Кандидат геолого-минералогических наук Б. Н. ГОЛУБОВ, Институт динамики геосфер РАН

Герой новеллы замечательного английского писателя А. К. Дойла (1859 - 1930) "Когда Земля вскрикнула" профессор Челленджер задался целью "сильнейшим образом воздействовать на чувствительные центры Земли", для чего в ее коре проделал глубокую шахту. "Нигде, - повествует автор, - больше планета не издала такого рыка, как на месте непосредственного вмешательства, но своим поведением в других частях света она продемонстрировала, что действительно составляет единый организм".

Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 36

Подземные ядерные взрывы, проведенные на территории бывшего СССР: 1 - военные полигоны; 2 - взрывы для захоронения отходов химического производства; 3 - дробления рудных залежей; 4 - добычи нефти; 5 - создания подземных хранилищ углеводородов; 6 - выемки грунта; 7 - дегазации угольных пластов и упреждения горных ударов; 8 - ликвидации аварийных фонтанов нефти и газа; 9 - сейсмического зондирования земной коры; 10 - сооружения провальных воронок.

Гигантские, неуклонно нарастающие масштабы промышленного вторжения в недра, особенно усилившегося в последние десятилетия, заставляют вспомнить пророчество знаменитого фантаста. Кстати, он не был первым, кто поднял этот вопрос. Еще в античные времена чувствовали опасность растревожить глубинные силы природы, причем, пожалуй, даже острее, чем в наши дни. Например, древнегреческие поэт Гомер в "Илиаде" (между XII и VIII вв. до н.э.) и драматург Эврипид в произведениях "Ифигения в Авлиде" и "Вакханки" (ок. 480 - 406 гг. до н.э.) одну из причин землетрясений усматривали в том, что не только боги, но и люди колебали Землю. Вполне современно звучат слова древнеримского естествоиспытателя и государственного деятеля Плиния Старшего (23 - 79 гг.): "Мы разрубаем и растаскиваем горы исключительно ради роскоши... Мысы делаются доступными морю, природа превращается в равнину. Мы увозим то, что было установлено как граница между народами, для мрамора строятся корабли, и по бушующим волнам, самой свирепой стихии природы, развозятся туда и сюда горные хребты...". Гораздо позже французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН Ж. Бюффон в труде "Эпохи природы" (1778 г.) подобным же образом охарактеризовал ту из них, когда к силам стихий присоединилось могущество разума.

Действительно, в истории "взаимоотношений" человека и Земли обособляют доиндустриальную эпоху, длившуюся более 3 млн. лет, и стремительную индустриальную, в которую мир вступил всего четыре сотни лет тому назад. Последствия первой - видоизменение рельефа, перераспределение рыхлого слоя почвы, нарушение устойчивости подземных горных выработок, режима подземных вод и газов и т.д. Во второй же можно выделить три важнейшие вехи: XVII в. - широкомасштабное использование пороха для разрушения пород при выемке ископаемых; 1844 г. - русский техник А. Ф. Семенов предложил для добычи нефти применить бурение скважин; 1945 г. - начало проведения ядерных взрывов для военных, затем промышленных целей. С того момента по 1992 г. США, СССР, Франция, Англия, Китай, Индия, Пакистан осуществили их в 90 районах Земли: 501 - в атмосфере, 8 - под во-

стр. 37

Геологический разрез Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения. Подземные ядерные взрывы, предназначавшиеся для создания хранилищ газоконденсата в соляных куполах, обусловили разрушение и последующее обводнение продуктивных горизонтов месторождения.

дой и 1546 - под землей. В 1963 г. в Москве был заключен договор о запрещении ядерных испытаний в первых двух средах, после чего проведение их в третьей (помимо прочего, с военными целями) приобрело широкомасштабный характер. Так, отечественная программа использования ядерных зарядов включала глубинное зондирование земной коры, интенсификацию добычи нефти и газа на месторождениях Пермской и Тюменской областей, Ставропольского края, Якутии и Башкирии, сооружение подземных хранилищ газоконденсата в соляных куполах Прикаспия* и т.д.

Лишь договор 1996 г. поставил точку в этих опасных экспериментах в любых сферах. Правда, статья VIII допускает принятие поправки, разрешающей их возобновление, для чего каждые 10 лет предусматривается созыв специальной конференции. А участники научного форума под названием "Мониторинг ядерных испытаний и их последствий" (август 2004 г., Казахстан) признали необходимость весомого, с учетом накопленного мирового опыта, обоснования возможных ревизий данной статьи.

