РАДОН В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ПРИБАЙКАЛЬЯ И ЗАБАЙКАЛЬЯ: ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ

Целью исследований было провести систематизирование водопроявлений Прибайкалья и Забайкалья по содержанию радона (Q), а также установить закономерности изменчивости параметра Q в пространстве и времени.

Фактическим материалом для анализа послужили собственные и заимствованные из литературных источников оценки параметра Q во многих десятках водопроявлений региона (рис. 1), а также данные монито- ринга восьми источников, принадлежащих к зоне влияния Ангарского разлома в Южном Приангарье (рис. 5). Измерения содержания радона в пробах воды проводились в соответствии со стандартной методикой при помощи радиометра РРА-01М-03, который характеризуется чувствительностью не менее 1.4∙10–4 с–1∙Бк–1∙м3 и 30%-ным пределом допустимой относительной погрешности.

Частотное распределение величин Q, измеренных в Прибайкалье и Забайкалье (рис. 2), а также анализ известных классификаций водопроявлений по радиоактивности позволили предложить единую для изученного региона систематику подземных вод в зависимости от содержания 222Rn (табл. 1). Для сейсмически активного Прибайкалья, где источники собственно радоновых вод с Q>185 Бк/л почти не встречаются, практическое значение имеет выделение трех первых групп со следующими пределами изменения параметра Q: группа I – Q≤15 Бк/л, группа II – 16≤Q≤99 Бк/л, группа III – 100≤Q≤184 Бк/л. Большинство опробованных в Прибайкалье и Забайкалье источников относится к группам I и II, что позволяет рекомендовать объективно существующую величину 100 Бк/л в качестве уровня вмешательства при подготовке питьевой воды в регионе вместо предела в 60 Бк/кг, принятого сейчас в России.

Для выявления пространственных закономерностей распространения в Прибайкалье и Забайкалье источников подземных вод, относящихся к разным группам по радиоактивности, проведено их опробование вдоль трансекта Баяндай–Мухоршибирь, пересекающего Байкальский рифт и другие крупные тектонические структуры изучаемого региона (рис. 4). В более крупном масштабе выполнен анализ изменчивости содержания радона в источниках подземных вод, приуроченных к отдельным участкам зон влияния Тункинского сброса (рис. 3), Приморского сброса, Ангарского сбросо-сдвига и других активных разломов изучаемого реги- она.

В рамках пространственного аспекта проведенного исследования выделены вещественный и структурный факторы, определяющие радиоактивность подземных вод рассматриваемого региона. Подтверждены результаты предшествовавших исследований, свидетельствующие в целом о меньшем содержании радона в подземных водах Прибайкалья в сравнении с Забайкальем, где повышенная радиоактивность обусловлена широким распространением разнотипных гранитоидов. Фоновые концентрации радиоактивного газа в Прибайкалье соответствуют группе I, а в Забайкалье – группе II. Граница между областями с разной радиоактивностью подземных вод смещена к юго-востоку от приосевых структур Байкальского рифта. В пределах трансекта Баяндай – Мухоршибирь она совпадает с известной границей между Забайкальской провинцией холодных углекислых вод и Байкальской провинцией азотных и метановых терм (рис. 4). Структурный фактор формирования эманационного поля выражается в повышении радиоактивности вод, приуроченных к разломам, где вследствие повышенной проницаемости и геодинамической активности интенсифицируется выход радона и/или создаются эманирующие коллекторы (рис. 3, 4). В Прибайкалье с разломами обычно связаны водопроявления группы II, а в Забайкалье – источники подземных вод, принадлежащие к группам III–VI.

Для выявления характера временных вариаций радиоактивности подземных вод были проанализированы длинные ряды (от 9 до 30 месяцев) мониторинга значений Q в восьми водопроявлениях из зоны Ангарского разлома в Южном Приангарье (рис. 5, 6). Согласно принятой классификации (табл. 1), три водопункта относились к близповерхностным источникам (группа I) и пять водопроявлений – к источникам более глубоких разломных вод (группа II). Несмотря на отчетливые вариации радиоактивности, большую часть времени мониторинга изученные водопроявления не выходили за пороговые значения Q в пределах соответствующих групп. Периодические появления аномально высоких и низких содержаний радона оказались связанными с сезонными вариациями метеопараметров (рис. 6).

