CC BY
348
АСТРАХАНСКИЙ ВЕСТНИК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
№ 1-2 (8-9) 2006. с. 46-71.
ОБЪЕКТ «ВЕГА» И ПОСЛЕДСТВИЯ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ В
МИРНЫХ ЦЕЛЯХ
(ОБЗОР)
Ю.С.Чуйков, Г.Г.Досмухамедова
Астраханский государственный университет
1. Проблемы обеспечения радиационной безопасности в Российской
Федерации
В 2004 году президиуму Г осударственного совета Российской Федерации был представлен доклад рабочей группы под руководством Губернатора мурманской области Ю.А.Евдокимова «О развитии международного сотрудничества в области ядерной и радиационной безопасности». Кроме основной темы - международного сотрудничества в этой сфере - в докладе был сделан анализ состояния обеспечения ядерной и радиационной безопасности в стране. В качестве вводной части к настоящему обзору приведем некоторую информацию из этого доклада (Доклад..., 2004).
В докладе, в частности, указывается, что ведущими факторами облучения населения России являются природные, на долю которых приходится 70% коллективной дозы облучения, и медицинские - 29%. Облучение за счет глобальных выпадений вследствие прошлых испытаний ядерного оружия и радиационных аварий составляет 0,63%, за счет деятельности предприятий, использующих источники ионизирующего излучения - 0,14%. Несмотря на эти утешительные показатели в ряде регионов и локальных территориях сложилась непростая ситуация с обеспечением радиационной безопасности.
В докладе отмечается, что в долгосрочном обеспечении ядерной и радиационной безопасности есть ряд масштабных проблем, связанных с последствиями гонки вооружений и реформирования экономики:
1. В период создания ядерного оружия и гонки вооружений задачи долгосрочного обеспечения ядерной, радиационной и экологической безопасности отодвигались на второй план для достижения главной цели -военно-стратегического паритета. В настоящее время ликвидация неблагоприятных экологических последствий предыдущей оборонной деятельности является наиболее острой и серьезной проблемой в области ядерной и радиационной безопасности.
2. Переходный период к рыночным механизмам хозяйствования привел к запаздыванию развития инфраструктуры по обращению с радиоактивными
отходами и отработавшим ядерным топливом как мирного, так и оборонного происхождения.
В России накоплено около 500 млн. м. куб. жидких радиоактивных отходов. Преобладают низкоактивные отходы. Почти 90% из них находится в хранилищах, которые не отвечают современным требования по изоляции отходов от окружающей среды. 88,8% объема всех радиоактивных отходов находится в специальных водоемах; 11,2% - в изолированных от
окружающей среды пунктах хранения. Наиболее сложная обстановка с жидкими радиоактивными отходами сложилась в районе расположения ФГУП «ПО «Маяк» (Челябинская область).
Основное (по объему) количество твердых радиоактивных отходов - это отходы горнодобывающих производств, забалансовые руды, загрязненное оборудования, тара, металлоконструкции, стройматериалы и грунты. Общее количество накопленных твердых бытовых отходов составляет 72 млн.т. Из них 66 млн.т. находятся в хранилищах, не изолированных от окружающей среды. 99% из них - низкорадиоактивные отходы горнодобывающих предприятий. Наиболее опасные отходы - 94% от суммарной активности твердых радиоактивных отходов в остеклованных блоках, хранящихся на ФГУП «ПО «Маяк», в экологически безопасном состоянии.
На 25 предприятиях эксплуатируются 35 установок и комплексов по переработке радиоактивных отходов. За 2002 год переработано около 3,4 млн. куб. м. твердых радиоактивных отходов. По сравнению с 2001 годов объем переработанных отходов увеличился в два раза. Однако, если этот процесс будет идти такими темпами, для переработки всех накопленных отходов потребуется около 150 лет. Переработка жидких радиоактивных отходов идет более быстрыми темпами, чем они накапливаются.
По сравнению с проблемами радиационной безопасности, связанными с военной хозяйственной деятельностью, использование атомной энергии в «мирных» целях на первый взгляд не выглядит таким опасным. Но тем не менее, в отдельных регионах, таких, как Астраханская области, эти проблемы в обеспечении радиационной безопасности являются ключевыми.
2. Ядерные взрывы в «мирных целях»
Подземные ядерные взрывы (ПЯВ) на объектах народного хозяйства СССР были начаты в 1965 году и продолжались до 1988 года. За этот период времени на территории России, Казахстана, Украины, Туркмении и Узбекистана было проведено 121 ядерное испытание, из них 62 ядерных испытания были осуществлены непосредственно на объектах нефтегазового комплекса, и ещё 40 ядерных зарядов было подорвано в регионах добычи нефти и газа.
Проведённые опытно-промышленные работы по использованию ПЯВ в интересах народного хозяйства характеризуется большим разнообразием, и были осуществлены для интенсификации добычи нефти и газа; сооружения
подземных ёмкостей для хранения углеводородной продукции; глушения открытых газовых фонтанов и др.
В результате подрыва ядерных зарядов в осадочном чехле нефтегазоносных провинций (НГП) образовалось большое количество твердых и жидких радиоактивных отходов.
При подземных ядерных взрывах в зависимости от мощности ядерного заряда, глубины его заложения, состава горных пород образуется полость ядерного взрыва, столб обрушения, зона разрушения геологической среды и техногенные микро- и макротрещины. В полостях ядерных взрывов, объем которых изменяется от 10000 до 35000 м , сосредоточены твердые и жидкие радиоактивные отходы ядерного взрыва и непрореагировавшее ядерное горючее.
В экологическом отношении каждый ПЯВ, независимо от целей его использования, обусловил формирование первичного источника радиоактивного загрязнения недр. Этот источник необходимо рассматривать как неконтролируемое захоронение радиоактивных отходов, подвергнутых постоянному воздействию естественных и техногенных процессов, протекающих в недрах. Особенно это относится к объектам нефтегазового комплекса, когда радиоактивные отходы активно включаются в процесс разработки месторождений и эксплуатации подземных емкостей и вместе с добываемой продукцией выносятся на дневную поверхность, загрязняя радионуклидами промысловое оборудование и трубопроводы.
В Прикаспийской НГП на Астраханском (объект «Вега») газоконденсатном месторождении было проведено 15 ядерных испытании с целью сооружения подземных ёмкостей в отложениях каменной соли.
В настоящее время практически все подземные ёмкости заполнились радиоактивным рассолом, находятся в аварийном состоянии и уже не пригодны для промышленной эксплуатации (Гурин, 2001).
3. Создание подземных хранилищ на АГКМ (объект «Вега»)
В начале восьмидесятых годов во исполнение постановления ЦК КПСС и Советом Министерства СССР от 17.01.80 № 492-162, от 23.01.81 № 111-32 институтами ВНИПИПРОМТЕХНОЛОГИЯ И ВНИИПРОМГАЗ были разработаны проекты по созданию на Астраханском газоконденсатном месторождении 15 подземных ёмкостей с помощью ядерных взрывов солевом комплексе. Основная предпосылка для применения ядерных взрывов на АГКМ состояла в том, что благодаря упругопластическим свойствам, прочности и сравнительной однородности каменной соли в ней могут создаваться устойчивые выработки значительных размеров.
Уже был известен опыт эксплуатации подземных ёмкостей на двух месторождениях Оренбургской области «Совхозное» (1 подземный ядерный взрыв (ПЯВ) в 1970 году) и «Дедуровка» (3 ПЯВ в 1971-1973 гг.), которые также приурочены к бортовой зоне Прикаспийской синеклизы. Кроме того,
достаточно надёжными зарекомендовали себя в то время емкости на соляном куполе Азгир в центральной части Прикаспийской синеклизы (10 наиболее мощных взрывов в 1966-1978 гг.), а также в соляных куполах США (серия взрывов «Сэлмон» и «Гном» в 1966-1973 гг.). И наконец, расчёты убеждали, что сооружение хранилищ на Астраханском газоконденсатном месторождении с помощью подземных ядерных взрывов (ПЯВ) значительно сокращает материальные затраты и поэтому представлялось экономически выгодным. В результате в 1980-1984 гг. на АГКМ с помощью ядерных взрывов было создано 15 подземных ёмкостей на глубинах от 900 до 1000 м объёмом от 20 до 30 тысяч куб. м каждая.