Между тем ныне доминирует мнение, будто деятельность человека влияет только на внешние оболочки нашей планеты - атмосферу, Мировой океан, рельеф, ландшафты, на обитателей биосферы и т.д. А происходящие при этом изменения обычно сводят к нарушениям естественного круговорота химических элементов, изменению режима экзогенных (на поверхности или на небольшой глубине) геологических процессов. Вот почему исследователи обычно уделяют внимание лишь истощению ресурсов важнейших полезных ископаемых на технически достижимых глубинах, безопасности горных работ, устойчивости грунтов в зонах сооружений, коммуникаций и пр. Неожиданные же подвижки коры (например, просадки, подъемы, землетрясения, прорывы подземных вод, газов), возникающие в результате техногенного внедрения в нее, рассматривают как локальные, не связанные между собой явления.

Однако хотим мы или нет, прогресс масштаба воздействия человека на недра быстро превращается в проблему мирового значения. Основание для ее научной постановки - совпадение по времени (середина XIX в. - начало промышленной революции) резкого роста техногенных нагрузок на литосферу и усиления колебаний показателей геодинамической активности - скорости вращения Земли, сейсмичности, вулканизма, гравитационного поля, уровня Мирового океана и др. Впрочем, синхронность названных явлений еще не означает причинную зависимость одного от другого. Чтобы ее доказать, нужна соответствующая система мониторинга. А пока мы способны лишь выявлять особенности, на локальном, региональном и глобальном уровнях определять типы и режимы преобразований верхней части коры, делать количественную оценку их влияния на динамику и "фигуру" нашей планеты как единого тела, чтобы научиться рационально использовать ее ресурсы, упреждать опасные инженерно-геологические явления.

Сейчас достоверно известно: "рекорд" по мощности антропогенного воздействия на недра побили подземные ядерные взрывы. Хотя в конце 50-х - начале 60-х годов их считали экономически высокоэф-

* См.: В. И. Субботин. Основы безопасности ядерной энергетики. - Наука в России, 1999, N 1 (прим. ред.).

стр. 38

Последовательность (а) и интенсивность (b) обводнения скважин Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения в зоне подземных ядерных взрывов в 1974 - 1977 гг.

фективными и безопасными. Несостоятельность такого представления выяснилась 20 лет спустя: в ходе эксплуатации месторождений углеводородов в зонах, где их некогда провели (Прикаспий, Предуралье, Восточная Сибирь), подметили необычные геологические процессы, сопровождавшиеся неожиданными осложнениями технологического, природоохранного и медико-биологического характера. Поэтому было решено критически пересмотреть исходные постулаты технологии осуществления подобных экспериментов и изучить особенности явлений, происходящих после их завершения. С конца 80-х годов ряд научных и производственных организаций нашей страны начал соответствующие полевые, промысловые, лабораторные и теоретические исследования, координируемые Научным советом по проблемам биосферы при Президиуме АН СССР во главе с академиком А. Л. Яншиным*.

Что же представляет собой подземный ядерный взрыв? Прежде всего его нельзя рассматривать как практически мгновенное событие. Помимо собственно взрывных, первичных геологических процессов, он возбуждает в недрах сложную цепь длительных, вторичных с характерными периодами, достигающими десятков или, возможно, сотен лет. Это стали фиксировать лишь в последние годы и, к сожалению, не всегда учитывают на практике.

В свою очередь, первичные процессы можно разделить на пять основных фаз: вспышка горючего (выброс большого количества энергии и разлет части непрореагировавшего вещества); ядерное деление заряда, порождающее различные виды излучения и сложную смесь радиоактивных продуктов; переход сжатой плазмы в возбужденное состояние; возникновение импульсов волн напряжения; значительные изменения физико-механических свойств скоплений минералов, окружающих полость взрыва. Вторичные процессы - это обрушение свода последней, возбуждающее горный удар** и возникновение трещин; активизация афтершоков*** в радиусе около 15 км вокруг; проявление паро- и гидротермальной активности (недра здесь несколько лет остаются прогретыми до 500 - 6000°С); прогрессирующее растрескивание пластов породы; истечение газовых струй.

В зависимости от конкретных геологических условий и назначения выбирают технологические схемы проведения подземных взрывов (отличающиеся мощностью, количеством, расположением и порядком подрыва зарядов). Они бывают одиночными или групповыми, различаются по полученному эффекту: наружного действия (рыхление, выброс грунта, формирование воронки, дробление горных пород, выход

* См.: А. Л. Яншин. Тревожные будни отечественной экологии. - Наука в России, 1998, N 5 (прим. ред.).

** Горный удар - внезапное, взрывоподобное разрушение предельно напряженной части пласта породы (прим. ред.).

*** Афтершоки - здесь слабые землетрясения после подземного ядерного взрыва (прим. ред.).

стр. 39

Изменения уровней подземных вод в 10 км к северу от Оренбурга с 1964 по 1984 г. Подземные ядерные взрывы в сочетании с эксплуатацией нефтегазоконденсатного месторождения вызвали высоконапорный восходящий поток подземных вод, усугубивший подтопление поймы реки Урал и создавший там угрозу радиоактивного загрязнения.

