Помощь студентам в учебе
Радиоактивность диктионемовых сланцев и оценка их влияния на экологическую обстановку в районе Балтийско-Ладожского уступа в Ленинградской области
|
Введение 3
1. Природные условия района работ 5
1.1. Физико-географический очерк 5
1.2. Геоморфологические условия участка исследований 6
1.3. Геологическое строение 8
1.4. Гидрогеологические условия 12
1.5. Экологическая обстановка в Ленинградской области 14
2. Обзор результатов ранее опубликованных работ 17
3. Методика и техника радиационного обследования территорий 22
3.1. Распространение естественных радиоактивных элементов в горных породах 22
3.2. Техника и методика измерений 23
3.3. Принципы раздельного определения U (Ra), Th, K 25
3.4. Радиометр СРП-97 26
3.5. Назначение и состав комплекса РАДЭК 27
3.6. Нормативные материалы, используемые при радиоэкологических исследованиях29
4. Результаты исследований 33
4.1. Радиоактивность диктионемовых сланцев бровки Балтийского глинта 33
4.2. Оценка степени потенциальной радиационной опасности для населения 47
4.3. Влияние диктионемовых сланцев на экологическую обстановку в районе г.
Кирхгоф 50
4.3.1. Гамма-поле над почвами г. Кирхгоф 52
4.3.2. Эманации радона 53
4.3.3. Характеристика почв, развитых на диктионемовых сланцах 54
Заключение 58
Выводы 61
Список литературы 62
Список опубликованных работ 66
Благодарности 67
Приложения 68
1. Природные условия района работ 5
1.1. Физико-географический очерк 5
1.2. Геоморфологические условия участка исследований 6
1.3. Геологическое строение 8
1.4. Гидрогеологические условия 12
1.5. Экологическая обстановка в Ленинградской области 14
2. Обзор результатов ранее опубликованных работ 17
3. Методика и техника радиационного обследования территорий 22
3.1. Распространение естественных радиоактивных элементов в горных породах 22
3.2. Техника и методика измерений 23
3.3. Принципы раздельного определения U (Ra), Th, K 25
3.4. Радиометр СРП-97 26
3.5. Назначение и состав комплекса РАДЭК 27
3.6. Нормативные материалы, используемые при радиоэкологических исследованиях29
4. Результаты исследований 33
4.1. Радиоактивность диктионемовых сланцев бровки Балтийского глинта 33
4.2. Оценка степени потенциальной радиационной опасности для населения 47
4.3. Влияние диктионемовых сланцев на экологическую обстановку в районе г.
Кирхгоф 50
4.3.1. Гамма-поле над почвами г. Кирхгоф 52
4.3.2. Эманации радона 53
4.3.3. Характеристика почв, развитых на диктионемовых сланцах 54
Заключение 58
Выводы 61
Список литературы 62
Список опубликованных работ 66
Благодарности 67
Приложения 68
Одним из естественных источников радиоактивности являются радионуклиды, присутствующие в горных породах. Геологические тела с повышенным содержанием естественных радионуклидов относятся к категории природных геологических объектов, которые определяют экологическую обстановку на исследуемой территории.
Диктионемовые сланцы представляют собой ордовикские радиоактивные битумнозные аргиллиты. На территории Ленинградской области районы, в которых диктионемовые сланцы подходят близко к дневной поверхности и выходят на дневную поверхность, приурочены к Балтийско-Ладожскому глинту. В таких местах создаются благоприятные условия для миграции естественных радионуклидов в почву и в воздух, что в свою очередь, представляет опасность для человека.
Цель выпускной квалификационной работы — изучить содержание и характер распределения естественных радионуклидов по мощности и простиранию пластов диктионемовых сланцев и в почвах, развитых на диктионемовых сланцах, и оценить их потенциальное влияние на радиоэкологическую обстановку в районе Балтийско- Ладожского уступа в пределах территории Ленинградской области.
Для достижения цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Поиск, раскопка и описание обнажений вдоль Балтийско-Ладожского глинта, в которых близко к дневной поверхности подходят породы копорской свиты (диктионемовые сланцы);
2. Отбор проб диктионемовых сланцев;
3. Описание и отбор проб почв, развитых на диктионемовых сланцах;
4. Анализ в лабораторных условиях проб на удельную активность естественных радионуклидов (ЕРН), расчет эффективной удельной активности;
5. Расчет концентрации ЕРН в диктионемовых сланцах;
6. Измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) в точках отбора (ТО) проб, а также над почвами;
7. Расчет мощности эквивалентной дозы для оценки радиационного воздействия на население;
8. Оценка потенциальной опасности диктионемовых сланцев и почв, развитых на них, для населения, проживающего поблизости.
