КАРТИРОВАНИЕ ГЕОПАТОГЕННЫХ ЗОН И ОБЛАСТЕЙ

Геопатогенные зоны и области характеризуются сильным воздействием на человека природных (физических) полей. При этом возрастает риск неблагоприятных медицинских последствий, принятия неправильных технических решений, техногенных аварий. Обычно полагают, что геопатогенные зоны связаны с участками изменения напряжённо-деформированного состояния природных толщ, где возрастает электромагнитная эмиссия пород, велики потоки ионизирующих излучений, увеличивается концентрация радона.

Имеют место регулярные сетки геопатогенных зон различных масштабов (пентагональная и прямоугольные), а также локальные зоны, связанные с тектоникой и физическими полями Земли. Из существенных особенностей следует отметить временные вариации геопатогенных зон.

Целью обзорного и мелкомасштабного картирования геопатогенных областей является получение общих сведений об их локализации, свойствах, конфигурации и структуре. Обычно геопатогенные области бывают квази-изомеричными с размерами от 30 до 70-90км и линейными шириной

10-20км и протяжённостью до 80-100км. Иногда структуру этих областей удаётся более или менее установить только при крупномасштабном изучении, вплоть до сеток геопатогенных зон высоких порядков шириной дециметры – первые метры. При этом уже начинают играть заметную роль так называемые технопатогенные зоны.

Обзорное и мелкомасштабное картирование геопатогенных областей и зон осуществляется по стандартной схеме:

• сбор и анализ существующей информации, относящейся к предмету исследований (геофизической, геодезической, медицинской, технической и др.);

• компьютерное моделирование с определением ключевых участков и маршрутов;

• полевые работы (наземные и аэрографические, биолокационные и др.)

• картографическое моделирование и составление специальных карт с определением ключевых участков, где необходим детальный режим исследования (мониторинг).

При обзорном и мелкомасштабном картировании геопатогенных областей и зон необходимо  собрать и интерпретировать следующие виды материалов: геофизические различных масштабов, от региональных до 1:2000–1:10000, прежде всего карты гравитационного и магнитного полей; тектонические карты; геодезические материалы (высокоточные нивелировки, скорости и градиенты тектонических движений); об авариях технических систем, прорывах воды в шахты, разрушении зданий, неадекватном проектировании; медицинская статистика; о расположении и функционировании церквей, монастырей и различных культовых объектов; об аномальных явлениях в атмосфере, уфологических явлениях, полтергейстах и т.п.

В процессе предварительного анализа собранных данных проводится критическая отбраковка материалов, выделяется первостепенная по важности информация, составляются схемы изученности листов. Выполненная качественная оценка информации даёт возможность перейти к следующему этапу.

Компьютерное моделирование помогает обработать и интерпретировать собранную информацию. Следует сразу сказать о том, что интерпретация геофизических материалов в целях выделения геопатогенных зон на базе обычных физико-геологических моделей невозможна. Они не учитывают, во-первых, очень важный информационный аспект воздействия геопатогенных зон, во-вторых, – их временную изменчивость.

Компьютерное моделирование с целью выделения геопатогенных областей выполняется на базе многомерного анализа собранной информации, прежде всего геофизических полей.

Выделяются обычно три группы совместной обработки:

• геофизическая и геодезическая информация;

• данные о тектонике, в том числе результаты дешифрирования аэрофотоматериалов и спутниковых съёмок;

• данные об авариях, аномальных явлениях и медицинская статистика.

Основой компьютерного моделирования является многомерный статический анализ карт, отражающих региональную изменчивость гравитационного поля, магнитного поля, рельефа и градиентов скоростей тектонических движений (по данным нивелировок госсети), как индикаторов изменений напряжённо-деформированного состояния больших участков земной коры.

Для моделирования карты указанных полей м-ба 1:500000 регион работ разбивается равномерно сетью с шагом 5х5км, и значения полей в узлах сети используются для анализа. Задача анализа и сопоставления этих полей решается с использованием программ классификации и распознавания. В качестве критерия разбиения на первом этапе работ принимается степень различия многомерных распределений исходных полей (средних, дисперсий и ковариаций) в аномальных областях.

Можно использовать такую последовательность работ: поиск области в пределах изучаемой площади, характеризующейся наиболее аномальными свойствами по комплексу входных данных; определение коэффициентов решающего правила, соответствующего этому варианту расчленения; определение принадлежности всех отдельно взятых точек площади двум альтернативным классам на основе вычисления значения решающего правила в каждой точке; построение карты изолиний решающего правила, которую можно рассматривать как карту комплексного параметра, показывающего степень близости характеристик физических полей к граничному уровню между нормальными и аномальными областями.

На полученной таким образом карте комплексного параметра наибольший интерес в отношении возможной локализации геопатогенных зон и областей представляют границы перехода из нормальных в аномальные области и участки «стыков» областей различной ориентировки. Как правило, к таким участкам приурочено отсутствие многомерной корреляции физических полей различной природы и их временная и пространственная возмущённость. Как показывает опыт, на таких участках существенно осложняются условия хозяйственной деятельности, высока чувствительность среды к техногенным воздействиям, велико влияние среды на физическое и психологическое состояние человека.

Отсюда вытекает возможность идентификации выделенных областей и зон (по данным геофизики и геодезии) с использованием данных о промышленных и транспортных авариях и медицинской статистики, сведённых в специальные карты.

Следующая группа данных, используемых для идентификации геопатогенных областей – данные спутниковой или аэрофотосъёмки о тектонической нарушенности картируемых площадей. Используя разбиение картируемой территории регулярной сеткой (10х10км или 25х25км), можно в пределах каждого квадрата количественно оценить интенсивность регулярной пространственной изменчивости сети мега- и мезо-трещиноватости как отношение дисперсии поля трещин к соответствующему пространственному периоду изменчивости (по графику спектральной плотности дисперсии). Такая мера позволяет выделить участки тектонической нарушенности с максимальной изменчивостью поля трещиноватости, одновременно учитывая масштабные эффекты.

Тектоническую неоднородность участков земной коры по данным спутниковых и аэрофотосъёмок можно оценить также с использованием энтропийных мер по указанной выше ортогональной сетке. Области и зоны земной коры с высокими значениями энтропии интерпретируются как наиболее сложные в тектоническом и геофизическом отношении и могут быть использованы при выделении геопатогенных областей.

Кроме того, возможно применение фрактальных моделей. Фрактальная (нецелая) размеренность характеризует диссипацию энергии в среде. Фрактал связывает статистические свойства среды в данном масштабе (или поле) со статистическими свойствами в другом масштабе (поле). Между результатами изучения объекта в различных физических полях есть определённая корреляция. В геопатогенной зоне нарушаются обычные связи геофизических полей, изменяется их структура, соответственно меняется размеренность фрактальной модели среды.

Эффективно также предложенное нами использование метода накопленных сумм, т.е. по существу сопоставление векторных интегральных характеристик одного или нескольких физических полей (например, поля электросопротивлений и поля скоростей волн). Если имеются данные мониторинга, это позволяет выяснить и временные вариации интегральных соотношений. Геопатогенные зоны свойством эргодичности не обладают, нельзя заменить усреднение по ансамблю усреднением по времени; отсюда критерий их выделения.

Итогом компьютерного моделирования является составление синтетических карт, построенных на базе карт корреляции геофизических полей, карт энтропии тектонической нарушенности и карт данных об авариях и медицинской статистики. Программа построения синтетических карт на ЭВМ разработана в АО ФРОМ (М.Э.Аронзон).

Построенная в результате компьютерного моделирования синтетическая карта отражает локализацию и некоторые свойства геопатогенных зон и областей и служит основанием для выделения ключевых участков и маршрутов при проведении полевых работ. Ключевые участки выбираются, как правило, в пределах аномальных областей, выделенных на этапе предварительной обработки и компьютерного моделирования, а маршруты полевых работ выходят за пределы их областей.

Принцип выбора и компенсирования методов здесь такой: чем крупнее масштаб изучения и меньше размер геопатогенных зон, тем разнообразнее геофизические и другие методы, которые могут быть использованы при идентификации и картировании.

Полевые работы при обзорном и мелкомасштабном картировании геопатогенных зон включают:

• аэрогеофизические работы (гравиметрические и магнитные измерения);

• эманационная (радоновая) съёмка;

• эмиссионная съёмка маршрутная;

• аэробиолокационная съёмка;

• наземная биолокационная съёмка маршрутная.

Инструментальные методы изучения геопатогенных зон применяются обязательно в комплексе с биолокацией, причём комплексирование на базе обычных физико-геологических моделей не всегда возможно (под обычной физико-геологической моделью понимается абстрактное возмущающееся тело, обобщённые размеры, форма и физические свойства которого аппроксимируют реальные геологические образования). Если принять соответствующую физико-геологическую модель геопатогенной зоны как участка с особым напряжённо-деформированным состоянием земной коры, то следует, например, ожидать хорошей корреляции между данными биолокационной и эмиссионной съёмок (т.е. между биологическими признаками геопатогенных зон и характеристиками магнитной эмиссии пород). Как правило, эти ожидания не подтверждаются (о причинах говорилось выше).

Вместе с тем опыт показывает, что существует определённая корреляция биолокационных параметров с градиентами изменения электромагнитной эмиссии пород во времени. Следовательно, при комплексировании методов и проектировании работ необходимо предусмотреть некоторый объём режимных наблюдений на отдельных профилях.

Определённо прослеживаются обычно взаимосвязи между частотой геопатогенных зон и развитием активных разломов в коренных породах. Такого рода корреляцию поможет установить радоновая съёмка.

Критерий комплексирования и интеграции всегда должен быть, так сказать, биологический – биолокационные параметры, медицинская статистика, данные об авариях. При изучении и картировании геопатогенных зон нельзя действовать стандартно. Инструментальные, прежде всего, геофизические методы важны, но они не могут заменить человека (не только специалиста по биолокации). Информация такого рода должна быть обязательно «привязана» к человеку. Поэтому весьма желательно использовать соответствующую аппаратуру, например, акустические стрессовые анализаторы. Биологический объект используется как информационный сенсор. Обычный случай представляют технопатогенные зоны. Можно предположить, что наиболее сильные эффекты возникают на частотах искусственных ЭМП, совпадающих с частотами естественных геоэлектромагнитных полей, находящихся в области инфранизких и низких частот. Здесь состав полевых исследований должен включать использование аппаратуры типа ИПП-1 ЦНИГРИ, измеряющей уровни электромагнитного загрязнения среды.

В результате картографического моделирования составляется основная и несколько вспомогательных карт специального назначения. Основная обзорная карта должна отображать локализацию геопатогенных областей и зон, общую их конфигурацию, некоторые свойства геопатогенных областей и условно – основные особенности их структуры (проявление тех или иных особенностей геофизических полей, тектонической активности, гидрогеологических флуктуаций). Дополнительная информация (в основном медико-биологическая и социально-экономическая) приводится на вспомогательных картах специального назначения.

Геопатогенные области по свойствам необходимо подразделить на несколько типов, выделить на карте критические области (где уже имели место катастрофические ситуации, крупные аварии с серьёзными последствиями), напряжённые области (с высокой степенью технического, технологического и строительного риска, неблагоприятной медицинской статистикой) и потенциально опасные области. Сводка собранной информации оформляется в виде пояснительной записки к карте.

В качестве примера приводим составленную нами обзорную схему геопатогенных областей горноскладчатого Урала и прилегающих территорий. В основу составления этой карты положен многомерный анализ следующих геофизических полей региона: магнитного, гравитационного, градиентов скоростей вертикальных тектонических движений, рельефа. Использованы материалы сейсмики и электроразведки, а также данные об авариях; применён биолокационный контроль. Использованы основные положения изложенной выше методики. Карта составлялась в 1990-1996гг. и прогнозный аспект её частично подтвердился в последующие годы (рис.1).

Отмеченные на схеме области отличаются широким спектром геологических процессов, в т.ч. техногенно инициированных. Например, в геопатогенных областях наиболее велик риск возникновения горных ударов, больших водопритоков, подземных пожаров, выбросов угля и газа, техногенных землетрясений, т.е. процессов с высокой энергетикой. На выделенных территориях инженерно-геологические условия разработки полезных ископаемых и вообще условия хозяйственного освоения территории сложнее. Весьма важен также информационный аспект проблемы. В выделенных геопатогенных областях велик риск принятия неправильных технических решений, вплоть до аварийных ситуаций. Примеры ряда таких аварий известны (Полуночное, Соликамск, Березники, Карпинск, Артёмовский, Аша и др.).

 

А.С. ЗАЙЦЕВ, М.Э. АРОНЗОН

ООО «Геостройком»

123243, г. Москва

ул. Садово-кудринская, д. 7, стр. 22

тел./факс: (495) 244 0178, 396 1862,

8(499) 252 0136

www.geostroycom.ru