Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельностиНИР

Theoretical and experimental study of the influence of geological and anthropogenic factors on the safety of economic activity

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Изучение влияния нормальных напряжений в зоне тампонажных работ на ориентацию в плане вертикальных полостей разрывных нарушений при создании защитных экранов.
Результаты этапа: -
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Реферат Согласно техническому заданию на проведение фундаментальных научно-исследовательских работ в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова, части 2 на 2017 год, геологическим факультетом выполнялись работы по приоритетному научному направлению «Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы, безопасности хозяйственной деятельности и развития инфраструктуры России». В рамках этого направления в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности», включающей 5 подтем, по направлениям: инженерная геология, гидрогеология, геокриология, гидрогеохимия и гидрогеомеханика. Получены следующие основные результаты по перечисленным направлениям. 1. Получены новые данные о поглощающих свойствах щавелевоалюмосиликатного геля в отношении Cd, Mn, Fe, Zn, Ni, Cu - элементов-загрязнителей, характерных для свалки твердых муниципальных отходов. Продолжено изучение влияния соотношения нормальных напряжений в зоне тампонажных работ на ориентацию в плане вертикальных полостей разрывных нарушений и формирование свойств сорбента в них при создании защитных экранов; 2. Продолжена разработка методики использования данных мониторинга подземных вод на действующих водозаборах для определения геофильтрационных параметров среды. 3. Модельные исследования опасных последствий хозяйственной деятельности в различных геологических условиях на основе гидродинамических (геофильтрационных и геомиграционных) моделей; 4. Проведены исследования фотохимической деструкции растворенного органического вещества в коллоидных и растворенных формах природных водных экосистемах Европейской части России, как фоновых показали, (Северная Карелия), так и антопогенно-изменных (Владимирская область РФ), богатых органическим веществом. 5. Продолжено начатое в 2016 г. создание фактологической базы для выявления закономерностей распространения криогенных процессов БЗ морей Восточно-Сибирской Арктики и развитие теоретических основ процессов термоабразии, термоденудации, деградации субмаринных ММП и синкриогенеза прибрежно-морских отложений. Продолжены также работы по изучению криостратиграфии и изотопного состава (δ18O, δD) подземных льдов побережья моря Лаптевых как индикатора палеоклиматических условий в среднем и позднем неоплейстоцене и голоцене. Результаты исследований представлены, соответственно, в пяти главах настоящего отчета.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Исследования ЛОГС в 2018 г. выполнялись по направлению «Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы, безопасности хозяйственной деятельности и развития инфраструктуры России». Фундаментальные исследования проводятся по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности», включающей 5 подтем, по направлениям: инженерная геология, гидрогеология, геокриология, гидрогеохимия и гидрогеомеханика. Получены следующие основные результаты по перечисленным направлениям. Подтема 1. Геохимические барьеры Оценка эффективности работы защитного противофильтрационного сорбирующего экрана основана на получении экспериментальным путем «выходной кривой» - зависимости изменения концентрации загрязнителей от объема профильтровавшегося через образец экрана раствора. Природные и искусственные геохимические барьеры, которые оцениваются как экраны на пути миграции загрязнителей подземных вод в районах размещения промышленных и бытовых отходов, имеют, как правило, коэффициенты фильтрации, не превышающие 0,01 м/сут. Поэтому на получение «выходной кривой» может уходить 2-3 недели, а иногда и месяц, что затрудняет получение данных для оценки эффективности работы сорбирующего экрана. Сокращение времени получения «выходной кривой» может быть достигнуто в результате увеличения скорости фильтрации за счет повышения градиента фильтрации раствора через образец геохимического барьера. Однако увеличение градиента и, соответственно, скорости фильтрации может привести к «проскоку» загрязнителей, не успевших испытать поглощающее действие материала барьера. Таким образом, условия проведения экспериментов по получению «выходных кривых» должны обеспечить, с одной стороны, максимальную скорость фильтрации испытуемого раствора, а с другой – не нарушить кинетику сорбционного процесса. Выполненный комплекс экспериментальных исследований позволил определить для ряда различных по составу геохимических барьеров (глинистых грунтов и искусственных экранов) предельно допустимую скорость фильтрации раствора с загрязнителем, при которой получаемые выходные кривые пригодны для дальнейшей обработки методом математического моделирования и расчета миграционных параметров элемента-загрязнителя. Полученные результаты дают основание принять, например, для песчано-гелевого материала геохимического барьера максимально допустимую скорость фильтрации 1,2 м/сут. Проведение экспериментов при максимально допустимой скорости фильтрации позволяет значительно ускорить получение результатов по оценке эффективности работы защитных экранов. В 2018 году ЛОГС выступила в качестве разработчика конструкции и технологии создания противофильтрационной сорбирующей завесы по периметру ликвидируемой свалки в районе Печатники г. Москвы. В разработке проектных решений по завесе использованы результаты многолетних фундаментальных исследований ЛОГС по массопереносу загрязнителей водных ресурсов в природных грунтах и искусственных экранах, создаваемых инъекционным способом. Впервые (результаты А.Л.Лебедева и И.В.Авилиной) проведена обработка экспериментальных данных кинетики реакции растворения гипсоангидритовых пород в воде. Кинетическое уравнение составлено в виде балансового уравнения кинетики растворения гипса, ангидрита (соответственно, первого и второго порядков) и кинетики осаждения гипса второго порядка. Обработка кинетических кривых проводилась на основе решения уравнения Риккати. Предполагается использовать полученные параметры кинетики растворения гипсоангидритовых пород в воде при расчетах массопереноса в подземных водах. Подтема 2. Гидрогеологические исследования Получили развитие методы использования данных мониторинга действующих водозаборов для оценки геофильтрационных параметров водоносных горизонтов. Автоматический анализ данных колебаний уровня подземных вод с использованием метода Джейкоба для определения проводимости. Разработаны основы процедуры автоматического анализа данных колебаний уровня подземных вод с использованием метода Джейкоба для определения проводимости. и отбраковки исходных данных. Подтема 3. Гидрогеомеханические исследования в строительном проектировании и изысканиях с применением научного программирования Разработан интерфейс и решающие блоки для моделирования специальных случаев в программах профильной фильтрации PERFIL, фильтрационной нелинейной консолидации SINK, профильной осесимметричной фильтрации при откачках и наливах 1WELL, гидрогеомеханических расчетов устойчивости склонов SLUMP Разработан и подготовлен для утверждения в Минстрое РФ раздел «Гидрогеологические исследования» Свода правил «ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ» для Технического комитета по стандартизации ТК 465 “Строительство” РОССТАНДАРТА РФ Разработана методика и улучшены программы моделирования фильтрации для использования в полевых испытаниях противофильтрационных экранов Разработана модель фильтрации при инъекции из несовершенной скважины Выполнены работы по договору геол. ф-та МГУ с ООО «Каналсетьпроект» «Оценка устойчивости склона по объекту «Выполнение противооползневых мероприятий на участке склона, прилегающего к очистным сооружениям №1 по адресу: Проектируемый проезд №1608 на пересечении с ул. Винницкой района Раменки (Мичуринский проспект, кварталы 5-6)» Подтема 4. Геокриологические исследования побережья Восточно-Сибирской Арктики В соответствии с планом госбюджетных НИР в 2018 г. проводилось изучение развития криогенных процессов на шельфе и арктических низменностях, прилегающих к морям Лаптевых, Восточно-Сибирского и Карского. Результатом исследований явилось получение: 1) новых представлений по накоплению и синкриогенезу прибрежно-морских осадков на мелководьях перечисленных морей; 2) новых представлений о деградации реликтовых субмаринных мерзлых толщ, их современному распространению и состоянию на шельфе моря Лаптевых; 3) новых данных по изотопному составу (δ18О, δD) современных атмосферных осадков, снежного покрова, современных ростков жильных льдов Восточного сектора Российской Арктики, оценка потенциала и текущего состояния палеоклиматологии на основе изотопного анализа повторно-жильных льдов. Итогом исследований по первому направлению явилась разработка представлений о формировании на участках предшествующего размыва новообразованных островов. Показано, что их кольцеобразная форма обусловлена участием стамух в осадконакоплении, а их фиксация на месте - сингенетическим промерзанием формирующихся осадков. На мелководьях морей Лаптевых и Восточно-Сибирского формирование таких островов также связано с современным потеплением и сокращением ледовитости. Последние обусловливают переизбыток оттаявших осадков, способных к переносу и аккумуляции. На северо-востоке Карского шельфа определяющую роль играет глыбовый состав продуктов разрушения горных пород, слагающих многие острова. Их перенос на большие глубины в условиях короткого безледного сезона затруднен. Поэтому они фиксируются промерзанием близ мест их образования. Основные результаты исследований по второму направлению можно сформулировать следующим образом. 1. Разработана методика геокриологического геоинформационного картографирования арктического шельфа. Она базируется на методике теплового математического моделирования эволюции и современного состояния криолитозоны и программно управляемого создания и использования карт на основе ГИС и баз картографических данных и знаний. 2. Впервые составлена геоинформационная карта геокриологического районирования масштаба 1: 2 500 000 моря Лаптевых. Основными элементами содержания карты являются: - распространение, глубина залегания кровли и мощность толщ реликтовых ММП; - ММП, генезис и возраст которых в настоящее время дискутируется; - голоценовые (современные) ММП прибрежно- и аллювиально-морских отложений; - геокриологические и другие парагенетически связанные с ними процессы и явления. 3. Установлено, что два высокоширотных арктических шельфа морей Карского и Лаптевых кардинально отличаются по распространению и мощности мерзлых толщ. Карскому шельфу свойственны преимущественно прерывистые и островные ММП мощностью до 100-200 м, Лаптевоморскому — сплошные мерзлые толщи мощностью до 500-600 м. Карский шельф в позднем плейстоцене был защищен от атмосферного холода сменяющими друг друга во времени ледниковыми и водными покровами. Возраст его мерзлых толщ — сартанский (25-11,5 т.л.н.). Подобной защиты внеледниковый шельф моря Лаптевых не имел, он промерзал со 120 т.л.н. до момента затопления в ходе позднеплейстоцен-голоценовой трансгрессии моря, наступавшим от 15 т.л.н. до 0 т.л.н. на изобатах от 120 до 0 м соответственно. По исследованиям в соответствии с первым направлением опубликованы одна статья в журнале GEOGRAPHY, ENVIROMENT, SUSTAINABILITY и семь докладов в трудах международных и российских конференций. По исследованиям, связанным со второй задачей, опубликованы два доклада в трудах расширенного заседания Ученого Совета по криологии Земли. Основные результаты по третьему направлению исследований. Изотопный состав как поверхностных, так и подземных льдов несет в себе палеоклиматическую информацию. В последние годы результаты изотопного анализа повторно-жильных льдов (ПЖЛ) все чаще и успешнее используются в качестве архивов для изучения палеоклиматических, палеотемпературных условий их формирования. Надежность интерпретации изотопных данных зависит не только от знания основных закономерностей распределения 2Н и 18О в различных типах подземных льдов, но и от понимания механизмов и возможности количественной оценки масштабов фракционирования изотопов водорода и кислорода в различных процессах превращения воды в многокомпонентной системе атмосфера - многолетнемерзлые породы. Чтобы полностью использовать возможности и потенциал изотопного анализа подземных льдов, необходимо улучшить понимание процессов, связанных с морозобойным растрескиванием, заполнением трещин, ростом ледяных жил. Дальнейший прогресс необходим также в датировании подземных льдов и в разработке возрастных моделей, принимая во внимание специфические особенности роста ледяного клина. Особое внимание следует уделить вопросам возможных трансформаций зимних атмосферных осадков в период снегонакопления и снеготаяния и сохранения первичного изотопного сигнала в повторно-жильных льдах. Текущее состояние проблем, существующие пробелы в знаниях и приоритетные направления для будущих исследований повторно-жильных льдов были рассмотрены в статье, опубликованной в журнале Permafrost and Periglacial Processes, 2018; 1–11. https://doi.org/10.1002/ppp.1980. Были продолжены начатые в 2016, 2017 годах работы по исследованию трансформаций изотопного состава атмосферных осадков и снежного покрова в дельте Лены. Полевые работы велись на базе научной станции СО РАН «Остров Самойловский» в составе российско-германской совместной экспедиции. Результаты работ были доложены на Международном симпозиуме «20 лет Ленских экспедиций 17-19 октября 2018, Санкт-Петербург». Подтема 5. Гидрогеохимические исследования Натурные эксперименты по теме «Исследование процесса фотодеструкции органоминеральных соединений природных вод» показали, что при инсоляции исследованных проб почвенных и болотных вод происходит разрушение природного органического вещества. Наиболее заметно процессы деструкции органических веществ под влиянием солнечного излучения в исследованных пробах происходят в первые 3–5 дней. Установлено, что во всех изученных пробах после облучения увеличивается содержание алифатических карбоновых кислот и бензолкарбоновых кислот, которые представляют собой продукты деструкции высокомолекулярного РОВ. Одновременно с процессами образования низкомолекулярных органических лигандов происходит формирование коллоидных частиц гидроксида железа, на которых сорбированны и/или окклюдированы в них органические соединения. Фотодеструкция органических соединений в природных водах сопровождается изменением форм нахождения и, следовательно, миграции таких металлов, как Ni, Cu, Zn и Cd, – количество их отрицательно заряженных комплексов при инсоляции возрастает в болотных водах и понижается в почвенных водах.