Корреляционный анализ величины Q с атмосферным давлением (Р), влажностью (U) и температурой (Т) воздуха показал существование отчетливой зависимости содержания радона в подземных водах от величин Т и Р (табл. 3). Вслед за ведущим сезонным трендом температуры воздуха радиоактивность исследуемых вод увеличивается зимой и уменьшается летом (рис. 6). Параметр Т оказывает опосредованное влияние на величину Q через изменение температуры воды, вариации дебита водоисточников, промерзание верхнего слоя грунтов и другие процессы, параметрическое изучение которых представляет задачу дальнейших исследований по проблеме.

Согласно данным мониторинга (табл. 3, рис. 6, А), содержание радона у близповерхностных водопроявлений из группы I может меняться на единицы и первые десятки, а для более глубоких (приразломных) водоисточников группы II – на десятки беккерелей на литр. Как следствие, в непродолжительные периоды проявления экстремальных значений Q содержание радона в воде конкретного источника может повыситься или понизиться до значений, соответствующих смежной группе по радиоактивности.

В работе охарактеризована радоновая активность подземных вод Прибайкалья и Забайкалья, причем особый акцент сделан на закономерностях пространственной и временной изменчивости содержания 222Rn в водопроявлениях с Q<185 Бк/л. Это нерадоновые воды, которые наиболее распространены в Прибайкалье, включая районы активного природопользования. Несмотря на низкое содержание 222Rn, они являются важным объектом дальнейших целенаправленных исследований по поиску лечебных вод, оценке качества питьевой воды и выявлению эманационных предвестников сильных землетрясений в регионе.

1. Adushkin V.V., Spivak A.A., 2014. Physical Fields in the Near-Surface Geophysics. GEOS, Moscow, 360 p. (in Russian) [Адушкин В.В., Спивак А.А. Физические поля в приповерхностной геофизике. М.: ГЕОС, 2014. 360 с.].

2. Baikal Branch of the Geophysical Survey. The main catalogue of events. Available from: http://seis-bykl.ru (last accessed February 10, 2016) (in Russian) [Байкальский филиал геофизической службы. Основной каталог событий. Режим доступа: http://seis-bykl.ru (дата обращения: 10.02.2016)].

3. Chernyago B.P., Nepomnyashchikh A.I., Medvedev V.I., 2012. Current radiation environment in the central ecological zone of the Baikal Natural Territory. Russian Geology and Geophysics 53 (9), 926–935. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2012.07.008.

4. Erdogan M., Eren N., Demirel S., Zedef V., 2013. Determination of radon concentration levels in wellwater in Konya, Turkey. Radiation protection dosimetry 156 (4), 489–494. http://dx.doi.org/10.1093/rpd/nct099.

5. Express Method for Measurement of 222Rn Volume Activity in Soil Air by PPA Radon Radiometers. Recommendation, 2004. Doza NPP, Moscow, 16 p. (in Russian) [Методика экспрессного измерения объемной активности 222Rn в почвенном воздухе с помощью радиометра радона типа РРА. Рекомендация. М.: НПП «Доза», 2004. 16 с.]

6. Ghosh D., Deb A., Sengupta R., 2009. Anomalous radon emission as precursor of earthquake. Journal of Applied Geophysics 69 (2), 67–81. http://dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.06.001.

7. Guerra M., Etiope G., 1999. Effects of gas-water partitioning, stripping and channelling processes on radon and helium gas distribution in fault areas. Geochemical Journal 33 (3), 141–151. http://doi.org/10.2343/geochemj.33.141.

8. Koval P.V., Udodov Y.N., San’kov V.A., Yasenovskii A.A., Andrulaitis L.D., 2006. Geochemical activity of faults in the Baikal Rift Zone (mercury, radon, and thoron). Doklady Earth Sciences 409 (2), 912–915. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X06060171.

9. Kraynov S.R., Rizhenko B.N., Shvets V.M., 2012. Geochemistry of Groundwater. Theoretical, Applied and Environmental Aspects. CentrLitNefteGaz, Moscow, 672 p. (in Russian) [Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2012. 672 с.].