На Сеитовском куполе произведено 13 подземных ядерных взрывов энергетическим эквивалентом до 10 кт каждый, на Айдыкско-Сорысорском поднятии - 2 ПЯВ энергетическим эквивалентом до 4 кт каждый. Взрывы проведены на глубинах около 1000 м и образовали подземные емкости свободным объемом около 30 тыс.куб.м при взрывах по 10 кт и около 15 тыс.куб.м при взрывах по 4 кт. Выхода радионуклидов на дневную поверхность при ПЯВ не было. Образовавшиеся подземные емкости постепенно вскрывались и обустраивались фонтанной арматурой и коммуникациями. При вскрытии ПЕ имел место выход трития слабого истечения в виде парогазовой фазы, рассеянной в атмосфере, в количестве около 10 кКи в расчете на все ПЕ. Остаточного загрязнения технологических площадок и окружающей среды при стравливании не было, но при разбуривании забивки отдельные технологические площадки загрязнялись из-за протечек циркулирующим буровым раствором, содержащим цезий-137.
В 1987 году семь подземных емкостей (1Т, 3Т, 6Т, 10Т, 11Т, 12Т, 13Т) были заполнены газоконденсатом, две подземные емкости (14Т, 15Т) приняты в эксплуатацию для освоения эксплуатационных скважин промысла, четыре подземные емкости (2Т, 4Т, 8Т, 9Т) были законсервированы для последующего заполнения их широкой фракцией углеводородов и азотом и две подземные емкости (5Т, 7ВС) находились в ожидании продукции. Геофизическими обследованиями подземных емкостей, проведенными в 1986-1990 гг., было установлено прогрессивное уменьшение объемов подземных емкостей, расположенных на Сеитовском соляном поднятии. В связи с потерей подземными емкостями своего промышленного назначения руководством ГП «Астраханьгазпром» в 1991 году было принято решение о выводе части ПЕ из промышленного использования и последующей ликвидации технологических скважин и закрытии ПЕ.
Решение данного вопроса было осложнено присутствием в ПЕ и заполнением части из них до устья технологических скважин радиоактивным рассолом, по содержанию радионуклидов цезия-137, стронция-90 и трития относящихся к категории низко- и среднеактивных жидких радиоактивных отходов. Технология и мероприятия по ликвидации технологических скважин и закрытию подземных емкостей должны обеспечить надежную изоляцию радиоактивных рассолов и невыход радионуклидов в ОС.
Описание подземных полостей выполнено научно-испытательной станцией ПНО "Радиевый институт м. В. Г. Хлопина"
В подземной полости, созданной в каменной соли ПЯВ, выделены три основные структурно-геохимические зоны:
- внутренняя зона полости;
- краевая (граничная) зона;
- ореольная радиоактивная зона.
Внутренняя зона полости представлена стекшим с ее внутренней поверхности и затем застывшим на дне полости солевым расплавом, содержащим радионуклиды. В результате неравномерного остывания крупных линз расплава каменной соли непосредственно после взрыва формируются концентрические кристаллизационные зоны, различающиеся по структуре и радионуклидному составу соляных пород. В переплавленных соляных породах внутренней зоны полости содержатся почти все радиоактивные продукты деления и остаточное делящееся вещество. Исключение составляют радионуклиды, находящиеся в период образования расплава в газообразном состоянии и в форме легколетучих соединений. Многообразие радионуклидов в отдельных цепочках распада создало сложную, меняющуюся во времени систему распределения и миграции радионуклидов между солевым расплавом, газовой фазой полости и твердыми примесными тугоплавкими компонентами. В продуктах взрывов присутствуют сферические микрочастицы - продукты ранней конденсации тугоплавких окислов алюминия, кремния, кальция, магния и железа. Эти микрочастицы являются носителями основной части радионуклидов тугоплавких элементов. Мелкодисперсные силикатные минералы группы оливина обогащены европием-155, церием-144 и кобальтом-60. Плутоний и основная часть церия -144 ассоциируются с минералами группы магнетита. Размеры минералов обычно в среднем составляют 10 мкм.
В процессе остывания парогазовой смеси с частицами макрокомпонентов расплава происходила конденсация тугоплавких радионуклидов: циркония, редких земель, плутония. Отличительным свойством тугоплавких частиц полостей взрыва Сеитовского соляного поднятия являются их чрезвычайно малые размеры (3 -7 мкм) и сферическая форма. При размыве радиоактивной соли такие частицы могут переходить во взвешенное состояние (образовывать взвеси).
Краевая (граничная) зона полости представляет собой участок контакта полостного расплава на дне и на стенках полости с сохранившей свои структурно-текстурные особенности вмещающей породой.
Граничная зона имеет толщину порядка около 1 см, темный цвет, связанный с присутствием мелкодисперсных железистых новообразований. Для этой зоны характерна резкая смена активностей отдельных радионуклидов на границе «расплав - вмещающая порода» и обогащение узкого прослоя зоны церием-141 и рутением-106.
Ореольная радиоактивная зона образуется в результате разрушения целостности пород вокруг полости взрыва и проникновения газообразных и легколетучих радионуклидов по трещинам и ослабленным зонам. Форма ореольной зоны несимметрична относительно центра полости и имеет максимальное развитие по направлению к поверхности земли. Обычно простирание ореольной зоны составляет 4-5 радиусов полости. Развитие трещин в сторону от полости и вниз по массиву значительно меньше. Из полости в момент ее образования уходит около 70 % образовавшихся изотопов стронция-90 и цезия-137, которые внедряются в окружающий массив каменной соли по трещинам и ослабленным зонам в форме своих газообразных предшественников - благородных газов. На максимальные расстояния по трещинам ореольной зоны распространяются радионуклиды -цезий-137 и стронций-89. Ближе к кровле полости располагаются радионуклиды рутения и сурьма -125.
Распределение радионуклидов в ореольной зоне неравномерное. По мере приближения к своду полости активность радионуклидов, находящихся в ореольной зоне, возрастает.
В ореольной зоне и в краевой (граничной) зоне цезий -137 находится в виде хлорида, рутений-106 - в виде двух форм: связанной с солью и высокотемпературной, приуроченной к частицам шлака. Значительная часть сурьмы-125 существует в виде оксихлорида, церий-144 и кобальт-60 образуют высокотемпературные соединения.
Основным источником радиоактивных веществ, представляющим опасность для ОС, является радиоактивный рассол, находящийся в ПЕ. Радионуклидный состав рассола определяется свойствами химических соединений, в форме которых находятся радионуклиды. Так, цезий-137 в значительной степени (до 70 % от общей активности этого радионуклида в полости) переходит в рассол. Переход стронция-90 и его концентрация в радиоактивном рассоле определяется не только его химической формой, в которой он находится в полости, но и гидрохимическим составом вод, присутствующих в полостях. В свою очередь гидрохимический состав рассолов каменной соли определяется химическим составом солевых пород, слагающих массив каменной соли.
Для радиоактивных рассолов, находящихся в подземных емкостях объекта «Вега», характерно значительное содержание в них сульфат-иона, как результата растворения ангидрита, входящего в макросостав слагающих массив пород. Присутствие сульфат-иона приводит к ограничению перехода стронция-90 в радиоактивный рассол. Влияние вторичных процессов соосаждения и сорбции стронция-90 с сульфатом кальция приводит к тому, что удельная активность радиоактивных рассолов объекта «Вега» по стронцию-90 на один порядок ниже удельной активности по цезию-137.
Переход сурьмы-125 и рутения -106 в рассол ограничен, и концентрация их в радиоактивном рассоле не превышает 25 % и 5% их исходной активности в каменной соли полости, соответственно.
Тритий, находящийся в полости в окисленной форме (в виде молекул воды), полностью переходит в рассол.
Степень закрепления радионуклидов, приуроченных к окисно-силикатным частицам расплава (альфа-излучающие радионуклиды, редкоземельные элементы, кобальт-60 и др.), определяет прочность фиксации их в донной линзе расплава. Для минералоподобных частиц, какими являются новообразованные минералы, концентрирующие и несущие тугоплавкие радионуклиды, выщелачиваемость радионуклидов значительно ниже, чем для силикатных частиц.
Прочность фиксации тугоплавких радионуклидов новообразованными минералами в донной линзе расплава определяет их отсутствие в радиоактивных рассолах ПЕ.
На территориях технологических площадок ПЕ объекта «Вега» имелись локальные пятна загрязненного радионуклидами цезий-137 и стронций-90 грунта, возникшие при аварийных изливах радиоактивного рассола. Загрязненный радионуклидами технологических площадок грунт являлся потенциальным источником загрязнения грунтовых вод на территории технологических площадок и объектов окружающей среды (приземный слой воздуха, почва, растительность) сопредельных с технологической площадкой территорий при ветровом переносе.