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: Подтема: "Геохимические барьеры" Исследования включали изучение различных методов обработки фильтрата полигона ТБО (на примере фильтрата полигона ПТБО Саларьево) для разрушения органо-металлических комплексов с целью последующего использования природной глинистой грунтовой толщи в качестве геохимического барьера против распространения загрязнителей. Для снижения уровня загрязнения фильтрационных вод были опробованы метод озонирования и внесения добавок пероксида кальция. Использованный режим озонирования (2г/л в течение 20 мин) дал снижение содержания только Сr, Mn, Fe, Zn, Sr, Mo, а довести их до уровня ПДК р/х удалось лишь у Al и Ca. ХПК снизился после первого озонирования на 46%, при этом содержание углерода не изменилось, а после второго озонирования ХПК не изменился, но Сорг снизился на 13%. Полученные результаты не свидетельствуют о неэффективности метода, а говорят лишь о том, что при озонировании параметры процесса: концентрация озона и время его воздействия, определяют результат. Подбор режима имеет первостепенное значение, а он, в свою очередь, зависит от состава и концентрации соединений в обрабатываемом растворе. Очевидно, в данном случае необходимо воздействие более концентрированным озоном. Обработка фильтрата путем добавления пероксида кальция (ПК) показала значительный окислительный эффект. ХПК снизился на 56%, содержание органического углерода - на 42%, сульфатов – на 33% и азота – на 51%. Содержание большинства металлов (V, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al) в фильтрате после взаимодействия с CaO2 (1 сут.) снизилось до нормированного уровня ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. B, Cr, Cu и Mo демонстрирует уменьшение концентраций в исследуемых стоках (от 36% для бора до 77% для меди), но их значения превышают ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Внедрение экспериментальных и теоретических разработок осуществлено на производственном объекте - полигоне твердых промышленных и бытовых отходов Саларьево. Для этого объекта разработана технология создания противофильтрационной сорбирующей завесы для защиты от распространения загрязнителей подземных вод за пределы полигона. Подтема: "Комплексное физико-химическое исследование металлоорганических коллоидов, контролирующих миграцию макро- и микроэлементов для разработки критериев использования природных органических веществ в качестве накопителей тяжелых металлов". Исследования проводились на водосборных бассейнах небольших ручьев (длины ручьев не превышают 2 км), расположенных на юге (Владимирская область) и севере (Северная Карелия) бореальной зоны. На территории каждого исследуемого водосборного бассейна отбирались пробы почвенных вод (ПВ), болот, ручьев и депонирующих водоемов. Было получено, что в ряду: гравитационные почвенные воды – болото – ручей – депонирующее озеро возрастает количество комплексов с низкомолекулярными лигандами и доля свободных ионов металлов. Показано, что различия в формах миграции металлов в исследованном ряду природных вод обусловлены изменением распределения по размерным фракциям их соединений и количеств их комплексов с органическим веществом различной природы. Большинство изученных элементов (за исключением щелочных) преимущественно представлены соединениями размеров 100 кДа – 0,1 мкм в почвенных водах, <10 кДа в водах болот и ручьев, и <1 кДа в водах озер. При этом в почвенных водах специфические органические соединения могут стабилизировать коллоиды гидроксида железа, с которыми осуществляется транспорт других металлов, в то время как в водах болот, ручьев и озер большую роль в связывании металлов играют низкомолекулярные органические соединения. Проведены также исследования образцов природных вод (болот, ручьев и рек) Вологодской, Ярославской, Владимирской областей и республики Карелия. Пробы в герметично закрытых кварцевых стаканах размещались под солнцем. Эксперименты длились 10 суток. В условиях проведенных экспериментов происходило разрушение РОВ в пробах исследуемых природных вод под действием солнечного света. В исследуемых образцах наблюдалось снижение содержания гуминовых веществ и Сорг, что связано с: - разрушением молекул до СО2 в процессе минерализации; - образованием более высокомолекулярных соединений, представляющих собой гидроксиды железа, стабилизированные органическими веществами. В качестве продуктов деструкции наблюдалось образование низкомолекулярных органических соединений (<1 кДа), с которыми связаны такие металлы как Co, Ni, Zn, Cd. Al, Cr, Cu выводились из раствора вместе с образующимися органо-минеральными коллоидами, что может привести к накоплению их в донных отложениях. Вызванное солнечным светом окисление Fe (II) в болотной воде привело к удалению более тяжелых изотопов Fe (от +1,5 до +2,5‰) из раствора, что согласуется с осаждением гидроксида Fe (III) из раствора. В целом, био- и фотодеградация органо-железистых коллоидов, происходящая в течение нескольких дней воздействия, может привести к изменению изотопного состава (несколько промилле) в мелководных стоячих и проточных внутренних водах высокоширотных бореальных регионов. Подтема: «Гидрогеомеханические исследования в строительном проектировании и изысканиях с применением научного программирования» В рамках подтемы выполнены научно-прикладные исследования и получены результаты, которые нашли отражение в практике строительного проектирования и инженерных изысканий в строительстве, учебной и общественно-научной деятельности. • Научно-исследовательская работа по изучению влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности на объектах строительного проектирования o Выполнены: рекогносцировочное обследование, анализ прочностных параметров грунтов, расчеты устойчивости в диапазоне параметров, рекомендации по обеспечению устойчивости склона долины р. Раменки. Результаты обосновывают проект противооползневых мероприятий на участке склона, прилегающего к очистным сооружениям №1 по адресу: Проектируемый проезд №1608 на пересечении с ул. Винницкой района Раменки (Мичуринский проспект, кварталы 5-6). o Выполнено на основании опытных откачек изучение фильтрационных параметров аллювия долины р. Волги для оценки подпора как геологического и техногенного фактора, влияющего на безопасность хозяйственной деятельности после строительства Нижегородского низконапорного гидроузла. Выполнены работы по планированию, интерпретации и обработке опытных данных. o Разработана гидрогеомеханическая схема силового влияния притока к щиту подвижного тоннелепроходческого механизированного комплекса с гидро-(грунто)-пригрузом и противодавлением на забой. На основе разработанной модели выполнены расчеты фильтрации, напряженного состояния с учетом фильтрационной силы и гидростатического взвешивания. Для обеспечения безопасного регламента работы персонала в забое при проходке тоннеля предложен способ расчета давления на забой с учетом результатов фильтрационных расчетов на основе математического моделирования фильтрации МКЭ в цилиндрических координатах. Решение позволяет получить распределение удельной фильтрационной силы на забое щита для оптимизации скорости проходки и задания противодавления в камере кессонирования. o Разработан новый метод откачки через забой колодца или скважины большого диаметра для определения коэффициента фильтрации горных пород для экспериментального изучения влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности. Метод использует данные начального периода, который характеризуется существенным влиянием емкости ствола скважины на понижения напоров, которое ранее рассматривалось как фактор искажения режима в период работы упругой водоотдачи пласта. В разработанном методе предложены расчетные графики и зависимости, применимые к условиям постоянного дебита на устье скважины при переменной величине притока к забою. Метод разработан на основе анализа натурных опытов и численного моделирования фильтрации. o В рамках изучения влияния техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности выполнен анализ гидрогеологических условий территории размещения полигона ТБО Саларьево и сравнительная оценка эффективности мероприятий экологической защиты. Заключение по условиям залегания и характеристикам потока подземных вод (верховодки, линз, грунтовых вод) в толще спорадического обводнения морены и эффективности защитных мероприятий выполнено с использованием балансовых, статистических и модельных построений. Целевой задачей дополнительного анализа является оптимизация мер защиты. • Разработка в составе подкомитета «Инженерные изыскания» (ПК1) Технического комитета 465 «Строительство» (ТК 465) при Росстандарте РФ научно-методических основ нормативно-правовой базы инженерных изысканий и подготовка к принятию Минстроем РФ документов: o Подготовлен состав гидрогеологических работ для включения в свод правил изысканий. Документ представлен в Минстрой РФ и введен в действие СП 420.1325800.2018 «Инженерные изыскания для строительства в районах развития оползневых процессов. Общие требования». М. 2019. Минстрой России, 60 с. o Завершена научно-методическая разработка и редакционное оформление раздела «Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий». Свод правил определяет порядок планирования и проведения инженерных изысканий для строительного проектирования по разделу гидрогеологических исследований с учетом поступивших за период подготовки замечаний производственных и научных организаций, касающихся полевых работ – опытно-фильтрационных работ, составления карт гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод, применимости экспресс-откачек и наливов в скважинах, комплекса работ по определению статических уровней воды в скважинах и др. Свод правил СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ». Москва, 2019. Минстрой России, 139 с. (автор раздела гидрогеологических исследований М.В. Лехов) введен в действие приказом Минстроя РФ o Проведен анализ материалов для переработки и составления актуализированного (нового) Межгосударственного стандарта ГОСТ 23278 «Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости» в Межгосударственном совете по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). Разработка ведется по пути упрощения и смягчения требований, предъявляемых к опытным работам при оставлении принципиальной позиции, касающейся требований к кустовым откачкам (наливам) как единственному обоснованному методу получения достоверных параметров водоносных горизонтов. o Проведены модельные расчеты и подготовлены выводы относительно разработки специальных требований к определению установившихся уровней воды в скважинах, характеризующих уровни грунтовых вод, особенно в породах с низкой проницаемостью. Материалы переданы в организацию, ведущую разработку нормативной документации постановки и проведения инженерных изысканий в Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве, ООО ИГИИС (Отдел контроля качества полевых инженерных изысканий). • Разработка программного обеспечения гидрогеологических, гидрогеомеханических исследований и учебных занятий o Разработаны методические вопросы профильно-радиального моделирования методом конечных элементов распространения инъекционного потока из скважины в цилиндрических координатах, а также захвата загрязнителя скважиной в нестационарной постановке. Решение учитывает границу поступления или разгрузки потока, слоистую и зональную неоднородность пласта в разрезе по проницаемости и упругой ёмкости, свободную поверхность. o Разработана программа расчета оползневой устойчивости склонов и откосов с учетом сил гидростатики и гидродинамики методами Терцаги, Крэя, Флорина, Вяземского-Ягодина, Бишопа, Джанбу, Шахунянца (аналитический), Чугаева-Кадомского, Моргенштерна-Прайса в модификации Можевитинова. Программа имеет уникальный характер, - учитывает фильтрационные силы и гидравлику затопленного основания склона, реализует несравнимо большее количество методов в сравнении с программами-аналогами. Программа используется в практике инженерных изысканий в строительстве. o Разработана программа моделирования кратковременных откачек и наливов (экспресс, slug test). Численное решение МКЭ имеет полный учет действующих и искажающих факторов. Программа разработана для практиков-гидрогеологов, имеет назначение демонстрировать ошибочные стороны и недостаточность данных одиночных экспесс-опытов. Проведены сравнительные модельные расчеты, сделаны выводы относительно пригодности опытов для получения достоверных параметров проницаемости горных пород. Подтема: "Геокриологические исследования в Арктике" Установлена активизация термогенных процессов (термоабразии, термоденудации, термокарста, деградации шельфовых мерзлых толщ) в результате потепления климата и сокращения ледовитости морей Российской Арктики. Установлена также связь развития этих процессов с геологическим строением: тектоническими структурами, морфоструктурами, льдистостью пород и типами подземного льда.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В соответствии с направлениями исследований ЛОГС (в рамках единой темы выделены 4 подтемы: 1. геохимические барьеры, 2. изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3. математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4. изучение криогенных процессов в Арктике) и поставленными на 2020 год задачами, выполнено следующее. По подтеме 1 получила развитие методика определения параметров миграции элементов в дисперсных средах (природных глинистых грунтах и материалах искусственных сорбирующих экранов). Для математического моделирования массопереноса в геохимическом барьере разработано усовершенствованное решение уравнения массопереноса. Начато исследование роли молекулярной диффузии в сорбционном процессе при изучении поглощающих свойств грунтов в динамических условиях при разных скоростях фильтрации. Исследовался допустимый диапазон скоростей фильтрации, в пределах которого молекулярная диффузия не сказывается на получаемой величине поглощающей способности. Эксперименты проводились на песчано-гелевом сорбенте, разработанном в ЛОГС в качестве материала для создания искусственных геохимических барьеров. Продолжено изучение роли напряженного состояния грунтового массива в формировании полостей гидроразрыва при создании вертикальных защитных экранов инъекционным способом. По подтеме 2 изучена фотодеструкция органо-минеральных коллоидов болотной воды, индуцированная УФ-облучением. Выявлены два одновременно протекающих процесса трансформации форм нахождения РОВ и металлов: распад высокомолекулярных органо-минеральных коллоидов на низкомолекулярные комплексы РОВ и металлов и образование дисперсных агрегатов металлов и органического вещества. При УФ-облучении природной воды из раствора удалялось до 70% исходного РОВ, причем значительная его часть выделялась в виде CO2 (20%), трансформировалась в HCO3- (9%) и коагулировалась в виде твердых частиц вместе с гидроксидом Fe (41%). Результаты данного исследования показывают, что УФ-облучение эффективно удаляет из раствора не только растворенный органический углерод и Fe, но также и некоторые металлы-микроэлементы. Проведенные исследования влияния инсоляции на формы металлов и органические вещества с образцами природных вод (болот, ручьев и рек) Вологодской, Ярославской, Владимирской областей и республики Карелия показали, что большая часть Fe, Cd, Cu и Pb во всех объектах исследования представлена комплексами с органическими лигандами. Для Ni и Zn в водах одной из рек и всех озер преобладающей формой является неорганическая. Полученные данные могут быть учтены при прогнозировании поведения металлов в поверхностных водах, а также могут послужить базой при разработке предложений по корректировке и/или актуализации ПДК для металлов в природных водах. По подтеме 3 разработан новый метод обработки данных восстановления в скважине после кратковременной откачки из скважины (налива в скважину) для определения коэффициента фильтрации горных пород в задачах экспериментального изучения влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности. Метод разработан на основе анализа натурных опытов и численного моделирования фильтрации. Разработаны научно-методические основы нормативно-правовой базы инженерных изысканий и подготовлены к принятию Минстроем РФ: Свод правил СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ». Москва, 2019. Минстрой России, 139 с. (автор раздела гидрогеологических исследований М.В. Лехов) введен в действие приказом Минстроя РФ c 2020 г. Разработаны: 1-й вариант программы «CrossNet» предпроцессорной подготовки данных для моделей профильного моделирования фильтрации и напряженного состояния оползневых склонов с построением параметрически охарактеризованного разреза; программа численного моделирования фильтрации МКЭ для решения задач планирования и обработки данных откачек и наливов в специфических условиях. По подтеме 4 проведены исследования, связанные с необходимостью минимизации экологических рисков при поисках и разведке минерального сырья на шельфе, в связи с возрастающей ролью грузоперевозок по Северному морскому пути. Современные темпы деградации субмаринных мерзлых пород необходимо также знать для составления сценариев потепления климата. Выполнена оценка распространения и мощности деградирующей в настоящее время субмаринной мерзлой толщи. Выявлено влияния оледенения среднего плейстоцена на существование и параметры мерзлых толщ и зоны стабильности гидратов газов в районе, прилегающем к островам Новая Сибирь и Фаддеевский (северо-запад Восточно-Сибирского шельфа). Выявлен седиментогенез и промерзание формирующихся положительных форм рельефа на мелководьях: установлено, что формирование новых островов (Яя и Наносный) связано с 1,5-2 кратным увеличением продолжительности безлёдного сезона в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском. Проведена палеогеографическая и палеомерзлотная интерпретация результатов изотопного состава подземных льдов побережья.
