30 Янв

«FOSFOZOL» A NEW UNIVERSAL FORM OF ACTIVE MINERAL ADDITIVES IN CEMENT




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Stating the problem. In Uzbekistan organized the production of a fundamentally new kind of active mineral additives to cement, called «Fosfozol», which is obtained by hydrothermal treatment under pressure of mineral compositions including phosphogypsum and ash and slag at a certain mass ratio. It is expected that with the introduction of additives «Fosfozol» in cement, formed during the autoclave processing of the mixture of ash-slag and phosphogypsum hydrated compounds play a role of crystallization centers and accelerate the process of hydrolysis and hydration of clinker minerals, the formation of the crystalline structure and strength of cement composite. For the scientific substantiation of the mechanism of the effect of additives «Fosfozol» on a wide range of properties of composite cement, it is necessary to study the physico-chemical aspects of interaction of hydration of clinker minerals and minerals supplements, to establish the kinetics of hydration and the formation of the artificial conglomerate of hardening of cements with a new additive that requires comprehensive studies in this direction.

Analysis of the last studies and publication. Analysis of recent researches and publications in the field of production of cement and other building materials using ash-slag and phosphogypsum showed that the ash-slag and the fine ash of thermal power plants are widely used in the manufacture of various building products: aluminosilicate as a corrective additive in cement the raw material mixture for calcining clinker, active mineral additives cement, dry mortar, wire mesh and others-concrete, wall stones, aggregates in concrete, etc [1-6]. Phosphogypsum – waste chemical industry, the chemical and mineralogical composition is very close to natural gypsum. Famous development, dedicated to getting the low-temperature sulfate cements by calcining a raw mixtures incorporating slag and phosphogypsum [7-10]. However, the presence of phosphogypsum water-soluble phosphates and sulphates limits their large-scale utilization in the manufacture of various construction products. Therefore, some researchers propose to enter into the composition of phosphogypsum variety of alkaline components, which neutralize the harmful effects of the phosphate and sulfuric acid residues on the properties of the resulting construction products by chemical interaction with them with the formation of water-insoluble compounds [11-13].

Formulation of purpose of the article: The rational solution of complex and large-scale utilization of ash-slag of thermal power plants and phosphogypsum is the organization of compact production of generic active mineral additives in cement «Fosfozol» obtained by autoclaving the mixture of ash-slag and phosphogypsum in certain mass ratios. Advantage of such supplements is that when using it excludes the costs of crushing and grinding additives on the extraction and crushing of gypsum stone, as «Fosfozol» acts as an active mineral additive and as a regulator of setting time of portland cement.

Interpretation of the main material. To obtain the additive «Fosfozol» source materials were ash-slag wastes of Angren thermal power plants and phosphogypsum – waste production of wet-process phosphoric acid of JSC «Ammophos-Maxam», having a mineralogical composition given in table.1.

Held in the testing laboratory research and test center «Strom» preliminary tests have proved the possibility of applying additive «Fosfozol » (laboratory batch) in the production of portland cement, as active mineral additives and controller setting time of cement instead of natural gypsum stone. To create a regulatory framework in order to formulation of this additive on industrial production, the developed Standard of the organization Ts 24249595-01:2014 «Fosfozol. Active mineral additive specifications». During the development of the standard was laid down requirements for the chemical additive «Fosfozol» laboratory party. To study the effect of additive «Fosfozol» on the physico-mechanical and physico-chemical properties of portland cement, as a matrix used portland cement clinker JSC » Akhangarancement «. The strength of cements with the addition of «Fosfozol» compared with the strength of cement with no cement PC 400 D0.

Таble 1  The mineralogical composition of raw materials for the manufacture of additives «Fosfozol «

 

Material name Minerals The diffraction reflections, nm
  Ash-slag

Angren thermal power plant

name formula
 quartz SiO2 0,422; 0,333; 0,244; 0,227; 0,180; 0,153…
 hematite Fe2O3 0,264; 0,250; 0,219; 0,180; 0,168 …
 mullite 3Аl2O3 .2SiO2 0,342; 0,338; 0,301..
Low-basic silicate of calcium   0,363; 0,301 …
2. Phosphogypsum JSC «Ammofos-Maksam»

 

gypsum СаSO4·2H2О

 

0,253; 0,184; 0,162; 0,159; 0,158. . .
anhydride СаSO4 0,349. . .
bassanite 2СаSO4·H2О

 

 0,219; 0,184; 0,147; 0,144. . . .
calcium hydroxide Ca(OH)2 0,262; 0,148; 0,144..
The calcium silicate hydrate (xonotlite) C6 S2 H 0,366; 0,251. . . .

Preparation of samples for research carried out in the corresponding regulatory documents for each component commodity: Portland cement clinker according to the National standard of the Republic of Uzbekistan O’z DSt 2801: 2013 «Portland cement Clinker. Technical conditions»; gypsum according O’zdst 760-96 «Gypsum and anhydrite stone for production of binders . Technical conditions»; supplements «Fosfozol» TS 24249595-01:2014 «Fosfozol». Active mineral additive to cement. Technical conditions». Chemical compositions of the source materials for producing portland cement with a new additive shown in table.2.

 According to x-ray phase analysis the composition of the additive «Fosfozol»

Таble 2/ Chemical composition of raw materials

 

Material name

 

The content of the mass fraction of oxides, %

the loss on ignition SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 other
portland cement clinker 0,42 20,91 6,26 4,40 62,81 3,97 1,23
gypsum stone 19,25 8,17 1,23 28,58 42,77
Additive «Fosfozol « 10,52 45,80 10,24 1,64 7,57 0,39 8,56 Р2O5
1,64

presents a wide range of clear analytical lines of products of the chemical interaction of minerals of the ash-slag and phosphogypsum: gypsum (natural, semi-aquatic calcium sulfate), hydrated neoplasms hydrocortamate and hydrosilicate structures (tab.3). The chemical activity of the additive «Fosfozol» refers to the group of artificial (man-made) aluminosilicate acidic hydraulic additives, which are known in the interaction with Portland cement, additives react with calcium hydroxide CA(OH)2, thereby increasing structural density and corrosion resistant properties of cement stone due to the formation of additional quantities of hydrosilicates of calcium (СSН).

Таble 3 The mineralogical composition additive «Fosfozol» according to x-ray phase analysis.

 

Minerals

The diffraction reflections, nm
Name formula  
1 gypsum CaSO4 .2H2O

 

0,315; 0,305; 0,286; 0,278; 0,259; 0,214; 0,189; 0,179; 0,153. . .
2 Hemihydrate gypsum (bassanite) 2СаSO4.H2О

 

0,278; 0,232; 0,189; 0,179. .
3 Hydrocortamate calcium С3A.СаSO4.31H2O С3A.СаSO4.12H2O 0,303; 0,257; 0,242 . . .
4 Low-basic hydrosilicates of calcium C2SH (A);C2SH(С);

C2SH (В)

0,329; 0,260; 0,241; 0,276; 0,189; 0,180. . .
5 Hydrosilicates tobermorite group C4 S5.H; C4S.H;

C6S2.H3; CSH(В);

CSH(A); C3S2.H3

0,296; 0,278; 0,274; 0,214; 0,180; 0,174,160; 0,153; 0,148. . . .
6 Dicalcium silicates α-C2S; β-C2S 0,278; 0,262; 0,215; 0,180; 0,175. . .
7 calcium hydroxide Ca(OH) 2 0,262; 0,193; 0,179. . .

To study the physico-mechanical properties of portland cement with the addition of «Fosfozol» in vitro prepared different composition of the raw material mixture (batch) with the use of portland cement clinker, additives «Fosfozol» and for comparative testing of portland cement clinker with 5% gypsum. Given the fact that the content of sulfur oxide (VI) SO3 «Fosfozol» made up 8,56%, additive in cement was injected in the amount of (15-35) %.

