Ядерно-геофизические методы в гидрогеологии и инженерной геологии

Описаны ядерно-физические, изотопные, радиоиндикаторные, пенетрационно-каротажные и другие методы гидрогеологических и инженерно-геологических исследований. Даны основы методов, технические средства, технология работы с ними, особенности и области применения каждого метода, способы интерпретации данных. Большое внимание уделено вопросам охраны подземных вод, окружающей среды, решению задач мелиоративной и шахтной гидрогеологии, изучению процессов массопереноса в гидрогеологических системах.
Для гидрогеологов, геофизиков, геохимиков, занимающихся гидрогеологическими и инженерно-геологическими исследованиями.

Достижения современной ядерной физики, радиохимии и изотопной химии, электроники и приборостроения явились основой развития новых, ядерно-физических и изотопных методов и технических средств проведения научных и производственных гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических исследований и работ. По сути дела, на этой основе созданы и все более широко применяются новые технологии, информативность и технико-экономические показатели которых на порядок и более превосходят традиционные способы. Это нашло свое отражение в ряде монографий [4—6, 22—25, 27—33], сборников [13—16], методических руководств [1, 7, 19, 20], в том числе международных [26, 34, 36, 39, 44], в материалах внутрисоюзных [15] и международных научных форумов [34, 40, 41, 42]. Тем не менее назрела необходимость издания книги, обобщающей сведения по теории и практике гидрогеологического и инженерно-геологического использования ядерно-геофизических и изотопных методов и получаемой при этом информации. В этой книге рассматривается не только то, что могут указанные методы, но и как они реализуются при решении конкретных, но достаточно типовых задач.

В настоящее время в гидрогеологии и инженерной геологии наибольшее развитие получили различные ядерно-физические и изотопные методы. Первая группа методов основана на использовании радиоактивных излучений (управляемых и неуправляемых) изотопных и неизотопных источников и предназначена для изучения физических (плотность, влажность, пористость и др.) и физико-химических свойств горных пород и подземных вод (литологический, минеральный, химический и изотопный составы). Многие из этих методов реализуют измерения свойств пород в естественном зачегании. Эти методы рассмотрены в первой части книги.

Вторую группу составляют методы, использующие мечение исследуемых объектов и массопотоков индикаторами (трассерами) — стабильными и радиоактивными изотопами, а также флуоресцентными, красящими и другими веществами. Эти методы обеспечивают прямое определение динамических и некоторых других характеристик геологических объектов: скорости и налравления движения подземных вод, коэффициентов фильтрации, пористости, диффузии, сорбции, обмена и т.п. Эти методы рассмотрены во второй части книги.

Третья часть книги посвящена одной из наиболее важных групп методов, основанных на использовании естественных и техногенных (стабильных и радиоактивных) изотопов окружающей среды (тритий, дейтерий, 3Не, 4Не, 180, 13С, 14С, 234U,23,U, 22<5Ra, 222Rn и др.). Изучение изотопного состава подземных и поверхностных вод, а также атмосферных   осадков   обеспечивает  решение таких  гидрогеологических.

инженерно-геологических и геокриологических задач на глобальном, региональном и локальном уровнях, как оценка генезиса, возраста (времени пребывания, добегания, обмена), скоростей движения, перетекания через относительные водоупоры, питания через зону аэрации, пропорций смещения подземных вод, водопритоков в шахты, карьеры, определение генезиса ископаемых льдов, проведение палеореконструкций и др.

Комплексное применение описываемых методов для решения наиболее важных и конкретных задач рассматривается в четвертой части, а также при изложении сущности методики и технического оснащения тех или иных методов. Особое внимание уделено аналитическим аспектам. Заметим, что имеется ряд задач, которые в настоящее время могут быть решены только или наиболее эффективно ядерно-физическими и изотопными методами. Это в основном задачи, касающиеся прямой оценки возраста, генезиса подземных вод, прямого определения параметров взаимосвязи водоносных горизонтов, параметров миграции, динамики изменения влажности и плотности пород и др. Разумеется, нельзя, да и нет в этом необходимости, рассматривать зти методы как универсальные. Они имеют свою вполне определенную область применения, которую, используя изложенный в книге материал, легко определить. Наибольший эффект достигается именно при комплексном подходе, максимальном учете геологической специфики работы и возможностей метода.

Книга обобщает материалы многолетних научно-исследовательских, опытно-конструкторских, опытно-методических и производственных работ ВСЕГИНГЕО, а также опыт, результаты и достижения других отечественных и зарубежных исследователей. Весь этот опыт однозначно свидетельствует о том, что ядерно-физические и изотопные методы являются одним из важнейших направлений коренного усовершенствования и повышения технико-зкономической эффективности гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических работ. И все же приходится констатировать, что в широкой практике эти методы пока еще не нашли места, эквивалентного их вскрытым и потенциальным возможностям. И авторы считали бы цель издания данной книги хоть в какой-то степени достигнутой, если она будет способствовать ускорению широкого практического использования рассматриваемых в ней методов и идей.