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2021 г. в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1. геохимические барьеры, 2. изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, кинетики растворения вещества, 3. математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4. изучение криогенных процессов в Арктике. В соответствии с этими направлениями и поставленными на 2021 год задачами, выполнено следующее. По подтеме 1 исследованы 3 разновидности природных глин как материалы для создания барьеров безопасности при захоронении радиоактивных отходов. Изучено сорбционное поведение 8 элементов - имитаторов радионуклидов (Sr, Cs, U, Ba, Th, Nd, Dy, Re). Определены коэффициенты распределения и рассчитаны параметры миграции этих элементов в трех глинистых грунтах. На основе математического моделирования выполнена оценка эффективности исследованных грунтов в качестве поглощающих барьеров безопасности для радионуклидов. Освоена новая математическая модель «НИМФА» для прогнозного моделирования миграции радионуклидов. Продолжены исследования растворимости гипсоангидритов. В результате проведения детального исследования кинетических кривых в виде зависимостей C(t), полученных при растворении литологических разностей гипсоангидритов в водных растворах (5-25ºC; Р 0.1 МПа) установлена модель кинетики процесса растворения и гидратации ангидрита в воде на основе системы уравнений одновременного растворения гипса и ангидрита, для начальных стадий процесса гидратации. Основные результаты : уточнена константа скорости реакции растворения ангидрита в воде (k2 = 0.001 см4/(ммоль•с); построена диаграмма равновесия в системе “гипс – ангидрит – вода” (25ºC; Р 0.1 МПа); получены линейные зависимости скоростей реакций вида (dC/dt) от С. Оказалось, что свободные члены этих прямых определяются содержанием гипса и ангидрита в горной породе, а угловые коэффициенты инвариантны. Исследования по подтеме 2 проводились по направлениям: 1. «Оценка чувствительности к фотодеградации органических веществ, контролирующих формы нахождения элементов в природных водах», 2. «Оценка устойчивости гуминовых веществ при гидропиролизе». В результате полевых и лабораторных работ проведена оценка влияния инсоляции на трансформацию органо-минеральных соединений и формы металлов в болотных и речных водах. Получены новые данные о процессе гидропиролиза гуминовых кислот и дана оценка их термической устойчивости. По подтеме 3 осуществлена разработка моделей и программного обеспечения прогностических и экспериментальных исследований гидрогеомеханики при изучении закономерностей воздействия подземных вод на природно-технические системы. По подтеме 4 получены новые данные о современных криогенных процессах в Восточно-Сибирской Арктике: 1) деградации субмаринных и субаэральных мерзлых толщ, положении границ зоны стабильности гидратов газов, 2) современном криогенном морфолитогенезе на мелководьях в условиях потепления климата, сокращении ледовитости арктических морей и современных сейсмотектонических движениях; 3) криогенной динамике прибрежных равнин и островов (с помощью изотопных методов). Результаты исследований опубликованы в следующих трудах. 3 коллективные монографии с участием сотрудников ЛОГС 5 статей в рецензируемых журналах 12 статей в сборниках 13 докладов на конференциях 9 публикаций тезисов научных конференций
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2022 г. в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1) геохимические барьеры и кинетика растворения вещества, 2) изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3) математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4) изучение криогенных процессов в Арктике. Подтема 1. В результате исследования гранулометрического и минерального состава, а также емкости катионного обмена пяти разновидностей промышленных бентонитов Зырянского месторождения выделен образец бентонита марки ПБМВ, как наиболее перспективный в качестве материала барьера безопасности при захоронении РАО. Для бентонита ПБМВ получены параметры поглощения: сорбционная емкость и коэффициенты распределения Kd по 7 элементам (имитаторам 9 радионуклидов): Cs, Sr, U, Th, Ba (аналог Ra), Nd и Dy (аналоги Am-241, Cm-244), Re (имитатор технеция Tc). Проанализированы особенности поглощения элементов на данном образце бентонита, в частности: эффективное поглощение переходных элементов - редкоземельных Nd и Dy, а также Th, благодаря их склонности к гидролизу и таким образом, вкладу осаждения в процесс сорбции. Выявлено относительно слабое поглощение U из-за высокой щелочности бентонита, а также отсутствие сорбции Re, образующего несорбирующиеся отрицательно заряженные оксоанионы. По результатам исследований сделано 6 докладов на конференциях, опубликовано 4 тезисов в сборниках трудов конференций, 3 статьи в сборниках, 2 статьи в журналах, 1 статья сдана в печать. Подтема 2. Показано, что растворенные органические вещества поверхностных вод оказывают значительное влияние на формы нахождения и миграции металлов. Установлено, что стабильность коллоидных соединений металлов при высоком их содержании в системе зависит от концентрации природного органического вещества. Низкое содержание органических соединений, особенно ГВ, в водах может способствовать быстрой коагуляции минеральных коллоидов, и соответственно, высокой скорости их седиментации. При этом фотохимическое окисление органо-минеральных соединений так же может приводить к снижению концентрации металлов (Al, V, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Cd, Pb) в водных системах ниже по течению и их прогрессивному накоплению в донных отложениях. В то же время, увеличение низкомолекулярных соединений Co и Ni может сделать последние потенциально более доступными для биодеградации. По результатам исследований сделано 4 доклада на конференциях, опубликовано 2 статьи в сборниках и 4 статьи в журналах. Подтема 3. МКЭ не нашел достаточно широкого применения в отечественной практике фильтрационных модельных исследований. Одной из причин, возможно, является трудоемкость процесса разбивки, приспособленной к сложным очертаниям границ и свободной поверхности. В конечных разностях используется регулярная ортогональная сетка, строить которую и назначать нумерацию узлов удобно. Конечноэлементная разбивка многовариантна. Учитывая удобство привычной (из конечноразностных схем) разбивки области с использованием двух семейств пересекающихся линий, в программной системе PERFIL\CROSSNET сетка строится так же - с помощью вертикальных линий и линий невертикального направления. Четырехугольные блоки автоматически делятся программой на пары треугольных элементов. Такая разбивка дает возможность регулярной двухмерной (табличной) нумерации узлов и элементов, что удобно как при подготовке и вводе данных, так и при анализе результатов. Существенным препятствием использованию МКЭ долгое время являлась потребность в большой оперативной памяти компьютера для массивов параметров и коэффициентов решающей матрицы, размер которой находится в квадратичной зависимости от количества узлов сетки. Для увеличения максимального количества узлов модели потребовалась разработка приемов уплотнения матриц в процедуре исключения Гаусса. В настоящее время проблема с памятью неактуальна, но разработанная модификация метода Гаусса на больших сетках дает заметный выигрыш по скорости, учитывая, что нелинейность задачи и граничных условий требует применения итерационного счета. Программа CROSSNET (2022) создавалась в линейке программ конечноэлементного моделирования TETRAGON – PERFIL – 1WELL. Разработка программы профильного моделирования осуществлялась, исходя из реальных потребностей проведения прогнозных и разведочных расчетов на проектируемых или реконструируемых гидротехнических, теплоэнергетических, горнодобывающих и городских объектах в самых разнообразных природных условиях. В процессе работы учитывались возникающие потребности в моделировании дополнительных случаев и в удобстве операторской работы. Подтема 4. По этим работам в 2022 г. сделаны три доклада и опубликованы две статьи в сборниках конференций. «Больным местом» для моделирования является верификация его результатов. В этих целях по результатам моделирования и геотермическим данным предпринята оценка мощности ММП острова Новая Сибирь. По результатам исследований сдана статья в «Вестник Санкт-Петербургского университета, Науки о Земле», сделан доклад и опубликована статья в сборнике конференций. Сделан также доклад и опубликована статья об изученности криолитозоны Баренцево-Карского шельфа. В исследовании лагунных берегов Таймыра и прилегающего притаймырского мелководья выявлено, что ведущим фактором образования эстуариев в устьевых частях рек и ручьев, преобразуемых в дальнейшем в лагуны, является морской лед. Показано, что в холодное средневековье зона воздействия льда смещалась на север. Интерпретация дешифрируемых образований убеждает авторов в существовании предпосылок для расчленения арктического пояса морских берегов и берегоформирующих процессов на две зоны: южную и северную. В первой из них одними из ведущих являются криогенные процессы, во второй – ледовые. Результаты работ доложены на двух конференциях, опубликована в тезисах ИКИ РАН.
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2023 г. в ЛОГС выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1) геохимические барьеры и кинетика растворения вещества, 2) изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3) математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4) изучение криогенных процессов в Арктике. Подтема 1 «Геохимические барьеры» В 2023 г. по подтеме 1 (в рамках общей госбюджетной темы ЛОГС) были выполнены исследования по следующим направлениям: 1) обобщение полученных в ЛОГС многолетних данных о поглощающей способности щавелевоалюмосиликатного геля в отношении тяжелых металлов, выразившееся в создании руководства по производству песчано-гелевого материала для создания проницаемых сорбирующих экранов; и 2) исследование инъекционного раствора на основе эпоксидной смолы и коллоидного кремнезема для создания противофильтрационной завесы против утечек рассолов из шламохранилища отходов калийного производства. Результаты научной работы по двум названным направлениям нашли применение в практике в рамках договорных НИР. Продолжено также изучение кинетики растворения гипса с целью получения констант скорости растворения для прогнозного моделирования поведения растворимых пород: гипса и ангидрита. В ходе выполнения проекта «Разработка технического регламента на производство и применение песчано-гелевых материалов для сооружения противомиграционных завес» обобщен опыт лабораторных исследований песчано-гелевых материалов (ПГМ), а также результаты полевых опытных работ с применением инновационного материала – сухого ксерогеля (ПГСМ). Это материал, приготовленный на основе песка и щавелево-алюмосиликатного геля, который после отверждения разрушается и просушивается. По сравнению с другими инъекционными растворами, используемыми для сооружения геохимических барьеров, он обладает высокой проницаемостью, зависящей от гранулометрического состава песка, используемого при его приготовлении. ПГСМ обладает такими характеристиками проницаемого реакционного барьера (ПРБ), как: а) реактивность – норма реакции и равновесия, используется, чтобы определить требуемое время эксплуатации и размер сорбирующего барьера; для того, чтобы быть эффективным, барьер должен остановить загрязнители в пределах реактивного материала; б) стабильность – реакционный материал должен быть активным и сохраняться в приповерхностной среде в течение достаточно длительного времени (в течение всего времени эксплуатации объекта), т.к. извлекать и заменять реактивную среду трудоемко и дорого; в) доступность и невысокая стоимость – реакционный материал не должен быть дефицитным и иметь разумную стоимость для осуществления рентабельной стратегии защиты водных ресурсов. Назначение и область применения ПГСМ: 1) использование в качестве горизонтального геохимического барьера для очистки жидких промышленных отходов от тяжелых металлов и радионуклидов; 2) использование в качестве вертикального геохимического проницаемого барьера при миграции загрязнителей (тяжелых металлов и радионуклидов) с потоком грунтовых вод. Полевые и лабораторные исследования подтверждают эффективность ПГСМ-Ксерогеля, как противомиграционного барьера в отношении тяжелых металлов и радионуклидов. Примером могут служить установленные величины поглощающей способности (N, мг/см3) в отношении: Pb – 1,2-4,0; Cd – 1,1-2,2; Cu – 1,0-2,0; Zn – 1,0-2,2; Fe – 5,8; Ni – 1,3-1,5; Mn – 8,1; Hg – 0,4 – 0,13; Sr – 0,1-2,1; Cs – 1,9; Nd – 1,9; Th – 3,4; U – 4,4. Сорбционные характеристики сорбционного барьера на конкретном объекте могут варьировать в зависимости от исходных концентраций элементов-загрязнителей, их количества, общей минерализации в очищаемом фильтрате. Величину N можно повысить внесением в ПГСМ-Ксерогель добавки FeS. Так, например, внесение 20% FeS в исходный материал повышает его сорбционную способность по Pb до 33, 8 мг/см3. Поэтому при использовании Ксерогеля для сооружения противомиграционного экрана на конкретном объекте необходимо проводить предварительные исследования сорбирующей способности материала в отношении конкретных загрязнителей для расчета необходимой мощности экрана с учетом гидрогеологической обстановки и инженерных задач. На основе анализа лабораторных и полевых материалов было подготовлено «Руководство по производству песчано-гелевых материалов для сооружения противомиграционных завес». В нем, в качестве основных позиций, изложены: 1) требования к материалам и компонентам для изготовления ПГСМ; 2) схема технологического процесса приготовления ПГСМ; 3) технология создания геохимического барьера на основе ПГСМ для локализации очагов загрязнения. По второму направлению (защита от утечек рассолов) выполнены исследования инъекционного раствора на основе эпоксидной смолы и коллоидного кремнезема с отвердителем полиэтиленполиамином (ПЭПА), устойчивого к агрессивной солевой среде отходов калийной добычи (раствор разработан на кафедре инженерной и экологической геологии, патент «Инъекционный раствор для закрепления пескосодержащего массива». Авторы Пензев А.П. (RU), Самарин Е.Н. (RU). ИЗ №2785603. Опубликовано: 09.12.2022 Бюл. № 34). В ходе испытаний были получены образцы закрепленного раствором песка, которые хранились в агрессивной среде рассола из шламохранилища Усольского калийного комбината компании «Еврохим». Образцы закрепленных песков готовились в инъекционных колоннах и на физических моделях с целью получения наиболее приближенных к природным условиям модифицированных грунтов. После хранения закрепленных образцов в течение 2 месяцев в разных средах (в условиях водонасыщения и насыщения рассолом) определялись их физические, прочностные и деформационные свойства и проводилось сравнение с исходными характеристиками. По полученным результатам испытаний раствор на основе эпоксидной смолы и коллоидного кремнезема можно считать перспективным для создания противофильтрационного экрана для защиты от утечек из шламохранилища в условиях агрессивной солевой среды. В дальнейшем эти исследования будут продолжены. Геофильтрационное моделирование является частью исследований при изучении распространения загрязнителей в окружающей среде. Для прогнозирования процессов засоления подземных и поверхностных вод разработаны геофильтрационная и геомиграционная модели шламохранилища Усольского калийного комбината. Модель станет основой для дальнейшего наблюдения за ситуацией с утечками. В результате анализа литературных источников определены средние значения константы скорости реакции растворения гипса в воде и энергии активации, полученные в условиях кинетического и диффузионно-кинетического контроля. Рассчитанная температурная зависимость подчиняется уравнению Аррениуса в диапазоне 0-42°C. Повышение температуры раствора (t > 42°C) вызывает перевод процесса в диффузионную область. Предположено, что граница между макрокинетическими областями скорости растворения гипса в воде при 42°C соответствует границе между стабильными состояниями гипса и ангидрита в системе “гипс-ангидрит-вода” (42°C). Это позволяет предположить, что на большей части эвапоритовых месторождений в первую очередь происходит выпадение гипса, и во вторую – ангидрита. Впервые эти результаты получены на данных кинетических экспериментов по растворению гипса. Уточнение последовательности выпадения гипса и ангидрита из раствора имеет значение при моделировании растворения этих солей в районах распространения карста. Подтема 2: «Изучение процессов образования и разрушения органо-минеральных комплексов в природных водных системах» Изучение процесса переноса вещества является одной из главных задач геохимии. Бореальная зона играет решающую роль в переносе элементов с континентов в океан в высоких широтах. Она является одной из самых уязвимых зон в мире из-за ее низкой устойчивости к промышленному воздействию, низкой продуктивности наземной биоты и ограниченной биологической активности в течение года. Изменение климата приводит к увеличению стока рек и высвобождению углерода и металлов из вечной мерзлоты, что влечет за собой изменение потоков элементов, экспортируемых в океаны, а также их форму нахождения в речных водах. Формы нахождения металлов в природных водах представляет все больший интерес и важность, поскольку токсичность, биодоступность и биогеохимическое поведение в целом сильно зависят от формы нахождения металлов в речных водах. Целью проведенных в 2023 г. исследований было определение форм нахождения металлов и растворенных органических соединений в речных водах бореальной зоны. Оценку форм нахождения металлов проводили с использованием комплекса физических (фильтрации), химических (ионообменная хроматография) и расчетных (Visual MINTEQ) методов исследования. Объектами исследования были поверхностные воды четырнадцати водных объектов бореальной зоны. Опробованные реки расположены в разных регионах европейской части России: Лундожма, Ивняшка, Кой, Ковжа, Илекса – Вологодская область; Черпайоки, Пионерка и Мга – Ленинградская область; Ухта, Оланга, Вуокса и Лемб – республика Карелия; Межа – Тверская область; Сеньга – Владимирская область В исследованных реках содержания Fe, Cu, Pb, Ni, Cd и Zn не превышают значений ПДК, за исключением Fe в реках Межа, Лундожма, Лемб и Черпайоки, что связано с физико-географическими условиями территорий (заболоченность), где протекают данные реки. По анализу спектральных данных было получено, что в реках Межа и Сеньга преобладают аллохтонные органические соединения, а в остальных реках – автохтонные. При этом реки Ивняшка, Пионерка, Вуокса и Лундожма характеризуется более высокими молекулярными массами и степенью гумификации органических соединений относительно рек Илекса, Ухта, Лемб и Кой. Было получено, что в исследованных реках бореальной зоны в период летней межени для железа преобладающей формой нахождения является коллоидная. Для меди, никеля, кадмия и цинка преобладающей формой нахождения является истинно растворенная. Для свинца четкой зависимости не наблюдается. Расчеты с использованием программы Visual MINTEQ показали, что для железа, меди и свинца характерная форма нахождения – связанная с органическим веществом. При этом практически во всех объектах исследования, кроме рек Черпайоки, Илекса и Мга, железо, медь и свинец практически 100% образуют органические комплексы. Для никеля, цинка и кадмия также преобладающая форма нахождения – связанная с органическим веществом, но не в такой степени. Экспериментальные данные показали, что Fe и Cu преобладают в виде анионных комплексов вида [MeL]n-, предположительно образованные с высокомолекулярным органическим веществом. Большая часть Pb, Ni, Cd и Zn в исследованных водах находится в виде катионных или нейтральных комплексов вида [MeL]m+ и [MeL]0, соответственно. Вероятнее всего, такие комплексы образованы с низкомолекулярными органическими лигандами, в том числе и с продуктами метаболизма биоты. Подтема 3: «Разработка моделей и программного обеспечения прогностических и экспериментальных исследований гидрогеомеханики при изучении закономерностей воздействия подземных вод на природно-технические системы (математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии)» Область приложения результатов исследований соответствует общей теме ЛОГС – прогнозирование влияния геологических и техногенных факторов на условия строительства и эксплуатации сооружений гидротехнической, теплоэнергетической, транспортной, гражданской отрасли и обеспечение безопасности хозяйственной деятельности. Для решения задач разработана и на многочисленных объектах апробирована программа моделирования CROSSNET (I этап). На II этапе охвачен ряд схем, связанных с разными типами граничных условий и нестационарными процессами. В инженерных изысканиях рассматривают грунтовые водоносные горизонты со свободной поверхностью. Это целый класс задач, требующих особого подхода к схематизации и математической формализации моделей. Анализ типовых схем и необходимых данных позволил разработать систему моделирования, которая может рассматриваться как универсальная для решения стационарных и нестационарных задач напорной и безнапорной фильтрации. Особое внимание уделено типам граничных условий. Программа моделирования содержит код решения дифференциального уравнения методом конечных элементов. Метода применителен к расчетам потока в водоносном горизонте с угловым несогласием слоев, перетеканием и инфильтрацией. Многочисленные факторы нелинейности задач: свободная поверхность, подтопление поверхности земли, осушение дренажей и подпор ложа водоемов - определяют необходимость автоматизированного итерационного поиска. Построение сетки, задание граничных условий и параметров производится непосредственно на экране. Работа с табличным и графическим редактором данных сопровождается перестроением модели после ввода каждого числового параметра. Использование программы не требует специальных теоретических знаний подземной гидродинамики и вычислительной математики. Графический конструктор сетки и наглядное представление результатов обеспечивают также возможность использования программы для ознакомления студентов с профильными моделями и практических занятий в учебном курсе инженерной гидрогеологии. В составе исследований в общей теме ЛОГС решение задач моделирования обеспечивает гидродинамическую основу, параметры при изучении развития и негативного влияния на безопасность хозяйственной деятельности процессов оползневых и осадочных деформаций, подпора, заболачивания, загрязнения подземных вод и мн. др. На основе решения могут быть получены производные характеристики – скорости, давления, гидродинамической силы. Из решения профильной задачи фильтрации следует оценка подтопления, заболачивания, подпора водоема, высачивания, устойчивости склонов и сооружений, фильтрационных потерь из водохранилищ или хранилищ отходов, загрязнения и других явлений. Работа по направлению 3 общей темы ЛОГС направлена на изучение вопросов теории, формализации гидродинамических условий и численного моделирования исторически сложившегося класса задач профильной фильтрации, несколько забытых и недостаточно описанных в литературе. Поэтому необходимо по возможности полно произвести ревизию и изложить постановку задачи, математический аппарат, алгоритм автоматизированных операций и работу с данными, т.е. представить все необходимые сведения для профильных расчетов в программной системе. Отличие от плановой задачи. Расчеты плановых потоков оперируют осредненными по вертикали напорами. Они приемлемы, когда размеры потока по площади значительно превышают мощность. В отличие от плановой задачи профильная рассматривает двухмерное, деформированное в разрезе поле напоров и производных характеристик: скоростей, расходов, давлений, гидродинамической силы. Привлекательной стороной задачи является возможность учета неоднородности разреза и задания в ограниченном интервале разреза источников возмущения: дренажей, штолен. Плановыми расчетами не может быть решена нелинейная задача поиска свободной поверхности, особенно при пересечении ею слоев, при подпоре ложа водоема и отрыве от него, при осушении дренажа. Крайне затруднено в плановых задачах выявление высачивания и заболачивания поверхности земли. Профильная модель учитывает сложные случаи залегания слоев, «врезки» сооружений. Несовершенные дренажи и водотоки, противофильтрационные завесы задаются пользователем непосредственно их размерами и сопротивлением. Граничные условия с напорами или расходами присваиваются требуемому интервалу разреза или участку поверхности земли, дна водоема. В плановых моделях, для сравнения, несовершенные дрены, завесы моделируются с применением метода фрагментов, справедливого для однородного разреза и известной мощности потока. Специфические условия возникают в профильных задачах с переменным во времени положением границы водоема, с подтоплением слоев и затоплением поверхности земли. Требования к модели. Свободная поверхность потока делает задачу нелинейной, с заранее неизвестным размером области решения. В этом случае не может быть строго задан подтопленный контур дренажа, участки подпора дна водоема, высачивания на поверхности земли, мощность подтопленной части слоев. Решение требует детерминированной формулировки граничных условий, которые могут влиять на размеры искомого гидродинамического поля. В схеме со свободной границей области ключевыми являются обоснованный выбор метода решения дифференциального уравнения, автоматизация перестроения сетки и переопределения типов граничных условий. Каждый из видов дренажей: ряд вертикальных или ряд горизонтальных скважин, горизонтальная дренажная труба, дренажная щель или пластовый дренаж - формализуется своим типом граничного условия и требует своего индивидуального расчетного блока в алгоритме программы. Помимо, собственно, математических операций с матрицами, разработана удобная подготовка сетки с заданием геометрии слоев, параметров и граничных условий непосредственно на экране, графическая визуализация результатов, файловые операции. Определенные правила отображения на экране слоев и задания граничных условий обеспечивают типовую формализацию задачи и унифицированный интерфейс программы. Область решения задачи - плоскость разреза, ограниченная снизу водоупором, сверху поверхностью земли, фундаментом сооружения, дном водоема. Поток направлен к дрене (реке, ряду скважин), положение которой фиксировано, поэтому логично начало оси координат x привязать к этому сечению, на левой границе области. Общий градиент напоров и общий уклон поверхности земли имеет положительный знак, а поток в дрену (справа налево) - отрицательный. С направлением оси x в алгоритме программы связан прием трансформации элементов сетки. При этом не исключаются участки с обратными уклонами поверхности потока, например, купол растекания под влиянием локальной инфильтрации. В пределах области функция напора имеет неразрывные производные. В случае резкого локального возмущения (при включении ряда дренажных скважин, при падении уровня водоема) схема гидравлически единой системы работает до тех пор, пока не происходит разрыв сплошности потока (другими словами, пока в области потока и на границах сохраняются неотрицательные величины гидростатического давления p ≥ 0 и пьезометрической высоты hp ≥ 0). ГУ 1-го рода задается в узлах с известным напором. Фиксированным ГУ 1-го рода может быть: • дно водоема, горизонтальной дрены с совершенной связью с подземными водами; • вертикальная граница питания или разгрузки; • горизонтальная выработка, дренирующая штольня вкрест разреза; • нижняя граница области (для тестовых расчетов). Временное ГУ 1-го рода возникает при высачивании или заболачивании поверхности земли. Заранее место высачивания неизвестно, оно может возникнуть в процессе итераций и на следующем шаге исчезнуть, если в прилегающих к узлу на поверхности выявляются нисходящие градиенты. Если напор в узле на вертикали равен или превышает ординату поверхности земли, то задается ГУ 1-го рода с признаком возможной отмены. Отрыв от поверхности земли обеспечивается проверкой названных выше условий и использованием генератора случайных чисел. Таким образом, для последующих итераций ГУ 1-го рода жестко не фиксируется. Временное ГУ 1-го рода на участке высачивания отменяется, если: • в узле под поверхностью земли получено отрицательное давление; • узел с высачиванием одиночный, а на вертикалях справа или слева его нет; • свободная поверхность образует бугор. ГУ 2-го рода с заданным расходом. На правой границе может быть задано латеральное питание потока. Расход Q, удельный по фронту, м3/сут/м, распределяется по вертикали, исходя из предпосылки о постоянном в сечении градиенте напора, которая более справедлива, чем предпосылка Дюпюи-Форхгеймера о постоянстве скоростей и напоров. Временное ГУ 2-го рода возникает в процессе итерационного счета в случае свободной инфильтрации из водоема, когда выявляется отрыв поверхности потока от ложа по всей его площади или на участке. В этом случае автоматически производится замена ГУ 3-го рода на ГУ 2-го рода. Инфильтрационный расход между соседними вертикалями учитывается, если хотя бы на одной из них имеет место отрыв. Непроницаемая граница (ГУ 2-го рода с нулевым расходом) распознается: по нижнему контуру области при отсутствии перетекания; на правой и левой вертикали, если не задано ГУ с напором или расходом, или заданы, но не по всем узлам; формально на свободной поверхности при отсутствии инфильтрации; по контуру непроницаемого сооружения. Условие учитываются при вычислении коэффициентов матрицы. Пограничные и непроницаемые элементы пропускаются. ГУ 3-го рода задается в узлах, расположенных по контуру дна водоема со слабопроницаемым экраном, на линиях вертикального и горизонтального ряда дренажных скважин. ГУ 3-го рода задается также вдоль подошвы горизонта при наличии перетекания. Расчетная схема учитывает ГУ 3-го рода путем интегрирования водообмена по сторонам четырехугольных блоков, совпадающих с контуром. • Граница может проходить точно по вертикальным или горизонтальным образующим сетки. • Граничные напоры и сопротивления должны присваиваться, по крайней мере, двум соседним узлам. Расчетные зависимости и алгоритм изложены в статье 2023 года в журнале «Инженерная геология». Как правило, профильные задачи - локальные и крупномасштабные. Основой расчета является разрез по линии тока с карты гидроизогипс. При ее отсутствии таковой используют линию тока на плановой модели, наметившей картину течения, но не способной учесть слоистую неоднородность и несовершенство границ. Расчеты фильтрации в плоскости разреза, построенного по оси ленты тока. В случае плоскопараллельной фильтрации использование разреза по линии тока не вызывает сомнений, например, в основании плотины, дамбе, склоне. Но в потоке сложной структуры, при нарастании расхода за счет перетекания, инфильтрации - положение ленты тока не очевидно. Разработка системы исходила из намерения обеспечить доступный инструмент моделирования с эффективным алгоритмом итерационного поиска свободной поверхности, участков высачивания и подпора висячих водоемов. Непременное условие для профильной задачи - графическое изображения и печать электронного разреза, удобное представление результатов: положения свободной поверхности, напоров и расходов потока в табличной и графической форме. Количество задаваемых данных должно быть сведено к минимуму, а решение - не требовать специальных знаний вычислительной математики. Должен быть предусмотрен максимально полный охват схем фильтрации в неоднородных горизонтах, в сложных гидрогеологических и технических условиях. Программа PERFIL использовалась в разработках институтов Гидропроект, Гидроспецпроект, Теплоэлектропроект, МосводоканалНИИпроект, Мосинжпроект и других проектно-изыскательских организаций, в учебных занятиях курса «Инженерная гидрогеология» на геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова. Программа имеет свидетельство государственной регистрации РФ. На основе разработанного кода впоследствии параллельно разрабатывается программная система 1WELL моделирования профильной фильтрации со свободной поверхностью в осесимметричной формулировке (в цилиндрических координатах). Назначение программы - симуляция и обработка откачек и наливов в несовершенных скважинах в неоднородных пластах, планирование конструкций и длительности опытов. Полное описание теории моделирования скважин и интерфейса программы 1WELL опубликовано. Подтема 4: «Изучение закономерностей проявления криогенных процессов в Российской Арктике» Направление исследований 2023 г. соответствовало общему многолетнему целевому заданию и формулировалось как «Изучение закономерностей проявления криогенных процессов в Российской Арктике». Решались две группы процессов. Первая – это деградация многолетнемерзлых пород (ММП), сформировавшихся в плейстоценовые криохроны. Она происходит в основном за счет теплового потока из недр. С этим процессом связано распространение ММП, их строение, глубина залегания кровли, подошвы (мощность ММП) и сочетание с зоной стабильности газовых гидратов (ЗСГГ). Изучение ММП и ЗСГГ осуществлялось коллективом с помощью численного моделирования. Вторая группа – современные криогенные процессы в береговой зоне и в пределах мелководий. Их изучение производилось с помощью аэрокосмических методов. Актуальность исследований обеих групп процессов связана: 1) с необходимостью создания научных основ для сооружения и последующего эффективного использования - национальной морской транспортно-логистической системы ближайшего будущего; 2) с необходимостью получения данных, позволяющих осуществлять выбор безопасных методов поисково-разведочного бурения, и производить оценку экологических последствий разведки и освоения нефтегазовых ресурсов Восточно-арктического шельфа. По первому направлению опубликовано две статьи в сборниках и сделано 9 докладов. Геокриологическая карта арктического шельфа страны составлена на рубеже 1970-80 гг., т.е. почти полвека назад. Поэтому основной задачей почти каждой работы явно или подспудно является подготовка методологической и фактологической базы для геокриологического картирования шельфа. Этому посвящены обе публикации (Гаврилов, Малахова, 2023; Гаврилов и др., 2023), доклад по современной изученности криолитозоны шельфа Восточной Сибири. Необходимо отметить: в статье по изученности указано, что перечень опорных данных пополнился материалами геофизических исследований. Это данные МОГТ (метод общей глубинной точки) на периферии шельфа (Богоявленский и др., 2021; 2022). Они позволили подтвердить достоверность результатов численного моделирования, полученных еще в 1998-2005 гг. (Романовский и др., 1999; 2003; 2004). К таким же опорным данным относятся электроразведочные данные (Яковлев и др., 2018; Кошурников, 2023). В составлении геологической карты масштаба 1: 1 000 000 (третье поколение) остро дискутируются сейчас три проблемы истории геологического развития Восточно-Сибирского шельфа. Впервые в истории применения численного моделирования оно использовано для их решения палеогеографических проблем (изданная статья и один из докладов (Гаврилов и др., 2023). Второе направление исследований представлено двумя статьями в сборниках, одними тезисами и восемью докладами. Статьи и четыре доклада демонстрируют возможности космических методов в характеристике распространения преимущественно деструктивных криогенных и гляциальных процессов (Пижанкова и др., 2023). В тезисах доклада, двух докладах по Карскому шельфу и двух - по Российскому и Североамериканскому шельфам показывается, что в современных и голоценовых отложениях, несмотря на их засоленность, получает развитие морозобойное растрескивание и формирование повторно-жилых структур (Гаврилов, Пижанкова, 2023). Заполнение трещин, как видно из наземных описаний, практически повсеместно осуществляется льдом. В подавляющем большинстве случаев фациально повторно-жильные льды (ПЖЛ) наблюдаются в заполняющихся осадками лагунах. Другой характерной чертой является формирование ПЖЛ в условиях существенной океанизации климата.
9 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2024 г. в Лаборатории охраны геологической среды и взаимосвязи поверхностных и подземных вод продолжались фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1) геохимические барьеры и кинетика растворения вещества, 2) изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3) математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4) изучение криогенных процессов в Арктике. Подтема 1. Геохимические барьеры. По подтеме «Геохимические барьеры» в 2024 г. основным объектом исследований были искусственные алюмосиликатные гели в качестве материала для противомиграционных барьеров для защиты подземных вод от загрязнения неорганическими загрязнителями. Продолжено изучение поглощающих свойств щавелевоалюмосиликатного (ЩАС) геля. Получены данные о сорбции кадмия на песчано-гелевом материале (ПГМ) на основе ЩАС геля при различных формах сорбента: 1) с ненарушенной структурой геля, 2) нарушенной структурой и 3) высушенном ПГМ - ксерогеле. Проведено сравнение эффективности поглощения кадмия на ПГМ различных видов. Дана оценка влияния скорости фильтрации и концентрации элемента-загрязнителя (на примере кадмия) на экспериментально получаемые данные о величине поглощающей способности ПГМ. Проведены предварительные исследования по подбору состава нового гелеобразующего раствора – фосфатно-силикатного (ФС) геля, который в дальнейшем будет исследован в качестве материала для искусственных поглотительных барьеров. В составе перспективного геля силикат натрия и соли фосфорной кислоты в качестве отвердителя. В рамках данной госбюджетной темы в ЛОГС ведется изучение поглощающих свойств щавелевоалюмосиликатного (ЩАС) геля в отношении тяжелых металлов. Этот раствор был предложен первоначально для инъекционного закрепления грунтов, в частности, создания противофильтрационных экранов. В состоянии золя он обладает низкой вязкостью и хорошо регулируемым временем гелеобразования, поэтому может использоваться для инъекционного введения в песчаные грунты для создания вертикальных противомиграционных завес. Также из него можно создавать горизонтальные экраны. В состоянии геля, представляя собой алюмосиликатную структуру, он обладает также поглощающими свойствами и способен поглощать тяжелые металлы и радионуклиды в катионной форме. В ходе исследований установлено, что имеется возможность изменения фильтрационных характеристик песчано-гелевого материала (ПГМ) путем нарушения его структуры, просушки, а также использования добавок, повышающих его сорбционные свойства. Это позволяет применять его не только при создании противомиграционных завес, но и в промышленных установках, когда требуется очистка значительных объемов сточных вод (металлургия, гальвано-цеха и т.п.). При нарушении структуры геля его поглощающая способность сохраняется. Стадийность процесса гелеобразования и старения геля позволяет получить сорбирующие материалы с разными фильтрационными и прочностными характеристиками. В свежеприготовленном геле на каждую молекулу кремнезема приходится около 300 молекул воды. При уменьшении количества воды (высушивании) меняются механические свойства геля: при содержании 30-40 молекул воды на молекулу кремнекислоты гель легко режется ножом, при 20 – он плотный и тугой, при 10 – рассыпчатый, а при 6 – после размалывания образует тонкозернистый порошок [Эйтель В. Физическая химия силикатов.1962]. Механическое перемешивание геля с песком на ранних стадиях старения позволяет получить не сплошную массу, а зернистый материал, обладающий хорошими фильтрационными характеристиками. В предыдущие годы были проведены лабораторные исследования поглощающей способности ПГМ нарушенной структуры по отношению к ионам тяжелых металлов и ряду радионуклидов: Cs, Sr, Th, U, а также Nd3+ и VO2+ - ионов, моделирующих актиноиды в степенях окисления III и V. Проведенные исследования показали значительную емкость ПГМ по отношению к большинству из перечисленных ионов. В 2024 г. целью исследований было изучение поглощающей способности ПГМ различных видов: ненарушенной и нарушенной структуры, а также высушенных до состояния ксерогеля. Сравнение эффективности различных видов ПГМ проведено на примере одного из наиболее токсичных элементов - кадмия. Он присутствует в фильтрате свалок ТБО, жидких отходах металлургических предприятий, сточных водах гальванических производств и ряда других отраслей промышленности, в количествах, значительно превышающих ПДК. В каждом случае разработка защитных мероприятий на конкретном объекте требует применения сорбирующего материала различной проницаемости для обеспечения очистки стоков, поступающих в разных объемах и с разной скоростью фильтрующихся через поглотительный барьер. При этом возникают вопросы влияния проницаемости материала экрана и скорости фильтрации через него на эффективность очистки стоков. Эти вопросы потребовали решения новых методических задач в подходе к экспериментальным исследованиям. Исследования поглощающей способности ПГМ проводились на трех его разновидностях с различными фильтрационными характеристиками – образцах ненарушенной структуры, нарушенной структуры, нарушенной структуры с просушкой. Алюмосиликатный гель. Готовился смешиванием раствора силиката натрия и комплексного отвердителя (Al2(SO4)3 + C2H2O4) в соотношении 1:0,7; время гелеобразования - 0,5 часа. Песчано-гелевый материал ненарушенной структуры. Колонка с отмытым и высушенным песком помещалась в приготовленный золь, так чтобы песок полностью пропитался золем. После окончания гелеобразования образец использовался в экспериментах. Параметры образца с ненарушенной структурой: высота h= 5 см, площадь сечения S=2,54 см2. Песчано-гелевый материал нарушенной структуры. В щавелево-алюмосиликатный золь засыпался предварительно отмытый и высушенный песок, так, чтобы он был полностью покрыт золем. Содержание геля в готовых образцах при этом составляло ≈ 30-40%. После окончания гелеобразования материал перемешивали, нарушая структуру, и, в одном случае, сразу помещали в колонку для изучения материала нарушенной структуры без просушки (гидрогель), в другом - доводили до воздушно-сухого состояния (ксерогель) и после этого помещали в колонку для дальнейших экспериментов. Эксперименты в динамическом режиме. На образце с ненарушенной структурой, учитывая его низкий коэффициент фильтрации, опыт проводился под большим градиентом I=21,4. Скорость фильтрации составила 0,003–0,005 м/сут. Длительность эксперимента составила 363 сут. Оценка влияния высоких скоростей фильтрации (Vф≈1,0-3,0 м/сут) на иммобилизационную способность ПМГ также проводилась на образцах нарушенной структуры без сушки под градиентом. Параметры образцов: S=2,54 см2, h = 5 и 6,5 см, соответственно. Фильтрацию через образцы нарушенной структуры, подвергшихся сушке, проводили при постоянной скорости, которую обеспечивали с помощью перистальтических насосов марки Masterflex C/L, скорость фильтрации (Vф) для разных экспериментов составила от 0,11 до 0,15 м/сут. Параметры образцов: S=7,1 см2, h = 4 см. Растворы кадмия. При изучении поглощающей способности ПГМ использовали водные растворы сульфата кадмия с концентрациями по элементу 104 и 10,5 мг/л для образцов нарушенной структуры и концентрацией 110 мг/л для образца ненарушенной структуры. Содержание кадмия в пробах фильтрата определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре Hitachi Z-8000 с атомизацией в пламени. Эксперименты на колонках продолжали до момента, когда содержание кадмия в фильтрате достигало его концентрации в растворе, подаваемом на входе в колонку. По полученным значениям содержания Cd в последовательных пробах фильтрата строили графики зависимости относительной концентрации кадмия от объема профильтровавшегося раствора - «выходные кривые», и рассчитывали величину поглощающей способности. На основе обработки «выходных кривых» рассчитаны величины поглощающей способности (N) различных видов ПГМ по отношению к кадмию. Полученные результаты показали, что наименьшей поглощающей способностью (N) характеризуется ПГМ ненарушенной структуры – 1,2 мг/см3. Эта разновидность сорбента имеет наиболее плотную структуру и, по-видимому, меньший объем доступных пор, который не позволяет задействовать все потенциальные центры связывания элемента-сорбата. Значение N гидрогеля нарушенной структуры имеет большую величину – 1,9 мг/см3, что связано с более рыхлой упаковкой сорбирующего материала, большим объемом пор и, как следствие, большей площадью контакта поверхности сорбента с фильтрующимся раствором. Наибольшей иммобилизационной способностью обладает ПГМ нарушенной структуры с просушкой (ксерогель) – 2,2 мг/см3, где образец имеет ещё более рыхлую структуру, обеспечивающую максимальный контакт элемента-сорбата с материалом сорбента. Необходимо отметить, что поглощающая способность N, полученная в экспериментах с одной исходной концентрацией кадмия (104 мг/л) и близкими скоростями фильтрации раствора (0,11 - 0,15 м/сут), для всех видов ПГМ нарушенной структуры, имеет близкие величины – от 1,8 мг/ см3 до 2,2 мг/см3. Влияние исходной концентрации кадмия в растворе на величину N оценивалось сравнением результатов опытов с Cисх.=104 мг/л и Cисх.=10,5 мг/л. При 10-кратной разнице в исходных концентрациях кадмия величины поглощающей способности различаются в 2,4 раза (1,9 мг/см3 и 0,8 мг/см3, соответственно). Очевидно, концентрация 104 мг/л лежит уже за пределами линейного участка изотермы сорбции кадмия на ПГМ. Скорость фильтрации (Vф) в исследованном диапазоне также оказывает влияние на величину поглощения. Увеличение скорости фильтрации раствора в 26 раз (опыты при Vф = 0,11 и 2,83 м/сут) привело к уменьшению величины поглощающей способности почти в 2 раза (2,2 и 1,2 мг/см3). Подбор отвердителя для фосфатно-силикатного геля. Выполнен подбор состава отвердителя для получения геля на основе силиката натрия и фосфатных солей. Использовались гидрофосфат (Na2HPO4) и дигидрофосфат натрия (NaH2PO4). Раствор дигидрофосфата с подкислением фосфорной кислотой до рН=1 позволяет получить гель с хорошо регулируемым временем гелеобразования - от 0,5 до 2,5 час. Предварительные эксперименты по оценке поглощающей способности фосфатно-силикатного песчано-гелевого материала (песок с ФС гелем), проведенные в статических условиях на примере Sr, показали, что сорбция стронция на ФС геле превышает поглощение ПГМ с ЩАС гелем в 5-10 раз. Изучение ФС геля в качестве материала для создания искусственных геохимических барьеров будет продолжено в 2025 г. Подтема 2. Изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах. Приведены данные по особенности распределения форм нахождения меди и кадмия при возможном возрастании техногенной нагрузки. Проведенные эксперименты позволили смоделировать особенности перераспределения химических форм меди и кадмия в речных водах при поступлении их в концентрациях, превышающих ПДК. Показано, что большая часть внесенного металла может переходить из растворенной формы во взвешенную, тем самым способствуя осаждению на дно взвешенных частиц при низких скоростях потока. Исследование проводили с образцами вод р. Сеньга (отбор проводился во Владимирской области) и р. Дон (отбор проводился в Липецкой области). Растворенное органическое вещество (РОВ) этих рек существенно различается по природе: у Сеньги основным источником РОВ является водосборная территория, в то время как в РОВ р. Дон преобладают вещества автохтонного происхождения, из-за активной продукции гидробионтов. Отбор и консервация проб вод производились в период летней межени в соответствии с ГОСТ 31861-2012. Образцы отбирали в стерильные емкости, пробы для определения металлов подкисляли HNO3 конц. сразу после отбора. В образцах определяли: электропроводность (кондуктометр Hanna HI 9033), значения pH (рН-метр Hanna HI 9025), содержание основных анионов (на ионном хроматографе Dionex ICS-2000, “Thermo”), основных катионов, меди и кадмия (на оптическом эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 5110 ICP-OES), растворенного органического углерода (РОУ) (на анализаторе LiquiTOC-trace, “Elementar”). Содержания гуминовых веществ (ГВ) в пробах определяли по реакции их связывания с красителем Толуидиновый синий с детектированием максимумов спектров образующихся комплексов при 630 нм на спектрофотометре Jenway. Определения количества катионных, анионных и нейтральных соединений кадмия проводили методом ионообменной хроматографии с использованием смол: ДЭАЭ-целлюлозы (“Sigma Aldrich”) и Dowex 50 WX 8, 200–400 меш (“Serva”). Для определения возможных изменений форм Cu и Cd при возможном загрязнении рек были проведены лабораторные эксперименты по введению дополнительных количеств металлов в образцы изучаемых рек. Для этого раствор хлорида меди или кадмия вносили в образцы исследуемых вод, так чтобы конечная концентрация металла составляла 0, 0,5, 1, 15, 25 и 50 ПДК. Кадмий СанПиНом отнесен ко 2-му классу опасности и его предельно допустимая концентрация (ПДК) для объектов рыбохозяйственного назначения составляет 1 мкг/л, для меди ПДК выше и составляет 1 мг/л. После наступления равновесия в системе (в течение суток) образцы последовательно фильтровались через фильтры «Millipore» с различным размером пор 0,45 мкм, 30 и 10 кДа (которые соответствуют 450, 42 и 14 нм). Для расчета форм нахождения кадмия использовали программу Visual MINTEQ версии 3.1 для Windows [Gustafsson, 2013]. При проведении расчетов использовались полученные основные гидрохимические характеристики (рН, содержание растворенных катионов, анионов, железа, органического углерода). Исследуемые воды рек относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы по классификации Алекина (1970). Исследуемые реки существенно различаются по содержанию органического углерода (32,5 мг/л в р. Сеньга, 6,2 мг/л в р. Дон) и гуминовых веществ (21 мг/л в р. Сеньга, 5 мг/л в р. Дон). По полученным значениям показателей C/N (32,8) и SUVA254 (4,3) в реке Сеньга основным источником РОВ является водосборная территория. Низкая величина С/N для пробы из реки Дон (3,8) близка к отношению С/N для бактерий 3,4 – 4,4, что говорит о преобладании автохтонного РОВ, в том числе из-за активной продукции гидробионтов. Исходное содержание Cd составляет 0,04 и 0,01 мкг/л в водах р. Сеньга и Дон, соответственно. Содержание меди в р. Сеньга и Дон – 1,5 и 0,8 мкг/л, соответственно. Результаты ионообменной хроматографии показали, что в растворенной форме (во фракции <0,45 мкм) медь и кадмий преимущественно находятся в анионной форме – выше 86 и 42% в р. Сеньга и р. Дон, соответственно. При этом проведенные расчеты с использованием программы физико-химического моделирования Visual MINTEQ показали, что большая часть Cu и Cd (больше 91%) в обеих исследованных реках представлена комплексами с органическими лигандами. Величины рН, контролируемые до и после экспериментов, менялись в относительно небольшом диапазоне – от 7,0 до 7,3 и от 7,8 до 8,0 для р. Сеньга и р. Дон, соответственно. Проведенные эксперименты показали, что введение в воды рек как Cu, так и Cd вызывает увеличение доли их высокомолекулярных соединений. Наблюдалось снижение концентрации кадмия в растворенном состоянии к концу экспериментов, более заметное в водах р. Сеньга: содержание растворенного кадмия (<0,45 мкм) в воде р. Дон уменьшилось на 12%, а в р. Сеньга на 17%. При этом в водах Сеньги наблюдалась большая стабильность коллоидов (фракция 14 нм - 0,45 мкм), по сравнению с р. Дон. Скорее всего, полученные результаты связаны с большим содержанием гуминовых веществ в данной реке, которые могут снижать агрегацию неорганических соединений, предотвращая осаждение коллоидов. В водах р. Дон большая часть (88%) кадмия исходно представлена соединениями более 0,45 мкм, это может быть связано с тем, что автохтонные органические вещества, содержание которых выше в данной пробе, могут способствовать седиментации коллоидных частиц, что обусловливает увеличение доли взвешенной фракции при добавлении Cd в систему. Так же увеличение рН раствора может усиливать адсорбцию свободных ионов кадмия и его ионообменных форм на взвешенных частицах и способствовать увеличению вклада его взвешенных форм в валовое содержание. Можно также предположить, что в растворе существует равновесие Cd взвешенная форма (более 0,45мкм) и Сd растворенная форма (менее 0,45мкм) и свободные активные центры лигандов, находящихся в растворе (фракция менее 0,45мкм), полностью насыщаются при добавлении ≥1мкг/л Cd и связывание идет на активных центрах фракции >0,45мкм. Коэффициенты скорости самоочищения исследуемых речных вод (К, 1/сут) составили в Сеньге 0,2, 3,2 6,4 и 6,9, в Доне 1,1, 2,2 2,0 и 2,7 при добавлении 0,5, 1, 25, 50 мкг/л кадмия. Таким образом, увеличение концентрации кадмия в системе привело к повышению значений К. При этом коэффициенты скорости самоочищения для р. Дон выше, чем для Сеньга, т.