Выпускная квалификационная работа основана на результатах полевых исследований, которые проводились в 2017-2019г.г. под руководством Лебедева С.В., Федорова П. В. Были исследованы обнажения в Кингисеппском, Ломоносовском и Кировском районах Ленинградской области.
В результате было описано 13 разрезов, включающих копроскую свиту, 1 почвенный разрез. Производились измерения значений МЭД (мкР/ч) в точке отбора проб и над почвами на расстоянии 0,5-1 м от разреза, отбирались пробы непосредственно диктионемовых сланцев, а также пород, граничащих с ними (при наличии контакта) и почв. Всего было отобрано и проанализировано 75 проб аргиллитов и 7 проб почвы.
Пробы отбирались по одному или двум профилям сверху вниз по разрезу, с интервалом 0,3-0,4 м при помощи геологического молотка, хранились и транспортировались в полиэтиленовых пакетах. Средний вес одной пробы 0,4 кг.
Лабораторные исследования проводились на базе испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт - Петербург».
Диктионемовые сланцы представляют собой ордовикские радиоактивные битумнозные аргиллиты. На территории Ленинградской области районы, в которых диктионемовые сланцы подходят близко к дневной поверхности и выходят на дневную поверхность, приурочены к Балтийско-Ладожскому глинту. В таких местах создаются благоприятные условия для миграции естественных радионуклидов в почву и в воздух, что в свою очередь, представляет опасность для человека.
Цель выпускной квалификационной работы — изучить содержание и характер распределения естественных радионуклидов по мощности и простиранию пластов диктионемовых сланцев и в почвах, развитых на диктионемовых сланцах, и оценить их потенциальное влияние на радиоэкологическую обстановку в районе Балтийско- Ладожского уступа в пределах территории Ленинградской области.
Для достижения цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Поиск, раскопка и описание обнажений вдоль Балтийско-Ладожского глинта, в которых близко к дневной поверхности подходят породы копорской свиты (диктионемовые сланцы);
2. Отбор проб диктионемовых сланцев;
3. Описание и отбор проб почв, развитых на диктионемовых сланцах;
4. Анализ в лабораторных условиях проб на удельную активность естественных радионуклидов (ЕРН), расчет эффективной удельной активности;
5. Расчет концентрации ЕРН в диктионемовых сланцах;
6. Измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) в точках отбора (ТО) проб, а также над почвами;
7. Расчет мощности эквивалентной дозы для оценки радиационного воздействия на население;
8. Оценка потенциальной опасности диктионемовых сланцев и почв, развитых на них, для населения, проживающего поблизости.
Выпускная квалификационная работа основана на результатах полевых исследований, которые проводились в 2017-2019г.г. под руководством Лебедева С.В., Федорова П. В. Были исследованы обнажения в Кингисеппском, Ломоносовском и Кировском районах Ленинградской области.
В результате было описано 13 разрезов, включающих копроскую свиту, 1 почвенный разрез. Производились измерения значений МЭД (мкР/ч) в точке отбора проб и над почвами на расстоянии 0,5-1 м от разреза, отбирались пробы непосредственно диктионемовых сланцев, а также пород, граничащих с ними (при наличии контакта) и почв. Всего было отобрано и проанализировано 75 проб аргиллитов и 7 проб почвы.
Пробы отбирались по одному или двум профилям сверху вниз по разрезу, с интервалом 0,3-0,4 м при помощи геологического молотка, хранились и транспортировались в полиэтиленовых пакетах. Средний вес одной пробы 0,4 кг.
Лабораторные исследования проводились на базе испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт - Петербург».
В результате исследований 2017-2020г.г. были получены следующие выводы:
1. Проведены полевые работы в период 2018-2020 г.г. в районе Балтийско- Ладожского уступа и в районе Кирхгофской возвышенности Ломоносовского района Ленинградской области. В ходе полевых работ было выполнено описание и опробование 13 разрезов на территории Кингисеппепского, Ломоносовского и Кировского районах Ленинградской области.
2. Отобраны75 проб аргиллитов, 8 проб почвы, измерены значения МЭД в точках опробования и над почвами. Совместно с опробованием проводились замеры мощности экспозиционной дозы (МЭД) в точках отбора (ТО) проб, а также над почвами.
3. В испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург» на установке «РАДЭК» был проведен анализ проб на активность ЕРН. По данным анализов вычислялась эффективная удельная активность пород (Аэфф) и концентрация радионуклидов.
4. Распределение ЕРН в пласте диктионемовых сланцев в пределах Балтийско- Ладожского глинта неоднородно, различается между точками наблюдения (обнажениями) в 2-5 раза, независимо от мощности. В разрезе пласта диктионемовых сланцев концентрация урана-238 в большинстве случаев возрастает от кровли к подошве. Содержание калия в разрезах 1 (01), 2 (07), 10 (208), 13 (206) увеличивается от кровли к подошве, в разрезах 3 (08), 4(09), 6 (34) уменьшается от кровли к подошве.
5. Удельная эффективная активность Аэфф варьирует от 320 до 7530 Бк/кг в отдельных пробах, от 870 до 4390 Бк/кг в среднем по обнажению. Максимальные значения Аэфф изменяются от 1290 до 7530 Бк/кг.
6. По среднему значению Аэфф все разрезы за исключением 6, 8 и 13 относятся к IV классу радиоэкологической опасности. Два разреза - 6 и 8 - относятся к III классу, и разрез 13 по среднему значению Аэфф превышает 4000 Бк/кг и выходит за рамки классификации.
7. По максимальной потенциальной опасности (по значениям максимальной Аэфф по разрезу) пробы шести разрезов (1,4,6,7,8,11) относятся к IV классу опасности, пробы разреза 9-к третьему классу, максимальная Аэфф проб из разрезов 2, 3, 5, 10, 12, 13 превышает 4000 Бк/кг.
8. Содержания урана в пределах участка исследований достигают 50-280ppm (в среднем для обнажения). Минимальное содержание - 12 ppm - обнаружено в пробе 07.1.1 разрез 2), максимальное - 492 ppm, в пробе 07.1.7 (также разрез 2). В районе нашего участка исследований концентрации урана достигают промышленного значения (300 г/т) в шести пробах (разрезы 2, 3, 5, 10, 12) - содержание урана в данных разрезах в пределах 308-492 ppm. Содержание тория варьирует 9-18 ppm в, содержание К - 2,8-6,5 % в среднем для обнажения.
9. Максимальным средним значением МЭД по разрезу характеризуется разрез 9 (30) - 350 мкР/ч (превышает приемлемый уровень от природных источников облучения в 6 раз), минимальными—разрез12, где МЭД составляет 38 мкР/ч.
Минимальное значение МЭД над почвами измерено в ТН 206 - 30 мкР/ч.
Максимальное значение зафиксировано на разрезе 2 (07) - 153 мкР/ч, что превышает норму для строительства жилых помещений в 5 раз и производственных помещений в 3 раза. Среднее по разрезу значение МЭД над почвами максимально на разрезе 3 - 122 мкР/ч (кратность превышения нормативных значений для жилых и производственных сооружений 4 и 2 соответственно), минимальное—на разрезе 11-25 мкР/ч.
10. На основе измерений МЭД были проведены расчеты МЭкД и произведена оценка
потенциальной опасности диктионемовых сланцев для населения. Породы для всех разрезов западного участка, за исключением разрезов 6, 7, 9, по уровню МЭкД характеризуются превышением высокого уровня облучения для населения. В районе восточного участка исследований высоким уровнем МЭкД характеризуется разрез 10— 29,4 мЗв/год. Значения в разрезах 1-5 и 8 превышает приемлемый уровень для населения в 2-4 раза и высокий уровень в 1,4-1,9 раз.
11. Для разрезов 1-6, 8-9 МЭкД превышает норму для строительства жилых домов и сооружений в 2-4 раза, для разрезов 7, 12, 13 - в 1,2-1,7 раз. МЭкД в районе разрезов 2-6, 9 превышает норму для строительства промышленных предприятий в 1,4 - 2,0 раза.
12. Большее число высоких значений МЭД над почвами зафиксированы в западном районе участка исследований. Это связано с большей мощностью диктионемовых сланцев и соответственно с большими площадями из распространения и выхода на поверхность.
Риск облучения населения непосредственно вблизи выходов диктионемовых сланцев на дневную поверхность является повышенным и высоким. Однако по мере удаления от разреза (5 и более метров) значения МЭД находятся в предела фоновых.
13. Были проведены измерения МЭД в районе г. Кирхгоф для детального изучения влияния диктионемовых сланцев на экологическую обстановку и изучения почвы, развитой на диктионемовых сланцах. На участке площадью 209,7 га была проведена маршрутная гамма-съемка. На основе измерений была построена карта мощности экспозиционной дозы.
14. По данным карты мощности экспозиционной дозы на г. Кирхгоф определили, что гамма-поле над почвами очень неоднородно.
«Были выделены 7 аномальных зон с МЭД больше 31 мкР/час суммарной площадью 39 га (18,6% от площади всего участка). В соответствии с МУ 2.6.1.2398-08эта территория не пригодна для строительства жилых и общественных зданий ввиду относительно высокого уровня радиоактивности почв. Внутри 4-х наиболее крупных описываемых зон обнаружены 8 относительно небольших аномальных участков (от 7 до 86 соток каждый) в которых МЭД превышает 62 мкР/час. Общая площадь таких зон 2,7 га. Эти участки не пригодны уже не только для строительства жилых и общественных зданий, но и производственных сооружений» (Лебедев и др., 2020).
15. Для описания почвы, развитой на диктионемовых сланцах был заложен шурф глубиной 85 см на западном склоне, в точке, где зафиксировали значение МЭД 105мкР/ч. Были отобраны и проанализированы 7 проб почвы и подстилающих диктионемовых сланцев. Средняя величина эффективной удельной активности (Аэфф) для почвы (0-25 см) составляет 1750 Бк/кг. По величине Аэфф 5 из 7 проб относятся к IV классу экологической опасности, что означает существенные ограничения при строительстве и необходимость дополнительных мер для обеспечения экологической безопасности населения.
16. Проведены измерения плотности потока радона (1111Р) на контрольной площадке. Значения ПНР варьируются в пределах от 160±40 до 2090±320 мБк-м-2-с-1. В среднем по контрольной площадке ПНР составила 980 ± 160 мБк-м-2-с-1. Это в десятки раз больше допустимых нормативами величин (80 мБк-м-2-с-1 по НРБ-99/2009).
1. Проведены полевые работы в период 2018-2020 г.г. в районе Балтийско- Ладожского уступа и в районе Кирхгофской возвышенности Ломоносовского района Ленинградской области. В ходе полевых работ было выполнено описание и опробование 13 разрезов на территории Кингисеппепского, Ломоносовского и Кировского районах Ленинградской области.
2. Отобраны75 проб аргиллитов, 8 проб почвы, измерены значения МЭД в точках опробования и над почвами. Совместно с опробованием проводились замеры мощности экспозиционной дозы (МЭД) в точках отбора (ТО) проб, а также над почвами.
3. В испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург» на установке «РАДЭК» был проведен анализ проб на активность ЕРН. По данным анализов вычислялась эффективная удельная активность пород (Аэфф) и концентрация радионуклидов.
4. Распределение ЕРН в пласте диктионемовых сланцев в пределах Балтийско- Ладожского глинта неоднородно, различается между точками наблюдения (обнажениями) в 2-5 раза, независимо от мощности. В разрезе пласта диктионемовых сланцев концентрация урана-238 в большинстве случаев возрастает от кровли к подошве. Содержание калия в разрезах 1 (01), 2 (07), 10 (208), 13 (206) увеличивается от кровли к подошве, в разрезах 3 (08), 4(09), 6 (34) уменьшается от кровли к подошве.
5. Удельная эффективная активность Аэфф варьирует от 320 до 7530 Бк/кг в отдельных пробах, от 870 до 4390 Бк/кг в среднем по обнажению. Максимальные значения Аэфф изменяются от 1290 до 7530 Бк/кг.
6. По среднему значению Аэфф все разрезы за исключением 6, 8 и 13 относятся к IV классу радиоэкологической опасности. Два разреза - 6 и 8 - относятся к III классу, и разрез 13 по среднему значению Аэфф превышает 4000 Бк/кг и выходит за рамки классификации.
7. По максимальной потенциальной опасности (по значениям максимальной Аэфф по разрезу) пробы шести разрезов (1,4,6,7,8,11) относятся к IV классу опасности, пробы разреза 9-к третьему классу, максимальная Аэфф проб из разрезов 2, 3, 5, 10, 12, 13 превышает 4000 Бк/кг.
8. Содержания урана в пределах участка исследований достигают 50-280ppm (в среднем для обнажения). Минимальное содержание - 12 ppm - обнаружено в пробе 07.1.1 разрез 2), максимальное - 492 ppm, в пробе 07.1.7 (также разрез 2). В районе нашего участка исследований концентрации урана достигают промышленного значения (300 г/т) в шести пробах (разрезы 2, 3, 5, 10, 12) - содержание урана в данных разрезах в пределах 308-492 ppm. Содержание тория варьирует 9-18 ppm в, содержание К - 2,8-6,5 % в среднем для обнажения.
9. Максимальным средним значением МЭД по разрезу характеризуется разрез 9 (30) - 350 мкР/ч (превышает приемлемый уровень от природных источников облучения в 6 раз), минимальными—разрез12, где МЭД составляет 38 мкР/ч.
Минимальное значение МЭД над почвами измерено в ТН 206 - 30 мкР/ч.
Максимальное значение зафиксировано на разрезе 2 (07) - 153 мкР/ч, что превышает норму для строительства жилых помещений в 5 раз и производственных помещений в 3 раза. Среднее по разрезу значение МЭД над почвами максимально на разрезе 3 - 122 мкР/ч (кратность превышения нормативных значений для жилых и производственных сооружений 4 и 2 соответственно), минимальное—на разрезе 11-25 мкР/ч.
10. На основе измерений МЭД были проведены расчеты МЭкД и произведена оценка
потенциальной опасности диктионемовых сланцев для населения. Породы для всех разрезов западного участка, за исключением разрезов 6, 7, 9, по уровню МЭкД характеризуются превышением высокого уровня облучения для населения. В районе восточного участка исследований высоким уровнем МЭкД характеризуется разрез 10— 29,4 мЗв/год. Значения в разрезах 1-5 и 8 превышает приемлемый уровень для населения в 2-4 раза и высокий уровень в 1,4-1,9 раз.
11. Для разрезов 1-6, 8-9 МЭкД превышает норму для строительства жилых домов и сооружений в 2-4 раза, для разрезов 7, 12, 13 - в 1,2-1,7 раз. МЭкД в районе разрезов 2-6, 9 превышает норму для строительства промышленных предприятий в 1,4 - 2,0 раза.
12. Большее число высоких значений МЭД над почвами зафиксированы в западном районе участка исследований. Это связано с большей мощностью диктионемовых сланцев и соответственно с большими площадями из распространения и выхода на поверхность.
Риск облучения населения непосредственно вблизи выходов диктионемовых сланцев на дневную поверхность является повышенным и высоким. Однако по мере удаления от разреза (5 и более метров) значения МЭД находятся в предела фоновых.
13. Были проведены измерения МЭД в районе г. Кирхгоф для детального изучения влияния диктионемовых сланцев на экологическую обстановку и изучения почвы, развитой на диктионемовых сланцах. На участке площадью 209,7 га была проведена маршрутная гамма-съемка. На основе измерений была построена карта мощности экспозиционной дозы.
14. По данным карты мощности экспозиционной дозы на г. Кирхгоф определили, что гамма-поле над почвами очень неоднородно.
«Были выделены 7 аномальных зон с МЭД больше 31 мкР/час суммарной площадью 39 га (18,6% от площади всего участка). В соответствии с МУ 2.6.1.2398-08эта территория не пригодна для строительства жилых и общественных зданий ввиду относительно высокого уровня радиоактивности почв. Внутри 4-х наиболее крупных описываемых зон обнаружены 8 относительно небольших аномальных участков (от 7 до 86 соток каждый) в которых МЭД превышает 62 мкР/час. Общая площадь таких зон 2,7 га. Эти участки не пригодны уже не только для строительства жилых и общественных зданий, но и производственных сооружений» (Лебедев и др., 2020).
15. Для описания почвы, развитой на диктионемовых сланцах был заложен шурф глубиной 85 см на западном склоне, в точке, где зафиксировали значение МЭД 105мкР/ч. Были отобраны и проанализированы 7 проб почвы и подстилающих диктионемовых сланцев. Средняя величина эффективной удельной активности (Аэфф) для почвы (0-25 см) составляет 1750 Бк/кг. По величине Аэфф 5 из 7 проб относятся к IV классу экологической опасности, что означает существенные ограничения при строительстве и необходимость дополнительных мер для обеспечения экологической безопасности населения.
16. Проведены измерения плотности потока радона (1111Р) на контрольной площадке. Значения ПНР варьируются в пределах от 160±40 до 2090±320 мБк-м-2-с-1. В среднем по контрольной площадке ПНР составила 980 ± 160 мБк-м-2-с-1. Это в десятки раз больше допустимых нормативами величин (80 мБк-м-2-с-1 по НРБ-99/2009).
Подобные работы
- Природные радионуклиды в геологическом разрезе ордовикских пород и оценка их влияния на экологическую обстановку в Ленинградской области
Дипломные работы, ВКР, природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4380 р. Год сдачи: 2019