Магнитные аномалии на площадке объекта мирного подземного ядерного взрыва "Кристалл" (Западная Якутия)

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки текущей радиационной и геоэкологической обстановки и прогнозирования возможных сценариев развития на объектах мирных подземных ядерных взрывов, в первую очередь, расположенных вблизи населенных пунктов. Детализация строения геотехногенной системы "центр подземного ядерного взрыва - вмещающая геологическая среда - поверхность Земли" предусматривает проведение магнитных исследований, которые позволяют отделить геоэлектрические аномалии, вызванные погребенными железными объектами, от остальных, имеющих другую природу. Цель: обнаружение и локализация погребенных железных объектов на объекте мирного подземного ядерного взрыва "Кристалл" по результатам наземной магнитной съемки. Объектом исследования выбрана площадка боевой скважины мирного подземного ядерного взрыва "Кристалл", произведенного 2 октября 1974 г. на глубине 98 м в мерзлых породах в 6,7 км от г. Удачный (Западная Якутия). Мощность взрыва составила 1,7 кт в тротиловом эквиваленте. В 1992 г. устье боевой скважины было засыпано обломочным материалом, в 2007 г. проведена дополнительная досыпка. Диаметр насыпи (или саркофага) - около 260 м, высота - до 20 м. Методы: наземная магнитная съемка протонным магнитометром MMPOS-1 с частотой отсчета 3 с, с геопривязкой точек с помощью GPS приёмника. Вариации магнитного поля регистрировались квантовым магнитометром GSM-19 с частотой 10 с в лесном участке около площадки объекта "Кристалл". При анализе данных использованы программные комплексы статистического и спектрально-корреляционного анализа геоданных "КОСКАД 3D" (авторы А. А. Никитин, А. В. Петров, А. С. Алексашин) и численного моделирования PRIZMA (автор А. С. Долгаль). Результаты. На основе базы данных из 5323-х точек измерения магнитного поля на площадке боевой скважины мирного подземного ядерного взрыва "Кристалл" размером 430•330 м построена карта аномального магнитного поля [delta]Та. Выявлены магнитные аномалии разной интенсивности и размеров, источником которых являются погребенные железные объекты. Наиболее широкую и интенсивную аномалию диаметром в 46 м и амплитудой до 8000 нТл, расположенную над устьем боевой скважины, путем последовательной энергетической фильтрации удалось разложить на составляющие и соотнести их с фрагментами конструкции боевой скважины. Расчетные модели магнитных аномалий, формируемых вертикальным и субгоризонтальным фрагментами обсадной колонны боевой скважины, оказались близки к измеренным данным, тем самым подтвержден аддитивный характер магнитной аномалии над устьем боевой скважины. Остальные магнитные аномалии предположительно обусловлены фрагментами обсадных труб исследовательских буровых скважин, существовавших до взрыва на площадке, и технических труб, использованных при строительстве боевой скважины, хаотично перемещенных при взрыве.

The relevance of the study is caused by the necessity to assess the current radiation and geo-ecological situation at the sites of peaceful underground nuclear explosions. In addition, this study will allow us to predict possible scenarios for development at such items located near settlements. The circumstantial research of the structure of the geotechnogenic system "center of an underground nuclear explosion - the host geological environment - the surface of the Earth" involves magnetic study. The land magnetic survey allow us to separate geoelectric anomalies caused by buried iron objects from other items that have a different nature. The aim of the research is to detect and localize the buried iron objects on the site of the peaceful underground nuclear explosion "Crystal" based on the data of land magnetic survey. Object. The area of the emplacement hole of the peaceful underground nuclear explosion "Crystal" was chosen for study. The capacity of the peaceful underground nuclear explosions "Crystal" was of 1,7 kt in TNT equivalent. It was made on October 2, 1974 at a depth of 98 m in frozen rocks at a distance of 6,7 km away from Udachny town (Western Yakutia). The debri mound (or sarcophagus) was built on the mouth of the emplacement hole in two steps - in 1992 and 2007. The diameter of the mound is 260 m, its maximal height is 20 m. Methods. The magnetic survey was carried out on the profiles with a proton magnetometer MMPOS-1 with a reference frequency of 3 s. Georeferencing of points was performed using the Garmin 64st GPS receiver. Variations of the Earth's natural magnetic field were registered by a GSM-19 quantum magnetometer with a frequency of 10 s in a forest area near "Crystal" sarcophagus. Software complexes of statistical and spectral-correlation analysis of geophysical data "KOSKAD 3D" (author A. A. Nikitin, A. V. Petrov, A. S. Aleksashin) and of numerical modelling PRIZMA (author A. S. Dolgal) are used for the data analysis. Results. 5323 readings of magnetic field on the area 430•330 m around the emplacement hole of the peaceful underground nuclear explosion "Crystal" were taken and systemized. The anomalous magnetic field [delta]Та of the site of the peaceful underground nuclear explosion "Crystal" was mapped based on these data. The local magnetic anomalies formed by buried iron objects were revealed. The widest and most intense anomaly with a diameter of 46 m and an amplitude of up to 8000 nT is located above the emplacement hole at the center of the sarcophagus. The sequential energy filtering of measured magnetic data allowed separating this magnetic anomaly into parts associated with different fragments of the emplacement hole casing. The results of modeling magnetic anomalies caused by the hole casing fragments are consistent with the measured magnetic data. So, the additive character of the magnetic anomaly is revealed. The other magnetic anomalies are presumably caused by casing pipes of research and technical wells that existed before the explosion at the site and were randomly removed by the explosion.