е. взвесь р. Дон осаждается в 2-4 раза медленнее, чем фракция >0,45мкм р. Сеньга. Возможно, это связано с разным качественным составом взвеси и с тем, что РОВ р. Дон представлен более низкомолекулярными соединениями, которые обладают меньшей плотностью. В р. Дон при введении 25 и 50 мкг/л Cd более 40% в растворенной форме его находится в виде Cd2+, что может способствовать его выведению со взвешенными частицами. Как известно, для Cd2+ характерна интенсивная адсорбция оксидами и гидроксидами железа и марганца, а комплексообразование с органическими лигандами выражено в меньшей степени. При этом в экспериментах с медью более заметное увеличение доли высокомолекулярных фракций наблюдалось для вод р. Дон, что связано с наиболее низким содержанием РОВ данной пробе и тем преобладанием среди них автохтонных соединений, которые могут способствовать агрегации и седиментации коллоидных частиц меди даже в присутствии стабилизирующих аллохтонных РОВ. В экспериментах при добавлении 0.5 и 1 мг/л Cu увеличение размера соединений меди связано с образованием высокомолекулярных комплексов с органическими веществами, что согласуется с изменением распределения РОУ по размерным фракциям в исследуемых водах. Вероятнее всего, происходит образование лабильных надмолекулярных структур Cu–ГВ1 - ГВ2–Cu за счет слабых кулоновских взаимодействий. При введении растворов с более высокой концентрацией Cu в систему (25 мг/л) достигалось пересыщение раствора относительно малахита, и образовывались коллоидные рентгеноаморфные частицы Cu, которые стабилизируются органическими соединениями. При этом большая стабильность коллоидов наблюдалась в водах реки Сеньга, что видно по количеству Cu и РОУ во фракции 30 кДа – 0.45 мкм. Такое отличие от вод р. Дон, где большая часть Cu представлена соединениями более 0.45 мкм, связано с более высоким содержанием ГВ в данных пробах. При исследовании влияния увеличения концентрации металлов в водах рек на рост биоты было получено, что скорость роста микробиома в присутствии ионов Cu была выше, чем в присутствии ионов Cd, при этом задержка роста была больше в вариантах с Cd, чем в присутствии Cu. Это, скорее всего, связано с большей токсичностью кадмия и тем, что большая часть Cu после введения металла в раствор находилась в более высокомолекулярной фракции (и как следствие была менее доступной для биоты) по сравнению с вариантами с Cd. Проведенные эксперименты показали, что при всех исследованных концентрациях в водах рек большая часть кадмия и меди связана с растворенным органическим веществом, это приводит к тому, что Cu и Cd удерживается в растворенной форме в виде комплексных соединений. Такие соединения затем могут постепенно адсорбироваться на взвешенных частицах и донных отложениях, что приведет к выведению их из водного объема. При низких скоростях течения около 30% коллоидных соединений металлов может осаждаться в верхней части эстуариев. В случае значительных изменений физико-химических параметров среды и восстановительных процессов в водоеме будет происходить переход Cu и Cd из донных осадков в раствор, что может привести ко вторичному загрязнению поверхностных вод. Подтема 3. Математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии (Разработка моделей и программного обеспечения прогностических и экспериментальных исследований гидрогеомеханики при изучении закономерностей воздействия подземных вод на природно-технические системы). В соответствии с планом ожидаемых результатов на 2024 год выполнены обобщения и исследования нелинейной фильтрационной консолидации в сильнодеформируемых породах. В значительной мере закончен этап работ по разработке гидрогеомеханической схемы и программной системы “SinkNet” численного моделирования процесса МКЭ в среде Visual Studio 2022 с миграцией кода из ранней версии на язык VB.NET на платформе «.NET Framework 4.8». Моделирование процессов деформации грунтовых толщ и дренажа фильтрата имеет особенное значение в прогнозировании влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности в части проектирования и эксплуатации крупных хранилищ депонирования илового осадка сточных вод городских агломераций. С задачами тесно связаны проблемы рекультивации территорий, загрязнения подземных и поверхностных вод, осадочных деформаций. Новой областью приложения является консолидационное уплотнение противофильтрационных и сорбционных барьеров на полигонах складирования токсичных отходов. Эффективность сооружений зависит от изменения в процессе деформирования параметров проницаемости и, в целом, характеристик свойств материалов, используемых для их создания. Характеристика илового грунта. Расчеты фильтрационной консолидации являются инструментом прогнозирования деформации, дренирования и изменения свойств массивов грунтов и горных пород. Задача актуальна для практики депонирования осадков сточных вод. Депонирование до последнего времени являлось кардинальным средством ликвидации полей фильтрации. Моделируемый процесс соотносится с процессом седиментации в конечной стадии седиментогенеза. Определяющим является гравитационный фактор: собственный вес обусловливает отжим фильтрата из сжимающегося порового пространства. Процесс сопровождается ростом порового давления, напоров, и следовательно, уменьшением эффективных напряжений. Получается торможение уплотнения и оттока фильтрата. Консолидация иловых грунтов длится десятки и даже сотни лет – время почти геологического масштаба. Увеличение напоров, в свою очередь, означает возникновение фильтрационной силы, весьма значительной, если на границе толщи обеспечен беспрепятственный дренаж. Нисходящая фильтрационная сила - в отличие от взвешивания – напротив, способствует уплотнению грунта. Результатом действия взаимосвязанных и разнонаправленных процессов является неравномерное изменение и распределение характеристик свойств грунтов в консолидируемой толще. В толще илового осадка существенно уплотняется сравнительно тонкая подошвенная зона, ее проницаемость снижается на порядки. В результате затрудняется нисходящий отжим фильтрата (дренаж), и вышележащая часть толщи на многие десятилетия остается практически в исходном разуплотненном, избыточно водонасыщенном состоянии. Создание модели, обеспечивающей учет нелинейной взаимосвязи процессов и фильтрационных и деформационных параметров, имеет практическое значение – позволяет обосновать конструкцию сооружения депонирования, определить мероприятия по рекультивации оседающей поверхности земли, спроектировать дренаж и производительность станции очистки фильтрата. Депонируемый осадок однороден по гранулометрическому составу. После обработки в нем отсутствуют частицы больше 1 мм, глинистые частицы составляют менее 10%. Преобладает пылеватая фракция 0,001 – 0,05 мм. Состав осложняется наличием органического мусора. Привезенный осадок имеет объемную влажность 76 – 81%, весовую до 250%. В отвале осадок интенсивно набирает дождевую и талую воду. Происходит выравнивание влажности по глубине. На поверхности влажность уменьшается за счет минерализации грунта и эвапотранспирации. Развитие корней растений является наилучшим способом забора не только свободной, но и связанной влаги, что влияет на формирование прочности. Как следствие избыточного водонасыщения в условиях незначительного давления нагружаемой толщи грунт приобретает предельную влажность набухания. Несмотря на усилия по обезвоживанию через 2 месяца весовая влажность увеличивалась до 280%. Испытания через 6 лет показали, что она достигла предельных значений 340 - 370%. Характеристика модели. Модель исходит из того, что при значительном превосходстве плановых размеров над мощностью консолидируемой толщи для оценки осадки и расхода отжима вверх и вниз для понимания процесса справедливо допущение одномерного, вертикального, характера фильтрации. Зависимость параметров системы вода-порода от искомой функции напоров определяет нелинейный характер уравнения, что требует учета в алгоритме численного решения. В формализации участвуют вертикальная координата, время, коэффициент пористости, пористость, плотность воды, объемный вес воды, гидростатическое давление, напор, коэффициент упругоемкости, коэффициент фильтрации, коэффициент объемного сжатия воды, коэффициент сжимаемости, скорость фильтрации, или расход, удельный по площади сечения потока, эффективное напряжение, полное напряжение. Изменение массы воды в объеме элемента единичной площади и переменной высоты определяется отдачей массы воды из сжимаемого порового пространства с учетом изменения ее плотности. Из закона сохранения массы следует вывод уравнения неразрывности. Для вывода дифференциального уравнения используется привычный вид закона компрессии в дифференциальной форме. Закон Гука описывает изменение плотности воды. Объем зерен в сжимаемом объеме грунта высотой и переменной пористости неизменен - const. Поэтому деформационная осадка прямо пропорциональна изменению коэффициента пористости. В алгоритме численной схемы производится финальный пошаговый расчет осадки путем интегрирования по мощности толщи и времени. Задача состоит в том, чтобы связать процесс фильтрации под давлением вышележащей толщи с изменением пористости. Если скорость перемещения частиц (деформации скелета) мала в сравнении со скоростью фильтрации, при малых градиентах она линейно зависит от градиента и определяется законом Дарси. В иловых грунтах с высокой степени сжимаемости пренебрежение скоростью перемещения скелета условно. В начальный период в подошве уплотнение происходит быстро. Для полноты картины, по-видимому, может быть использован закон Дарси-Герсеванова, включающий скорость изменения положения частиц скелета. В дальнейшем эта позиция требует экспериментального обоснования. Как показано ниже, рассматриваемая модель все же учитывает «сползание» расчетных точек по вертикали в ходе нестационарного процесса. Сжатие грунта описывается законом компрессии, где коэффициент сжимаемости всегда является переменной величиной, что делает закон нелинейным и требует поиска линейной зависимости. Сжатию под собственным весом водонасыщенного грунта, определяемому эффективными напряжениями, препятствует взвешивающее давление. Дифференциальное уравнение процесса следует из законов сохранения массы, компрессии и фильтрации и уравнения неразрывности. Упругая фильтрация инициируется изменением нагрузки на слой, которое определяет временный источник с интенсивностью. После накопления осадка источник исчезает, но процесс консолидации продолжается. Все коэффициенты уравнения зависят от условий уплотнения и переменны, что определяет нелинейный характер модели и делает невозможным аналитическое решение. Для решения необходимы зависимости изменения коэффициента сжимаемости и коэффициента фильтрации от переменных характеристик состояния грунта. Коэффициент сжимаемости может рассчитываться, исходя из эмпирических зависимостей, полученных на основе обобщения испытаний грунтов. Наиболее универсальной для сильно сжимаемых грунтов представляется формула, которая следует из экспоненциального характера компрессии. Однако она требует еще параметр конечной пористости. Примечательным оказывается предположение о гиперболическом характере компрессии с одной только константой, который при малых нагрузках дает очень высокую корреляцию данных. Не менее значимым для модели является связь проницаемости с уплотнением деформируемого порового пространства. Для аналогичных грунтов известна логарифмическая связь проницаемости и плотности. Формализация граничных условий охватывает случаи накопления илового осадка и его дальнейшего уплотнения, которые предусмотрены при разработке программного обеспечения моделирования. Решение задачи. Численное решение уравнения упругой фильтрации осуществляется методом Бубнова-Галеркина с дискретизацией области на конечные элементы. Пошаговое решение дает поле напоров, которое используется для процедуры пересчета геометрии элементов, напряжений, пористости, проницаемости, изменяющихся в ходе процесса. Решение – явно-неявное (итерационное) по параметрам и неявное по напорам. Исследовательская сторона требует прослеживания деформации, проницаемости, показателей свойств грунта во времени и в разрезе. Для этих целей разработана программа моделирования с нелинейными параметрами и граничными условиями для основных типов фильтрации в деформируемой среде. Программа на определенном этапе вышла за рамки задач накопления илового осадка. Может использоваться в качестве инструмента исследования осадки поверхности земли при водопонижении, деформации и водоотдаче слоев при опытных откачках и других явлений. Выводы практического и методического свойства требуют ответа на ряд вопросов – адекватности позиций схематизации и алгоритмов расчета, обоснованности параметров. Ряд имитаций с альтернативными схемами показал степень влияния основных элементов на конечное решение. Одним из важных вопросов является целесообразность экранирования депонированных грунтов с использованием слабопроницаемых сорбирующих материалов. Сравнительные расчеты показали, что на подошве 10-метрового слоя специфических грунтов расход не становится меньше, если в его основание уложен экран с коэффициентом перетока 0,00014 1/сут. Замедление же осадки массива становится ощутимым в сравнении с неэкранированным вариантом, достигает нескольких лет. Таким образом, бесспорное в обычном представлении желание изолировать токсичную массу от окружающей среды становится позицией спорной, если учесть экономическую сторону строительства. Вывод получен для подтопленной в условиях длительной эксплуатации подошвы депонируемого массива, что соответствует наиболее реальной гидрогеологической ситуации. Оседание длится десятилетиями, суммарная деформация слоя достигает 45%. В перспективе полигон захоронения так и остается непригодной и нестабильной территорией. В то же время, расход фильтрата в нижележащий горизонт оказывается весьма умеренным. Даже для полигонов с размерами в сотни метров суммарный расход составит в первые годы единицы куб. м/ч, затем десятые доли. При таких показателях не требуется дренаж из мощных скважин, – нужна продуманная экологическая концепция локализации и разбавления загрязнения. Закономерен вопрос о причинах характера процесса, длительного и не зависящего от такого сильного мероприятия, каковым является экранирование. В самом начале накопления