного рельефа и практи- чески незаметна в более «древних» геолого- геофизических признаках этих разломов [30]. Примеры использования геофизической информации в решении региональных геоэкологических задач 1. Использование интегральной геолого- геофизической информации в оценке воз- можностей развития рекреационной ин- фраструктуры. Необходимость обязательного учета гео- физических аспектов интегрального показа- теля качества жизнедеятельности населения и окружающей среды при решении проблем разработки стратегии устойчивого развития техногенно нагруженных регионов иллюст- рируется на примере оценки современного состояния и возможностей развития рекреа- ционной инфраструктуры Украины. Напря- мую с изменением техногенной нагрузки (в т.ч. геофизического воздействия) на кон- кретных территориях связаны перспективы развития рекреационных ресурсов: чем вы- ше указанная нагрузка, тем больше должно быть доступных рекреационных ресурсов; а также то, что пространственный критерий развития рекреационной инфраструктуры должен опираться на минимизацию геофи- зического воздействия [11]. В настоящее время рекреационная ин- фраструктура техногенно нагруженных ре- гионов Украины развивается стихийно и, в основном, по традиционной схеме наличия лесных ресурсов и поверхностных вод. В связи с этим для всестороннего (а не только лечебно-профилактического) развития рек- реационной инфраструктуру техногенно на- груженных регионов необходима разработка формализованной процедуры пространст- венной оценки соответствующих ресурсов, позволяющая планировать развитие рекреа- ционных ресурсов с учетом интегрального геофизического воздействия. Рассмотрим это на примере использования основных па- мятников природы Украины, обобщенных в [32]. Т.к, известные природные рекреацион- ные объекты не являются уникальными, а характеризуют ландшафтные области, на территории которых они располагаются, то основой для распространения по площади этих объектов выбрана схема геоморфоло- гического районирования масштаба 1:10000000 [4]. Пусть имеется множество no локальных рекреационных объектов на территории m областей. При этом в каждую i-ую область попадает ni объектов и общее количество локальных объектов N имеет вид ∑∑ = = = m i n j oj i nN 1 1 . (15) Под обеспеченностью i-ой области рек- реационными ресурсами Pi будем понимать ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 129 густоту соответствующих объектов на еди- ницу площади i n j oj i S n P i ∑ == 1 , (16) где Si – площадь i-ой области. Представительность (значимость) i-ой области в целом определяется соотношени- ем ее площади Si с общей площадью госу- дарства Sобщ общ i m j j i i S S S S K −=−= ∑ = 11 1 (17) Предлагаемая технология районирования обеспеченности территории государства рекреационными ресурсами опирается на совокупность данных о локальных объектах и площадях их распространения (геоморфо- логических областях). При этом оценивае- мым параметром является следующее про- изведение Ri = Ki⋅Pi . (18) Однако до сопоставления этой информа- ции с данными о техногенной нагрузке на территорию (в т.ч. геофизическом воздейст- вии) необходимо учесть: 1) степень доступ- ности конкретных объектов рекреации из фиксированных точек (участков, районов) – расстояние до этих объектов от оцениваемой точки территории lo; 2) «ценность» – с пози- ции потенциальной посещаемости из кон- кретной точки территории в первом при- ближении определяется плотностью ее засе- ления q; 3) «ценность» этих объектов с точ- ки зрения схожести их природных условий с условиями различных мест проживания лю- дей – матрица М «несхожести» этих условий для выделенных геоморфологических об- ластей (т.е. ценность возрастает по мере увеличения степени отличия условий объек- тов рекреации от привычных природных условий, в которых протекает повседневная деятельность людей). Теперь для каждой фиксированной точки исследуемой территории, принадлежащей конкретной j-ой области, с учетом приуро- ченности каждого локального объекта рек- реации своей i-ой области можно опреде- лить обеспеченность доступными рекреаци- онными ресурсами ri из следующего выра- жения ∑ = ⋅⋅ = N k ok jiij i l QVM r 1 . (19) при minq q Q i i = , где qmin – минимальная плот- ность населения государства. Пространственное совмещение результа- тов расчета современной обеспеченности доступными рекреационными