радиоактивных газов и пыли в атмосферу), приповерхностного (вспучивание почвы, откалывание фрагментов пород), полного внутреннего (без изменения рельефа местности).

Казалось бы, человек уже научился управлять этой мощью. Однако вопреки проектным расчетам в США и СССР при осуществлении подземных ядерных взрывов наблюдали множество аварийных прорывов радиоактивных газов в атмосферу. Кроме того, иногда в близлежащих окрестностях формировались обширные очаги соответствующего загрязнения недр, земной поверхности, технологического оборудования, а массивы горных пород приобретали не затухающую с годами геодинамическую нестабильность (резкие возмущения потоков флюидов, просадки и подъемы грунта, вариации геофизических полей, включая гравитационное, тепловое и т.д.). Причины столь неспокойного их поведения пока не всегда понятны. Но одно очевидно: подобные аномалии ухудшают структуру запасов полезных ископаемых, осложняют их разработку, снижают качество добываемой продукции, порождают опасные инженерно-геологические и радиационные процессы.

Так, 18 декабря 1970 г. в 7 ч 30 мин на американском ядерном полигоне Невада все было готово к очередному подземному взрыву, названному "Банеберри". Заряд разместили в скважине на глубине 912 футов и, казалось, надежно забили цементом и обеспечивающими безопасность приспособлениями. Однако через несколько секунд после детонации из скважины вырвался мощный столб дыма и пара вместе с колонной буровых труб, обрывками кабелей, бетонной пробкой, обломками горных пород и продуктами ядерного деления. Радиоактивное облако накрыло обширные пространства штатов Невада, Юта, Вайоминг и достигло Калифорнии. Надо сказать, схожие аварийные ситуации в США отмечали и прежде, и впоследствии. Департамент энергии в 1996 г. опубликовал список 433 аналогичных случаев за 1961 - 1992 гг., в котором охарактеризованы особенности радиоактивного загрязнения окружающей среды, изотопный состав радионуклидов и т.д.

Опасные коллизии возникали и в нашей стране. Каждая имеет свои особенности, но всех объединяет одно: при планировании таких экспериментов считали, что источник выделения энергии имеет практически правильную круглую форму, т.е. представляет собой так называемый "огненный шар". Однако специальные наблюдения на Тахта-Кугультинском газовом месторождении в Ставропольском крае показали: после проведенного в 1969 г. взрыва радионуклиды в доли секунды оказались почти в 400 м от точки заложения заряда, что на порядки больше радиуса предполагаемой сферы. Недостаток подобной модели подтвердили также геофизические и радиохимические обследования соответствующих зон на Осинском, Гежском нефтяных месторождениях в Пермской области (1969 г.) и др.

стр. 40

Ореол загрязнения окружающей среды Осинского нефтяного месторождения (Пермская область) цезием-137 в 1980 - 1991 гг.: 1 - повышенные его концентрации; 2 - низкие; 3 - скважины, где проводились ядерные взрывы.

Иными словами, вместо "огненного шара" зафиксировали расходящуюся из полости взрыва зловещую "паутину" трещин и каналов, по которым на большие расстояния распространялись струи радиоактивного расплава и газов.

Еще один показательный пример. На богатейшем Астраханском месторождении углеводородов в 1980-е годы на глубинах 920 - 1100 м осуществили залповыми сериями 13 подземных взрывов с целью создания емкостей для закачки газоконденсата и 2 - для захоронения промышленных стоков газоперерабатывающего завода. Время между ними в каждом залпе составляло 4 - 5 мин, т.е. каждый последующий осуществлялся, когда недра еще находились в возбужденном состоянии от предыдущего. Ожидали, что образовавшиеся в результате полости будут сохранять целостность и устойчивость многие десятилетия, удовлетворяя нужды предприятия. Но в 1986 г. все они почти одновременно деформировались, резко уменьшились, а иные заполнились водой и стали "отжимать" радиоактивный "рассол" к поверхности под давлением около 80 атм. Возникшая аварийная ситуация создала радиационную и экологическую угрозу, снизила ресурсный потенциал месторождения. Данный факт свидетельствует: подвижки недр и связанные с ним возмущения флюидодинамического режима на самом деле не локализовались в местах взрывов, а охватили значительный блок массива горных пород. Более того, разрушение последних прогрессирует и в дальнейшем может вызвать просадки почвы, угрожающие целостности сооружений газохимического комплекса и радиационной безопасности промысла. В настоящее время здесь наблюдаются смещения грунта и стоящих на нем опорных конструкций, пульсации температурного режима полостей, наличие радионуклидов в пробах подземных вод и т.д.