илового осадка проявляются два главных фактора – формируются избыточные напоры и уплотняется самая нижняя зона. Результатом оказывается еще большее разуплотнение, взвешивание грунтов и набор влаги извне, что и подтвердилось изысканиями. Расчет эффективных напряжений дает отрицательные значения, толща фактически готова к всплыванию, превращается в трясину. Поэтому уплотнение и не происходит очень длительное время. На подошве, напротив, происходит практически мгновенный рост эффективных напряжений, сжатие и формирование тонкого слоя консолидированного грунта с очень низкой проницаемостью. Он кольматирует дно, препятствует отжиму фильтрата и, таким образом, дренажу порового пространства. Отсюда следует вывод о бесполезности в основании хранилищ искусственных экранов, так как даже очень низкая их проницаемость оказывается соизмеримой, и даже больше проницаемости уплотненного илового грунта. Модель объясняет природу сильной кольматации старых иловых карт, в которых не происходит потеря влаги и уплотнение осадка, а также позволяет рассмотреть кольматацию дна водоемов. Рассмотренные выводы следуют из анализа результатов имитационного моделирования. Убедительность расчетов подтвердилась как решением обратной задачи на опытном участке, так и геодезической съемкой, подтвердившей через 10 лет выполненный ранее прогноз с высокой точностью, а также наблюдениями по работе дренажа. В заключение следует отметить, что в материалах фигурирует лишь одна сторона изучения консолидации – исследование гидрогеомеханического процесса в пределах деформируемой толщи. На введенных в строй объектах она требует экспериментальных исследований, главным образом, мониторинга показателей свойств, гидродинамических характеристик, что является весьма сложной для рассматриваемых специфических грунтов задачей. Необходимо также экспериментальное обоснование закона фильтрации в деформируемых грунтах, зависимости проницаемости от плотности или пористости. Другая, не затронутая здесь сторона, – модель балансового и геофильтрационного взаимодействия массива с геогидрологической системой. Этот вопрос должен рассматриваться на ранней стадии проектирования при выработке конструктивного и природоохранного решения. Он связан с постановкой специальных изысканий, которые не должны носить формальный характер. Неформальным также должен быть вопрос организации мониторинга подземных вод, почвы, дренажа для безопасности объекта и дальнейших исследований. Подтема 4. Изучение криогенных процессов в Арктике В соответствии с планом госбюджетных НИР проводилось изучение развития криогенных процессов на шельфе и арктических низменностях, прилегающих к морям Лаптевых, Восточно-Сибирского и Карского. Работы осуществлялись в соответствии с двумя основными направлениями исследований: 1) развитие методики построения палеогеографических сценариев для исследования деградация многолетнемерзлых пород (ММП), сформировавшихся в плейстоценовые криохроны, с помощью теплового численного моделирования; 2) современные криогенные процессы в береговой зоне, на мелководьях и приморских низменностях. По направлению 1 опубликованы одна статья в научном журнале, одна статья и одни тезисы доклада в сборниках материалов международных и российских научных конференций. Статья в журнале (Гаврилов и др., 2024) посвящена оценке мощности мерзлоты в соответствии с тремя возможными сценариями, позволяющими учесть разные точки зрения на мерзлотно-геологическое развитие региона. Оценка производится с помощью численного моделирования формирования мерзлых толщ в течение последних 200 тыс. лет. В статье в сборнике (Гаврилов и др., 2024) анализируется геокриологическая изученность шельфа Восточной Сибири. Материалы доклада (они опубликованы в виде расширенных тезисов, Гаврилов и др., 2024) на фоне обзора изученности криолитозоны различных секторов шельфа Северного полушария освещаются рекомендации по получению необходимой геокриологической информации при производстве уже стартовавших летом 2023 г. морских исследований, включающих стратиграфическое малоглубинное бурение с геотермическими наблюдениями. По направлению 2 опубликованы шесть статей в сборниках материалов международных и российских конференций, одни тезисы и сделано пять докладов на конференциях. Четыре статьи и три доклада (Гаврилов, Пижанкова, 2024) были посвящены космическим методам, дающим возможность картографировать распространение современных засоленных прибрежно-морских и лагунных фаций, содержащих полигонально-жильные структуры. Эти исследования включали анализ наземных данных и их использование для стратификации отложений, разработку методического подхода к исследованиям, типизацию обстановок осадконакопления и составление схематической карты участков распространения указанных структур. Три статьи в сборниках докладов (с докладами) посвящены процессам криолитогенеза приморских низменностей севера Якутии. В одной из них (Пижанкова, Гаврилов, 2024) дается морфоструктурный анализ распространения и динамики термокарстовых озер Яно-Индигирской низменности. В другой статье с докладом (также Пижанкова, Гаврилов, 2024) характеризуется ледовый комплекс позднего неоплейстоцена, термокарст и морфоструктуры Яно-Индигирской низменности в целях оценки возможной эмиссии парниковых газов. Третья статья посвящена изотопному составу (кислород-18 и дейтерий) повторно-жильных льдов района мыса Мамонтов Клык (Анабаро-Оленекского побережья моря Лаптевых), полученного по данным более чем 300 образцов. Данные, основанные на датировании органических включений в образцах полигонально-жильного льда с известным изотопным составом, позволили построить примерную палеотемпературную кривую и могут служить предметом обсуждения и предварительных выводов о характере климатических изменений в данном регионе в период переходный от плейстоцена к голоцену и в течение голоцена. Данные, полученные А.Ю. Деревягиным при исследованиях в районе мыса Мамонтов Клык, освещаются в соответствующей статье, подготовленной к публикации в журнале «Криосфера Земли». Опубликованы еще три доклада по другим тематикам. Значимым направлением исследований, освещенным на Всероссийской научно-практической конференции «Карст и пещеры. 2024» является изучение карста в криолитозоне и исследование разгрузки подземных вод, формирующих наледи, приуроченные к криогидрогеологическим структурам межгорных впадин северной Якутии (Гаврилов, Пижанкова, 2024). Важным итогом изучения нефтезагрязнения в пределах центральной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции стали два доклада и подготовка к публикации работ с участием Е.И. Пижанковой (Пижанков и др., 2024а; 2024б) по оценке эколого-геологического риска для исследуемой территории.
10 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: В 2025 г. в Лаборатории выполнялись фундаментальные исследования по теме: «Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности». Единая тема включает 4 подтемы, в соответствии с направлениями исследований лаборатории: 1) геохимические барьеры и кинетика растворения вещества, 2) изучение процессов образования и разрушения органо-металлических комплексов в природных водных системах, 3) математическое моделирование для задач инженерной геологии и гидрогеологии, 4) изучение криогенных процессов в Арктике. Основные результаты за 2025 год: Подтема 1: По подтеме «Геохимические барьеры» в 2025 г. велась разработка состава фосфорно-силикатного геля в качестве материала для создания противомиграционных барьеров для защиты подземных вод от загрязнения при размещении токсичных промышленных отходов. За последние годы в лаборатории накоплен большой объем экспериментальных данных по сорбционным свойствам щавелевоалюмосиликатного (ЩАС) геля. Последний может использоваться при сооружении как вертикальных экранов путем инъекции через скважины, так и горизонтальных сорбирующих экранов. Как показали исследования, ЩАС гель может подвергаться нарушению структуры и высушиванию, и при этом не терять сорбционных свойств, которые проявляются в отношении тяжелых металлов и радионуклидов. Фосфоро-силикатный гель, также как щавелевоалюмосиликатный, должен обладать свойствами химического инъекционного раствора, который может применяться для создания противомиграционных завес, в первую очередь, высокой сорбционной способностью и хорошо регулируемым временем гелеобразования. В последние годы силикатно-фосфатные материалы являются объектами интенсивного изучения в связи с перспективами их применения в качестве оптических волокон, электролитов для высокоэнергетических батарей, протонпроводящих мембран топливных элементов и медицинских имплантатов. Наиболее перспективным считается применение золь-гель метода для их получения [1]. Собственно, получение ЩАС геля также происходит с применением золь-гель метода. Предпосылкой к разработке фосфорно-силикатного геля как материала для использования при создании противомиграционных барьеров послужило представление о том, что по химическим свойствам это реакционноспособный материал, в большей степени способствующий образованию нерастворимых минеральных фосфатов, чем щавелевоалюмосиликатный гель. Растворимость металлофосфатов охватывает очень широкий диапазон значений pH от слабокислых до основных, что обеспечивает более высокую способность к удалению двухвалентных переходных металлов, чем, например, у карбонатов или гидроксидов [2]. Из литературы известно использование апатита (минерал класса фосфатов) в качестве наполнителя проницаемых реакционных барьеров (ПРБ). Минералы апатита обычно имеют отрицательный поверхностный заряд при нейтральном и щелочном pH [2] и, следовательно, эффективны для сорбции катионов металлов в широком диапазоне условий окружающей среды. Минеральные фосфатные породы [3-6] были предложены в качестве подходящего материала как для стабилизации металлов в почвах, так и для очистки сточных вод. В исследованиях 2025 года была поставлена задача разработки состава фосфорно-силикатного раствора, который позволял бы получить гель с регулируемым временем гелеобразования и определить его сорбционную способность в отношении стронция, в качестве примера и для сравнения с ЩАС гелем. Надо отметить, что до сих пор введение фосфатного компонента в золь-гель систему с силикатом натрия является малоизученным [1]. Подбор состава раствора золя проводился с использованием двух видов силиката натрия (жидкого стекла): 1) стекла с модулем М=2,8-2,9 и 2) высокомодульного стекла с модулем М=3,5. Оба вида жидкого стекла разбавлялись дистиллированной водой до плотности 1,19 г/см3. В качестве отвердителей испытывались соли фосфорной кислоты гидрофосфат натрия Na2HPO4*7H2O, дигидрофосфат натрия NaH2PO4, в чистом виде и с некоторыми добавками. Подбор различных концентраций исходных компонентов позволил определить в первом приближении состав золя, способного образовывать гель в течение заданного времени (около 2 час) и этот гель имел однородный вид, без отслаивания жидкой фазы. Получены следующие составы растворов: I. На высокомодульном силикате натрия плотностью 1,19: Обр. 1. Отвердитель Na2HPO4*7H2O с концентрацией 80 г/л при соотношении силикат:отвердитель 1:1,5 время гелеобразования 20 мин., при соотношении 1:0,8 гель не образовался. Обр. 2. Отвердитель 40 г/л щавелевая кислота C2H2O4+40г/л Na2HPO4*7H2O в соотношении силикат:отвердитель 1:1 время гелеобразования 3 часа. Обр. 3. Отвердитель 40г/л NaH2PO4 + 30мл/л H3PO4 при соотношении силикат:отвердитель 1:0,6 время гелеобразования – 30 мин, при соотношении 1:0,5 – 12 час. II. На силикате натрия с М=2,9 и плотностью 1,19: Обр.4. Отвердитель 40г/л NaH2PO4 + 30мл/л H3PO4, соотношение 1:0,5, время гелеобразования 40 мин. Обр.5. Отвердитель 53г/л NaH2PO4 +10мл/л H3PO4, соотношение 1:0,7, время гелеобразования 2 часа. Обр. 6. Отвердитель 60г/л NaH2PO4 +20мл/л H3PO4, соотношение 1:0,8, время гелеобразования 40 мин., при соотношении 1:0,7 – 8 час. Обр. 7. Отвердитель 40г/л NaH2PO4 +20мл/л H3PO4, соотношение 1:0,9, время гелебразования 1,5 час., соотношение 1:0,8, время гелеобразования 3 часа. По всем испытанным отвердителям построены графики зависимости времени гелеобразования от количества добавляемого к силикату натрия объема отвердителя. Приведенные данные показывают, что на пути регулирования свойств материала возникает ряд проблем. В первую очередь, это высокая чувствительность золь-гель метода к таким параметрам как: рН, наличие и количество растворителя, концентрация и природа прекурсоров основных компонентов, температура и др. Тем не менее, гель был получен, и далее определены его поглощающие свойства для сравнения с сорбционными свойствами щавелевоалюмосиликатного геля. Состав ФС геля в дальнейшем будет дорабатываться. Предварительное изучение сорбционной способности ФС геля выполнено в статических условиях на примере стронция (Sr). Для опытов готовились песчано-гелевые образцы: отмытый от примесей песок заливался золем до уровня поверхности песка, после образования геля образец извлекался из емкости и оставлялся на просушку. После высушивания на воздухе он измельчался в ступке до однородного состояния, просеивался через сито 1 мм и использовался в опытах. Эксперименты состояли в получении изотермы сорбции – зависимости количества поглощенного элемента от концентрации раствора. Для этого навески песчано-гелевого образца смешивались с раствором Sr разных концентраций (от50 до 600 мг/л) и выдерживались при периодическом перемешивании в течение суток. После этого производился отбор раствора из каждой пробы, и определялась концентрация металла после взаимодействия с песчано-гелевым материалом. По разнице начальной и конечной концентраций определялось количество поглощенного металла. Получены следующие результаты. Обр. 1 с песком показал емкость поглощения по Sr -7,6 мг/г. В другом эксперименте на геле без песка этот же образец ФС геля проявил сорбционную емкость (N) по Sr порядка 18 мг/г. Если заполнение пористости гелем составляет 35-40 % (характерная пористость песка), то полученные значения по чистому гелю в двух опытах составляют 18-19 мг/г. Подтема 2: По данной подтеме в 2025 г. были проведены исследования содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) в водах рек и озер Европейской части РФ. РЗЭ могут быть использованы в качестве маркеров различных геохимических процессов, которые протекают при взаимодействии природных вод с водовмещающими породами [7]. На данный момент поведение РЗЭ в поверхностных водах северо-запада Европейской части РФ изучено в незначительном объеме. Для понимания фонового уровня РЗЭ в поверхностных водах было отобрано 16 образцов из рек (9 проб) и озер (7 проб) вдали от крупных промышленных и сельскохозяйственных объектов. Пробы были отобраны как из малых, так и из крупных водотоков, в том числе тех, которые ранее не были изучены. Точки отбора проб располагались в Вологодской области (реки Синичка, Кой, Илекса, Ковжа, озера Кубенское, Заиловское, Панковское) и Республике Карелия (реки Лемб, Лундожма, Ухта, Черпайоки, Оланга, озера Навозеро, Онежское, Коммунаров, Ципринга). Самая южная точка отбора проб — река Синичка (58°51.6' с.ш., 40°11.7' в.д.), самая северная — озеро Ципринга (66°18.4' в.д., 30°42.9'). По анионному составу большинство рек и озер гидрокарбонатные, по катионному – кальциевые. Исключением являются воды озер Навозеро и Коммунаров, которые находятся на границе хлоридно-натриевого и хлоридно-кальциевого типов. Воды Онежского озера относятся к смешанному, ближе к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Воды рек Ковжа и Илекса – хлоридно-кальциевого типа. Общее содержание РЗЭ в исследованных образцах варьировалось от 0,02 до 4,4 мкг/л. Самые низкие концентрации были обнаружены в образцах из озер Навозеро и Заиловское (0,02 мкг/л) и реки Илекса (0,04 мкг/л). Самые высокие общие концентрации РЗЭ наблюдались в образцах из реки Синичка (4,4 мкг/л). Средние концентрации РЗЭ в образцах в целом соответствуют обобщенной последовательности Ce > La > Nd > Pr > Sm > Gd > Dy > Yb > Er > Eu > Ho > Tb > Lu > Tm, которая согласуется с правилом Оддо-Харкинса. Соотношение между La и Yb может быть использовано для представления более тяжелых и более легких групп РЗЭ [8]. Полученные данные показали, что концентрация более тяжелых РЗЭ была ниже, чем концентрация более легких РЗЭ. Отношение La/Yb варьировалось от 1 до 28 и в целом увеличивалось с юга на север в образцах вод, при этом самые высокие значения наблюдались в образцах воды из озер Коммунаров и Онежского, а также реки Лундожма. Умеренная и высокая положительная корреляция (R2) между РЗЭ и Fe и органическим углеродом (0,71 – 0,91 и 0,33 – 0,79) наблюдалась в озерах, тогда как в реках такой корреляции не было обнаружено (0,17 – 0,36 и 0,27 – 0,42). Нормализация концентраций РЗЭ на содержания их в Североамериканском сланцевом композите (NASC) позволяет распознавать аномальную концентрацию для отдельного РЗЭ (как положительные или отрицательные аномалии) [9]. Некоторые аномалии могут возникать из-за окислительно-восстановительного поведения Ce и Eu, которые могут существовать в двух различных состояниях окисления (Ce3+/Ce4+ и Eu2+/Eu3+). Нормализованные на сланец NASC спектры РЗЭ в исследованных водах показали, что самые низкие спектры РЗЭ характерны для вод с самыми низкими концентрациями РОУ (3–11 мг/л). Расчеты моделирования с использованием программы Visual MINTEQ показали, что 97–100% изученных РЗЭ были связаны с органическими лигандами в исследованных образцах воды. Эти данные согласуются с предыдущими исследованиями по формам нахождения РЗЭ в природных водах, которые подчеркнули значительную роль органического вещества в комплексообразовании и мобилизации этих элементов в водной среде, особенно в пресноводных системах с низкой и умеренной соленостью [10]. Для того чтобы исключить влияние правила Оддо–Харкинса, приводящего к характерной зигзагообразной форме распространенности лантаноидов на логарифмических графиках, рассчитывались значения δCe и δEu (аномалии Ce и Eu, соответственно). Значения δCe для всех вод, за исключением реки Черпайоки и озера Навозеро (для которых δCe = 1,1), показали слабые отрицательные аномалии Ce в диапазоне от 0,6 до 0,9. Процессы, которые преобразуют Ce3+ в Ce4+, включают биологически опосредованное окисление [11] и абиотическое окисление на поверхности оксидов марганца и коллоидов и частиц оксигидроксида железа [10]. Для существования этого минимума требуются высокие концентрации растворенного железа и насыщенная кислородом среда, и эти условия были выполнены в исследуемых образцах рек и мелководных озер. Максимальная концентрация Eu в исследованных реках и озерах может быть связана с их питанием из грунтовых вод. Из исследуемых рек было проведено выделение бактериопланктона. Выделение бактерий проводили на следующие агаризованные среды методом разведений: питательный агар (Himedia, М001), агар Макконки c кристаллвиолетом и 0.15% желчных солей (Himedia, M081), желчно-эскулиновый агар с азидом натрия (Himedia, M493), агар Эшби с маннитом (Himedia, M706), среда для выделение железобактерий (Himedia, M622), глюкозо-пептонно дрожжевой агар, копиотрофный (олиготрофный) агар, Гаузе-1 а также агаре на РОВ водоема в качестве единственного источника углерода. Было выделено 65 штаммов бактерий и из них идентифицировано 25 по 16 S-рРНК. Выделены культуры из 12 родов, наиболее часто выделялись представители: Pseudomonas, Janthinobacterium, Sphingomonas, Undibacterium, Flectobacillus. Представители рода Pseudomonas встречались чаще всего во всех изученных объектах. Методом спектрометрии изучена биодоступность и биологическая активность нативного растворенного органического вещества (РОВ) и его фракций (>30 кДа), выделенного из рек, по отношению к 8 чистым культурам бактерий, выделенных из объектов. Выявлена тенденция, что бактериальные сообщества водоемов достигали большей численности при росте на исходном РОВ, чем на их высокомолекулярных фракциях (˃30 кДа). Это свидетельствует, по-видимому, о большей доступности низкомолекулярных соединений РОВ. Биодоступность РОВ и его фракций коррелировала с содержанием железа и марганца в водоемах. Комплекс бактерий, окисляющих железо и марганец, по-видимому, являлся ведущим агентом в разложении РОВ в исследованных объектах. Подтема 3: В 2025 году проведилось решение задач моделирования в программном комплексе 1Well осесимметричной фильтрации в профильной постановке задачи, что обеспечивает гидродинамическую основу рассмотрения влияния источников возмущения (например, при строительном водопонижении), параметры при прогнозировании негативного влияния конструкций на окружающую среду (подпор, дренаж, деформационные явления, …), а также влияния процессов оползневых и осадочных деформаций, подпора, заболачивания, загрязнения подземных вод и мн. др. на безопасность хозяйственной деятельности. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЗАДАЧАХ: • планирование кустовых и одиночных опытных откачек и наливов в составе инженерных изысканий (включая экспресс-опыты, откачки из колодцев), • анализ и интерпретация данных полевых опытов изысканий и опытно-эксплуатационных откачек водоснабжения и дренажа, • определение параметров водоносных горизонтов неоднородных горных пород: коэффициентов фильтрации, проводимости, упругой ёмкости, анизотропии проницаемости, перетекания, гравитационной ёмкости • определение дебита, динамического уровня воды в скважинах, регламента времени проведения опыта, времени восстановления уровней воды, • выбор характеристик скважин в кусте – длины и диаметры фильтров, расстояния между скважинами, интервалы расположения фильтров в неоднородном разрезе. • прогноз влияния откачки или налива на уровни воды в водоносном горизонте в окрестности скважины, • прогноз продвижения фронта загрязнения при откачке или инъекционного раствора при инъекции в скважину (в разработке), • обучение студентов и специалистов методам опытно-фильтрационных работ в составе спецкурса «Инженерная гидрогеология», • исследования решений нелинейного уравнения фильтрации в цилиндрических координатах в условиях неоднородно-слоистой анизотропной среды с нелинейными разнородными граничными условиями на источнике-стоке и подвижной границе (свободной поверхности потока). МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ: Численное решение дифференциального уравнения нестационарной осесимметричной фильтрации методом конечных элементов (цилиндрических) Бубнова-Галеркина. Построение конечноэлементной сетки, задание граничных условий автоматизированы Спецификой моделируемых условий является учет факторов, которые не учитываются или учитываются в упрощенном виде в аналитических решениях уравнения фильтрации и охватывают ограниченный круг идеализированных фильтрационных схем. К числу факторов относятся: • слоистое (вертикально зональное) строение разреза с заданием неоднородного распределения коэффициентов горизонтальной и вертикальной фильтрации и упругоёмкости, • несоблюдение предпосылки Дюпюи в безнапорном потоке, • свободная поверхность потока - криволинейная, динамически меняющая свою форму и пересекающая слои разной проницаемости, • кольматация фильтра скважины (скин), • учет ёмкости ствола скважины как причины меняющегося расхода в начале откачки (налива) и восстановления, • осушение ствола и фильтра скважины в ходе откачки с переходом в режим фиксированного напора на уровне насоса или забоя, • высачивание на фильтре скважины при его осушении в ходе откачки, • подтопление устья скважины при наливе с переходом в режим фиксированного напора на оголовке или излива, • переменный дебит откачки, остановки, циклический режим откачки (налива) – восстановления, • приток или отток через забой колодца, шурфа большого диаметра, • инфильтрационное питание и испарение на свободной поверхности (дополнение) Главный однооконный интерфейс включает поля ввода и редакции параметров пласта и характеристик скважин. Строится фильтрационный разрез-схема со скважинами и с разбивкой на блоки и элементы, графики понижений (повышений) уровней воды в скважинах, график дебита. Обеспечен вывод журнал хода уровней и дебита, таблица поля напоров, параметры численной модели – шага сетки (построение автоматизированное), шага по времени. Меню (операции с файлами, таблицами, графиками, опциями…). Управляющие элементы – клавиши, чеки, комбобоксы, скролы, таблицы, рамки, - все снабжены всплывающими подсказками. Пуск симулятора откачки или налива производится клавишами [>] по шагам или [>>] непрерывно. Пуск восстановления [<] по шагам или [<<] непрерывно. Предусмотрено тестирование разбивки по логарифму радиальной координаты и вертикальной координате на основе встроенных классических аналитических решений. Предусмотрен сравнительный анализ решений (графиков зависимости понижений от времени) разных вариантов и аналитического решения. Вспомогательное окно, обработки опытных данных, включает таблицу-журнал опыта и графики. На графиках выводятся и сопоставляются наблюдаемые в поле понижения (повышения) в скважинах и модельные значения. Решение обратной задачи состоит в использовании модельного решении в качестве эталонного в графической обработке опытных данных. В дополнение к использованию численного решения программа снабжена каноническими процедурами обработки опытных данных методом эталонных кривых. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2025 года Произведена (январь-июлю) миграция кода ранее разработанных блоков программы в платформу «.Net Framework 4.8», что позволило более полно реализовать многовариантные подходы к решению и визуализации результатов, обеспечить экспорт результатов. Разработанное приложение имеет автономный от разработчика тип, пользователь может работать независимо от составителя программы. Значительное место в разработках 2025 года (апрель-октябрь) уделено обеспечению решений схемы постановки опытов, предназначенных для опробования пород низкой проницаемости – менее 1 м/сут и более 0, 01 м/сут – пылеватых песков, супесей, суглинков, скальных пород со слабой трещиноватостью. Причина отсутствия методики опробования в том, что происходит быстрое осушение скважины и работу прекращают. Ситуация приводит к неоправданным финансовым потерям и отсутствию параметров, необходимых для обоснования гидрогеологических и экологических прогнозов. Суть предлагаемой методики состоит в преднамеренном быстром доведении уровня до заданного значения и последующем длительном его поддержании. Разработанный блок численного моделирования позволяет получить индикаторную кривую и определить временной диапазон для определения параметров проницаемости, упругой емкости и даже гравитационной емкости пород. Ближайшим результатом (ноябрь 2025 года – апрель 2026 года) должен стать прием использования канонических методов, разработанных для условий с неизменным дебитом, для решения поставленной задачи изучения свойств низкопроницаемых пород. Подтема 4: В 2025 году было продолжено изучение развития криогенных процессов на шельфе и арктических низменностях, прилегающих к морям Лаптевых, Восточно-Сибирского и Карского. Актуальность исследований определяется возрастающим использованием в экономике территории Российской Арктики и арктического шельфа, в частности в связи поисково-разведочными работами (в том числе на углеводородное сырье), с модернизацией инфраструктуры Северного морского пути, оборонными целями. Проводилось изучение развития криогенных процессов в пределах арктических низменностей, прилегающих к морям Лаптевых, Восточно-Сибирского и Карского, а также в береговой зоне и на мелководьях и островах шельфовой зоны этих морей. Основными методами исследований являлось дешифрирование разновременных снимков среднего и крупного масштабов и создание сценариев геологической истории за 200 тыс. лет для математического моделирования эволюции многолетнемерзлых пород с учетом теплового потока из недр Земли. Итогом подобных исследований является составление геокриологических карт шельфовой криолитозоны. Подход к составлению подобных карт, предусматривает учет как климатической и гляциоэвстатической цикличности, так и вклада геологического развития арктического шельфа в формирование субаквальной мерзлоты. Использование численного моделирования позволяет не только получить представление о распростра¬нении субаквальной мерзлоты, но и прогнозировать изменения в криолитозоне под воздей¬ствием таких факторов, таких как глобальное потепление и антропогенные воздействия. Вследствие очень малого количества региональных фактических данных по термометрии и определению физико-механических свойств горных пород (единичных скважин) численное моделирование позволило произвести оценку мощности криолитозоны о. Новая Сибирь с созданием карты по результатам районирования, а также поднятия Де-Лонга на западе Восточно-Сибирского моря. Для последнего учет изучения спутниковых данных Landsat за разные годы подтвердил высокий теплопоток в связи с развитием полыней близ островов Де Лонга в ранневесеннее время, что связано с магматической активностью этого региона. В связи с потеплением климата за последние десятки лет отмечено увеличение скорости термоабразии берегов морей, а также термокарстовых озер. Для Яно-Индигирской низменности в результате морфоструктурного районирования были выявлены различия в заозеренности и динамике площадей озер в пределах положительных, стабильных и отрицательных морфоструктур. Для отрицательных морфоструктур характерно более значительное увеличение площади озер, а также их спуск, вследствие развития гидросети в ходе формирования аласов. Морозобойное растрескивание грунтов и формирование полигонально-жильных структур различаются по возрасту и распространению. В континентальной части Арктики полигоны голоценового возраста имеют преимущественные размеры от 10 до 25 м, а в береговой зоне в засоленных грунтах размеры достигают 150 м и отслежены по детальным космоснимкам в прибрежных и лагунно-морских условиях на арктическом шельфе. К элементам новизны следует отнести составленную нами картосхему распространения полигонально-жильных структур в прибрежно- и лагунно-морских отложениях Северного полушария. Важным направлением исследований был анализ воздействия объектов нефтедобычи на эколого-геологические условия Среднего Приобья в Западной Сибири, среди которых проанализировано воздействие нефтезагрязнения на природную среду при разливах транспортируемых нефтепродуктов, а также влияние сжигания попутного нефтяного газа. Осуществлена оценка эколого-геологических рисков с построением карты для юго-восточной части междуречья Большой Салым и Большой Юган. По разновременным космическим снимкам были зафиксированы действующие факельные установки, что показало увеличение количества действующих газовых факелов в связи с вовлечением в разработку новых нефтяных месторождений, и результаты воздействия газовых факелов на растительный покров и грунты основания.
11 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: -
12 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Теоретическое и экспериментальное изучение влияния геологических и техногенных факторов на безопасность хозяйственной деятельности
Результаты этапа: -

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен