Ядерно-физические методы в решении проблем нефтяной отрасли и экологии Казахстана 01. 04. 01 Приборы и методы экспериментальной физики, 03. 00. 16 Экология

Вид материала

Автореферат

Содержание Солодухин владимир петрович Жұмыстың мақсаты Зерттеудің негізгі міндеттеріне жататыны Зерттеу нысандары Негізгі ережелер мен зерттеу нәтижелері Практикалық маңыздығы. Main tasks of the research Objects of studies Scientific Novelty Basic statements and results of studies

Подобный материал:

• Экспериментальные методы исследования динамики структурных превращений при синтезе, 224.51kb.
• Аппаратная инфраструктура измерительных и управляющих систем плазменных установок ияф, 734.94kb.
• Микрополосковые резонаторы и их применение для исследований диэлектрических свойств, 401.9kb.
• Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине 03. 02., 89.09kb.
• I. Предмет экологии, методы и задачи экологии План, 1221.92kb.
• Масс-спектрометрия и резонансные методы. Часть I. Методы масс-спектрометрии, 397.85kb.
• Программный комплекс для анализа данных трековых детекторов методами распознавания, 2073.36kb.
• Ядерно-физические методы анализа, 261.67kb.
• Вопросы для контроля по дисциплине «Физические методы исследования пород и руд», 123.1kb.
• Создать условия для развития познавательного интереса к особенностям нефтяной промышленности, 129.35kb.

ТҮЙІНІ


СОЛОДУХИН ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ


Қазақстанның мұнай саласы мен экологиясының түйінді мәселелерін шешудегі ядролық-физикалық әдістер


Зерттеудің өзектілігі Қазақстанның мұнай саласының (геологиялық, технологиялық, радиациялық) және экологиясының (радиациялық қауіпті нысандарға байланысты) бірқатар мәселелерін ядролық-физикалық және спектрскопиялық кәзіргі заманғы әдістер негізінде шешудің аса қажеттілігінен туындады.

Жұмыстың мақсаты – заманауи ядролық-физикалық және спектрскопиялық әдістердің мамандандырылған аппаратуралы-әдістемелік кешенін жасау және соның негізінде Қазақстанның мұнай саласы мен экологиясының толғақты мәселелері бойынша бірқатар аналитикалық зерттеулер орындау.

Зерттеудің негізгі міндеттеріне жататыны: қазып алынатын көмірсутектердің құрамы мен қасиеттерін және қоршаған орта нысандарын зерттеу үшін заманауи ядролық-физикалық және спектрскопиялық әдістердің мамандандырылған аппаратуралы - әдістемелік кешенін әзірлеу және жасау; мұнай мен басқа қазбалы көмірсутектерді барлау, өндіру және өндеумен байланысқан Қазақстан мен бұрынғы КСРО мұнай саласының бірқатар мәселелерін шешу; ЛИРА жерасты ядролық жарылыстар аумақтары мен олардың маңайына кешендік радиациялық тексеріп зерттеу жүргізу; негізгі сынақ алаңдарының радинуклидтік ластануын сипаттау бойынша зерттеулерді және олардың радиациялық қауіптілік белгісі бойынша Семей сынақ полигоны (ССП) аумағындағы ең ластанған учаскені жіктеуді орындау; Қазақстанның шекарааралық өзендерін радиациялық және гидрохимиялық тексеріп зерттеу мен мониторингі жүйесін әзірлеу және жасау.

Зерттеу нысандары болып Қазақстанның қазбалы көмірсутектері мен қоршаған орта нысандары алынады.

Зерттеу әдістері. Зерттеу келісі әзірленген және игерілген әдістерге негізделген: нейтронактивтендірулік талдау (НАТ); рентгенфлуоресценттік талдау (РФТ); аспаптық -спектрметрия; -, -, -спектрметриямен үйлестірілген радиохимия; атом-эмиссиялық спектрскопия (АЭС) және индуктивті байланысқан плазмалы (ИБП) масс-спектрскопия (МС); электрондық парамагниттірезонанстық (ЭПР) және ядролық гамма-резонанстық (ЯГР) спектрскопия; магниттік масс-спектрскопия (ММС); электрондық микроскопия (ЭМ); үдетілген протондар микрошоғымен қоздырулы рентгендік флуоресценция (micro-PIXE).

Бұдан басқа, біздің әзірлегеніміз: ядролық жарылыс аймағын кешендік тексеріп зерттеудің түбегейлі жаңа әдіснамасы; өзен бассейндерін радиациялық және гидрохимиялық тексеріп зерттеу мен мониторингінің ғылыми-әдіснамалық негізі.

Ғылыми сонылығы

• Мұнай саласы мен экологияның түйінді мәселелері бойынша аналитикалық зерттеулердің әмбебаптық негізі болып табылатын, заманауи ядролық-физикалық, спектрскопиялық және микроаналитикалық әдістердің мамандандырылған кешені алғашқы рет ұсынылған, ғылыми негізделген және жасалған.
  
• КС-қазбалы көмірсутектердің микроэлементтік құрамын зерттеудің нәтижелері негізінде Қазақстанның әралуан кенорындарының мұнайлары мен мұнайбитум кіретін жыныстарын, сондай-ақ жер жүзінің доманикиттік және жанартақтатас құралымдарын, олардың металараласымдық нышаны бойынша, жаңа топтастыру ұсынылған.
  
• Алғашқы рет, Яблоневое кенорнының (Текелі-Көксу кен шығатын торап), әртүрлі тереңдігінен алынған, көмірлі тақтатастарындағы жекелеген микроэлементтердің құрамы мен болып тұру түрлерін кешендік зерттеу нәтижелері негізінде геологиялық сызаттар аумағымен жалғасқан осы жыныстар құрамының қалыптан ауытқулығының ерекше қасиеті анықталған.
  
• Алғашқы рет, ядролық жарылыстар аумағын кешендік радиациялық тексеріп зерттеудің жаңа әзірленген әдіснамасы негізінде ССП негізгі сынақ алаңдарының радинуклидтік ластануының морфологиясы зерделенген, ең лас учаскелер айқындалған және оларды радиациялық қауіптілік нышаны бойынша топтастыру ұсынылған.
  
• Алғашқы рет, өзен бассейндерін радиациялық және гидрохимиялық тексеріп зерттеу мен мониторингінің жаңа әзірленген ғылыми-әдіснамалық негізін қолдана отырып, Орталық Азия аумағындағы Сырдария өзенінің бассейнінде радиациялық және экологиялық жағдай сипатталған, оның ластануының Қазақстан аумағындағы негізгі көздері айқындалған; барлық шекарааралық Қазақстан өзендері олардың Республика аумағына келетін сулар көлемінің радинуклидтермен және уытты элементтермен ластану деңгейі бойынша дәрежеленген.
  

Негізгі ережелер мен зерттеу нәтижелері

• Элементтік (НАТ, РФТ) және радинуклидтік (-, -, -спектрметрия, радиохимия) дәстүрлі ядролық-физикалық әдістерден басқа, атомдық және ядролық спектрскопия (АЭС-ИБП, МС-ИБП, ЭПРС, ЯГРС) мен микроаналитикалық зерттеулердің (ММС, ЭМ, micro-PIXE) үлкен әдістер жинағын өзіне қамтитын, мамандандырылған аппаратуралы-әдістемелік кешен әзірленген және жасалған. Жасалған кешен бірқатар жаңа аппаратуралы-әдістемелік әзірлемелерді қамтиды және мұнай саласы мен экология шеңберінде аналитикалық зерттеулер (макро- және сол сияқты микро-деңгейлердегі) нәтижелерінің жоғары мәліметтілігін, дәлдігін және шүбәсіздігін қамтамасыз етеді.
  