ресурсами с уровнем современного техногенного геофи- зического воздействия позволяет определить приоритетные территории развития рекреа- ционного потенциала Украины. На выяв- ленных территориях с высоким техноген- ным геофизическим воздействием и низкой обеспеченностью доступными рекреацион- ными ресурсами предлагается следующий «сценарий» развития рекреационного по- тенциала. С одной стороны, это «тактиче- ское» развитие местной рекреационной ин- фраструктуры для кратковременного отдыха (походов выходного дня, «пикников», рыб- ной ловли, охоты и др.). В этом случае рек- реационные объекты имеют меньшую «цен- ность» с позиции схожести природных ус- ловий Mij, но в тоже время благоприятным является их большая доступность за счет сокращения расстояний lok→min. С другой стороны, это «стратегическое» увеличение (интенсификация) длительного использова- ния рекреационных ресурсов (в т.ч. для ле- чебно-профилактических целей) за предела- ми указанных территорий с высоким техно- генным геофизическим воздействием и низ- кой обеспеченностью доступными рекреа- ционными ресурсами. В этом случае имеется большее количество «степеней свободы» при выборе как конкретных объектов (на территориях с низким техногенным геофи- зическим воздействием), так и видов реали- зации их рекреационного потенциала. Дальнейшие перспективы исследований в этом направлении связаны с разнообразны- ми историческими (архитектурными) объек- тами различного возраста – как условием, способствующим успешному развитию рек- реационной инфраструктуры регионов Ук- раины [9]. Основные результаты наших исс- ледований сведены в таблице 2. Проанали- зированы площади территорий Украины ре- креационного использования (за единичную принята территория области). Соотношение площадей территорий, потенциально приго- дных для рекреационного использования Р необходимых для удовлетворения рекреаци- онных потребностей N, определяет не саму ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 130 необходимость развития рекреационной ин- фраструктуры (эту инфраструктуру необхо- димо развивать везде), а, скорее, основной «сценарий» дальнейшего развития и исполь- зования этой инфраструктуры: • Р<N – наращивание территорий для рекреационного использования до величины необходимой для удовлетворения местных потребностей; • Р>N – наращивание территорий для общегосударственного рекреационного ис- пользования (и постепенный переход регио- на в «доноры» рекреационных услуг); • Р>>N (регион–«донор» рекреацион- ных услуг) – наращивание территорий при- годных для общегосударственного и между- народного рекреационного использования. Таблица 2 – Оценка перспективы «историко-культурного» и «бальнеологического» наращивания площадей для рекреационного использования «Историко- культурное» наращивание рекреационного потенциала № п/п Автономная республика и области Коли- чество памят- ников архи- текту- ры К о л и ч ес тв о и ст о р и к о - к у л ь ту р н ы х з ап о в ед н и к о в норми- рованная взве- шенная сумма ран- ги «Баль- неологи- ческое» наращи- вание рекреа- цион- ного по- тенциала (ранги) Соот- ноше- ние вели- чин Р и N*) Приори- тетное развитие рекреа- ционной инфра- структу- ры **) 1. Крым 1 4 35,7 3 3 – ИК+ЛВ 2. Винницкая 3 0 7,6 1 1 ++ – 3. Волынская 5 1 42,3 3 1 ++ ИК 4. Донецкая 0 1 8,6 1 3 – ЛВ 5. Днепропетров- ская 1 0 2,3 1 2 – ЛВ 6. Житомирская 4 0 20,3 2 1 ++ ИК 7. Закарпатская 8 0 42,6 3 3 ++ ИК+ЛВ 8. Запорожская 0 1 8,6 1 2 – ЛВ 9. Ивано- Франковская 3 1 27,3 2 2 ++ ИК+ЛВ 10. Киевская 3 2 34,5 3 2 – ИК+ЛВ 11. Кировоградская 1 0 1,15 1 1 + – 12. Луганская 0 0 0 1 1 + – 13. Львовская 12 3 68,8 4 3 ++ ИК+ЛВ 14. Николаевская 1 1 9,8 1 1 – – 15. Одесская 2 0 4,15 1 2 + ЛВ 16. Полтавская 1 1 10,9 1 2 ++ ЛВ 17. Ровенская 8 1 31,2 3 1 ++ ИК 18. Сумская 5 1 20,8 2 1 ++ ИК 19. Тернопольская 9 1 43,2 3 1 ++ ИК 20. Харьковская 3 0 5,8 1 1 + – 21. Херсонская 1 0 1,15 1 1 – – 22. Хмельницкая 6 1 26,6 2 1 ++ ИК 23. Черкасская 2 1 13,2 1 2 + ЛВ 24. Черниговская 9 2 69,1 4 1 ++ ИК 25. Черновицкая 2 0 4,15 1 2 + ЛВ Примечание. *) «–» – Р<N, «+» – Р>N, «++» – Р>>N; **) приоритетное направление: ИК – историко-культурное, ЛВ – лечебные воды. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 131 Для оценки перспектив расширения рек- реационной инфраструктуры за счет истори- ко-культурных объектов была использована картографическая информация о памятниках архитектуры различного возраста (от Х до XIX века). Ранжированная взвешенная по возрасту (чем древнее – тем «интересней» и выше рекреационная ценность) сумма па- мятников архитектуры позволяет опреде- лить потенциальную перспективу наращи- вания площадей территорий для рекреаци- онного использования за счет использования историко-культурных объектов (ИК). Также выполнена общая оценка перспектив баль- неологического расширения рекреационной инфраструктуры с использованием карто- графической информации о лечебных мине- ральных водах (без разделения на группы по химическому составу). Ранжированная сум- ма известных источников этих вод позволя- ет определить соответствующую потенци- альную перспективу наращивания площадей территорий для рекреационного использо- вания (ЛВ). Аналогичный подход к оценке перспек- тив наращивания площадей территорий Ук- раины для рекреационного использования может быть применен и к другим природ- ным и техногенным объектам, в т.ч. геоло- гическим (как естественные обнажения, так и карьеры и шахты). Во всех этих случаях геолого-геофизическая информация об из- менениях техногенной нагрузки (в т.ч. гео- физического воздействия) позволяет оце- нить возможности и ограничения развития рекреационной инфраструктуры. 2. Научное сопровождение реализации мероприятий Государственной программы устойчивого развития региона добычи и первичной переработки уранового сырья. Для конкретных геосистем в условиях потенциального интенсивного радиоактив- ного загрязнения (в т.ч. при добыче и перви- чной переработке уранового сырья) необхо- димо выделение интегральной оценки ради- ологической нагрузки из общей геофизичес- кой [27,39]. В основу разработанной техно- логии прогноза развития радиологической обстановки промышленно развитых регио- нов Украины Р положено представление об изменении современного состояния М расп- ределения радионуклидов во всех геосферах, обусловленного сочетанием природных и антропогенных факторов, под действием совокупности техногенных (преимущест- венно аварийных) процессов F. Причем как М, так и F являются функциями, аргументом которых является приращение времени ∆t. M t K t k Ci i n i i( ) ( )∆ ∆= ⋅ ⋅ = ∑ 1 1 и F t K t k T Aj j m j j j( ) ( ) '∆ ∆= ⋅ ⋅ ⋅ = ∑ 2 1 ; (20) P t M t F t K t k C K t k T Ai i n i i j j m j j j( ) ( ) ( ) ( ) ( ) '∆ ∆ ∆ ∆ ∆= + = ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ = = ∑ ∑1 2 1 1 . (21) Параметры Ci и Aj характеризуют про- странственное распространение радиоактив- ного загрязнения в различных геосферах. Коэффициенты ki и kj’ корректируют про- странственные оценки Ci и Aj согласно усло- вий жизнедеятельности человека на основе существующей нормативно-регламентирую- щей базы (в первую очередь – НРБУ-97). А нормированные к единице коэффициенты K1i и K2j являются функциями приращения времени. Причем первая является убываю- щей, а вторая – возрастающей, что является своеобразным отражением подавляющего потенциального превосходства совокупно- сти возможных последствий аварийных си- туаций над уровнем современной радиоло- гической нагрузки. Максимальные значения этих коэффици- ентов соответствуют максимумам функций M и F, которые в свою очередь являются предельными оценками краткосрочного (оперативного) Pshort и долгосрочного Plong прогнозов развития радиологической ситуа- ции в регионе. M k Ci i i n max = ⋅ = ∑ 1 , при ∆t→0 и F k T Aj j j j m max '= ⋅ ⋅ = ∑ 1 , при ∆t→∞ (22) P P t Mshort = →( ) max∆ , при ∆t→0, т.к. M(∆t)→Mmax и F(∆t)→0 (23) P P t Flong = →( ) max∆ , при ∆t→∞, т.к. M(∆t)→0 и F(∆t)→Fmax (24) ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 132 Паритетное совмещение результатов краткосрочного и долгосрочного прогнозов является прогнозом некой максимально не- благоприятной ситуации Рmax – одновремен- ной совокупности в ближайшем будущем аварийных ситуаций на всех предприятиях ядерного топливного цикла. P M F k C k T Ai i i n j j j j m max max max '= + = ⋅ + ⋅ ⋅ = = ∑ ∑ 1 1 .