По проведенным оценкам объем загрязненного грунта, включая объем грунта при зачистке технологических площадок, составил около 1700 куб.м,
Удельная активность загрязненного грунта по цезию-137 на 3-х технологических площадках (1Т, 2Т, 5Т) составила в 1992 г.:
- 0,1 МБк/кг - 150-260 куб.м;
- 0,01-0,1 МБк/кг - 400-700 куб.м.;
- 0,005-0,01 МБк/кг - остального грунта.
Таким образом, основным потенциальным источником загрязнения ОС является радиоактивный рассол, находящийся в подземных емкостях объекта «Вега». Вторым по значимости источником радиоактивного загрязнения ОС является находящийся на территориях технологических площадках загрязненный радионуклидами цезий-137 и стронций-90 грунт.
Обследование первой емкости 1Т показало, что через год её объём сократился с 30,0 до 24,3 тысяч куб. м. однако это не послужило поводом для остановки взрывных работ и пересмотра исходных допущений. Количество ядерных взрывов в последующем возросло и в 1982-1984 гг. составило соответственно 2,4,6.. Более того, в 1983 году в скважине 3Т был проведён наиболее сильный взрыв, мощность которого почти вдвое превышала мощность предыдущих и последующих взрывов. Игнорировался также факт большого разброса в объёмах отдельных емкостей при равных мощностях зарядов, который противоречил ранее установленным закономерностям на других объектах и однозначно свидетельствовал о специфике геологических условий Астраханского газоконденсатного месторождения. До 1986 года проектные объемы емкостей оставались неизменными (исключая емкость
1Т). Но в 1986 году внезапно началось резко прогрессирующее уменьшение объемов всех 15 емкостей. В 1987 году семь емкостей с уже уменьшенными объемами были заполнены газовым конденсатом, две (14Т и 15Т) были использованы при освоении эксплуатационных скважин. Емкости (2Т, 4Т, 7Т, 8Т, 9Т) были поставлены под монтажные работы для заполнения широкой фракций легких углеводородов (ШФЛУ). Емкости 2Т, 4Т, 7Т, 8Т, 9Т из-за потери объемов уже не имели промышленного значения, подлежали ликвидации, и вместо них было запланировано сооружение нового хранилища методом размыва.
Часть емкостей обводнилась и стала отжимать радиоактивный рассол к дневной поверхности. Так из скважины 5Т с декабря 1988 по июль 1989 года по справке специалистов ВНИПИПРОМТЕХНОЛОГИИ вывезено и захоронено в подземной ёмкости 2Т 12,5 куб. м рассола суммарной активностью около 140 Ки по тритию и 1,4 Ки по цезию-137.
Факт внезапного практически одновременного сокращения в 1986 году всех подземных емкостей АГКМ сосредоточенных в тектонически осложнённой зоне коленообразного изгиба Аксарайско -Утигенской гряды структурного солевого этажа свидетельствует о том, что деформации полостей подземных ядерных взрывов (ПЯВ) не являются локальными и, вероятно, охватили массив горных пород как единое целое. Эти деформации и обводнение полостей ПЯВ обусловлены недоучетом ряда природных и технологических факторов. Помимо уже отмеченных факторов секретности объекта «Вега» и чрезмерной абсолютизации опыта ПЯВ в соленосных толщах других регионов отрицательную роль сыграло также неприятие опыта геологических исследований Астраханского газоконденсатного месторождения, накопленного к моменту взрыва.
К началу работ по проекту «Вега» уже был известен ряд аварий при эксплуатации подземных хранилищ в соляных толщах. Неверные представления о геологической среде, принятые в проекте «Вега» настолько укоренились, что освободили от необходимости предварительной более тщательной разведки недр и режима природных процессов.
Наиболее порочными оказались представления о непроницаемости массива каменной соли, его однородности, сухости, а также о локальности и залечивании деформации после ПЯВ в связи с пластическими свойствами каменной соли.
Рассмотрим основные факторы, приведшие к аварийной ситуации на объекте «Вега».
Структурно-литологический фактор
В проекте «Вега» считалось, что хранилища Астраханского газоконденсатного месторождения закладываются в массиве каменной соли. В проекте учитывались механические свойства сухой каменной соли, определяемые в образцах, которые отождествлялись со свойствами массива в целом. Поэтому были упущены важнейшие исходные положения о том, во-первых, соленосная толща АГКМ имеет весьма неоднородный состав, так как
53
ее накопление происходило в прибрежной части солеродного палеобассейна
и, во-вторых, что структурный солевой этаж претерпел ряд стадий вторичных преобразований и поэтому имеет сейчас сложное строение.
По сути дела проектирование подземных ядерных взрывов основывалось на том, что пористость и проницаемость каменной соли, как минерала (а не горной породы) ничтожны. Но если массив горных пород даже целиком сложен из этого минерала, герметичность и обезвоженность его не гарантированы. Ведь каменная соль зачастую, в том числе и на Астраханском газоконденсатном месторождении, имеет углеводородный запах, в ней присутствуют вторичные углеводороды, проникающие из подсолевых отложений. Через нее, как показали опыты, могут фильтроваться не только газовая, но и жидкая фаза. Весьма неоднородны и механические свойства каменной соли.
Экспериментально установлено, что при температуре ниже +200 градусов Цельсия и нагрузках до 200 кг/кв. см (в среднем 45 кг/кв.см) каменная соль разрушается хрупким образом. При более высокой температуре соль начинает течь, а затем разрываться. Поэтому в каменной соли могут возникать поры межгранулярного типа с раскрытостью 4-8 мК и более крупные пустоты, обеспечивающие перетек флюидов. Характерно, что при внедрении воды в поликристаллы каменной соли межзеренная жидкость видоизменяет свойства материала и обеспечивает смену механизмов деформации и разрушения. Таким образом, даже в том случае, если массив сложен исключительно каменной солью, то его длительная устойчивость и непроницаемость весьма сомнительны, особенно при угрозе увлажнения и прогрева.
Наряду с первично измененными кристаллами в пределах одного и того же соляного купола существуют также зоны развития пластических и хрупких деформаций каменной соли. В связи с этими результатами ещё в 60 -х годах оформилось представление об этажности строения и структурной неоднородности реальных соляных куполов, развитии внутрисолевого диапиризма.
Признаки этажного строения проявляются наиболее отчетливо в коленообразном изгибе Аксарайско-Утигенской соляной гряды, там, где сосредоточено 15 подземных хранилищ Астраханского газоконденсатного месторождения. Эти хранилища располагаются на глубинах около 1000 м вблизи границы двух структурных подэтажей, обладающих резко различным простиранием тектонических элементов.
Будучи изначально чувствительной, к подвижкам, эта граница и лежащая над ней толща горных пород в результате 15 подземных ядерных взрывов могли быть осложнены дополнительными нарушениями, по крайней мере, трёх типов.
Первый тип нарушений может быть вызван слиянием зон трещиноватости, обрамляющих полости ПЯВ, в единую нарушенную зону пластообразной формы, которая, вероятно, стала играть роль «смазочного
слоя» на границе двух подэтажей соленосной толщи. Активизации таких нарушений способствуют не только наличие структурного несогласия, но и близость полостей подземных ядерных взрывов друг к другу, а также смыкание нарушений «смазочного слоя» с крутыми приразломными бортами Аксарайско-Утигенской соляной гряды и техногенными трещинами, возникающими в обрамлении близлежащих эксплуатационных (как правило, аварийных) скважин.
Второй тип нарушений может быть обусловлен образованием искусственных трещин откола в верхнем подэтаже соленосной толщи под влиянием отражённых взрывных волн. Такие волны при ядерных взрывах на Астраханском газоконденсатном месторождении могли возникать:
а) в соленосной толще на границе с многочисленными прослоями акустически жёстких ангидритов и песчаников;
б) в кровле соленосных отложений;
в) на крутых бортах соляного массива, где он контактирует со слоистым разрезом пород мезозоя и кайнозоя (полости 6Т, 7Т, 8Т, 9Т) и т.п.
В проекте «Вега» расчёт откольных явлений проводился для горизонтально слоистой модели среды и применительно к однородному массиву каменной соли. Предполагалось, что откольные явления охватят лишь основание горизонтально залегающей водоносной толщи над соляным массивом в зоне толщиной не более первых десятков метров. Опыт подземных ядерных взрывов на других объектах в каменной соли показывал, что зона трещиноватости над полостью ПЯВ не превышает 250 м. Поэтому заложение заряда на АГКМ на глубину около 1000 м вдали от предполагаемой зоны откольных явлений казалось безопасным.
Третий тип нарушений может быть обусловлен спецификой реологических эффектов, возникающих в соленосной толще пород.
Галогенная толща Астраханского газоконденсатного месторождения неоднородна. Помимо множества минералов группы галита она сложена также многочисленными прослоями песчаников, глин, ангидритов или гипсов, доломитов и др.
Особо отметим, что среди ангидритов галогенных отложений выделяется не менее 12 разновидностей, объединяемых в три группы: первично-осадочные ангидриты, их эпигенетические переотложенные обломочные разности и метасоматические образования с гранулированной структурой.
В сухом состоянии ангидриты слагают нерастворимый менее вязкий и достаточно упругий каркас соляных серий. Но в присутствии влаги ангидриты переходят в гипс, и объём каркаса увеличивается до 30%. В результате развиваются пластические деформации каркаса, и блоки каменной соли могут выталкиваться из стенок хранилищ.
Обводненность полостей подземных ядерных взрывов также несомненна.
Гидрогеологический фактор 55
В проекте «Вега» предполагалось, что полость взрыва окажется свободной от воды и герметичной, если будет соблюдено условие заложение заряда. Это условие ориентировано на модель массива каменной соли, который является непроницаемым и перекрыт водоупорным целиком достаточной мощности.
Однако в реальных условиях АГКМ соблюдение этих условий исключено, так как в силу резкой фациальной изменчивости соленосной толщи она сама содержит водоносные горизонты, что зафиксировано в паспортах технологических скважин. Приток подземных вод в отдельных интервалах разреза соленосной толщи в зоне ПЯВ варьирует от 25 до 1000 куб. м/сутки.
Характерно и то, что практически все попытки устранить притоки подземных вод посредством установки цементных мостов оставались безуспешными. На некоторое время притоки воды уменьшались, но при прессовке скважин давление на их устьях, как правило, в течение 30 минут резко падало. Это означало, что либо цементный мост негерметичен, либо водопроявления находятся за пределами испытуемого интервала.
И, наконец, негерметичность емкостей подтверждается тем, что при их вскрытии и проходке боевых скважин обнаруживались запах сероводорода в керне пород и пропитка пород битумом.
При изучении гидрогеологического режима зоны откольных явлений было отмечено, что после проведения ПЯВ зоны их гидродинамического влияния зачастую носят ярко выраженный ассиметрический характер и по размерам намного превышают расчетные величины зон механического воздействия взрыва. Эти отклонения объясняются эффектами дробления горных пород отраженными взрывными волнами.
Аксарайско-Утигенская соляная гряда, оказавшись раздробленной в зоне 15 ПЯВ, подверглась затем гидродинамическому воздействию со всех сторон. Возникли благоприятные условия для проникновения в структурный солевой этаж и в полости взрывов подземных вод. Наряду с этими облегчилась также разгрузка водоносных горизонтов и в пределах структурного солевого этажа и, кроме того, возникли благоприятные условия для прорыва высоконапорных вод подсолевых отложений из зон рапопроявления и межколонных перетоков аварийных скважин.
Почти все технологические скважины имеют плохой контакт цементного камня с породами и обсадными колоннами, а в некоторых скважинах (7Т) имеет место негерметичность резьбовых соединений и смещение колонн после взрыва. Уже сейчас в ряде скважин отмечены межколонные давления до 50 атм. (скважина 10Т).
На основе технологических и прокольных скважин фиксировался рост пластового давления и выход на дневную поверхность радиоактивного рассола, который загрязнен, в основном, тритием, стронцием -90, цезием-137 и кобальтом-90. По заколонному пространству в технологических скважинах
радиоактивный рассол мигрирует в вышележащие надсолевые водоносные комплексы. Об этом свидетельствует появление следов трития, цезия -137 в пробе воды, отобранной в 1400 м от технологической скважины на Астраханском газоконденсатном месторождении (по материалам НПО «Радиевый институт им. В.Г.Хлопина» и МГУ им. М.В.Ломоносова).
Пластовая вода, заполняющая подземные емкости из водонасыщенных горизонтов, находящихся в мощной толще каменной соли, ведет к резкому сокращению свободного объема емкости и повышению пластового давления в технологических и прокольных скважинах.
Анализ состояния подземных емкостей показывает, что отдельные техногенные трещины могут выходить за границу массива каменной соли и распространяться в надсолевых терригенных отложениях, с которыми связаны водонасыщенных горизонты. Об этом может свидетельствовать интенсивное поглощение бурового раствора, провалы инструмента при бурении прокольных скважин, выбросы газовой смеси, загрязненной радионуклидами, в целом ряде интервалов, находящихся на расстоянии от 50 до 230 м от точки заложения ядерного заряда.
Кроме того, из-за постоянного поступления пластовой воды в подземные ёмкости продолжается формирование столбов обрушения, которые за счёт размыва каменной соли могут достигнуть надсолевых водонасыщенных горизонтов, что приведёт загрязнения их радионуклидами и изменению гидрогеологической обстановки в регионе.
Повышение пластового давления в технологических и прокольных скважинах привело к появлению на устье этих скважин радиоактивного рассола, разливы которого загрязняли дневную поверхность (Гурин, 2001).
В 1986-1987 гг. условие залегания грунтовых вод в пределах АГПЗ и соседних территорий резко изменились. В это время здесь сформировался купол зеркала грунтовых вод с абсолютными отметками свода до -19 м. То есть по сравнению с 1983-1984 гг. уровень грунтовых вод резко повысился на 4-5 м. Характерно и то, что этот подъём сопровождался появлением резких аномалий в содержании ряда микроэлементов в подземных водах.
Тепловой и геодинамический факторы
Подвижки массива горных пород неизбежно сказываются на тепловом режиме недр. К сожалению, природа аномального геотермического режима Астраханского свода, вопрос о влиянии ПЯВ на тепловое состояние и подвижность недр Астраханского газоконденсатного месторождения в полной мере не изучены.
Геотермическая аномалия Астраханского свода, как типичная для нефтегазоносных провинций (НГП), обусловлена, во -первых, глубинным тепловым потоком, явлениями радиоактивного распада, а также рядом физико-химических и биохимических процессов в осадочной толще. Во -вторых, - перераспределением тепловых потоков флюидами. И, в-третьих, -степенью возбужденности новейших и современных тектонических
57
подвижек, от которых во многом зависит длительность существования геотермических аномалий. Зачастую эти поднятия контролируются прорывами напорных флюидов, то есть, сопряжены с гидродинамическими аномалиями.
Современные тектонические движения в бортовой зоне Прикаспийской впадины, носят аномальный характер, и их интенсивность резко изменилась с 1977 года. В связи с этим нужно отметить, с одной стороны, нелинейный характер температурных градиентов, а с другой, - согласованность конфигурации геоизотерм Астраханского свода с конфигурацией долины р. Волги и очертаниями Каспия. Это система двух взаимосвязанных водных бассейнов, речного и морского, постоянно подвержена колебаниям уровня разного порядка. Характер этих колебаний резко изменился после 1977 года, когда стал повышаться уровень Каспийского моря. Такие циклические нагрузки с непостоянным режимом во времени неизбежно должны влиять на напряженное состояние недр, их температурный и газовый режим.
В реальных условиях эффект теплового прогрева недр АГКМ мог быть обусловлен многочисленными прорывами флюидов в затрубное пространство эксплуатационных и разведочных скважин, утечкой тепла из полостей ПЯВ.
Наиболее резкие перепады температур, как уже отмечено, наблюдаются на границе соляных куполов или внутри них вблизи межсолевых прослоев ангидритов или гипсов, песчаников и других пород. Поэтому в условиях изменчивости теплового потока и теплового воздействия прорывов термальных вод эти контакты наиболее благоприятны для зарождения дислокаций, нарушения устойчивости полостей ПЯВ. Следствием этих дислокаций, особенно при наличии циклических нагрузок, может быть также усиленная дегазация недр и, в частности, диффузия сероводорода, что значительно ускоряет разрушение массива горных пород.
Вероятно, что этому разрушению могут способствовать также ударные нагрузки, обусловленные гидрологическими особенностями р. Волга.