The results of grinding Portland cement clinker with the addition of «Fosfozol» showed that with the increase in its content 15 to 35%, the grindability of mixtures is increased in comparison with the grinding of portland cement clinker with 5% gypsum. At constant grinding time (40 min), grinding fineness, is determined by the residue on the sieve № 008 cements with the addition of «Fosfozol», is in the range of (2-6) % , and the control of cement gypsum stone PS D0 — 10 %.

The results of the analysis showed that the chemical composition of the investigated cements with the addition of «Fosfozol» different from the chemical composition of the cement with no cement PC D0. So, the contents of the main oxides in cement, depending on the content of the additive ranges: SiO2 — (24,54 – 29,67)%; Al2O3 — (7,00 — 8,92) %; Fe2O3 — (4,33 – 3,69) %; CaO — (54,68 – 43,47) %; MgO — (3,44 – 2,75)%. In the cements with the addition of «Fosfozol» reported the presence of (0,25 – 0,57 ) % five phosphorus oxide P2O5 (table.4). Calculated by the Ơz DSt 760 (p. 6,4) the total content of gypsum and anhydrite in terms of natural gypsum (СаЅО4 . 2О = SO3) in the experimental cements increases proportionally

Таble 4  The chemical composition of the experimental cements with the addition of «Fosfozol»

The symbol

cements

The content of the mass fraction of oxides, %

the loss on ignition SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Р2O5
 PC D 0 1,66 20,62 5,00 4,52 60,84 3,77 3,22
 PC F 15 1,66 24,54 7,00 4,33 54,68 3,44 2,33 0,25
 PC F 20 3,00 25,20 7,40 4,17 50,24 3,28 2,69 0,33
 PC F 25 2,71 27,23 8,16 4,01 49,63 3,10 3,06 0,41
 PC F 30 3,26 27,46 8,67 3,85 47,38 2,98 3,43 0,50
 PC F 35 3,67 29,67 8,92 3,69 43,47 2,75 3,80 0,57

to the number entered into the cement additive «Fosfozol» and is of 6,92 — 8,17%. It is established that the introduction of (15-35) % additive «Fosfozol» in the portland cement increases the water demand of cement paste of normal consistency from 26,15% — 29,15%, due to the high content of aluminate phases and a finer degree of grinding compared with cement PC D0. Thus, the content of aluminum oxide in the cement with a «Fosfozol» is the mass (7,00 — to 8,92) %, and without additional cement at 5,00 % (tab. 4). At the same time, the speed of the initial reactions of interaction with water of the cements with the addition of «Fosfozol» differ very little from the speed of reactions without additional cement. The process of starting of setting cement PC F15, PC F20, PC F25 is lengthened to (15-30) min. Obviously, this is due to the fact that the products of hydration of gypsum-containing cement with no cement (PC D0) are the compounds more soluble forms (three-sulfate hydrosult-calcium aluminate three-sulfate form), in which the crystals are formed faster, and cements PC F15, PC F20, PCS F25, a composition which contains hydro-sulfoaluminate as a three-sulfate and low-sulfate forms in optimal proportions, the setting process of cement paste is slower. In cements containing 30, 35% additives, more intense seizure coming on (15-20) min faster due to the higher content of hydro-sulfoaluminate phases.

A distinctive feature of the cements with the addition of «Fosfozol» evident in the determination of end of setting time, the maximum duration of which amounted to more than 7 hours, compared with cement PC D0, with the end of the stiffening — 4 hours 25 minutes. However, it should be noted that all of the cements with the addition of «Fosfozol» setting time meet the requirements of State standard GOST 10178.

According to Fig. 1, which characterize the kinetics of strength development of cement content (15-35) % additive «Fosfozol» the rate of hardening of cements PC D0, PC F15, PC F20 in time is almost identical. So, for 28 days. curing the strength of these cements meets to brand 400, and at the age of 360 days — 600. Increase the strength of cement with the additive (25-35) % «Fosfozol» is a bit of a slow nature (Fig. 1 and 2). The strength of the cement PC-Ф25 to 28 days amounted to 38.2 MPa. However, in the period from 28 to 360 days this cement aboral strength (59,8 MPa) that corresponds to the grade of 600. Intense set of strength of cement with addition (30-35) % «Fosfozol» is observed in the period from 28 to 90 days (Fig.3). While the strength of cements at the age of 90 days to 43,0 MPa and 41,8 MPa respectively for PC F30, PC F35. To 180 days curing the strength of cement is sharply reduced to 33,5 MPa and 37,5 MPa, which is apparently associated with phase transformation, crystallization and recrystallization of complex compounds formed during the hydration and hardening of cement with high additive content. In the further process of phase transformations is accompanied by the compaction and hardening of the cement stone structure that leads to rapid increase of strength of cement PC F30, PC F35. Therefore, the studied cement containing 35% additive «Fosfozol» (PC F35) at the age of 360 days. gains strength for 58,2 MPa.

   

Fig. 1. The kinetics of strength development of cement during curing to 28 days:

1-PC D0; 2- PC F15; 3- PC F20; 4-PC F25; 5-PC F30;

6-PC F35

Fig. 2. The kinetics of curing

cements with (15-20) % additive «Fosfozol» from 28 to 360 days:

 

1-PC D0; 2- PC F15; 3- PC F20

The degree of hydration of the cements with the addition of «Fosfozol» compared to cement with no cement below only up to 28 days of hardening. In later periods (from 28 to 90 days) does not differ practically from cement PC 400 D0. The highest hydration activity showed that the cement with the addition of 25% «Fosfozol». The degree of hydration after 3 days of curing is higher than all other cements (Fig. 4). However, the curve of the curing of the cement in the period from90 to 180 days of hardening, a decrease in strength to 38,1 MPa, and then intense boost, of up to 360 days of hardening 59,8 MPa. On diffractogramme sample PC F20 during all periods of hydration observed line c diffraction reflection 0,329 nm, which can be attributed to hydrosilicates of calcium tobermorite group type (С5Ѕ6Н). Poorly crystallized hydrosilicates (C-S-H) c reflections d/n=(0,252; 0,215; 0,192; 0,176; 0,161) nm, observed in the initial periods of hydration. In more recent periods (7, 28 days) almost all of the lines and of the products of hydration of clinker minerals are washed-out highs or absent, which is characteristic of the resulting gel-like mass. Curve the just-noticeable difference-thermal analysis of cement stone PC F20 detects multiple exothermic effects in 238,327, 342, 406, 418, 429, 438, 542,

   

Fig. 3. The kinetics of strength development of cements with additives (25-35) % «Fosfozol» hardening from 28 to 360 days.

 

1-PC D0; 2- PC F25; 3- PC F30; 4-PC F35

Fig.4. The degree of hydration of cement up to the age of 180 days:

 

1-PC D0; 2-PC F15; 3-PC F20; 4-PC F25

584, 665оС, which can be attributed to the formation of different kinds of calcium silicates after the water loss tobermorite gel. Later seal of the gel and a significant strength of hydrated grains (С2Ѕ), is firmly included in the crystalline skeleton of cement, provides a high strength cement composite, which agrees well with the results of V. V. Timashev, noting the slowing effect of the mineral С2Ѕ on the hardening process of portland cement, the more, the higher its content. The increase in strength of a system of such structures should occur continuously and more intensely than the cement stone without additives [14]. Indeed, the growing strength of cements with optimum additive content (15-20) % in the later stages is continuous and more intensive than cement PC400 D0.

 According to the table. 5, the cements with the addition of «Fosfozol» the optimal composition of (15-20) % exhibit high resistance to environmental influences. So, the strength of the samples after 25 cycles of alternate wetting and drying reduced by 13,15 % in comparison with the magnitude of the indirect estimates (20-25) %. When testing the frost resistance of cements with the addition of «Fosfozol» by the standard method according to GOST 5802, after 25 cycles of alternate freezing and thawing reduce the strength of samples is not set, the value of the coefficient frost resistance equal to the value (Cfrost=1,067). Portland cement containing (15-20)% additive «Fosfozol» possess sufficient resistance to environmental influences and therefore can be used for making mortars and concretes.

Таble 5 Durability of Portland cement with the addition of «Fosfozol»

View

tes

atmosphere resistance frost resistance
Compressive strength,

Rcж, kg/cm

Compressive strength,

Rcж, kg/cm

cycle number Rcontrol Repitemy Cfrost.

 

cycle number Rcontrol Repitemy

 

Cfrost
Alternate wetting and drying 25 403 350 0,868
Alternate freezing and thawing  

 

 

 

 

25

 

400

 

427

 

1,067

Insights and suggestions. The studies of physico-mechanical, physico-chemical properties and durability of portland cement with a new supplement proved that the optimal composition are portland cement, containing (15-20) % additive «Fosfozol», which for all quality indicators meet the requirements of GOST 10178-85 «Portland cement and slag portland cement. Technical conditions». In order to obtain high-quality plus the portland cement, characterized by high physical-mechanical and technical properties, the contents of this Supplement, according to its chemical composition and other characteristics to the requirements of the Standard of the organization TS 24249595-01:2014 «Fosfozol». Active mineral additive to cement. Technical conditions», should be limited to 20 %.

The phase composition of hydration products of cement with addition of «Fosfozol» hardly differs from the composition of hydration products of cement with no cement the hydration of cement during the initial stages of hardening are formed of crystalline and gel-like products that are hydro-sulfoaluminate and weak-base calcium hydrosilicates. The degree of hydration of the cements with the addition of «Fosfozol», in comparison with the clear cement is lower only in the initial period of hardening. At a later date the degree of hydration of cement with the additive and without additive is almost the same. Contained in «Fosfozol» products autoclaving, acting as centers of crystallization, define the processes of hydrolysis and hydration of hardening cement dispersion. Due to the fact that the supplement «Fosfozol» consists of sulfate minerals, and also contains hydrated neoplasms of hydro-sulfoaluminate and hydrosilicate structures, when it is used to regulate the setting time in cement gypsum is not entered.

 List of the references

  1. Pulatov Z. P., Mironyuk N. A. Makhmudova N. To., Kozlova I. G. The use of ash-slag and fine slag TPP in the production of dry construction mixtures // Uzbek chemical journal. — 2010. — №. 1. — P. 62-65.
  2. Pulatov Z. P., Mironyuk N. A., Makhmudova N. K., Ganiev, H. G. Integrated use of ash-waste of thermal power plants during the production of clinker and Portland cement // Uzbek chemical journal. -2010. — №. 5. –P. 48-50.
  3. Pulatov Z. P., Adylov D. K., Makhmudova N. K., Mirzaeva, L. Z., Ganiev, H. G. Use of ash and slag and fine slag waste TPP in the production of chemically bonded brick // Uzbek chemical journal. -2010. — №. 2. -P. 45-50.
  4. Pulatov Z. P., Iskandarova M. I., Ganiev H.G., Kakurina L.M., Chernysheva, G. P. Resource-saving technology of complex use of ash-wastes in the production of lightweight concrete // Composite materials. — 2010. — №. 3. -P. 36-39.
  5. Pulatov Z. P., Iskandarova M. I., Ganiev H. G., Myronyuk N.A. The impact of ash- wastes Angren thermal power plants on the properties of portland cement // Composite materials. -2010. — №. 4. -P. 32-36.
  6. Alinazarov A. H., A. G. Gulyamov Formation properties in ash-cement compositions polystructural structure // The solar engineering. Edition.1. -2003. -P. 86-88.
  7. Ruziev N. R., Iskandarova M., Negmatov S. S. etc. Technological bases of obtaining of low-temperature sulfo-alumino-ferruginous cements // Composite materials. — -2008. – №. 4. -P. 47-50.
  8. Makhmudova V., Iskandarova M., Ivanova Y., Chernov G., Ruziev N. Sunthesis and properties of sulfhoferrite calcium clinkers and low temperature cements on their basis // Jornal of Chemikal Technology and Metallyrgy. -46. -2. -2011. -151-154.
  9. Iskandarova M.I., Negmatov S.S. Atakuziev T.A. Negmatova M.Y. The low temperature technology of sulfoalumoferruteros cement resursion on a basis of sulfate ferry ferrous waste products and row materials of Uzbekistan //15- Internationale Baustofftagung. -F.F.Findev-Institut fur Baustofkunde. -Bauhaus Universitet. -Bundes Republic Deutschland. -2003. -Р.1-0749-1-0755.
  10. Atabaev B. F., Iskandarova I. M., Pulatov Z. P. The technology of producing non-fired bricks based on neutralized phosphogypsum // Collection article 1 — scientific-practical seminar with participation of foreign experts. Tashkent, November 9-10, 2011. –P. 163-167.
  11. Ismatov I. S., Pulatov Z. P., Iskandarova M. I., Myronyuk N..Properties of cement composite material with the addition of modified phosphogypsum // Intern. Scientific-technical conference «New composite materials based on local and recycled materials». -Tashkent, 5-7 may 2011- P. 157-159.
  12. M. Iskandarova, F. Atabaev B., L. Z. Mirzaeva. Utilization of phosphogypsum in the production of wall plaster materials and products //Uzbek chemical journal. — №. 6. -2013. — P. 47-50.
  13. Atabaev F.B., Mironyuk N.A., Iskandarova M.I. The production technology of the modified phosphite and its application by production of portlandсements // PPM-2015. International POROUS POWDER MATERIALS. — CESME – IZMIR /TURKEY. 15-18 сентябр. -2015. –Р.326-330.
  14. Timashev V.V. Selected works. Synthesis and hydration binders materials. -M. -«Science». -1986.
    Written by: Begjanova G.B.
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/14/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.01.2017_1(34)
    Available in: Ebook
30 Дек

GEO-ENVIRONMENTAL PECULIARITIES OF THE TERRITORY OF COLCHIS AND RIONI RIVER BASIN AREA (WEST GEORGIA, CAUCASUS)




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Introduction.

  1.  A small, but important part of the world ocean – Black Sea, borders six countries: Bulgaria, Russia, Romania, Ukraine, Turkey and Georgia. Total population of those countries is about 165 million people.

    During its history of millions of years, the Black Sea has sometimes been a lake and sometimes a sea. 250-40 million years ago, it was at the edge of Tetis that connected the present Atlantic and Pacific Oceans. In the area of the present Black, Caspian and Aral Seas a landlocked freshwater Sarmat sea-lake was formed. It has existed for 2-5 million years, and during this period a freshwater flora and fauna has developed, remains of which can be tracked up to date. The shape of the Black Sea is changing: slowly, but firmly taking up its coast. The increase of the Black Sea level compared to its coastal marks has been tracked as long as ongoing scientific observations have been made. The ecosystem of the Black Sea has been closed for many thousands of years and slightly opened just six thousand years ago. This ecosystem is still far from being in equilibrium and is very vulnerable to the external factors. That is why the changes of the biological structure of the Black Sea still take place (5).

    There are some ways for pollutants to enter the sea. One such pollutant is sewage that is discharged into the sea after being treated. The liquid waste from the industrial plants is also discharged into the sea. The most significant pollution of the sea is one in which atypical chemicals, such as gaseous and aerosol pollutants, come from the industries and households. The amount of carbonic acid in the air is increasing as well. Further development of this process may result in the unfavorable tendency of increasing the average sea level in the region.

    The general condition of the territory of Georgia is determined by the following: geo-chemical, hydro-chemical and bio-chemical pollutions caused by technogenic waste, as well as natural radiation sources and radioactive pollution from environmental technogenic sources.

    The main causes of geo-chemical, hydro-chemical and bio-chemical pollution in the West Georgia are mining, industrial (Chiatura, Kvaisa, Tkibuli, Tkvarcheli, Tsana, etc), metallurgical (Zestaponi), oil refining (Batumi) and oil bottling (Supsa) activities. In addition, pipelines (Baku-Supsa and Baku-Jeikhan) and natural gas pipelines (Vladikavkaz-Tbilisi-Erevan, Baku-Erzerum) could be serious factors for pollution.

     

Materials.

  1.  Our Analysis of materials showed that in terms of geo-chemical, hydro-chemical and bio-chemical pollution, the area of Uravi mining industrial complex (currently abandoned; Racha district) is particularly significant as considerably high level of pollution in this area is alarming. However, the ecological conditions of territories around Chiatura and Zestaponi mining-metallurgical industries were shown to be relatively stable.

     As elsewhere in the world, there are heavy and toxic elements in the soil in Colchian lowland and Rioni river basin area (West Georgia) cities and smaller populated areas as well. These elements are not only hazardous for biocoenosis (plants, animals and living microbes) but for humans. The study showed that most geo-chemical pollution is found in industrial cities. This is illustrated in the table 1.

 As the scientists point out, on the basis of hydro-geological and hydro-chemical information, there are three ecological water types on the territory of the West Georgia: well maintained, poorly maintained and unmaintained.

 The first group includes the Great Caucasus and the Southern slope ground waters; the second group includes the karst and volcanic rock waters of the Lesser Caucasus; and the third group includes intermountain waters, connected with friable quaternary sediments. Since intermountain areas are characterized by more intense agricultural activity, these waters are polluted by toxic elements.

Bacterial pollution, which is characteristic for the western part of Georgian rivers and the Black Sea coast, is most significant in areas where water supplies used by factories are directly dumped into the rivers and sea.

The ecology of the Black Sea cost drew a great deal of attention. Following an international index, there are three zones of Georgian waters: normal waters, with an index of 0, 75 – 1, 25; polluted waters with an index from 1, 25 to 1, 75; and severely polluted waters, with an index of 1, 75 to 3, 0. The first zone is deeper in the sea, closer to the neutral waters. The second zone covers almost the entire coast of the Black Sea. The third zone is located in Batumi and Poti seawater areas where there as intensive shipping activity. However, the researchers make it clear that one of the causes of the geo-ecological imbalance is natural geo-dynamic activity, which includes floods, avalanches, landslides, and other similar processes.

After analyzing all the geo-environmental data of the coastal strip of the Black Sea, we can say that the natural marine pollution occurs by hydrogen sulfide and methane (Table 2). Sea water pollution is also caused by other anthropogenic activities. The extent of contamination is usually dependent on the intensity of industrial processes (pollution of river waters and the coastal strip of the sea, marine pollution with household waste (Fig.1), bacterial contamination, etc.

As a result of our studies, in marine and river sediments there are observed arsenic (As) and cadmium (cd) at high concentrations (Fig. 2.A). Also noteworthy is the quantities of zinc (Zn), lead (Pb), nickel (Ni) and cobalt (Co) and its high concentrations (compared to Standard (1)) in river bottom sediments of Rioni River basin area (Fig. 2.B: 2.C.). Among the heavy metals in river sediments relative stability preserves copper (Cu), and occasionally exceeds the permissible content (Fig. 2.B). Particularly, noteworthy is a content of manganese (Mn) in river sediments and respectively in the coastal sea water (near the city of Poti). A manganese concentration in several major rivers that wash Chiatura mine sometimes reaches eight admissible norms (Fig.2.D). Although, here we must note, that the recent situation of water pollution by manganese has seriously improved. It should be noted that most of these lands (Rioni River basin area) are irrigated by the waters of rivers, which are used for grazing and drinking water for pets. These results, in many cases certainly cause concerns.

 Natural radiation also poses a serious danger to the geo-ecological situation. Natural radiation is closely related to the presence of nuclides in Uranium (U), Radium (Ra), Thoriun (Th) and Potassium (K). In West Georgia there are natural radiation anomalies, which had been studied only for military purposes during the Soviet era. These anomalies are mainly found in areas near settlements and as we have learned, are associated with Paleozoic and Jurassic granitic rocks, Lower Jurassic shale’s, with phonolites of Cenozoic era and Mid-Jurassic coal veins and some other breeds. Typically, the background radiation in these rocks varies from 22 to 30 microroentgen per hour (μR/h).

 The scientists have pointed out one more serious problem – after the Chernobyl disaster in 1986, technogenic radioactivity was detected in some areas. Radiometric measurements taken in 1987-1989 demonstrated that after the Chernobyl disaster, most noticeably, the western part of Georgia was polluted by radioactive nuclides. In some parts of the Black Sea coast, the pollution reached 30-60 μR/h and in some other areas the pollution reached 90-225 μR/h, whereas the Maximum Allowance Concentration (MAC) for the radioactive pollutants is 10-12 μR/h.

 Our measurements in all the municipalities of West Georgia, which are shown in Fig. 3, indicates that these territories today are less polluted by radionuclide’s, but still need continuous ecological monitoring. It also should be noted that in all the places that we have observed, the higher rates of background radiation is in the bushes of tea and eucalyptus trees. Obviously, these plants are characterized by excellent accumulation of radionuclides.

Fig.3. Schematic drawing of the measurement results for the radiation

Results and Conclusions

 Despite the above listed negative ecological phenomena, there is ecological stability in the West Georgian territories. The ecological situation in Chiatura and Zestaponi can be taken as an example. The ecological stability in these areas can be explained by the fact that mining activity in Chiatura manganese deposits has decreased, and this has had a positive impact also in Zestaponi mining factory areas as well. Another noteworthy positive change is an ecologic progress in agriculture. Reducing chemicals and using organic fertilizers had a significant positive impact on agriculture in terms of harvest collecting and ecological quality of the crops. To conclude, we can state that the West Georgian territory is ecologically stable with a relatively normal purity index. But for final conclusions, a geo-ecological research requires constant study in the mentioned regions. In this, we find it convenient to carry out the Geo-ecological monitoring of this area of Georgia.

 After analyzing all the data and existing early maps (2, 3, 4, 6), we were able to create a geo-ecological map of West Georgia in a scale of 1:500000, on which the current situation of natural and technogenic pollution of this region of West Georgia is shown (fig. 4). The map shows activities that are rated with high scores, and that have caused changes in the landscape. The eco-abnormal areas indicated on the map are local in nature and can be easily eliminated off. A particular emphasis should be made on fresh surface and ground waters that are genuinely priceless for Georgia. If we take other countries experience into consideration, in our opinion, it is vital to tighten ecological standards (8) for water quality.

  1. Fig. 4. Geo-Environmental map of the Territory of Colchis and Rioni River basin area (West Georgia). Scale 1:500 000.

 

References:

  1. Nickel. Cobalt. 1997. Directory. “Geoinformak”, Moscow (in Russian).
  1. Davitaia F. 1970. Landscape map of Georgia. Tbilisi “Mecniereba”.
  1. Kvinikadze M., Kuparadze D., Kirakosian V., R.Eristavi. 2005. The integrated geo-ecological evolu-tion the territory of the Georgia («Eurasia Atlas»). – In Magazine “Caucasus Environment”, # 2(11), 2005, p.37-39.
  1. Kvinikadze M., Kuparadze D., Kerestedjan T., Sirbiladze I. 2006. Geoecological assessment of the en-vironment: An example from the territory of Georgia. Bulgarian Academy of Sciences. Geochemistry, Min-eralogy and Petrology. #44, Sofia. P.131-140.
  1. Kvinikadze M., Kuparadze D., Pataridze D. 2007. About an ecological condition of Black Sea coast of Georgia. In Magazine “Caucasus Environment”, VII. P.35-43.
  1. Seismic Maps of Georgia. 1999. Reports of the Geophys. Inst., Georgian Acad. Sci., 3-27 (in Geor-gian).
  1. 2001. Inspection of quality and ecologi-cal safety according to International Standards. Hand-book by G.Fomin and A.Fomin. Moscow (in Russian).
  2. 2000. Inspection of chemical, bacteri-ological and radiation safety according to International Standards. Encyclopedical Handbook by G.S. Fomin. Miscow (in Russian).
    GEO-ENVIRONMENTAL PECULIARITIES OF THE TERRITORY OF COLCHIS AND RIONI RIVER BASIN AREA (WEST GEORGIA, CAUCASUS)
    Uncontrolled activity by humans towards nature is endangering not only nature, but human existence as well. Industrial development has introduced a number of negative impacts along with the positive ones. Sadly, West Georgia is not an exception in terms of ecological pollution. The study represents the results of an extended study of the main geo-ecological components of the environment. The study combines direct investigations and an exhausting review of the existing geological information. As a result it could be said that content of heavy metals (Cu, Pb, Zn, Ni, Co) in sea, in rivers and bottom sediments as well as in various soils and bio-samples has selective character. Their anomalous values are pre-conditioned by technogenic reasons (fertilizer application, transport efflux); in comparison to radiation basis accepted in Georgia, radiation values measured by ourselves are slightly higher in some samples of West Georgia (including in clay soils of Batumi, Green Cape and Poti); Manganese and Arsenic content in soils around Rioni river inflow, bottom sediments and bio-samples are much higher than basic values. The results of researches are represented as a Geo-ecological map of West Georgia with their respective explanatory notes.
    Written by: David Kuparadze, Murman Kvinikadze, Dimitri Pataridze
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 01/12/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.12.2016_33(1)
    Available in: Ebook
22 Сен

ВЛИЯНИЕ НОВЕЙШИХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ МУЗЕЯ-ЗАПОВЕДНИКА ДИВНОГОРЬЕ, СРЕДНЕРУССКАЯ ВОЗВЫШЕННОСТЬ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Музей-заповедник Дивногорье расположен на юге Среднерусской возвышенности, в районе слияния рек Дон и Тихая Сосна, здесь на относительно небольшой площади сосредоточены многочисленные природные, историко-археологические и архитектурные достопримечательности. Это каньоны и останцовые формы рельефа — дивы, редкая экосистема петрофитной степи, в состав которой входят более 70 видов, относящихся к реликтам и эндемикам [1]; позднепалеолитические памятники с возрастом 13-14,5 тыс. лет; стоянки эпохи неолита с возрастом 8-6 тыс. лет [2], поселения и курганные захоронения бронзового века, 3,5-2 тыс.лет до н.э.; археологический объект федерального значения, памятник салтово-маяцкой культуры, Маяцкое городище, IX-X вв.[3]. Главная и наиболее известная достопримечательность заповедника – столбообразные меловые останцы-дивы, многие из которых являются частью уникальных пещерных храмовых комплексов, известных с XVI века.

В геоморфологическом отношении площадь заповедника принадлежит Калитвинско-Богучарскому геоморфологическому району, с сильно расчлененными полого волнистыми эрозионно-денудационными равнинами [1]. В геологическом строении рассматриваемой территории принимают участие древние породы фундамента Восточно-Европейской платформ и более молодые палеозой-мезозой-кайнозойские отложения чехла, представленные главным образом меловыми и глинисто-карбонатными породами туронского и сантонского ярусов меловой системы. Коренные выходы этих пород повсеместно слагают уступы обрывов, долин рек и оврагов, они же образуют уникальные своеобразные формы рельефа — дивы, благодаря которым заповедник получил свое название и широкую известность.

В тектоническом отношении площадь заповедника расположена в пределах восточного крыла Воронежской антеклизы. Недавними исследованиями наших коллег в пределах восточного склона Воронежской антеклизы выявлены пологие поднятия разного ранга. Активизация их на новейшем этапе сопровождалась образованием зон трещиноватости и разрывных нарушений, проявляющихся в рельефе в виде линеаментов, которые отражают структурные неоднородности и дислокации фундамента [6]. Территория музея-заповедника Дивногорье находится в северной части Острогожского поднятия, являющегося положительной структурой более мелкого порядка, осложняющей восточное крыло Воронежской антеклизы. Поднятие ограничено с запада, севера и востока новейшими прогибами Потуданским, Лискинским и Павловско-Мамонским, соответственно. В свою очередь, на площади Острогожского поднятия выделяются новейшие локальные поднятия еще более мелких порядков, на одном из которых, Пуховском, в основном и локализуется музей-заповедник.

На площади заповедника был проведен структурно-геоморфологический анализ, позволяющий выявлять новейшие дислокации, как пликативные — поднятия и впадины, так и дизъюнктивные — зоны трещиноватости и разломы. В основе примененного метода лежит анализ рельефа, предусматривающий дешифрирование топографических карт и космоснимков и построение геолого-геоморфологических профилей. Кроме того, изучались системы трещин и зоны повышенной трещиноватости пород, их ориентировка, материал заполнения трещин, а также минералогические особенности строения пород района.

Проведенный структурно-геоморфологический анализ территории показал, что Острогожское поднятие является активно растущей структурой. Были установлены повышенные значения амплитуд развивающихся структур, что, по-видимому, обусловлено проявлением геодинамической активности этих областей, так как рельеф во многом является отражением проявлений геодинамических процессов. Вывод о росте Острогожского поднятия подтверждается полевыми наблюдениями и результатами изучения аэрофотоснимков [8]. Рост поднятия обусловил особенности строения речных долин Дона и Тихой Сосны и изменение направления их течения при приближении к поднятию. Дон, текущий с севера практически в меридиональном направлении, дойдя до границ поднятия, делает резкий поворот на восток, обтекая эту структуру, а затем снова разворачивается и продолжает свое течение в меридиональном направлении. Река Тихая Сосна, подходя к поднятию с запада, делает петлю и, меняя направление течения практически на обратное, огибает поднятие, следуя вдоль его северной границы. При приближении к Острогожскому поднятию реки Дон, Тихая Сосна и Потудань начинают меандрировать. В пойме Дона наблюдаются признаки подпруживания: заболачивание, наличие многочисленных старичных озер. Кроме того, на самом поднятии отмечается отчетливое сгущение эрозионной сети, устанавливается понижение уровня грунтовых вод [7]. Приведенные факты убедительно свидетельствуют об активном росте Острогожского поднятия, амплитуда которого за новейшее время оценивается более 200 м [5].

В результате изучения дизъюнктивных нарушений в породах заповедника были установлены зоны повышенной трещиноватости, которые прослеживаются в породах див, в то время как окружающие дивы породы несут в основном трещиноватость экзогенного характера, связанную с развитием десквамации. Следует отметить, что зоны повышенной трещиноватости, как и сохранившееся до наших дней дивы, имеют определенный «шаг», т.е. устанавливаются через каждые 35-40 метров. Известно, что распределение зон повышенной трещиноватости и, как следствие, повышенной проницаемости пород, зависит от новейшей геодинамической активности района [4]. Формирование меловых останцов-див, по-видимому, также связано с неотектоническим ростом Острогожского и, осложняющего его, Пуховского поднятий. Очевидно, вследствие тектонических напряжений меловые породы были разбиты системами трещин, по которым затем циркулировали растворы, обусловившие кальматацию (заполнение, цементацию) трещин, о чем свидетельствует проведенные нами минералого-литологические исследования.

В результате микроскопического изучения пород див и их трещин было выявлено наличие в веществе, выполняющем трещины, нехарактерной для окружающих дивы меловых толщ, состоящих практически нацело из кальцита, минерализации, представленой силикатами – адуляром и актинолитом. Кроме того, в материале заполнения трещин и в меловых породах самих див устанавливается повышенное, по сравнению с окружающими дивы карбонатными породами, содержание кремнезема. В карбонатном субстрате заполнения трещин халцедоновые скопления образуют сплошные участки размером несколько мм, тогда как во вмещающих породах устанавливается только рассеянное содержание халцедона, что может быть объяснено перераспределением силикатного вещества в результате циркуляции растворов. По-видимому, породы зон повышенной трещиноватости, за счет последующей кальматации и заполнения трещин силикатсодержащим материалом, оказались более устойчивыми к процессам выветривания и денудации. В результате разрушения окружающих менее прочных пород были сформированы цепочки останцов-див, возвышающихся над крутыми правыми борта долин рек Дон и Тихая Сосна на высоту 60-70 м.

Таким образом, неотектонические движения, связанные с геодинамически активными зонами, во многом обусловили формирование в описываемом районе уникальных ландшафтов и историко-архитектурных объектов. Рост неотектонического Острогожского поднятия, привел к формированию возвышенного плато, ограниченного со стороны долин рек Дона и Тихая Сосна обрывистыми и бастионными формами рельефа. В результате рассматриваемая площадь превратилась в окруженную естественными водными преградами и крутыми обрывами природную крепость, что создало благоприятные условия для обитания здесь человека, начиная с конца палеолита до наших дней. Кроме того, неотектонический фактор во многом явился причиной возникновения своеобразных ландшафтов и экосистем. Выведение на поверхность меловых пород в сочетании с возникшим здесь микроклиматом обусловили формирование редкой петрофитной степной экосистемы. Возникновение основной достопримечательности заповедника – меловых останцов-див, по-видимому, также обусловлено процессами, связанными с геодинамически активными зонами.

Список литературы:
1. Бережной А.В., Мильков Ф.В., Михно В.В. Дивногорье: природа и ландшафты. Воронеж. Изд. Воронежского ун-та, 1994, — 144 с.
2. Бессуднов А.Н., Бессуднов А.А. Новые верхнепалеолитические памятники у хутора Дивногорье на Среднем Дону/Российская археология, № 2. 2010, 13-18 с.
3. Гунько А.А., Кондратьева С.К., Степкин В.Н. Пещерные памятники Дивногорья. Атлас путеводитель. Изд. ВГУ, г. Воронеж, 2014, — 44 с.
4. Зайцев В. А., Панина Л. В. Восточно-Европейская платформа: глубинная неотектоника и геодинамика  // Тектоника и геодинамика континентальной и океанической литосферы: общие и региональные аспекты Матер. XLVII тектонического совещания. Т. 1. М.: ГЕОС, 2015. С. 156–160.
5. Карта новейшей тектоники Северной Евразии масштаба 1:5000000 /Под редакцией А. Ф. Грачева. М.: ГЕОС, 1998.
6. Панина Л.В., Зайцев В.А. Новейшая тектоника восточной части Воронежской антеклизы // Геологическая среда, минерагенические и сейсмотектонические процессы. Воронеж. Издательско-полиграфичесский центр «Научная книга», 2012. С. 256-260.
7. Romanovskaya M.A., Bessudnov A.N., Kuznetsova T.V. The Role of Neotectonics in Landscape Formation in What Is Now the Divnogorie Nature Park (Southern East European Plain). AGU Fall Meeting, 14-18 December, 2015, San Francisco.
8. Romanovskaya M.A., Kosevich N.I. Geomorphic Response to Neotectonic Rise of the Middle Russian Upland: the case of the Ostrogozhsk Uplift (European Russia). EGU General Assembly 2016, 17–22 April, 2016, Vienna, Austria.

ВЛИЯНИЕ НОВЕЙШИХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛАНДШАФТОВ МУЗЕЯ-ЗАПОВЕДНИКА ДИВНОГОРЬЕ, СРЕДНЕРУССКАЯ ВОЗВЫШЕННОСТЬ
Работа основана на результатах комплексных геолого-геоморфологических исследований, проведенных на площади музея-заповедника Дивногорье с целью выявления связи неотектонических движений и особенностей формирования ландшафта территории, особое внимание уделялось изучению своеобразного рельефа заповедника. Были проведены структурно-геоморфологический анализ территории, изучение трещин, микроскопическое изучение пород и материала заполнения трещин. Полученные результаты свидетельствуют о важной роли новейших геодинамических процессов в формировании ландшафта изученного района и возникновении на его территории историко-археологических достопримечательностей.
Written by: Романовская Мария Александровна, Бессуднов Александр Николаевич, Кузнецова Татьяна Вячеславовна
Published by: Басаранович Екатерина
Date Published: 12/04/2016
Edition: euroasia-science_30_22.09.2016
Available in: Ebook
22 Сен

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ОЧАГОВ ПО CЕЙСМОГЕОХИМИЧЕСКИМ ПОЛЯМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД АЗЕРБАЙДЖАНА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

В Азербайджане Шамахинский район является самым сейсмически активным регионом юго-восточного склона Большого Кавказа. Учитывая научную и практическую важность исследований на данной территории в области прогноза землетрясений, в этом регионе с 1980 года по настоящее время (2016 г.) специалисты Республиканского Сейсмологического Центра при НАН Азербайджана (РЦСС при НАНА) проводят комплексные работы различными методами (сейсмологические, геофизические, сейсмогеохимические).

Круглогодичный мониторинг сейсмогеохимического режима в подземных водах Шамахинской сейсмоактивной зоны является чрезвычайно информативным и перспективным. Цель этих исследований: а) изучение влияния сейсмических процессов на объекты наблюдений; б) выявление информативных предвестников землетрясений; г) разработка экспресс-методов оперативной диагностики опасных сейсмических очагов по cейсмогеохимическим полям; д) оценка сейсмической обстановки в регионе в реальном режиме времени.

Рассмотрим результаты экспресс-метода дифференциации очагов землетрясений в Шамахинской и Исмаиллинской сейсмогенерирующих зонах, которые были впервые разработаны авторами. Эта работа была выполнена на основе интерпретации круглогодичных данных по сейсмологическому и сейсмогидрогеохимическому мониторингу в этом регионе.

Известно, что в пределах одной, конкретной сейсмогенной зоны может быть выделено несколько разных типов сейсмических очагов [4, с.51]. В связи с этим, для достоверной оценки сейсмической опасности в конкретном регионе очень важно разработать экспресс-методы, которые позволят оперативно дифференцировать, выделить и спрогнозировать “опасный” очаг землетрясения, готовый к реализации в течение короткого времени. Одним из этих методов является сейсмогеохимический, который представлен сейсмогидро,-газо- и радиогеохимическим направлениями. Рассмотрим как была решена поставленная проблема.

Для её достижения необходимо было решить следующие важнейшие задачи: а) выявить и протестировать аномалии, которым соответствуют конкретные периоды времени до момента реализации сейсмического события; б) обработать по единой методике ряды круглогодичного сейсмогеохимического мониторинга флюидов; в) идентифицировать их по информативности в роли предвестников землетрясений. Для изучения влияния сейсмического поля гипоцентров Шамахинской и Исмаиллинской сейсмогенных зон на сейсмогидрогеохимический режим подземных вод этого региона, был сделан комплексный анализ фактического материала сейсмологического и сейсмогеохимического мониторинга (“База данных” Отделения “Сейсмология” и Отделения “Геохимия” РЦСС при НАНА, 1998-2011). Всего за указанный период (13 лет) были изучены параметры 892 землетрясений (ml≥3.0) и 575200 значений параметров сейсмогидрогеохимического (СГГХ) мониторинга в этом регионе. Ниже приведены результаты детальных исследований по каждому из вышеуказанных направлений, сейсмологическому и сейсмогидрогеохимическому.

Согласно опубликованным данным Ф.С.Ахмедбейли [2, c. 56] “напряженно-деформированное состояние в Шамахинской и Исмаиллинской сейсмогенных зонах не стабильно во времени и пространстве”. Ясно, что оно зависит от геодинамического режима и физико-химических процессов, которые контролируют сейсмичность, а также – аномальное, короткопериодное изменение флюидогеодинамической обстановки в регионе. На рис. 1.-2. отражены местоположение сейсмических очагов и сейсмическая активность региона за 13-ть лет (1998-2011 гг.). На основе анализа сейсмологической “Базы данных…” было установлено, что магнитуда реализованных землетрясений варьировала в интервале ml=3.0÷5.6; Мpv=3.0÷5.0, а их очаги – на глубинах h=5÷47 км. В своей работе Ф.С.Ахмедбейли отметил, что “нижняя граница этих гипоцентров, в зависимости от местоположения сейсмического очага, соответствует т.н. гранитному или базальтовому слоям, и проходит в низах земной коры и в верхней части мантии”. Анализ сейсмологических данных выявил важный факт: магнитуда большинства реализованных землетрясений была невысокая. В основном, они относятся к разряду очень слабых (ml≤4.0; Mpv≤4.8; К≤10.4) или слабых (ml=4.1÷4.8; Mpv=4.8÷5.5; К=10.5÷11.6) сейсмособытий, но частота их реализации довольно высока (от 50 до 200 в 1 год). Причём, наиболее интенсивными были землетрясения в 2005 и 2011 гг.

bezymyannyj

Рис.1. Очаги землетрясений, реализованные в Шамахинском районе Азербайджана (1999-2011 гг. ).

Важное значение для разработанного нами экспресс-метода дифференциации сейсмических очагов по аномалиям в сейсмогеохимических полях флюидов в пределах одной сейсмозоны имел следующий вывод Ф.С.Ахмедбейли: “очаги и очаговые зоны землетрясений, как тектонические структуры, следует дифференцировать в зависимости от целого ряда факторов: их глубинного интервала, т.е. мощности деформируемой толщи; характера сопряжения со смежными геологическими телами; интенсивности (плотности) распределения эпицентров в сейсмоактивном регионе; состава горных пород и реологических условий среды (очага)”.

Кроме этого вывода, также важное значение для наших исследований имеют исследования С.Т.Агаевой (С.Агаева, 1999), которые показали, что в 60% случаев механизмы очагов слабых и сильных землетрясений совпадают. Косвенно этот факт подтверждает ранее установленную закономерность Керамовой Р.А., что сейсмогеохимические “портреты” сейсмических очагов индивидуальны и стабильны для каждого конкретного сейсмического

1

Рис. 2.   Гистограммы распределения землетрясений Шамахинской сейсмогенной зоны (1998-2011 гг.).

очага или очаговой зоны. Незначительная разница будет зависить от разницы в магнитуде и глубины залегания реализованного очага.

Особо отметим, что местные гипоцентры удалены от объектов сейсмогидрогеохимического мониторинга в Шамахинской сейсмозоне на расстояние Δ=6÷15 км. А объекты наблюдений представлены подземными водами артезианских, субартезианских скважин и источниками минеральных вод. Они имеют разный ионно-солевой состав и генезис.

При сравнении карты расположения очагов землетрясений за период времени 1998-2011 гг. в Шамахинской сейсмогенной зоне, нами был сделан вывод о том, что, в основном, гипоцентры землетрясений можно разделить на 2 (две) локальные зоны: а) высокогорная, Мыхтокянская; б) предгорная, Маразинская. Причём, повышенная сейсмоактивность (по магнитуде) более характерна для горной части региона. Также нами была установлена каскадная активизация участков внутри одной, конкретной сейсмозоны. Однако, в целом оказалось, что сильные землетрясения группируются вдоль северной ветви регионального, глубинного Вандамского разлома – Шамаха-Вандамской. Она, аналогично основному разлому, трассируется также в субмеридианальном направлении.

Такая высокая сейсмичность данного региона обусловлена тем, что он находится в пределах южного склона мегантиклинория Большого Кавказа, который имеет сложное геологическое строение и в сейсмическом отношении является чрезвычайно активным.

Из опубликованных материалов по тектонике региона известно (Э.Ш.Шихалибейли, 1967, 1996; Р.А.Агамирзоев, 1976) , что в предгорной, Маразинской зоне сейсмические очаги тяготеют к южной ветви Вандамского разлома – Алазань-Агричай-Алятскому разлому. Он также относится к крупным региональным разломам глубокого заложения, проникает почти до подошвы земной коры и простирается от западных границ Азербайджана до шельфовой зоны Каспийского моря. По результатам геолого-тектонических (Э.Ш.Шихалибейли, 1967, 1996) и сейсмотектонических (Р.А.Агамирзоев, 1976) исследований, здесь выявлены Вандамская, Шамаха-Вандамская и Шамаха-Аджичайская сейсмогенные зоны.

А теперь рассмотрим результаты, полученные на основе интерпретации и анализа “Базы данных СГГХ мониторинга подземных вод в Шамахинском районе…” за 13-ть лет (1998-2011 гг.). Нами был детально изучен режим круглогодичных пространственно-временных вариаций 12-ти параметров ионно-солевого состава. Он представлен следующими ионами: [pH; Eh; CO3; HCO3; ∑(Cl,Br,I); SO4; общая жёсткость; Ca; Mg; ∑(Na,K); минерализация; ∑[(Fe2+,Fe3+)]. При сопоставлении сейсмологического материала и “Базы данных СГГХ мониторинга подземных вод в Шамахинском районе…” были выявлены информативные, сейсмогидрогеохимические параметры-индикаторы землетрясений. Их концентрация короткопериодно изменялась непосредственно перед реализацией местных, Шамахинских землетрясений. Отметим, что предыдущими исследованиями Керамовой Р.А. (Керамова, 2004-2009) были установлены следующие важные закономерности:

а) короткопериодное аномальное возмущение сейсмогеохимического поля флюидов на объектах наблюдений возникает только на заключительном этапе подготовки землетрясения, который соответствует 1÷16 дням;

б) комбинации информативных сейсмогеохимических параметров в сейсмогеохимических “портретах” сейсмических очагов индивидуальны и стабильны для каждого конкретного сейсмического очага или очаговой зоны; в) сейсмогеохимические “портреты” сейсмических очагов или сейсмогенных зон индивидуальны и стабильны для каждого конкретного объекта сейсмогеохимического мониторинга.

На основе вышеуказанных 3-х закономерностей этим автором впервые был разработан экспресс-метод идентификации сейсмических очагов по аномалиям в сейсмогеохимических полям флюидов Азербайджана. Для этого был создан идентификационный график – сейсмогеохимический “портрет” сейсмического очага. На нём отражаются все комбинации СГГХ элементов-индикаторов, характерные для конкретных, реализованных землетрясений в конкретном объекте мониторинга. В результате, на основе комплексно систематизированных, обобщенных и проанализированных сейсмологических и сейсмогеохимических материалов, впервые ею был создан “Атлас идентификации сейсмических очагов по сейсмогеохимическим полям флюидов Азербайджана” за период 1986-2016 гг. Эта разработка не имеет аналогов в мировой практике сейсмопрогностических работ.

В связи с вышеизложенным, на основе применения данного экспресс-метода, на рис.3.-6. отражены вариации аномальных СГГХ параметров и сейсмогеохимические “портреты” очагов конкретных сейсмических событий (ml≥3.0; Мpv≥4.0), которые произошли в Шамахинской высокогорной зоне, в районе Мыхтокянского хребта (сел. Дямирчи и Чухурюрд). В частности, было установлено, что процесс подготовки землетрясений, очаги которых трассируются в Шамаха-Вандамском сегменте Вандамского регионального разлома, вблизи селений Дямирчи и Чухурюрд, сопровождается короткопериодным (7÷12 дней), аномальным изменением СГГХ поля в подземных водах региона. При этом, были выявлены наиболее характерные как информативные элементы-предвестники землетрясений этого участка, так и комбинации следующих ионов: щелочно-кислотные свойства среды миграции (pH), карбонат (CO3), гидрокарбонат (НCO3), сумма хлор-бром-йода (∑(Cl,Br,I), сульфат (SO4), сумма натрия и калия ∑(Na,K).

Для предгорной, Маразинской зоны Шамахинского района, была установлена аналогичная закономерность: аномальное, короткопериодное изменение концентрации сейсмогидрогеохимического поля относительно фоновых, среднесезонных значений при подготовке сейсмических очагов к реализации землетрясений. Однако наличие комбинаций информативных параметров этой зоны кардинально отличалось от Мыхтокянской. Этот факт подтвердил ранее установленную закономерность (Керамова, 2004): комбинации информативных сейсмогеохимических параметров индивидуальны

bezymyannyj

bezymyannyj

Рис. 4.   Вариации информативных сейсмогеохимических параметров на заключительном этапе подготовки Шамахинских землетрясений (2005-2011 гг.).  

2

Рис. 5.   Сейсмогеохимичекий «портрет» сейсмического очага.

bezymyannyj

Рис. 6.   Сейсмогеохимичекий «портрет» сейсмического очага.

Отметим, что для предгорной, Маразинской локальной сейсмозоны информативными сейсмогеохимическими параметрами являются следующие ионы: кислотно-щелочные свойства среды (Ph),окислительно-восстановительные свойства среды (Eh), сумма хлора, брома, йода [∑(Cl,Br,J)], сульфат (SO4), магний(Mg),сумма натрия, калия [∑(Na,K)], минерализация (М);

Таким образом, в результате выполненных исследований на основе анализа материалов из “Базы сейсмологических данных…”и “Базы сейсмогидрогеохимических данных…” по Шамахинскому району нами были установлены следующие новые закономерности:

1) землетрясения, которые произошли в пределах выделенной локальной сейсмозоны, характеризуются наличием одинаковых комбинаций СГГХ параметров, т.е. подобием в проявлении сейсмопрогностических признаков. Очевидно, данный факт обусловлен сходством геолого-тектонических условий формирования очагов землетрясений в одинаковых, локальных участках и единством механизма геодинамических факторов.

2) один и тот же СГГХ параметр в разных объектах, в конкретный день до сейсмособытия может проявиться в виде положительной и отрицательной аномалии. Этот факт свидетельствует о подготовке к реализации одновременно нескольких очагов землетрясений, которые имеют разный механизм действия и разные координаты внутри одной очаговой зоны.

На этой закономерности основан экспресс-метод дифференциации местоположения (“диапазона-интервала” координат) сейсмических очагов по аномалиям в сейсмогеохимических полях флюидов внутри единой, конкретной сейсмогенной зоны. Эти зоны дифференциации были названы микросейсмозонами внутри конкретных сейсмогенных зон. Они отражены на тектонической карте М 1:1 000 000 глубинных разломо (рис. 7.) доальпийского фундамента, с учетом новейших геофизических данных (Т.Н.Кенгерли, А.М.Алиев). В частности, конкретные комбинации сейсмогео

bezymyannyj

Рис. 3.  Очаги землетрясений, реализованных в Шамахинском и Исмаиллинском районах Азербайджана (1998-2011 гг.) и выделенные микросейсмозоны (авторы: Керамова Р.А., Кудрявцева Е.Н., 2012 г.).

химических параметров являются предвестниками землетрясений (ml≥4.0,h≥3км) в конкретной из 5-ти выявленных сейсмомикрозон:

а) Исмаиллинская; б) Мыхтокянская; в) Центрально- Шамахинская; г) Восточно-Шамахы-Маразинская; д) Южно-Шамахинская (Гушчинская).

Следует особо отметить, что установленные в представленной работе закономерности о наличии микросейсмогенных зон в Шамахинской и Исмаиллинской сейсмонах были включены в “Важнейшие результаты НАН Азербайджана за 2012 г.” Эти результаты были получены для региона, в котором ранее другими известными учёными был исследован каждый сантиметр.

ВЫВОДЫ:

На основе анализа “Базы Данных” сейсмологического и сейсмогеохимического материалов, поступающих в круглогодичном режиме, за период времени 1998-2011 гг. впервые были установлены следующие важные закономерности:

  1. По аномалиям в сейсмогеохимических полях флюидов, в пределах одной сейсмогенной зоны, можно локализовать разнотипные по механизму сейсмические очаги и выявить их приуроченность к разным тектоническим структурам.
  2. Всю группу очагов можно условно разделить на две (2) большие группы – верхнюю и нижнюю. Внутри них чётко выделяются 4 (четыре) более мелкие группы гипоцентров, которые условно названы нами микросейсмозонами: а) горная зона – окрестности Мыхтокянского хребта; б) предгорная зона – Шамахы-Маразинская группа.
  3. Выявленные аномалии в геохимических полях флюидов возникают только на заключительном этапе подготовки землетрясений в Шамахинской и Исмаиллинской сейсмогенных зонах. Этот интервал времени, в основном равен 7÷12 дням.
  4. Впервые по результатам многолетнего мониторинга сейсмогеохимических полей в Шамахинской и Исмаиллинской сейсмогенных зонах на основе комбинаций геохимических параметров выделены 5 микросейсмозон.
  5. Конкретные сочетания сейсмогеохимических параметров являются предвестниками землетрясений (ml≥4.0; h≥3км) в конкретной из 5-ти выявленных сейсмомикрозон.

Подводя итог результатам настоящей работы, отметим, что разработанный экспресс-метод дифференциации очаговых зон землетрясений по аномалиям круглогодичного сейсмогидрогеохимического мониторинга флюидов, имеет важное значение для решения проблемы оперативного сейсмопрогноза в наиболее активных сейсмогенных зонах Азербайджана – Шамахинской и Исмаиллинской.

ЛИТЕРАТУРА

1.Шихалибейли Э.Ш. 1996. – Некоторые проблемные вопросы геологического строения и тектоники Азербайджана. Изд. “Элм”, Баку. 1996.

2.Ахмедбейли Ф.С., Гасанов А.Г. 2004. – Тектонические типы сейсмических очагов Азербайджана. Изд. “Элм”. Баку. С. 46-59.

3.Т.Кенгерли, А.Алиев. 2002. – Карта глубинных разломов доальпийского фундамента в Азербайджане (М 1:1000000). Баку. Институт Геологии НАНА.

4.Каталог сейсмопрогностических наблюдений на территории Азербайджана. 2005-2011 гг. РЦСС при НАН Азербайджана. Изд. “Элм”. Баку.

5.Керамова Р.А. — Сейсмичность и геохимические поля флюидов Азербайджана. Автореферат докторской диссертации. М., Институт Физики Земли, 2004.

6.Керамова Р.А. — Оперативная диагностика сейсмических очагов сильных землетрясений (М³5.5) по геохимическим аномалиям флюидов Азербайджана. //Физика Земли. М. № 4, 2005, с. 29-43.

7.Keramova R.A. — The express-methods of the on-line forecast of “horizons of magnitude, time and the site” of the earthquake center on geochemical fields of fluids. //Science without bordes. Volume 3. 2007/2008. p. 424-432.

8.Keramova R.A. — Results of use of express-methods of the operative forecast of earthquakes on geochemical fields of fluids in Azerbaijan (2001-2007). //Science without bordes. Volume 3. 2007/2008. p. 436-443.

ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ОЧАГОВ ПО CЕЙСМОГЕОХИМИЧЕСКИМ ПОЛЯМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД АЗЕРБАЙДЖАНА
В Азербайджане, Шамахинский район относится к зоне повышенной сейсмической активности, поэтому исследования для оперативного прогноза землетрясений в этом регионе имеют большое научное и практическое значение и важность. В связи с этим круглогодичный мониторинг режима подземных вод в этом регионе для решения проблемы оперативного прогноза землетрясений является чрезвычайно информативным и перспективным.
Written by: Керамова Рамида Ага-Дадаш гызы, Кудрявцева Елена Николаевна, Абдулразагова Парвана Аждар гызы, Османова Олеся Олеговна
Published by: Басаранович Екатерина
Date Published: 12/04/2016
Edition: euroasia-science_30_22.09.2016
Available in: Ebook