(25) Полученные результаты, применительно к решению вопросов разработки Государст- венной программы перехода региона добыча и первичной переработки уранового сырья к устойчивому развитию, позволяют опреде- лить пространственные границы указанного региона [2]. Одним из основных направлений научно- го сопровождения программы является вы- полнения научно-исследовательских, поис- ково-разведочных и проектных работ по оп- тимизации застройки территории этого ре- гиона с учетом ландшафтных, геоэкологиче- ских и других особенностей для решения жилой проблемы, комплексного развития социальной и инженерно-транспортной ин- фраструктуры, защиты и оздоровления эко- логического пространства. При этом перво- очередным является вопрос разработки фо- рмализованной процедуры определения пространственной приоритетности региона- льной застройки . При разработке формализованной проце- дуры определения общей приоритетности региональной застройки Р сделаны следую- щие предположения (ограничения) [18]. Необходимыми условиями приоритетнос- ти застройки являются высокая плотность населения N и высокая плотность сущест- вующих населенных пунктов M. Т.е. необ- ходимо развивать все существующие насе- лении пункты (за исключением больших городов) при наличии достаточно высокого количества (плотности) население, а не на- чинать строительство новых. Ограничениями (природными) этой прио- ритетности являются: неблагоприятное сов- ременное экологическое состояние террито- рии Е, наличие опасных проявлений экзо- генных и эндогенных геологических процес- сов G и особенности разломно-блокового тектонического строения недр Т (которые в значительной мере определяют два преды- дущих фактора). Количественно для і-ого элементарного (единичного) пространствен- ного окна Pi = Ni + Mi – Ei – Gi – Ti, , (26) где Ni = kn·Noi/S (No – количество населения и S – площадь единичного пространственно- го окна), Mi = km·Moi/S (Mo – количество насе- ленных пунктов – без больших городов), Ei = ke·Σeij (ej – опасные проявления j-ого эколо- гического фактора), Gi = kg·Σgil (gl – опасные проявления l-ого геологического процесса), Ti = kt·Σtid (tld – тектонические разломы d-ого направления простирания), k – соответст- вующие нормирующие коэффициенты. Для Днепропетровского сегмента иссле- дуемого региона в качестве исходных дан- ных для формализованной оценки общей приоритетности региональной застройки Р было использовано соответственно по сле- дующим составляющим: N и M – топогра- фические планшеты масштаба 1:200000 и официальная статистическая информация о демографическом состоянии районов облас- ти; E – экологическая карта области с про- гнозом развития региональной радиологиче- ской ситуации [27,39], G – картосхемы рас- пространения проявлений основных экзо- генных геологических процессов, T – карта систем разломов области масштаба 1:200000 [26]. Для расчетов было выбрано пространст- венное окно в форме квадрата с стороной 1 км. По результатам расчетов в зону общей приоритетности региональной застройки Днепропетровского сегмента региона добы- ча и первичной переработки уранового сы- рья попала почти полностью территория Пя- тихатского и северо-запад Верхнеднепров- ского районов (с максимумом на севере этих районов) [18]. Полученные результаты будут положены в основу дальнейшего более детального оп- ределения приоритетности функциональной районной застройки территории при реали- зации Государственной программы устой- чивого развития региона добыча и первич- ной переработки уранового сырья. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 133 Заключение Подводя итог необходимо отметить сле- дующее. 1. Использование геофизических методов и получаемой с их помощью информации позволяет повысить формализацию (матема- тизацию) решения разнообразных геоэколо- гических задач в условиях техногенно на- груженных территорий Украины. 2. Для количественной оценки значимос- ти геофизического фактора в условиях тех- ногенно нагруженных территорий введено понятие – геофизического воздействия, под которым понимаются отклонения природно- го и техногенного геофизического поля от усредненного в историческом диапазоне времени уровня и вариаций соответствую- щего природного поля. 3. Одно из ключевых значений для изу- чения всех геоэкологических процессов, происходящих в недрах техногенно нагру- женных регионов, имеет создание (по ком- плексу геолого-геофизических и аэрокосми- ческих данных) формализованной картогра- фической тектонической основы (экотекто- нической основы) на базе известных пред- ставлений о системах докембрийских разло- мов. 4. Требованием современного этапа раз- вития экологического направления в геофи- зике является создание (на базе традицион- ных «геологоразведочных» физико-геоло- гических моделей) единых физико- техногенно-геологических моделей, всесто- ронне обобщающих информацию о природ- ных и техногенных процессах. Перечень ссылок 1. Барьяхтар В.Г. Чернобыльская катастрофа: проблемы и решения // Доклады академии на- ук Украины. – 1992. – № 4. – С. 151-164. 2. Білашенко О.Г., Кравець С.О., Тяпкін О.К. Екологічне зонування території (на прикладі регіону видобування та первинної переробки уранової сировини) // Довкілля – ХХІ: Матеріали ІV міжнародн. молодіжн. науков. конф. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2008. – С. 13- 16. 3. Вахромеев Г.С., Давыденко А.Ю. Моделирование в разведочной геофизике. – Москва: Недра, 1987. – 192 с. 4. Географічна енциклопедія України: в 3-х т. / Відповід. ред. О.М. Маринич. – Київ: Украї- нська Радянська Енциклопедія, 1989. – Т.1. – 416 с. 5. Дубов А.П. Геомагнитное поле и жизнь. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1974. – 175 с. 6. Иерархическая система петроплотностных моделей юго-востока Украинского щита / В.Ю. Коваленко, П.И. Пигулевский, В.К. Свистун, О.К. Тяпкин, И.С. Чуприна // Труды Второй Всероссийской конференции «Геофизика и математика». – Пермь: Горный институт УрО РАН, 2001. – С. 359-360. 7. Козарь Н.А., Пигулевский П.И., Тяпкин О.К. К вопросу геолого-геофизического изучения сейсмической активности юго-востока Украинского щита // Науковий вісник Національної гірничої академії України. – 2000. – № 6. – С. 70-75. 8. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач / Под ред. В.В. Бродового. – Москва: Недра, 1987. – 471 с. 9. Кравец С.А., Петрова А.В., Тяпкин О.К. К вопросу совершенствования рекреационной инфраструктуры Украины // Матеріали ІІІ міжнародн. молодіжн. науков. конф. «Довкілля – ХХІ». – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2006. – Т.3. – С. 19-20. 10. Методичні вказівки з розробки регіональних стратегій сталого розвитку / А.Г. Шапар, М.А. Ємець, П.І. Копач, С.3. Поліщук, О.К. Тяпкін, В.Б. Хазан. – Дніпропетровськ: Моноліт, 2003. – 131 с. 11. Некоторые геологические аспекты развития рекреационной инфраструктуры Украины / О.К. Тяпкин, Я.Я. Сердюк, С.П. Сердюк, Л.В. Бондаренко, В.А. Кириченко, С.А. Кравец // Екологія і природокористування: Зб. наук. праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України. – Вип. 5. – Дніпропетровськ, 2003. – С. 108-119. 12. Никитин А.А. Теоретические основы обработки геофизической информации. – Москва: Недра, 1986. – 342 с. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 134 13. Радіаційний стан зони відчуження у 2002 році / В.В. Деревець, С.І. Кірєєв, С.М. Обрі- зан, Б.О. Годун, В.Г. Халява, П.Г. Купченко, В.В. Бицуля, Б.О. Горський, О.Б. Назаров, В.А. Паланський // Бюллетень екологічного стану зони відчуження та зони безумовного (обов’язкового) відселення. – 2003. – № 1(21). – С. 3-33. 14. Свистун В.К., Пигулевский П.И., Тяпкин О.К. К вопросу становления геофизики техно- генной безопасности и создания тектонической основы для решения ее задач // Вісник Дніпро- петровського університету. Сер. Геологія, географія. – 2000. – Вип. 3. – С. 24-30. 15. Солдатенко В.П., Тяпкин О.К. Применение гравиразведки для решения экогидрогеоло- гических задач // Науковий вісник Національної гірничої академії України. – 1998. – № 1. – С. 53-57. 16. Стратегія і тактика сталого розвитку / А.Г. Шапар, М.А. Ємець, П.І. Копач, О.К. Тяпкін, В.Б. Хазан. – Дніпропетровськ: Моноліт, 2004. – 320 с. 17. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т. Трофимова. – Москва: МГУ, 1997. – 368 с. 18. Троян Я.Г., Тяпкін О.К. Розробка формалізованої процедури визначення просторової приорітетності регіональної забудови із урахуванням комплексу геолого-геофізичних та еколо- гічних даних // Матеріали ІІІ міжнародн. молодіжн. науков. конф. «Довкілля – ХХІ». – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України, 2006. – Т.2. – С. 27-29. 19. Тяпкин К.Ф. Новая модель геоизостазии // Труды ХХVII сессии Международного гео- логического конгресса. – Москва, 1984. – С. 438-439. 20. Тяпкин К.Ф., Гонтаренко В.Н. Системы разломов Украинского щита. – Киев: Наукова думка, 1990. – 184 с. 21. Тяпкін К.Ф., Тяпкін О.К., Якимчук М.А. Основи геофізики. – Київ: Карбон Лтд, 2000. – 248 с. 22. Тяпкин О.К. Оценка точности формализованного прослеживания разломов по геофизи- ческим данным // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. – 1998. – № 4. – С. 161-165. 23. Тяпкин О.К. Тектонический фактор в экологической геологии // Придніпровський нау- ковий вiсник. Сер. Геологія, географія. – 1998. – № 118(185). – С. 31-38. 24. Тяпкин О.К. Применение гравиразведки для оценки состояния окружающей среды в горнодобывающих районах // Труды 26-й сессии Междунар. семинара «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей». – Екатеринбург, 1999. – С. 108-110. 25. Тяпкін О.К. Геофізичне середовище і базові геофізичні показники якості життєдіяльно- сті населення та стану навколишнього середовища // Екологія і природокористування. – Вип.2. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України. – 2000. – С.92-97. 26. Тяпкин О.К. К созданию среднемасштабной экотектонической основы по геолого- геофизическим данным // Науковий вісник Національної гірничої академії. – 2001. – № 5. – С. 32-33. 27. Тяпкин О.К. Прогнозирование развития радиологической обстановки в условиях юго- востока Украины // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. – 2001. – № 10. – С. 116-120. 28. Тяпкин О.К. Современные методологические проблемы экологического направления в геофизике // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. – Днепропет- ровск, 2002. – Т.4. - № 13. – С. 101-106. 29. Тяпкін О.К. Физико-геологическое моделирование объектов исследований геофизики техногенно-экологической безопасности // Екологія і природокористування. – Вип.6. – Дніпропетровськ: Моноліт. – 2003. – С. 148-161. 30. Тяпкин О.К. Геофизические методы решения геоэкологических задач. – Днепропет- ровск: Монолит, 2006. – 320 с. 31. Тяпкин О.К., Солдатенко В.П. Применение гравиразведки для оценки геолого- экологических последствий горнодобывающей деятельности // Геофизический журнал. – 2000. – Т.22. - № 1. – С. 21-30. 32. Україна: природна спадщина / За ред. В.В. Стецюка, С.Ю. Поповича. – Київ: Мінеколо- гії та природних ресурсів України, 2000. – 36 с. ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2008, Випуск 11 135 33. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика /Под ред. Н.Б.Дортман. – Москва: Недра, 1984. – 455 с. 34. Шапарь А.Г., Тяпкин О.К. Экогеофизические аспекты районирования промышленно и техногенно-нагруженных регионов // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. – 1999. – № 3. – С. 133-137. 35. Шапарь А.Г., Тяпкин О.К. Использование фундаментальных законов физики Земли для решения некоторых проблем экологии // Науковий вісник Національної гірничої академії. – 2002. – № 4. – С. 95-97. 36. Шапар А.Г., Тяпкін О.К., Сердюк Я.Я. Методичні вказівки щодо оцінки якості стану на- вколишнього середовища та його компонентів // Збірник методичних рекомендацій щодо впро- вадження еколого-орієнтованих технологій. – Дніпропетровськ: Моноліт, 2005. – С. 114-165. 37. Шрейдер А.А. Инверсии магнитного поля Земли и изменения в природной среде // Фи- зика Земли. – 1994. – № 9. – С. 97-101. 38. Troyan J.G., Tyapkin O.K., Bugrova H.L. Geophysical Criterias of an Estimation of Conditions of Human Activity of Population of Ukrainian Southeast // Proc. EAGE 62nd Conference and Technical Exhibition. – Vol.1. – Glasgow (UK). – 2000. – Paper A-48. – 4 p. 39. Tyapkin O.K., Shapar A.G., Troyan J.G. The Prediction of Changes of a Radiological Situation of Industrial Advanced Regions of NIS // Proc. EAGE 63rd Conference and Technical Exhibition. – Vol.2. – Amsterdam (The Netherlands). – 2001. – Paper P233. – 4 p. O.K. Tyapkin USE OF THE GEOPHYSICAL INFORMATION FOR FORMALIZATION OF THE DECISION OF GEOECOLOGICAL TASKS Institute of Problems on Nature Management and Ecology National Academy of Sciences of Ukraine The necessity development of scientific bases of new distinguished from traditional "pros- pecting" use of geophysical methods for increase of formalization of the decision of various geoecological tasks in conditions of the technogenic loaded territories of Ukraine is shown. The formalized rating of geophysical influence on quality of ability to live of the population and status of an environment is developed. The substantiation formalized of ecotectonical basis of the decision of geoecological tasks is carried out. The features of physical- technogenic-geological modeling of objects of geological-geophysical researches are shown. The concrete examples of use of the geophysical information for the decision of regional geoecological tasks are given. Надійшла до редколегії 17 листопада 2008 р. Рекомендована членом редколегії канд.геол.-мін.наук Я.Я. Сердюком
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-14404
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn XXXX-0010
language Russian
last_indexed 2025-12-07T15:37:53Z
publishDate 2008
publisher Інститут проблем природокористування та екології НАН України
record_format dspace
spelling Тяпкин, О.К.
2010-12-22T13:44:05Z
2010-12-22T13:44:05Z
2008
Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач / О.К. Тяпкин // Екологія і природокористування. — 2008. — Вип. 11. — С. 118-135. — Бібліогр.: 39 назв. — рос.
XXXX-0010
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14404
550.31
Показано необхідність розвитку наукових основ нового відмінного від традиційного «геологорозвідувального» використання геофізичних методів для підвищення формалізації (математизації) рішення різноманітних геоекологічних задач в умовах техногенно навантажених територій України. Розроблено формалізовану оцінку геофізичного впливу на якість життєдіяльності населення і стан навколишнього середовища. Проведено обґрунтування формалізованої екотектоніченої основи рішення геоекологічних задач. Показано особливості фізико-техногенно-геологічного моделювання об'єктів геолого-геофізичних досліджень. Приведено конкретні приклади використання геофізичної інформації для рішення регіональних геоекологічних задач.
Показана необходимость развитие научных основ нового отличающегося от традиционного «геологоразведочного» использования геофизических методов для повышения формализации (математизации) решения разнообразных геоэкологических задач в условиях техногенно нагруженных территорий Украины. Разработана формализованная оценка геофизического воздействия на качество жизнедеятельности населения и состояние окружающей среды. Проведено обоснование формализованной экотектонической основы решения геоэкологических задач. Показаны особенности физико-техногенно-геологического моделирования объектов геолого-геофизических исследований. Приведены конкретные примеры использования геофизической информации для решения региональных геоэкологических задач.
The necessity development of scientific bases of new distinguished from traditional "prospecting" use of geophysical methods for increase of formalization of the decision of various geoecological tasks in conditions of the technogenic loaded territories of Ukraine is shown. The formalized rating of geophysical influence on quality of ability to live of the population and status of an environment is developed. The substantiation formalized of ecotectonical basis of the decision of geoecological tasks is carried out. The features of physicaltechnogenic- geological modeling of objects of geological-geophysical researches are shown. The concrete examples of use of the geophysical information for the decision of regional geoecological tasks are given.
ru
Інститут проблем природокористування та екології НАН України
Моніторинг довкілля, екологічна та техногенна безпека
Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
Use of the geophysical information for formalization of the decision of geoecological tasks
Article
published earlier
spellingShingle Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
Тяпкин, О.К.
Моніторинг довкілля, екологічна та техногенна безпека
title Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
title_alt Use of the geophysical information for formalization of the decision of geoecological tasks
title_full Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
title_fullStr Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
title_full_unstemmed Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
title_short Использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
title_sort использование геофизической информации для формализации решения геоэкологических задач
topic Моніторинг довкілля, екологічна та техногенна безпека
topic_facet Моніторинг довкілля, екологічна та техногенна безпека
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14404
work_keys_str_mv AT tâpkinok ispolʹzovaniegeofizičeskoiinformaciidlâformalizaciirešeniâgeoékologičeskihzadač
AT tâpkinok useofthegeophysicalinformationforformalizationofthedecisionofgeoecologicaltasks