Таким образом, аналогично тому, как это наблюдается при заполнении крупных водохранилищ, недра Астраханского свода, находясь в условиях многократной и непрерывной смены нагрузок, могут подвергаться возбужденной активизации современных подвижек вплоть до сейсмичности.
Эти нагрузки в сочетании с другими факторами могли способствовать разгерметизации полостей ПЯВ. В связи с этим обращает внимание чрезвычайно быстрое остывание полостей ПЯВ.
ПЯВ сопровождается мгновенным выделением в малом объёме огромной энергии. Носителем выделившейся энергии является газ, образовавшийся в полости за счет испарения горных пород. При своем расширении этот газ создает ударную волну. Во время расширения внутренняя поверхность полости покрывается слоем расплавленной породы толщиной несколько сантиметров и имеет температуру несколько тысяч градусов. Основная часть тепловой энергии концентрируется в полости ПЯВ
и в ее обрамлении, ограниченном двумя - тремя радиусами полости. Если полость не обрушается, то охлаждение ее происходит очень медленно.
На Астраханском газоконденсатном месторождении температура в подземных полостях, спустя два года после ядерных взрывов. Устанавливалась в пределах 110-126 градусов Цельсия. К 1989 года почти повсеместно она понизилась до 76 градусов Цельсия, а полости 4Т даже до 59 градусов Цельсия, то есть достигла естественных температур, характерных для Аксарайско-Утигенской соляной гряды на этой глубине (55,7-57,3 градусов Цельсия).
Столь быстрое выравнивание температур подтверждает, что полости ПЯВ разгерметизированы. Отток тепла из них поддерживает и без того повышенный прогрев Аксарайско-Утигенской соляной гряды и способствует потере устойчивости массива горных пород.
4. Результаты мониторинга района подземных емкостей 1Т-15Т
объекта «Вега»
Основными задачами радиационного мониторинга были получение исходных данных по радиационному загрязнению (чистоте) площадок объекта «Вега», прилегающих территории промышленной зоны АГКМ вод рек Ахтуба и Бузан, атмосферного воздуха с целью разработки мероприятий по улучшению экологической ситуации.
При проведении радиационного мониторинга в санитарно -защитных зонах территорий площадок подземных емкостей (ПЕ) 1Т -15Т Астраханского газоконденсатного месторождения были выполнены следующие виды исследований:
- съёмка гамма-полей (измерение мощности дозы гамма-излучения на расстоянии 1м от поверхности земли) на территориях площадок ПЕ контрольных точках, ежемесячно;
- обследование гамма-полей в зонах наблюдения площадок 1Т-15Т по карте сети реперных точек наблюдения;
- отбор почвы и определение содержания цезия-137, калия-40, тория-232, радия-226 с определением плотности потока альфа - и бета - частиц в точках отбора;
- отбор проб растительности и определение суммарной активности в растительном покрове в контролируемых зонах;
- отбор и анализ проб воды рек Ахтуба и Бузан в районе посёлка Аксарайский и села Красный Яр на содержание цезия-137, стронция-90, радия-226, тория-232, калия-40 из источников питьевого и хозяйственного водоснабжения;
- отбор проб аэрозолей приземного слоя воздуха в контролируемых зонах, расположенных на Сеитовском, Сары-Сорском и Айдыкском солевых поднятиях и проб атмосферных выпадений с определением содержания цезия-137.
При проведении радиационного мониторинга в посёлке Аксарайском, с. Красный Яр и в районе Астраханского газоперерабатывающего завода были выполнены следующие виды исследований:
- измерение мощности дозы гамма-излучения и плотности потока альфа -и бета-частиц от почвенно-растительного покрова;
- отбор проб и анализ проб почв на содержание искусственных и природных гамма-излучателей;
- отбор проб растительности на суммарную бета-активность.
При проведении работ использовались средства измерений, включённые в государственный реестр средств измерений и прошедшие государственную проверку.
Измерение мощностей эквивалентной дозы гамма-излучения производились приборами ДРГ-01Т1 и ДРБП-03.
Анализ жидких проб объектов окружающей среды и проб грунта на содержание Цезия-137, Радия-226, Калия-40, Тория-232, Стронция-90 проводился на спектрометрах энергией гамма-бета-излучения сцинтилляционных «Гамма-1С», «Бета-1С», установке УМФ-2000. Анализ проб растительности на определение суммарной бета-активность проводился радиометром «РКБ4-1еМ».
По результатам съёмок гамма-полей и исследования проб грунта, отобранных на территории площадок технологических скважин ПЕ 1Т -15Т объекта «Вега», получены следующие результаты:
- площадки технологических скважин подземных емкостей 1Т, 2Т, 5Т, 7Т, 9Т имели повышенный радиационный фон, отобранных на территории площадок технологических скважин подземных емкостей 1Т-15Т объекта техногенного происхождения;
- на площадке технологической скважины ПЕ 1Т обстановка постепенно ухудшается в связи с продолжающимися утечками содержимого ствола скважин. По сравнению с данными за ноябрь месяц 2001 года радиационная обстановка в 2002 году существенно не изменилась. Были зафиксированы утечки углеводородного сырья - содержимого ствола скважины в предохранительный поддон, а из поддона на грунт площадки через отверстие для слива. Грунт под поддоном сильно загрязнен мазутом, поддон заполнен жидкостью - смесью дождевой воды и углеводородсодержащего продукта. Наибольшие значения мощности дозы гамма-излучения на расстоянии 0,1 м от поверхности земли (5,94 мкЗв/час) установлено на грунте под отверстием для слива в поддоне.
- на площадке ПЕ 2Т мощность эквивалентной дозы (МЭД) варьируется от естественного до 400 мкЗв/час.
В 2002 году на площадке технологической скважины 2Т утечка радиоактивного рассола из фланцевого соединения продолжалась в виде капельного истечения. Радиационная обстановка на площадке остается сложной. В результате утечки был полностью заполнен радиоактивным рассолом предохранительный поддон и загрязнён грунт площадки.
Результаты проведения замеров с уровнями мощности дозы гамма-излучения на расстоянии 0,1 м от измеряемой поверхности показали: наиболее высокое значение мощности - 651 мкЗв/час - над поверхностью предохранительного поддона. На расстоянии 1 м от фонтанной арматуры мощность дозы достигает 104 мкЗв/час. Уровень мощности дозы гамма-излучения на расстоянии 1 м от ограждения площадки по всему периметру варьируется от 0,17 до 0,67 мкЗв/час.
На территориях технологических площадок 3Т, 4Т, 6Т, 10Т-15Т радиационная обстановка соответствовала уровню естественного радиационного фона. В тоже время имеются практически на всех объектах следы протечек из фланцев, сальников, резьбовых соединений со следами углеводородсодержащих продуктов, но без увеличения гамма-фона;
- на площадке ПЕ 5Т МЭД существенных изменений по сравнению с 1999 годом в 2001 году не произошло, мощность эквивалентной дозы варьируется от 0,3 до 75,0 мкЗв/час. На территории площадки технологической скважины 5Т в 2002 году зафиксирована одна утечка содержимого ствола скважины (углеводородсодержащей жидкости) из резьбового соединения верхнего фланца. Фонтанная арматура и предохранительный поддон загрязнены углеводородсодержащими продуктами. Над поддоном на расстоянии 0,1 м от его поверхности мощность дозы варьируется от 3,15 до 5,64 мкЗв/час. К ноябрю 2002 года, по сравнению с результатами обследования в ноябре 2001 года, существенных изменений уровня мощности дозы гамма - излучения от грунта площадки не наблюдалось.
- на площадке технологической скважины 7Т в 2002 году радиационный фон, по сравнению с 2001 годом несколько ухудшился: в результате утечки повысился уровень мощности дозы гамма - излучения от грунта под поддоном;
- на территории площадки технологической скважины подземных емкостей 8Т с января 2002 года наблюдалась капельная утечка рассола на фонтанной арматуре скважины. В результате утечек и под воздействием атмосферных осадков поддон, установленный в 1998 году, подвергся воздействию коррозии до образования множества отверстий, в результате чего мощность дозы гамма - излучения под поддоном повысилась. По периметру ограждения площадки мощность дозы гамма - излучения на уровне 0,1 м от поверхности земли варьируется от 0,21 до 1,31 мкЗв/час. На удалении 1 м от периметра обваловки, участков с повышенным радиационным фоном не обнаружено;
- на площадке технологической скважины 9Т самое высокое значение мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения - у среднего фланца фонтанной арматуры - 1,61 мкЗв/час. Это значение в течение 2002 года не изменялось. В ноябре 2002 года в этом месте зафиксировано значение мощности 1,53 мкЗв/час. В точках расположенных в 0,5 м по периметру фонтанной арматуры по поверхности земли, дозы меняются от 0,30 до 0,56
мкЗв/час. Мощность дозы гамма-излучения от предохранительного поддона на расстоянии 0,1 м от его поверхности составляет 1,14 мкЗв/час, в поддоне дождевая вода. На фонтанной арматуре появлений солевых натеков не обнаружено. За пределами обваловки превышения уровня естественного гамма-фона не обнаружено.
По результатам замеров гамма-поля в зонах наблюдения, то есть на площади многоугольников, оконтуривающих в проекциях площадок ПЕ 1Т-15Т, можно сделать заключение, что в течение года (2002) получены величины средних значений, мощности дозы гамма-излучения не изменились, примерно равны между собой в пределах границ случайных погрешностей. Диапазон изменений значений мощности дозы гамма-излучения находится в пределах 0,09-0,12 мкЗв/час.
Выявленная устойчивость характеристик гамма-поля наблюдения свидетельствует об отсутствии миграционных процессов, ответственных за перераспределение техногенных радионуклидов с территории площадок ПЕ по площадям Астраханского газоконденсатного месторождения.
По результатам обследования характеристик гамма-полей на территории зон наблюдения населённых пунктов и Астраханского газоперерабатывающего завода в 2001 и 2002 годах не установлено влияния утечек радиоактивного рассола на почвенный покров территории, окружающих подземные емкости.
По результатам исследований сделано заключение о том, что полученные величины средних значений мощности дозы гамма-излучения не изменились и соответствуют фоновым значениям мощности дозы гамма-излучения. Влияние повышенного уровня мощности дозы гамма-излучения участков грунта, на территориях которых площадок технологических скважин 1Т-15Т на характеристики гамма-поля в населённых пунктах и АГПЗ не выявлено.
В августе-сентябре 2002 года проводился отбор проб грунта на площадках технологических скважин ПЕ 1Т-15Т, в зонах наблюдения населенных пунктов поселка Аксарайский, села Красный Яр и на территории АГПЗ на определение удельной активности цезия-137, калия-40, радия-226 и тория-232. Пробы отбирались на горизонтальных участках, где поверхностный сток и дренаж минимальны. На территории Астраханского газоконденсатного месторождения в соответствии с программой работ было отобрано 120 проб грунта, 60 из них с территории площадок технологических скважин 1Т-15Т, остальные 60 были отобраны в зоне наблюдения. Анализ отобранных проб грунта проводился на спектрометре энергий гамма-бета-излучения сцинциляционным «Гамма-бета- 1С».
На территориях площадок технологических скважин 1Т -15Т, имеющий повышенный фон гамма-излучения, отбиралось по 5 проб (на территории площадки скважины 5Т отобрано 8 проб). На площадке с естественным радиационным фоном отбирались по 3 пробы грунта в непосредственной близости от фонтанной арматуры.
Активность калия-40, радия-226 и тория-232 во всех отобранных пробах грунта примерно одинакова и колеблется в пределах: по калию-40 - от 189 до 347 Бк/кг, по радию-226 не превышает 27 Бк/кг, по торию-232 - 25 Бк/кг.
Величина активности цезия-137 в пробах грунта существенно отличается, она находится в зависимости от степени загрязнения той или иной площадки.
В рамках работ по радиационному мониторингу в сентябре 2002 года исследовано 60 проб грунта в зонах наблюдения и 12 проб в населенных пунктах п. Аксарайский, с. Красный Яр и АГПЗ.
Результаты спектрометрических исследований показывают, что удельная активность калия-40, цезия-137, радия-226, тория-232 находится на уровне фоновых значений, характерных для данной местности и нее превышает: калий-40 - 324 Бк/кг, цезий-137 - 20 Бк/кг, радия-226 - 25 Бк/кг, торий-232 -25 Бк/кг и, по сравнению с данными на октябрь 2001 года, практически не изменилась. Удельная активность стронция-90 в пробах не превышала 40 Бк/кг.
В точках отбора проб определялась плотность потока альфа - и бета-
частиц от грунта. На всей территории зоны наблюдения значения плотности
1 2
потока бета-частиц не превышает 7,0 (мин- см-), плотность потока альфа-
1 2
частиц - 2,0 (мин- см-).
При оценке результатов исследования проб грунта, отобранных в зоне наблюдения, населенных пунктах и промышленной зоне, сделан вывод о том, что воздействие утечек радиоактивного рассола из скважин подземных емкостей на почвенный покров этих территорий не выявлено.
Отбор проб растительности проводился в августе 2002 года в количестве 20 проб на полосе шириной 1 м за ограждениями или обваловками всех площадок технологических скважин подземных емкостей. Пробы включали траву, листья, кору и ветки кустарников, не менее 1 кг каждая проба.
Также было отобрано десять проб растительности в населённых пунктах села Красный Яр, п. Аксарайский и в районе АГПЗ.
При анализе полученных результатов, сделан вывод о том, что влияние загрязненных участков поверхности площадок ПЕ с повышенным техногенным фоном гамма-излучения на растительный покров за территориями этих площадок не установлено.
Не установлено влияние загрязненных участков поверхности площадок подземных емкостей на величину суммарной бета-активности растительности в ближайших населённых пунктах.
В августе 2002 года были отобраны пробы воды - из рек Ахтуба и Бузан, из источников питьевого водоснабжения в поселках Молодёжный и Вахтовый, и в селе Красный Яр.
В исследуемых пробах содержания радионуклидов, превышающего уровни вмешательства в соответствии с п.2 НРБ - 99 (Норма радиационной безопасности) не установлено.
В 2001-2002 годах по результатам исследований проб приземного слоя воздуха и атмосферных выпадений на определение объемной активности цезия-137 и трития на обследуемых территориях не установлено превышения содержания этих радионуклидов в объектах окружающей воздушной среды.
Отбор проб аэрозолей приземного слоя воздуха в контролируемых зонах, расположенных на Сеитовском, Сары-Сорском и Айдыкском солевых поднятиях, проводился в сентябре 2002 года отбор проб атмосферных выпадений - в ноябре 2002 года.
В положительную сторону изменилась ситуация, связанная с ликвидационно-изоляционными работами на объекте «Вега». Впервые за последние 10 лет выделено финансирование и завершено строительство природоохранного объекта пункта временного хранения и дезактивации радиоактивных отходов (ПВХО). В составе ПВХО завершено строительство всех предусмотренных проектом объектов: гаражи с ремонтной зоной, площадка для хранения жидких радиоактивных отходов (ЖРО), склад для хранения твердых радиоактивных отходов (ТРО), эстакада для дезактивации транспорта и оборудования, санпропускник, контрольно -пропускной пункт, канализация для сбора загрязненных радиоактивными веществами стоков, ливневая канализация. Частично решен вопрос укомплектования ПВХО технологическим оборудованием. Производственный радиационный контроль на подземных хранилищах ведется на договорной основе научноиспытательной станцией радиевого института имени Хлопина в объеме мониторинга, разработанного НИИ «Промтехнология» (г. Москва) и согласованного в установленном порядке. Выделена группа операторов, отслеживающих состояние пластового и межколонного давления, устраняющих капельное истечение радиоактивных рассолов, производящих окраску запорной арматуры и восстановление ограждений санитарнозащитной зоны, установку знаков радиационной опасности.
Вместе с тем техническое состояние оборудования подземных емкостей остается неудовлетворительным и характеризуется как аварийное.
5. Радиационная обстановка объекта «Галит»
В 1966-1979 годах на территории Казахстана (бывшая Гурьевская область, в настоящее время Денгизский район Атырауской области) в непосредственной близости от границы с Астраханской областью на соляном месторождении Большой Азгир было проведено 10 подземных ядерных взрывов (промплощадки А-1 - А-11, объект «Галит») в целях отработки ядерно-взрывной технологии создания подземных емкостей в массиве каменной соли.
В результате создано 9 устойчивых полостей общим объемом - 1,2 миллиона куб. м без каких-либо изменений дневной поверхностей в эпицентральных зонах. Лишь в одном случае (на площадке А-9)
образовалась провальная воронка диаметром 500 м и глубиной до 18 м, изолированная от полости взрыва.
Для обеспечения программы работ на месторождении Большой Азгир, начиная с 1965 года (фоновые наблюдения), непосредственно при проведении взрывов (регистрация радиоактивных первичных эффектов) и поле взрывных работ (послевзрывные длительные наблюдения) выполнялся регулярный контроль радиоактивного загрязнения природной среды: изменение содержания радионуклидов в почве, растительности, воде на территории промышленных площадок и а окружающих населённых пунктах. Такой контроль выполнялся, как и в ближайших кошарах с населением до 1015 человек (Мехтей, Мекул, Даукен, Шу-кыр и других), так и в крупных населённых пунктах в радиусе до 70 км (Азгир, Батырбек, Балкудук, Суюндук, Харабали). Загрязнение промплощадок контролировалось и после 1979 года, поэтому имеются подробные данные по изменению радиационной на ней послевзрывной технологической операции. В 1990 году были сняты детальные картограммы загрязнения промплощадок и территории в радиусе 1 км для уточнения объёма работ по их дезактивации и определения качества рекультивации.
Подземные ядерные взрывы проводились в соляном массиве на глубинах от 160 до 1500 м в вертикальных скважинах, в сочетании с мероприятиями по их герметизации это исключило выход первичных (аэрозольных) радиоактивных продуктов на дневную поверхность. Однако при некоторых из них происходило истечение радиоактивных инертных газов (РИГ), в этих случаях радиационная обстановка на промышленных площадках определялась его режимом и метеоусловиями в приземном и пограничном слоях атмосферы. В частности, к таким ситуациям относятся взрывы в скважинах А-1, А-2 и А-8.
При этом при взрывах в скважинах А-1 и А-8 произошло не
соответствующее прогнозным оценкам ранее истечение радиоактивных инертных газов (То-12 и 60 минут соответственно), что осложняло действия персонала. В этом отношении оба случая отнесены в соответствии с
решением Межведомственной экспертной комиссии по оценке радиационной и сейсмической безопасности подземных ядерных испытаний к нештатным радиационным ситуациям. Остальные взрывы характеризуются, как взрывы полного камуфлета обуславливался в основном короткоживущими радионуклидами инертных газов и при его струйном распространении не прослеживался далее 7-8 км от эпицентра взрыва. Во всех случаях, корме А-
1, на указанном расстоянии не было населённых пунктов; при взрыве А-1 газовая струя не проходила через посёлок Азгир (Кривохатский и др., 1992).
В последующем при проведении вскрытии образовавшихся полостей в целях экспериментальных исследований по определению их устойчивости и уточнению распределения радионуклидов в соляной геологической
формации в атмосферу инжектировано 4,7 МКи радиоактивных инертных газов (РИГ). Этот процесс был управляемым и осуществлялся при
соответствующих метеоусловиях, обеспечивающих вертикальный подъём струи газов, вследствие чего исключалось загрязнение почвы и растительности и не создавалось радиационное воздействие на уровне земли за пределами промышленных площадок, в том числе и в близлежащих населённых пунктах. А.С.Кривохатский с соавторами (1992) считают, что деятельность промплощадки «Галит» не нанесла какого-либо ущерба почвам, растительному и животному миру. Больше того, условия охраны промплощадки и создали на этой территории своевременный «заповедный режим», способствующий сохранению почв, растительности и животных, в том числе промысловых видов.
Выводы исследований, проведенных на объекте «Галит» в 1991 году, были таковы:
- значительные изменения почв и растительности наблюдаются в основном на промышленных площадках, за их пределами отсутствуют;
- фауна в районе месторождения Большой Азгир не отличается от фауны окружающих территории;
- не выявлено каких-либо отрицательных последствий ядерных взрывов на биоту в целом и её отдельные компоненты;
- питьевые водоисточники поселков Азгир и Балкудук не содержат повышенной радиоактивности.
В настоящее время на ядерном полигоне «Азгир» (объект «Галит»), ныне не функционирующем и принадлежащем Институту ядерной физики НЯЦ РК, почти все емкости заполнены радиоактивным рассолом.
6. Меры обеспечения радиационной безопасности на объекте «Вега»
На Астраханском газоконденсатном месторождении за проведением подземных емкостей объекта «Вега» проводятся с момента их создания: сначала силами ОО «Астраханьгазпром», а с 1999 года - специалистами Подземгазпрома, АВЧ, НИС Радиевого института под контролем Госатомнадзора Росси, Госгортехнадзора и других руководящих органов.
В результате наблюдений была установлена зависимость между геомеханическими процессами, происходящими в окрестностях выработок-емкостей, и миграцией радиоактивных отходов в соляной массив и окружающую среду. На основании полученных данных сформулированы требования к системе мониторинга, обеспечивающие экологическую безопасность технологического режима эксплуатации, консервации и ликвидации подземных емкостей. Анализ возможных каналов миграции радиоактивных отходов позволил систематизировать их в зависимости от технологического режима:
а) по закрытым каналам в породном массиве (диффузия в соляной массив, фильтрация в соляной массив, по техногенным трещинам);
б) по открытым каналам до поверхности земли (внутритрубное и затрубное пространство технологических скважин).
С учётом результатов анализа рекомендуется осуществлять мониторинг подземных вод и мониторинг окружающей среды на поверхности в районе промышленной площадки подземных хранилищ. Мониторинг подземных вод предлагается проводить при помощи сети пробуренных на вышележащие водоносные горизонты контрольно-наблюдательных скважин, некоторые из них 15 - хвалыно-хазарский, 5 - Бакинский и другие.
Один из способов изоляции подземных емкостей с радиоактивными отходами и предотвращения их фильтрации по возможным путям миграции -связывание рассола и перевод его в гелеобразное состояние путем введения специальных добавок.
В ООО «Подземгазпроме» проводятся исследовательские работы по установлению возможности связывания больших объемов рассолов, с помощью широко применяемых в промышленности материалов -магнезиального шлама, нефелинового концентрата, обладающих высокой прочностью или высокой вязкостью. Получаемые, не текучие массы лишены способности, проникать по порам и трещинам в вышележащие водоносные горизонты и на поверхность, что позволяет исключить неблагоприятное воздействие на окружающую среду. В ходе проводимых работ разрабатывали рецептуру отверждающих композитов и способы доставки материалов в подземные емкости, определяли срок схватывания, изучали физико -механические свойства отвержденных рассолов.
В результате исследований установлены принципиальная возможность отверждения радиоактивных отходов и технологические параметры подаваемых в ликвидируемые подземные емкости отверждающих материалов - шлама и нефелинового концентрата. Эти материалы являются наиболее дешевыми.
Изучение особенностей отверждения рассолов с помощью нефелинового концентрата показало следующее:
- связывать большие объемы рассола в подземных емкостях с переводом его в гелеобразное состояние возможно комплексе: рассол - нефелиновый концентрат - серная кислота;
- серная кислота при взаимодействии с нефелиновым концентратом не образует летучих продуктов;
- гелеобразование в больших объемах рассола происходит только при достижении значения рН системы равного 1,8-2,7;
- возможны 3 варианта заполнения подземных емкостей гелеобразующим составом:
а) предварительная выдача в пунктах временного хранения отходов половины объема рассола, заполняющего емкость, с последующей порционной подачей на ней нефелинового концентрата в подземной емкости;
б) порционная выдача рассола из затрубного пространства, приготовление на рассоле гелеобразующего состава и закачка его через центральную колонну, опущенную на ^ высоты подземных емкостей;
в) доставка гелеобразующего состава в подземные емкости с многоразовым использованием в качестве транспортирующей жидкости дизельного топлива и последующим извлечением отделившегося дизельного топлива через затрубное пространство;
- для приготовления гелеобразующего состава на рассоле в нем сначала разводят кислоту, а затем добавляют нефелиновый концентрат;
- для приготовления гелеобразующего состава на дизельном топливе в нем предварительно перемешивают нефелиновый концентрат, после чего вводят кислоту;
- перед подачей в емкость гелеобразующий состав необходимо тщательно перемешать в течение 1 часа для полного взаимодействия нефелинового концентрата с кислотой и образования прочных и вязких гелей;
- гелеобразующий состав, затворенный на рассол, имеет динамическую вязкость 2-3,5 мПа*с; через 3 суток вязкость образовавшегося геля, в зависимости от первоначальной концентрации исходных компонентов, достигает 1500-2800 мПа*с;
- динамическая вязкость гелеобразующего состава на дизельном топливе составляет 7,1 -7,3 мПа*с, а вязкость образующихся гелей достигает 1300-2500 мПа*с;
- максимальное статическое напряжение сдвига, определенное на приборе СНС-2, у гелей в возрасте 1 года достигает 366-499 дПа;
- коэффициент фильтрации созревшего геля составляет (0,04 8,08)10"3
м/сут. (как у глин); при небольших градиентах на порах фильтрация гелей практически отсутствует;
- повышенные температура и давление на глубине заложения подземных емкостей положительно влияют на процесс отверждения рассолов и временную стабильность полученных гелеобразных масс.
Результаты работ будут использованы при закрытии подземных емкостей и ликвидации технологических скважин на объекте «Вега» Астраханского газоконденсатного месторождения.
Следует отметить, что при ликвидации подземных емкостей на каждый контрольно-наблюдательной скважине необходимо проводить наблюдения за поведением подземных вод, а на поверхности осуществлять постоянный экологический контроль, как в окрестностях технологической площадки подземных емкостей, так и на территории комплекса в целом.
Ликвидация объекта «Вега» включена в «Целевую программу работ по решению проблемы охраны окружающей среды на радиационно-опасных объектах ОАО «Газпром» на 2001-2005 гг.», утвержденную Председателем Правления распоряжением № АМ-412 от 25.01.02 г., содержащую перечень мероприятий и график финансирования.
В числе указанных мероприятий - разработка проектов закрытия рассолозаполненных подземных емкостей и проекта системы радиационного мониторинга на объекте.
Реализация данных проектов сопровождается проведением комплексных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ для отработки технологии вывода объекта из эксплуатации, геофизических и геодинамических исследований, а также аварийно-ремонтных работ на скважинах и приустьевых площадках.
В соответствии с требованиями Федерального закона «О радиационной безопасности населения», НРБ-96, ОСПОРБ-99, другими нормативными документами по обеспечению радиационной безопасности персонала и населения, предупреждению радиационных аварий и загрязнения среды обитания под контролем госсанэпидслужбы области были разработаны и в дальнейшем согласованы следующие регламентирующие документы, а также выданы требуемые санитарно-эпидемиологическое заключение на проектную документацию и заявленные виды деятельности с радиоактивными веществами:
1. Положение о службе радиационной безопасности ООО «Подземгазпром».
2. Программа обеспечения качества ПФ «Астраханьподземгазпром» при обращении с радиоактивными отходами.
3. Инструкция по радиационной безопасности при проведении работ на площадках технологических скважин подземных емкостей ПЕ 1Т - ПЕ 15Т АГКМ и ПВХО.
4. Инструкция по радиационной безопасности при проведении ликвидационно-изоляционных работ на площадках технологических скважин подземных емкостей ПЕ 1Т - ПЕ 15Т АГКМ и ПВХО.
5. Инструкция по предупреждению аварии и пожара и ликвидации их последствий.
6. Инструкция по действию персонала в аварийных ситуациях.
7. Программа производственного (радиационного) контроля на ПВХО.
8. Инструкция по радиационному контролю на ПВХО.
9. Программа производственного (радиационного) контроля площадки ПЕ 12Т.
10. Инструкция по радиационному контролю на площадке ПЕ 12Т.
11. Инструкция по порядку обращения с радиоактивными отходами на ПЕ 12Т и др.
Ежегодно оформляется радиационно-гигиенический паспорт ПФ «Астраханьподземгазпром», в ФГУ Центр Госсанэпиднадзора в Астраханской области сдаются сведения о дозах облучения и о заболеваемости лиц из персонала в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников ионизирующих излучений и в условиях радиационной аварии по специально разработанным формам.
Проведено обучение по радиационной безопасности труда персонала, работающего с радиационными источниками. В штате ПФ «Астраханьподземгазпром» организована служба, осуществляющая радиационный контроль персонала, задействованного в работах на
территории промплощадок объекта «Вега» с фиксацией мощности эквивалентной и суммарной дозы, полученной за время проведенных работ. Одновременно проводится анализ воздуха рабочей зоны для определения объемной активности трития в воздушной среде.
Разработаны и оформлены технические паспорта скважин, оформлены и зарегистрированы в Астраханском БТИ земельные отводы под технологические скважины 1Т-15Т.
В настоящее время решается вопрос о государственной регистрации скважин, постановке их на баланс ОАО «Газпром» и передаче в аренду ООО «Подземгазпром» для производства изоляционно-ликвидационных работ. Разработан, прошел государственную экспертизу и утверждение «Рабочий проект опытно-экпериментальных работ по закрытию подземной емкости и ликвидации технологической скважины 2Т». Газобезопасность, технический контроль и ремонт фонтанной арматуры технологических скважин 1Т-15Т осуществляется по договору службой АВЧ ООО «Г азовая безопасность». По совокупности данных объективного контроля и долгосрочного анализа радиационной обстановки, в соответствии с требованиями пункта 3.1.4. «Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРБ-99) для площадок подземных емкостей ПЕ 1Т - ПЕ 15Т согласована 3 категория потенциальной радиационной опасности.
Литература
Астраханский газовый комплекс: проблемы и перспективы // Газовая промышленность. - 2000. - №3. - 1 с.
Горно-геологическиепроцессы в подземных емкостях на Астраханском газоконденсатном месторождений / В.И. Смирнов, Б.Н. Шафаренко // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2000.-№3.- с. 207-215.
Гурин Д.Н. Геомеханическое обоснование экологической безопасности подземных хранилищ, созданных ядерными взрывами в отложениях каменной соли: Автореф. дис. ... канд. техн. наук.- МГГУ, 2001.
Кирюхина Н.Н., Шахиджанов Ю.С. Радиоактивное загрязнение нефтегазоносных регионов в результате проведения ядерных испытаний в интересах народного хозяйства // Безопасность жизнедеятельности. - 2004.-№2.- с. 28-34.
Кривохатский А.С. Радиохимия ядерных взрывов. - Радиохимия, 1982, т.24, N 3,с.277-286.
Кривохатский А.С., Савоненков В.Г. Локализация радиоактивных продуктов (отходов) в соляном куполе Азгир. Препринт РИ-235, М.1992.
Кривохатский А.С., Соколов В.А., Петров Ю.Г., Дубровин В.С. Основные характеристики радиационной обстановки после завершения серии подземных ядерных взрывов в интересах народного хозяйства на соляном месторождении Большой Азгир (Казахстан): Препринт РИ-223. М.:
ЦНИИатоминформ, 1992.
Козьмин А.В., Горбунов А.Н., Камалов о.р., Твердохлебов И.И. («АстраханьНИПИгаз») К вопросу захоронения радиоактивных отходов при ликвидационно-консервационных работах на объекте «Вега».- В кн.: Экологические аспекты разработки Астраханского газоконденсатного месторождения. Труды «АстраханьНИПИгаза».- А.: ГП «Издательско-полиграфический комплекс «Волга»», 1996.- с. 17-18.
Питьева К.Е., Меломед И.Г. Промежуточный отчет по теме "Разработка теоретических основ и методика гидрогеологического прогноза изменений геологической среды для обоснования и природоохранных мероприятий и рационального использования природных ресурсов Астраханского ГКМ", Москва, МГУ, 1989.
Севастьянов О.М., Серебряков О.И. и др. Геолого-гидрогеологические исследования разведочных скважин для подземного сброса промстоков на Астраханском месторождении. Оренбург. ВолгоУралНИПИгаз, 1983.
Сидоров В.А. Разработка месторождений углеводородов и природнотехногенные геодинамические события. - В кн.: Прогноз и контроль геодинамической и экологической обстановок в регионе Каспийского моря в связи с развитием нефтегазового комплекса. Материалы Международного научно-организационного семинара по программе «Геокаспий - Нефть» / Ред. Д.Л. Федоров, Л.Н. Солодилов, С.В. Клубов. - М.: Научный мир, 2000. - с. 148-165.
Смирнов В.И., В.П. Шустров, А.А. Лапицкий Ликвидация подземных емкостей в каменной соли, созданных специальными методами // Газовая промышленность. - 2003.- №1.- с. 68-70.
Технико-экономическое обоснование "Закрытие подземных емкостей и ликвидации технологических скважин (объект "Вега). Этап 1. Научнотехнические основы закрытия подземных емкостей и ликвидация технологических скважин". Фонды ВНИПИПромтехнологии, инв. № А-59-92, 1992.
Чуйков Ю.С. Объект «Вега» (информационные материалы) -Астрахань: 1994.- 66 с.
Чуйков Ю.С. Правовые основы радиационной безопасности и защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций (Учебное пособие). -Изд-во Нижневолжского центра экологического образования. - А.: 2004. -144 с.