• Мұнай саласының түйінді мәселелері бойынша аналитикалық зерттеулер орындалған. Алынған жаңа деректер Қазақстанның мұнайлары мен мұнайбитум шығатын жыныстарын, сондай-ақ дүние жүзінің доманикиттік және жанартақтатастық құралымдарын олардың элементтік құрамы бойынша топтастыруға; геологиялық сызаттар аумағымен жалғасып жатқан көмірлі жыныстардың (Текелі-Көксу кен шығатын торап) қалыптан ауытқулығының ереше қасиетін анықтауға; Қазақстан мен Еділ бойының мұнайлары мен басқа да қазбалы көмірсутектеріндегі V, Ni және басқа бағалы металдар қорларын бағалауды орындауға; Татарстан мұнайларында бес V кенорнын ашуға; Қаражанбас кенорнында дымқыл қатпар ішінде жану әдісімен мұнай өндіру кезінде V мен Ni-дің едәуір шығындары болатын деректі анықтауға және соның негізінде қатпарға булық жылумен әсер ету әдісін ұсынуға; мұнайдың және металараласқан көмірлі жыныстар шоғырларын іздеу әдістемесін дамытуға; көмірсутекті шикізатты кешендік өңдеудің қалдықсыз технологиясын іске асыруға және Қазақстан мен бұрынғы КСРО-ның мұнай кешенінің кәсіпорындарында өндірістік жабдықты радиактивтік ластанудан тазартуға мүмкіндік берді.
  
• Қарашығанақ мұнайгазконденсаттық кенорнында (ҚМГКК) жерасты ядролық жарылыстар аумағына (ЛИРА нысандары) және олардың радиусы 20 км-лік маңайына, ең жақын жатқан елді мекендерді қоса алғанда, кешендік радиациялық тексеріп зерттеу орындалған. Тексерілген аумақтың негізгі бөлігінде радиациялық жағдайдың қалыпты күйде екені белгіленген. Тектоникалы әлсіреген аймақтар учаскесінде топырақ қабатының тереңдігі бойынша жасанды радинуклидтердің (ЖРН) үлестірілу сипатын толық жете зерттеулер нәтижесінде аса өткір сауалға жауап алынған – ЛИРА нысандарының “қазандық қуыстарынан” жер бетіне ЖРН шығу тетігінің жоқ екені белгіленген.
  
• Кешендік радиациялық тексеріп орындалған және ССП негізгі сынақ алаңдарының (“Тәжірибе алаңы”, “Дегелең”, “Атом көлі”, “Телкем-1,2”) радинуклидтік ластануының морфологиясы жанжақты зерделенген. Осы алаңдарда ^239+240Pu, ²⁴¹Am, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr және басқа ЖРН-нің құрамы, шоғырлану деңгейі, болу түрлері мен үлестірілу сипаты анықталған. Алғашқы рет радиациялық қауіптілік белгісі бойынша едәуір мөлшерлі ЖРН бар олардың жекелеген учаскелері айқындалған, контурге келтірілген және жүйеге түсірілген; “Тәжрибе алаңында” (П2, П2G және П7 алаңдары) ауданы 25 км² болатын ең көп ластанған учаске айқындалған, онда ²⁴¹Am қоры 2.5ТБк және ^239+240Pu – 40 ТБк құрайды. Орындалған зерттеулер нәтижелерінің негізінде ССП-да қатерді шектеудің және радиациялық жағдайды нормаға келтірудің шаралары мен техникалық әдістері бойынша ғылыми негізделген ұсынымдар әзірленген және ұсынылған.
  
• Орталық Азияның негізгі өмірді қамтамасыз етуші өзендеріне – Сырдария мен Амударияға радиациялық және гидрохимиялық мониторингінің Халықаралық жүйесі ұйымдастырылған. Алынған нәтижелер, тұтас алғанда, осы өзендер бассейніндегі экологиялық жағдайды сипаттауға мүмкіндік берді. Қазақстан аумағындағы Сырдария өзенінің бассейнінде келесі ерекшеліктер белгіленген: 1973 ж. жүргізілген “Меридиан-3” жерасты ядролық жарылысы “камуфлеттік” болмай шықты, ол нысанның өз аумағы мен оның маңайларында, тіпті Сырдария өзеніне шейін, топырақта ¹³⁷Cs-дің жоғарылаған мөлшерін құрады; жеке табылған өз бетімен ағып төгілетін ұңғымалардың шығар жері жақын жатқан учаскелердің табиғи радинуклидтермен (ТРН) бірталай ластануына алып келеді; Сырдария өзенінің жоғарғы ағысы мен Шардара су қоймасының түптік шөгінділерінде барлық ТРН мен жеке элементтердің (Co, Zn, As, Br, Sr) шоғырлануы осы өзеннің барлық қалған ұзын бойлығына қарағанда елеулі жоғары болды; Бадам өзенінің жағасы мен түптік шөгінділерінде уытты элементтердің (As, Sb, Pb) жоғарылаған шоғырлануы айқындалды – Шымкент қаласындағы қорғасын зауытының іс-әрекеті салдарынан болған; Бадам өзенінің суындағы, ocы зауыттың қасында, рений шоғырлануы аялық мәннен 70 еседен артық болды.
  
• “Қазгидромет” РМК-мен бірлесіп Қазақстан аумағына ағып келетін барлық өзендерге радиациялық және гидрохимиялық мониторинг жүйесі ұйымдастырылған. ТРН мен уытты элементтердің ең жоғары мөлшері Шығыс және Оңтүстік-Шығыс Қазақстан өзендеріне сәйкес келетіні және өте жоғары дәрежесі – Қарабалта өзеніне екені белгіленген.
  

Практикалық маңыздығы. Диссертациялық жұмыстың нәтижелерінің практикалық маңыздылығы ҚазКСР ҒА МжТТХИ-ге, КСРО ҒА СБ Вернадский атындағы геохимия институтына, «Геологиялық барлау» МӨБ-ге, ҚазМШИ-ге, ҚазмұнайҒЗЖИ-ге, Жоңғар ГБЭ-ге, “Татмұнай” ӨБ-ге аппаратуралы-әдістемелік әзірлемелер мен алынған нәтижелерді енгізу туралы 8 актымен, сондай-ақ “Татмұнай” ӨБ жанындағы тұңғыш ашушылар істері жөніндегі комиссияның Хаттамасымен расталған. Орындалған экологиялық зерттеулер нәтижелерінің үлкен әлеуметтік маңызы бар, себебі ол ел тұрғындарының екіұштылық күйін тұғызған, шошыну мен радифобияны жоюға ықпал жасаушы, нақты мәліметтерді қамтамасыз етеді.

Біздің елімізде орындалған радиэкологиялық зерттеулердің нәтижелері бүкіл әлемнің ғылыми жұртшылығының зор қызығушылығын туғызып отырғанын ерекше атап өту керек. Бұл ғылыми бағыт, радиациялық мұраны, уран және мұнай өнеркәсібін қарқындандыруды, атом энергетикасы мен қол жеткен зерттеулер деңгейін дамытуды ескере отырып, тұтас алғанда, Қазақстан ғылымын әлемдік тану болашағына жол ашады.

dissertation for a Doctor’s Degree
in the field of Physical and Mathematical Science in specialties 01.04.01 – Experimental-Physics Instruments and Methods - and 03.00.16 – Ecology


Solodukhin Vladimir Petrovich


Nuclear-Physical Methods In Solutions Of Problems Of Oil Industry And Ecology Of Kazakhstan


Research urgency is caused by extreme necessity to solve a number of (geological, technological, radiological) problems of the day (related to radiation-hazardous objects) in Kazakhstan oil industry and ecology on a base of modern nuclear-physical and spectroscopic methods.

Goal of the work is creation of special-purpose instrumental-methodical complex of modern nuclear-physical and spectroscopic methods and implementation, on its base, of a number of analytical studies on urgent problems of Kazakhstan oil industry and ecology.

Main tasks of the research

• Creation of special-purpose instrumental-methodical complex of modern nuclear-physical and spectroscopic methods and implementation, on its base, of a number of analytical studies on urgent problems of Kazakhstan oil industry and ecology;
  
• Solution, on the complex base, of a number of problems of oil industry of Kazakhstan and former Soviet Union, related to oil/other fossil hydrocarbons exploration, production and reprocessing;.
  
• Implementation of complex radiation survey of lands of LIRA facilities and its neighbourhood, where underground nuclear explosions took place;
  
• Performance of studies on characterization of radionuclide contamination of basic test sites and classification, by an extent of radiation hazard, of the most contaminated areas at the territory of the Semipalatinsk Testing Site (STS);
  
• Development and creation of systems of radiation and hydrochemical surveillance and monitoring of the Kazakhstan transboundary rivers.
  

Objects of studies are the Kazakhstan fossil hydrocarbons and environmental objects.

Methods of studies. Studies are based on the following developed and assimilated methods: neutron activation analysis (NAA); X-ray fluorescent analysis (XFA); instrumental  spectrometry; radiochemistry in combination with -, -, -spectrometry; atomic emission spectroscopy (AES) and mass spectroscopy (MS) with induction-coupled plasma (ICP); electron paramagnetic resonance (EPR) and nuclear gamma resonance (NGR) spectroscopy; magnetic mass spectroscopy (MMS); electron microscopy (EM); X-ray fluorescence with excitation by micro-beam of accelerated protons (micro-PIXE).

Besides, we have developed: principally new methodology for complex examination of territories of nuclear explosions; scientific-methodological base for river basin radiation and hydrochemical surveillance and monitoring.

Scientific Novelty

• For the first time special-purpose complex of modern nuclear-physical, spectroscopic and micro-analytical methods has been proposed, scientifically substantiated and created, serving as universal base for analytical studies in the fields of oil industry and ecology.
  
• On a base of results of studies of micro-elemental composition of fossil hydrocarbons, new classification of oils and oil bituminous rocks from various Kazakhstan fields as well as domanik and shale-oil formations throughout the world – be a sign of metal contents in them.
  
• For the first time, on a base of results of integrated study of forms of being of individual microelements in the taken from different depths carbonaceous shales of the Yablonovoye field (the Tekele-Koksu ore column), peculiar property of anomalous composition of these rocks, related to geological fault zone, has been found.
  
• For the first time, on a base of the developed new methodology of integrated radiation survey of the nuclear explosion lands, morphology of radionuclide contamination of the STS main testing sites has been studied, the most contaminated areas have been identified and its classification, by extent of 4radiation hazard, has been proposed.
  
• For the first time, with application of the developed new scientific-methodology grounds for radiological and hydrochemical survey and monitoring of river basins, radiological and ecological state of the Syrdaria River basin in the Central-Asia territory has been characterized, main sources of river contamination at the Kazakhstan territory have been identified; all transboundary rivers in Kazakhstan have been classified by level of contamination by radionuclides and toxic elements.
  

Basic statements and results of studies

• Special-purpose instrumental-methodical complex, which combines, in addition to traditional nuclear-physical methods of elemental (NAA, XFA) and radionuclide (a-, b-, g- spectrometry, radiochemistry) analysis, huge set of methods of atomic and nuclear spectroscopy (AES-ICP, MS-ICP, EPRS, NGRS) and micro-analytical studies (MMS, EM, micro-PIXE). The created complex incorporates a number of novel instrumental-methodical developments, providing large scope of information, high accuracy ands confidence of results of analytical studies (at both macro- and micro- levels) in the fields of oil industry and ecology.
  
• Analytical studies on oil industry problems have been carried out. The obtained new data have made it possible to classify the Kazakhstan oils and oil-bitumenous rocks as well as world domanik and shale-oil formations by elemental composition; to establish peculiar property of anomalous composition of coaly rocks (tenTekele-Koksu ore column), related to the geological fault zone; to assess reserves of V, Ni and other valuable metals in oils and other fossil hydrocarbons in Kazakhstan and Volga region; to discover five fields of V in oils of Tatarstan; to establish a fact of considerable losses of V and Ni in oil exploration at the Karazhanbas Field – by method of wet intra-stratum burning – and to advise, on this background, method of steam-heat impact on stratum; to develop techniques for exploration of fields of oil and other metal-bearing coaly rocks; to implement waste-free technologies for integrated processing of hydrocarbon raw and cleaning production equipment from radioactive contamination in oil-complex enterprises of Kazakhstan and former Soviet Union.
  
• Integrated radiological survey of territory of underground nuclear explosions (LIRA facilities) at the Karachaganak oil-gas-condensate field (KOGCF) and its vicinities of a radius of 20 km, including closest inhabited localities. It has been found that radiation state over the main part of surveyed territory is normal. As a result of detailed studies of a pattern of distribution of artificial radionuclides (ARN) over a depth of soil layer in sections of bands of tectonic disintegration, an answer has been obtained to the most urgent question – it has been established that there is no ARN release from the LIRA facilities caverns to the earth surface.
  
• Integrated radiological survey and study of morphology of radionuclide contamination of the STS main testing sites («Test Field», «Degelen», «Atyomic Lake», «Telkem-1 & Telkem-2») have been performed. Composition, concentration levels, forms of occurrence and patterns of distributions of ^239+240Pu, ²⁴¹Am, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr and other ARN over these sites have been determined. For the first time, individual areas with considerable content of ARN have been identified, delineated and classified by extent of radiation hazard; in the Test Field (areas P2, P2G and P7) the most contaminated segment have been revealed, having the area 25 km², reserves of ²⁴¹Am and ^239+240Pu - 2.5 TBq and 40 TBq respectively. On a base of results of performed studies, scientifically substantiated recommendations on actions and engineering ways of risk reduction and the STS radiation state normalization have been developed and proposed.
  
• International System has been organized for Radiological and Hydrochemical Monitoring of main life-supporting rivers in Central Asia - the Syrdaria River and the Amudaria River. The obtained results have made it possible to characterize ecological state of the river basins as a whole. In the Syrdaria River basin at the territory of Kazakhstan, the following peculiarities have been found: underground nuclear explosions «Meridian-3», produced in 1973, wasn’t «camouflet» one, resulting in enhanced content of ¹³⁷Cs in soil at the territory of the object itself and in its vicinities, up to the Syrdaria River; springs of individual self-emission wells result in considerable contamination of adjacent areas by natural radionuclides (NRN); concentrations of all NRN and individual elements (Co, Zn, As, Br, Sr) in bottom sediments of upper reaches of the Syrdaria River and the Shardara water pool are markedly higher than in the rest part of the river; at the bank and in bottom sediments of the Badam River enhanced concentrations of toxic elements (As, Sb, Pb) have been found – consequence of operation of the lead plant in the Shymkent Town; rhenium concentration in water of the Badam River, near the plant, is greater than the appropriate background value by a factor of more than 70.
  
• Jointly with RSE «KazHydroMet», a system of radiological and hydrochemical monitoring of all rivers flowing to the Kazakhstan territory has been organized. It has been found that the highest contents of NRN and toxic elements are associated with rivers of Eastern and South-Eastern Kazakhstan, and to the highest extent – with the Karabalta River.
  

Practical Significance of results of dissertation work is confirmed by eight Certificates of Implementation of instrumental methodical developments and obtained results in the Institute of Chemistry Science and Institute of Oil Chemistry and Natural Compounds (Academy of Science of Kazakh SSR), the Institute of Geochemistry named after Vernadskii (the Sibir branch of Academy of Science of USSR), State Industrial Association «Geologorazvedka», Kazakh Institute of Mineral Raw, Kazakh Research Design Institute of Oil, Jungar Hydro-Power Plant, Industrial Association «Tatneft», as well as by Protocol of commission on affairs of discoverers at Industrial Association «Tatneft». Results of performed ecological studies are of great social significance, because they provide objective information to assist in removal of stress and radio-phobia from population at the expense of state of indefiniteness.

It should be specially marked that results of radiological studies carried out in our country arouse large interest of scientific public all over the world. This scientific field, with radiological inheritance taken into account, as well as intensification of uranium and oil industries, development of atomic energy and reached level of studies, opens prospects for world recognition of science of Kazakhstan as a whole.