10. Kulikov G.V., Zhelvakov A.V., Bondarenko S.S., 1991. Mineral Medicinal Waters of the USSR: A Handbook. Nedra, Moscow, 399 p. (in Russian) [Куликов Г.В., Желваков А.В., Бондаренко С.С. Минеральные лечебные воды СССР: Справочник. М.: Недра, 1991. 399 с.].

11. Lomonosov I.S., Kustov Yu.I., Pinneker E.V., 1977. Mineral Waters of the Pribaikalie. East Siberian Publishing House, Irkutsk, 224 p. (in Russian) [Ломоносов И.С., Кустов Ю.И., Пиннекер Е.В. Минеральные воды Прибайкалья. Иркутск: Вост.-Сиб кн. изд-во, 1977. 224 с.].

12. Lopatin M.N., 2015. Variations of dissolved radon concentrations in groundwater of the Southern Pribaikalie during earthquake preparation and occurrence. In: Lithosphere structure and geodynamics. Institute of the Earth’s Crust SB RAS, Irkutsk, p. 108–109 (in Russian) [Лопатин М.Н. Вариации концентраций растворенного радона в подземных водах Южного Прибайкалья при подготовке и реализации очагов землетрясений // Строение литосферы и геодинамика. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2015. С. 108–109].

13. Mineral waters of the southern regions of East Siberia, vol. II. 1962. Publishing House of the USSR Academy of Sciences, Moscow, St. Petersburg, 200 p. (in Russian) [Минеральные воды южной части Восточной Сибири. Т. II. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1962. 200 с.].

14. Myasnikov A.A., Samovich D.A., Kokarev A.A., Gavrilov L.P., 2009. Uranium-bearing and radiation-ecological conditions of the southern regions of East Siberia. In: Radioactivity and radioactive elements in human environment. STT, Tomsk, p. 398–403 (in Russian) [Мясников А.А., Самович Д.А., Кокарев А.А., Гаврилов Л.П. Ураноносность и радиационно-экологическая обстановка территории юга Восточной Сибири // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. Томск: STT, 2009. С. 398–403].

15. Nevinsky I., Tsvetkova T., Nevinskaya E., 2015. Measurement of radon in ground waters of the Western Caucasus for seismological application. Journal of Environmental Radioactivity 149, 19–35. http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2015.07.005.

16. Plyusnin A.M., Astakhov N.E., Peryazeva E.G., 2009. Radon in surface and ground waters of Transbaikalia: conditions and regularities of dissolution. In: Radioactivity and radioactive elements in human environment. STT, Tomsk, p. 444–448 (in Russian) [Плюснин А.М., Астахов Н.Е., Перязева Е.Г. Радон в поверхностных и подземных водах Забайкалья: условия и закономерности растворения // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. Томск: STT, 2009. С. 444–448].

17. Prasad Y., Prasad G., Gusain G.S., Choubey V.M., Ramola R.C., 2009. Seasonal variation on radon emission from soil and water. Indian Journal of Physics 83 (7), 1001–1010. http://dx.doi.org/10.1007/s12648-009-0060-9.

18. Przylibski T.A., 2011. Shallow circulation groundwater – the main type of water containing hazardous radon concentration. Natural Hazards and Earth System Sciences 11 (6), 1695–1703. http://dx.doi.org/10.5194/nhess-11-1695-2011.

19. Rudakov V.P., 1985. About barometric variations of subsoil radon. Geokhimiya (Geochemistry) (1), 124–127 (in Russian) [Рудаков В.П. О барических вариациях подпочвенного радона // Геохимия. 1985. № 1. С. 124–127].

20. Schery S.D., Gaeddert D.H., Wilkening M.H., 1982. Transport of radon from fractured rock. Journal of Geophysical Research 87 (B4), 2969–2976. http://dx.doi.org/10.1029/JB087iB04p02969.

21. Schubert M., Paschke A., Lieberman E., Burnett W.C., 2012. Air-Water partitioning of 222Rn and its dependence on water temperature and salinity. Environmental Science & Technology 46 (7), 3905–3911. http://dx.doi.org/10.1021/es204680n.

22. Seminskii K.Zh., Gladkov A.S., Lunina O.V., 2001. Tectonophysics of the Angara fault zone (Southern Siberian platform). Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 42 (8), 1252–1262.

23. Seminsky A.K., Tugarina M.A., 2013. Specific features of radon distribution in groundwater of the Baikal region. In: Geology, exploration and survey of mineral resources and geological research methods. Irkutsk State Technical University, Irkutsk, p. 133–137 (in Russian) [Семинский А.К., Тугарина М.А. Особенности распределения радона в подземных водах Байкальского региона // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. Иркутск: ИрГТУ, 2013. С. 133–137].

24. Seminsky K.Zh., Bobrov A.A., 2012. Spatial and temporal variations of soil-radon activity in fault zones of the Pribaikalie (East Siberia, Russia). Chapter 1. In: Z. Li, C. Feng (Eds.), Handbook of radon: properties, applications and health. Nova Science Publishers, New York, р. 1–36.

25. Seminsky К.Z., Bobrov А.А., 2013. The first results of studies of temporary variations in soil radon activity of faults in Western Pribaikalie. Geodynamics & Tectonophysics 4 (1), 1–12 (in Russian) [Семинский К.Ж., Бобров А.А. Первые результаты исследований временных вариаций эманационной активности разломов Западного Прибайкалья // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 1. С. 1–12]. http://dx.doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0088.

26. Seminsky K.Z., Kozhevnikov N.O., Cheremnykh A.V., Pospeeva E.V., Bobrov A.A., Olenchenko V.V., Tugarina M.A., Potapov V.V., Zaripov R.M., Cheremnykh A.S., 2013. Interblock zones in the crust of the southern regions of East Siberia: tectonophysical interpretation of geological and geophysical data. Geodynamics & Tectonophysics 4 (3), 203–278 (in Russian) [Семинский К.Ж., Кожевников Н.О., Черемных А.В., Поспеева Е.В., Бобров А.А., Оленченко В.В., Тугарина М.А., Потапов В.В., Зарипов Р.М., Черемных А.С. Межблоковые зоны в земной коре юга Восточной Сибири: тектонофизическая интерпретация геолого-геофизических данных // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 3. С. 203–278]. http://dx.doi.org/10.5800/GT-2013-4-3-0099.

27. Smetanova I., Holy K., Mullerova M., Polaskova A., 2010. The effect of meteorological parameters on radon concentration in borehole air and water. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 283 (1), 101–109. http://dx.doi.org/10.1007/s10967-009-0128-1.

28. Spivak A.A., 2010. The specific features of geophysical fields in the fault zones. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 46 (4), 327–338. http://dx.doi.org/10.1134/S1069351310040051.

29. Steinitz G., Vulkan U., Lang B., Gilat A., Zafrir H., 1992. Radon emanation along border faults of the rift in the Dead Sea area. Israel Journal of Earth-Sciences 41 (1), 9–20.

30. Toutain J.-P., Baubron J.-C., 1999. Gas geochemistry and seismotectonics: a review. Tectonophysics 304 (1–2), 1–27. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00295-9.

31. Trofimov V.T. (Ed.), 2000. Ecological Functions of the Lithosphere. Moscow State University, Moscow, 432 p. (in Russian) [Экологические функции литосферы / Ред. В.Т. Трофимов. М.: МГУ, 2000. 432 с.].

32. Weather Forecast, 2016. Irkutsk Weather Archive. Available from: http://rp5.ru (last accessed: February 10, 2016) (in Russian) [Расписание погоды. Архив погоды в Иркутске. Режим доступа: http://rp5.ru (дата обращения: 10.02.2016)].

33. Woith H., 2015. Radon earthquake precursor: A short review. The European Physical Journal Special Topics 224 (4), 611–627. http://dx.doi.org/10.1140/epjst/e2015-02395-9.

34. Zmazek B., Todorovski L., Dzeroski S., Vaupotic J., Kobal I., 2003. Application of decision trees to the analysis of soil radon data for earthquake prediction. Applied Radiation and Isotopes 58 (6), 697–706. http://dx.doi.org/10.1016/S0969-8043(03)00094-0.

35. Zmazek B., Vaupotic J., Zivcic M., Premru U., Kobal I., 2000. Radon monitoring for earthquake prediction in Slovenia. Fizika B (Zagreb) 9 (3), 111–118.