КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-27-00028
НазваниеИсследование механизмов переноса радона в проницаемых зонах земной коры на примере курортного региона Кавказские Минеральные Воды, обладающего уникальными радиационно-экологическими характеристиками. Мониторинг, математическое моделирование, прогнозирование.
Руководитель Сидякин Павел Алексеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" , Ставропольский край
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-116 - Радиогеоэкология, геологическая изоляция ядерных материалов
Ключевые слова радиоактивность, экология, радон, естественные радионуклиды, радиационный фон, системный анализ, математическое моделирование, прогнозирование.
Код ГРНТИ38.01.94
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на изучение закономерностей переноса радона в проницаемых зонах земной коры, включая проведение радонового мониторинга, разработку и верификацию математических моделей переноса радона в горном массиве и поступления радона в атмосферу, формулировку прогностических критериев для оконтуривания участков аномально высокого выделения радона из проницаемых зон земной коры. Одна из основных задач проекта – решение проблемы генезиса и глубинности мощных радоновых аномалий, приуроченных к разломам и зонам трещиноватости, что необходимо для разработки корректной методологии картирования этих зон. Актуальность исследований обусловлена слабой изученностью процессов переноса радона в зонах разломов и проницаемых зонах и, вместе с тем, крайне высоким выделением радона и, соответственно, уровнем радонового риска в пределах таких зон. Выявление радоновых аномалий необходимо в целях принятия первоочередных мер по снижению доз облучения населения. Традиционно считается, что радоновые аномалии в зонах разломов формируются за счет глубинной дегазации недр, при этом движущие силы и закономерности конвективного переноса радона остаются слабо изученными. В проекте предлагается новый взгляд на формирование радоновых аномалий в зонах разломов, как на результат сезонной циркуляции атмосферного воздуха в приповерхностной области горного массива за счет перепада температур между массивом и атмосферой. Летом воздушные потоки движутся в горном массиве вниз от вершины к подножию массива, а зимой вверх – от подножия к вершине, образуя в местах разгрузки мощные сезонные радоновые аномалии. В ходе выполнения проекта предполагается установить закономерности пространственно-временного распределения параметров радонового поля, разработать и верифицировать математические модели переноса газов в проницаемых зонах и предложить эффективную методологию прогноза радоноопасности территорий. В качестве района детальных исследований выбран регион Кавказских Минеральных Вод, как уникальная область, где на ограниченном пространстве сочетаются разнообразные геологические и геодинамические условия, высокая концентрация радона в домах, значительная плотность населения и развитая инфраструктура. На горе Бештау региона Кавказские Минеральные Воды длительное время велась добыча урана. Данная гора буквально пронизана сетью штолен, в настоящее время не эксплуатируемых. Благодаря данному фактору исследования радоновых характеристик в выбранном регионе приобретают еще большую значимость. В настоящее время прорабатывается проект, поддержанный губернатором края, по открытию на горе Бештау первого в России радонового эманатория . Результаты, полученные при поддержке данной заявки, будут очень полезны для успешной реализации данного проекта. Для решения обозначенных задач предполагается выполнение комплексных геологических, радиометрических и газо-геохимических исследований территории, выбор ряда тестовых участков и проведение на них длительного радонового мониторинга. По результатам натурных исследований будут построены и верифицированы математические модели переноса радона в массиве и разработана методология прогноза выделения радона из геологической среды в атмосферный воздух. Поскольку изучаемые процессы изменяются как во времени, так и в пространстве, то для их описания и верификации будут использованы методы анализа и моделирования систем с распределенными параметрами. Верификация моделей будет проводиться как по данным, полученным в ходе реализации проекта в регионе Кавказские Минеральные Воды, так и на основе имеющихся в распоряжении авторов данных по конвективному переносу радона, полученных в других регионах. Полученные результаты позволят не просто уточнить существующие взгляды, но по-новому интерпретировать результаты радоновых исследований в зонах тектонических нарушений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
По результатам первого года исследований был проведен обзор литературных и фондовых данных, уточнены имеющиеся данные по геологическому строению и особенностям разгрузки газовых потоков в районе горы Бештау и на прилегающей территории. В пределах горного массива Бештау, как в зонах повышенной трещиноватости проницаемости, так и вне таких зон, проведены измерения плотности потока радона с поверхности грунта (164 измерения), удельной активности радионуклидов в пробах грунта (40 проб), объемной активности радона и концентрации урана в воде родников разные сезоны года (20 измерений). Кроме того были проведены георадарное исследования вкрест простирания зон трещиноватости. Установлено, что фоновые значения плотности потока радона на исследуемой территории вне зон разломов или участков, затронутых техногенным воздействием, могут достигать 2000 мБк/(м2с), что сопоставимо с потоком радона с поверхности урановых хвостохранилищ. Содержание радия-226 в рыхлой коре выветривания составляет от 80 до 150 Бк/кг, а в коренных бештаунитах достигает 200 Бк/кг. На отдельных аномальных участках в трещинах плотность потока радона достигает 5000 – 10000 мБк/(м2с) и более. Аномалии распространены в пространстве дискретно и связаны, по-видимому с зонами повышенной трещиноватости, связанных с кольцевыми и радиальными разломами и местами их пересечения. На основе полученных результатов выбраны тестовые участки для проведения дальнейших мониторинговых исследований.
Анализ полученных ранее данных, а также свойств грунтов на участке радоновой аномалии на западном склоне горы Бештау позволил создать математическую модель геосреды и провести ее первичную грубую верификацию по данным мониторинга радона, полученным на данном участке ранее. Наиболее важный научный результат проведенных исследований заключаются в получении предварительных закономерностей пространственного распределения радоновых аномалий. Установлено, что все выявленные аномалии связаны с кольцевыми разломами, опоясывающими интрузивное тело, которые по предварительным данным могут проявлять современную геодинамическую активность, что связано с возможным современным продолжением воздымания массива Бештау. Данные, полученные с помощью георадарной съемки свидетельствуют о крайне высокой степени раздробленности пород верхней зоны на исследуемой территории, что по-видимому, в сочетании с высоким содержанием радия в бештаунитах способствует формированию высокой плотности потока радона. Раздробленность массива сложной системой разрывных нарушений, большое количество раскрытых трещин, а также горных выработок бывшего уранового месторождения обуславливает сложную и неоднородную пространственно-временную картину выделения радона из горного массива.
Полученные данные о пространственном и временном распределении уровней выделения радона из геологической среды позволяют улучшить существующие представления о вкладе геологического фактора в формирование радонового риска и наметить пути для разработки методов картирования Геологического индекса радоновой опасности.
Публикации
1.
Микляев П.С., Петрова Т.Б., Сидякин П.А., Щитов Д.В., Мурзабеков М.А., Цебро Д.Н., Гаврильев С.Г.
RADON RELEASE AT A REHABILITATED URANIUM MINE SITE AND DOSE ASSESSMENT (CASE OF THE FORMER BESHTAUGORSKIY MINE, NORTH CAUCASUS)
Environmental Science and Pollution Research.
Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature, Volume 32, pages 102–116, (2025)
(год публикации - 2025)
10.1007/s11356-024-35639-y
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В 2025 году успешно выполнены ключевые этапы проекта, посвященного изучению переноса радона в горных породах курортного региона Кавказских Минеральных Вод. Работы включили полевой мониторинг, лабораторные анализы, теоретическое обобщение и математическое моделирование, в результате были получены новые научные результаты и практические решения.
1. Полевые исследования: от мониторинга к пониманию механизмов
Проведен детальный мониторинг радонового поля на ключевых объектах.
Гора Бештау: Выполнены систематические измерения на трех участках радоновых аномалий, связанных с узлами пересечения разломов («Надежда», «Орлиные скалы», «Монастырские»). Измерения подтвердили устойчивость из года в год и сезонный характер проявления аномалий. Летом 2025 г. на всех аномалиях зафиксированы экстремальные выбросы радона, существенно превышающие зимние значения и местный фон. Зимние исследования на высотах более 900 м показали, что радон разгружается через устья верхних штолен, что подтверждает модель сезонного «дыхания» массива за счет температурной конвекции.
Гора Горячая (Пятигорск): Впервые проведено комплексное радиационное обследование гор склонов горы Горячая в местах природной разгрузки горячих источников. Обнаружены мощные радоновые аномалии (до 2760 мБк/м²•с) в пределах поля молодых травертинов, оседающих из минеральных вод. Установлена причина — аномально высокое содержание радия-226 (до 868 Бк/кг) в осадках, за счет соосаждения радия вместе с кальцием в процессе образования свежих травертинов. Свежие травертины являются источником потенциальной радоноопасности для застройки у подножия горы.
Горы Бык и Развалка: Подтверждена универсальность конвективного механизма. На горе Бык зафиксированы рекордные концентрации радона (свыше 700 000 Бк/м³) у устья штольни летом. На горе Развалка в «Пещере вечной мерзлоты» содержание радона летом составляет десятки тысяч Бк/м3. Подтвержден аналогичный механизм конвективного переноса радона со сменой направления потоков зимой и летом.
Главный научный вывод полевого этапа: экспериментально доказано, что конвективная циркуляция воздуха в системе трещин и горных выработок является ведущим механизмом формирования сезонных радоновых аномалий в условиях горного рельефа КМВ.
2. Создание цифрового инструмента: математическая модель и ПО
Накопленные данные легли в основу первой прогнозной математической модели потока радона в аномальных зонах.
* Методом регрессионного анализа установлены количественные зависимости: сильная прямая связь с температурой воздуха (r=0.79) и обратная — с его влажностью (r=-0.72).
* Модель имеет удовлетворительную точность (R² ≈ 0.71) и успешно верифицирована на независимых данных.
* Алгоритм реализован в виде практического программного обеспечения (на Kotlin), которое позволяет вносить данные, проводить анализ и строить прогноз. Это готовый цифровой продукт для исследователей.
3. Прогностические критерии и прикладные результаты
Обобщение данных позволило перейти от изучения отдельных точек к формулировке критериев прогноза радоноопасности:
1. Приуроченность к узлам пересечения разломных зон.
2. Наличие техногенных полостей (старые выработки), усиливающих конвекцию.
3. Наличие литологических маркеров — молодых отложений (травертины), аккумулирующих радий.
Практическая значимость результатов:
* Дана оценка радоноопасности для территорий у гор Бештау и Горячая, что служит основанием для планирования радонозащитных мероприятий.
* Проведено научное обоснование выбора площадки для первого в России природного радонового эманатория. По совокупности критериев (радиационных, геологических, инфраструктурных) рекомендованы штольни Рудника №2 на горе Бык.
Заключение
В 2025 году в рамках проекта получены конкретные результаты, существенно углубляющие понимание миграции радона в проницаемых средах. Экспериментально доказана ключевая роль конвективных процессов, разработан первый прогнозный инструмент, сформулированы практические критерии для оценки рисков. Комплексный подход и полученные данные формируют научную основу для обеспечения радиационной безопасности и развития рекреационного потенциала уникального региона Кавказских Минеральных Вод.
Публикации
1. Сидякин П.А., Барышников А.А., Микляев П.С., Петрова Т.Б., Першин И.М., Щитов Д.В., Антонов В.Ф., Мурзабеков М.А. Программа по прогнозированию плотностей потоков радона с поверхности горных пород в аномальных зонах горы Бештау при изменении метеорологических параметров ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (РОСПАТЕНТ), регистрационный № 2025694692 от 08.12.2025 (год публикации - 2025)
2.
Сидякин П.А., Барышников А.А., Першин И.М., Микляев П.С.
Моделирование плотности потока радона в зависимости от температуры и влажности воздуха (на примере аномальной зоны горы Бештау)
Геология и геофизика Юга России, № 1, том 16, 2026 г., стр. 57-68 (год публикации - 2026)
10.46698/VNC.2026.70.83.001
3. Щитов Д.В., Сидякин П.А., Цебро Д.Н., Мурзабеков М.А., Микляев П.С., Петрова Т.Б., Глухова Н.И. Сравнительный анализ условий создания природного радонового эманатория в выработанных штольнях Бештаугорского рудника Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. ООО ИКЦ «АКАДЕМКНИГА» (г. Москва) (год публикации - 2026)
4.
Сидякин П.А., Барышников А.А., Микляев П.С., Петрова Т.Б., Щитов Д.В., Мурзабеков М.А.
Problems of Verification of the Mathematical Model of Radon Flux Density in the Anomalous Zone of Mount Beshtau (Caucasian Mineral Waters)
IEEE Xplore, IEEE Xplore. VI International Conference on Control in Technical Systems (CTS), p. 218-221. (год публикации - 2025)
10.1109/CTS67336.2025.11196165
Возможность практического использования результатов
1. На основании полученных результатов подтверждены возможности создания первых в России природных радоновых эманаториев. Опираясь на анализ результатов современных радиометрических измерений на горах Бык и Бештау, а также зарубежный опыт, можно сделать вывод, что в настоящее время проект по созданию первого в России природного радонового эманатория может быть реализован.
2. Разработана программа, которая позволяет вносить и хранить массивы данных, выполнять регрессионный анализ и осуществлять прогноз ППР при заданных метеоусловиях. На данное ПО подана заявка на государственную регистрацию в ФИПС (20.11.2025).