Исследователи также выявили: между рассматриваемыми взрывами и опасными медико-биологическими симптомами, замеченными в местах их осуществления, есть признаки временной и территориальной связи. Особенно это характерно для месторождений углеводородов, где радиоактивные частицы соединяются с загрязняющими окружающую среду высокоминерализованными подземными водами и газами, тяжелыми металлами, ионами хлора, вредными бактериями и пр. Например, у работников указанных промыслов зафиксированы настораживающие поражения иммунной, кроветворной систем, отдельных органов и даже заболевания, вызванные неизвестными возбудителями. А в окрестностях зон взрывов, проведенных в выделяющих хлор соленосных отложениях, нередко наблюдаются обесцвечивание растений и насекомых, язвы на конечностях лошадей и т.п.

В 1994 г. в Москве прошла конференция "Землетрясения, индуциро-

стр. 41

Геологический разрез Средне-Ботуобинского нефтегазоконденсатного месторождения (Якутия). Подземные ядерные взрывы нарушили состояние многолетнемерзлых пород, что привело к деформации рельефа местности. Радионуклиды же из полостей, по ряду признаков, проникают в разрабатываемую здесь нефтяную залежь (показана черным цветом).

ванные подземными ядерными взрывами: окружающая среда и экологические проблемы". Ее участники подтвердили негативные последствия антропогенного вмешательства в глубинную жизнь Земли. В 2001 г. о том же говорилось в Воронеже на международном форуме "Современная геодинамика, глубинное строение и сейсмичность платформенных территорий и сопредельных регионов". На нем выявили еще одну опасную тенденцию: с проведением подобных испытаний по времени и мощности совпадают проявления сейсмичности, обширные очаги которой в последние годы зарождаются даже на древних стабильных платформах - Восточно-Европейской и Сибирской. Не случайно Геологическая служба США, начиная с 1973 г., наблюдает за проявлениями техногенных просадок земной поверхности, множеством землетрясений в районах горных выработок и т.д. И стало ясно: в последние годы дестабилизация недр охватила западную и восточную окраины Северо-Американской платформы, причем особенно интенсивно - первую, в непосредственной близости от ядерного полигона Невада и мест проведения серии подземных ядерных взрывов (штаты Нью-Мексико и Колорадо). Выходит, в настоящее время есть основания считать: техногенная дестабилизация недр - весомый фактор изменения физико-механических характеристик нашей планеты как единого тела. Кстати, в Северном полушарии его признаки проявлялись намного чаще, чем в Южном. И это понятно: именно в первом расположены крупнейшие в мире горнодобывающие регионы и поэтому оно подвергалось более длительному и сильному воздействию, включая подземные ядерные взрывы. Отме-

стр. 42

Радиоактивное загрязнение алмазодобывающего карьера "Удачный" (Якутия) продуктами подземного ядерного взрыва "Кристалл" (1974 г.): А - до взрыва; В - во время; С - период с 1975 г. по наши дни. В 1985 г. карьер оказался глубже полости взрыва, и с подземными водами в него стали попадать радиоактивные продукты.

там: с 1964 г., когда началось их массовое проведение, наблюдались наиболее резкие сдвиги сейсмичности. Тогда ареал ее возбуждения стал проявляться в области, например, Каспийского моря, а к 1980 г. уже оформился тут четко, чему на протяжении полутора веков предшествовали интенсивная разработка множества месторождений нефти и газа, грандиозное гидротехническое строительство, большое число подземных ядерных взрывов. Аналогичные изменения, соответствующие основным этапам активизации техногенной деятельности, характерны и для вулканизма. Отечественные ученые, анализируя графики среднегодового количества извержений на нашей планете, выявили резкое его увеличение также после 1964 г.

Надо сказать, что сильные землетрясения вызывают колебания Земли на протяжении нескольких дней, т.е. возникают так называемые ее собственные флуктуации как упругого тела (мелкие частицы выведены из состояния равновесия и, предоставленные сами себе, движутся без воздействия извне). Их частоты (которых сейчас известно около тысячи) - интегральные характеристики физико-механического состояния нашей планеты, используемые наряду с ее массой, моментом инерции для изучения распределения плотности пород в недрах, модулей сжатия и сдвига, гравитационного поля. Недавние расчеты показывают: техногенная дезинтеграция земной коры уже сегодня порождает заметные изменения частот и периодов собственных радиальных колебаний Земли. А это, в свою очередь, существенно влияет на изменения угловой скорости ее вращения и на всю цепочку природных процессов - режим приливных и внутренних волн Мирового океана, циркуляцию атмосферы и др.

Чтобы жить в ладу со своей "колыбелью", человечество должно научиться заботиться об ее внутреннем состоянии и предотвращать спровоцированные им самим опасные ситуации, а значит, пересмотреть концептуальные основы экономики и формы общественных связей населения в целом.

Permanent link to this publication: