авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |

Техногенная трансформация геологической среды верхнекамского соленосного бассейна

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЛКИН Владимир Викторович

ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

ВЕРХНЕКАМСКОГО СОЛЕНОСНОГО БАССЕЙНА

Специальность 25.00.36 – «Геоэкология»





А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Екатеринбург – 2010

Работа выполнена в Березниковском филиале Пермского государственного технического университета.

Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Грязнов Олег Николаевич

Официальные оппоненты:

Грабовников Валерий Аркадьевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор

Свидзинский Сергей Александрович - доктор геолого- ­­­минералогических наук

Филатов Владимир Викторович - доктор геолого- ­­­минералогических наук, профессор


Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.М. Федоровского (ВИМС) МПР РФ

Защита диссертации состоится 15 апреля 2010 г. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «___» ___________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Б. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

Актуальность проблемы. Проблема безопасного недропользования является в современном индустриальном обществе как никогда актуальной. Деятельность человека, связанная с влиянием на геологическую среду, приобрела масштабы, в значительной мере сопоставимые с действием региональных природных процессов. Длительное антропогенное воздействие на нее зачастую может приводить к нарушению достигнутого природного равновесия. При этом влияние различных техногенных факторов на геологическую среду имеет наступательный, прогрессирующий характер и его результаты являются многосторонними, охватывая и другие компоненты окружающей среды (реки, озера, почву, рельеф, атмосферу и др.).

Наиболее важным негативным последствием работы калийных рудников является их труднопрогнозируемое техногенное затопление. В мире затоплено уже более 50 калийных рудников. Другим последствием является то, что все возрастающие объемы выработанного пространства, приводящие к изменению напряженно-деформированного состояния породных массивов, увеличению техногенной нагрузки на недра, провоцируют в горнодобывающих регионах техногенные землетрясения.

Оценка техногенного влияния на недра невозможна без наличия различных по масштабу целенаправленных наблюдений за объектами геологической среды, на основе результатов которых и могут быть установлены тенденции развития различных инженерно - геологических процессов, вскрыт их механизм и разработаны способы управления ими.

В данной диссертационной работе рассматриваются эколого-геологические условия Верхнекамского соленосного бассейна (ВКСБ), приводятся теоретические и методические основы мониторинга его геологической среды с целью разработки мероприятий по его охране и рациональному комплексному использованию.

Основная идея работы – техногенные факторы влияют на рациональную и безопасную эксплуатацию месторождений Верхнекамского соленосного бассейна. Поэтому для учета этого влияния необходимо их всестороннее изучение.

Объектами исследований в данной работе послужили как разрабатываемые участки ВКСБ, так и участки, подготавливаемые к разработке.

Цель исследований – изучение и оценка эколого-геологических условий Верхнекамского соленосного бассейна.

Задачи исследований: 1) оценка масштабов техногенного воздействия на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемого в процессе добычи и переработки калийных руд, регистрация зон аномального строения и состояния массивов горных пород в процессе геологического доизучения и мониторинга геологической среды; 2) определение фоновых характеристик состояния геологической и сопредельных сред до начала эксплуатации соляных месторождений; 3) разработка способов ведения мониторинга геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений и обоснование необходимого комплекса исследований; 4) выявление методов рационального использования георесурсов соленосных бассейнов при соблюдении мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, повышение комплексности использования добываемого сырья.

Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертационной работы положен материал, полученный лично автором или под руководством автора сотрудниками Центра мониторинга геологической среды и геологических служб различных калийных предприятий, работающих в ВКСБ и обработанный им в процессе работы по совместительству в Березниковском филиале Пермского государственного технического университета (с 1992 г. по настоящее время).

Основные исследования выполнялись в рамках проектов: «Мониторинг геологической среды Верхнекамского солеродного бассейна». Проект работ на 1998-2002 гг. Государственный регистрационный № 48-98-22. Березники,1997; «Мониторинг геологической среды южной части Верхнекамского соленосного бассейна». Проект работ на 2003 – 2007 гг. Государственный регистрационный № 48-03-58 Березники, 2002; «Разведка Палашерского и Балахонцевского участков Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей». Проект работ на 2008 – 2009 гг. Государственный регистрационный № 57-08-74. Березники, 2008. Работы выполнялись в соответствии с геологическими заданиями, согласованными с Управлением по недропользованию по Пермскому краю.

Основной фактический материал получен при ведении мониторинга геологической среды на разрабатываемых шахтных полях ВКСБ. Кроме того, автор участвовал в работах по определению фонового состояния геологической и сопредельных сред на подготовленных к разработке участках детальной разведки Верхнекамского калийного месторождения.

Автор непосредственно участвовал в проведении наземных и подземных исследований эколого-геологического состояния ВКСБ и обработке полученных результатов. Диссертантом сформулированы методические основы и принципы ведения мониторинга геологической и сопредельных сред на калийных рудниках, разработана и внедрена на территории соленосного бассейна методика скважинных наблюдений за гидрогеодеформационным и газовым полем, предложен способ определения фоновых характеристик состояния геологической и сопредельных сред до начала эксплуатации соляных месторождений. При активном участии автора выявлено месторождение экологически чистой пищевой соли, обнаружено новое полезное ископаемое – золото в глинистых прослоях соляной толщи, обоснован состав смеси компонентов искусственной морской воды для плавательных бассейнов, на отдельных участках ВКСБ выявлены зоны с аномальным строением водозащитной толщи.

Методы исследований. При проведении исследований использованы методы:

- анализа состояния геологической среды, в т.ч. геолого-структурных особенностей горных массивов на разных масштабных уровнях;

- проходки разведочных горных выработок и скважин и натурных измерений в них;

- комплексного анализа геологических, гидрогеологических, гидрологических, геофизических, маркшейдерских и геомеханических данных с использованием ГИС-технологий.

Научная новизна:

- оценены эколого-геологические условия разработки месторождений Верхнекамского соленосного бассейна;

- разработана, запатентована и внедрена методика получения и обработки информации, касающейся фонового состояния и последующего мониторинга геологической среды на калийных рудниках;

- впервые предложен и внедрен на калийных рудниках новый метод наблюдений – одновременно за гидрогеодеформационным полем Земли и состоянием газовой атмосферы в кровле соляной толщи;

- впервые обоснован и внедрен способ получения смеси природных минералов галита и карналлита, перемешанных в соотношении 1: 2,5–5,0 для получения искусственной морской воды в бассейнах;

- на отдельных участках ВКСБ выявлены зоны с аномальным строением водозащитной толщи (ВЗТ).

Практическая значимость:

- в «Инструкцию по геологическому обслуживанию калийных рудников» (СПб,2002) включен написанный автором раздел «Мониторинг геологической среды» и на его основе внедрены в практику мониторинговые исследования;

- открыто в пределах ВКСБ месторождение экологически чистой пищевой поваренной соли, разработан способ отработки месторождения, что позволило получить миллионы тонн экологически чистой пищевой соли;

- ООО «СВ» (г. Москва) реализуют смесь природных минералов галита и карналлита в соотношении 1:2,5–5,0 для получения искусственной морской воды в бассейнах в расфасовке по 1 и 50 кг;

- в прослоях глины в пределах соляной толщи ВКСБ выявлено новое полезное ископаемое – золото. Горным институтом УрО РАН ( г. Пермь) проводятся опытные испытания по его извлечению.

Защищаемые положения.

1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки и затоплением калийных рудников, образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды (главы 1,2).

2. Фоновые характеристики состояния геологической и сопредельных сред изучаются до начала эксплуатации соляных месторождений. Исследования включают: уточнение строения калийных пластов, оценку гидрогеологических условий их разработки, выявление природы геофизических аномалий, оценку состояния атмосферного воздуха, качество поверхностных и подземных вод, загрязнения снежного и почвенного покровов, величины радиационного фона, состояния флоры и фауны (глава 3).

3. Мониторинг геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений осуществляется комплексом исследований, включающим дистанционное зондирование, инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности, выявление связи ее деформаций с объемами добытой руды, ведение сейсмологического контроля, проведение сейсмо-, электро-, гравиразведки на участках с аномальным строением водозащитной толщи, регистрацию гидродинамического, гидрогеохимического и газового режима подземных вод (глава 4).

4. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства (глава 5).

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на ряде всероссийских и международных научных конференций и совещаний, в том числе: на Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ («Мельниковские чтения»)» (Москва-Санкт-Петербург, 1999), Международной конференции « Геодинамика и напряженное состояние земных недр» (Новосибирск, 1999), Первом Всероссийском совещании по мониторингу геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности (Березники, 1999), Региональной конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейской территории России и Урала» (Екатеринбург, 2000), Всероссийском съезде геологов и научно-практической геологической конференции (Санкт-Петербург, 2000), Координационном совете по защите калийных рудников от затопления (г. Березники, 22. 10. 2001 г.), Международном научном совещании «Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика» (Апатиты, 2004), Международной научной конференции «Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов» (Пермь, 2005), Региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2008), Международной конференции «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (Екатеринбург, 2009).

Публикации. Содержание работы и результаты исследований отражены в 82 работах, в том числе двух монографиях, 67 публикациях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК, в двух учебных пособиях для вузов, в десяти материалах конференций, изобретение «Способ отработки калийного месторождения под склонами речных долин» (патент РФ № 2186978) вошло в «Список 100 лучших изобретений России» за 2008 г., заняв второе место в номинации «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых».

Благодарности. Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ О.Н. Грязнову, а также докторам геолого-минералогических наук А.И. Кудряшову, Б.М. Осовецкому, А.П. Красавину, В.Н. Дублянскому, К.С. Иванову, докторам технических наук А.А. Баряху, В.И. Костицыну, Ю.П. Кудрявскому, заслуженному геологу РФ Н.В.Кузнецову за ценные консультации в процессе выполнения работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы – 280 страниц, иллюстраций - 38, таблиц - 25. Список использованных источников включает 187 наименований.

Во введении показаны актуальность исследований, цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость. В первой главе «Крупнейшие соленосные бассейны зарубежных стран» рассмотрено геологическое строение Саскачеванского месторождения калийных солей (Канада), месторождений калийных солей Германии и Старобинского месторождения калийных солей (Белоруссия). Показаны последствия техногенного воздействия на их геологическую среду и методы ее мониторинга. Во второй главе «Техногенез геологической среды при разработке калийных руд Верхнекамского соленосного бассейна» приводится описание геологического строения ВКСБ, раскрываются последствия многолетней добычи калийных руд подземным способом, такие как повышенная сейсмичность, оседания и провалы земной поверхности, описывается влияние добычи нефти на геологическую среду и даны результаты ее геологического доизучения и мониторинга. В третьей главе «Определение фоновых характеристик геологической и сопредельных сред» приводятся результаты изучения характеристик на одном из намечаемых к отработке участков ВКСБ: строение калийных пластов, гидрогеологические условия, природа геофизических аномалий, состояние атмосферного воздуха, качество поверхностных и подземных вод, загрязнение снежного и почвенного покровов, величина радиационного фона, состояние флоры и фауны. В четвертой главе «Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна» рассмотрен оптимальный комплекс исследований, входящий в систему мониторинга. В пятой главе «Охрана недр и рациональное использование георесурсов Верхнекамского соленосного бассейна» предложены методы и способы комплексного использования добываемого сырья при обеспечении соблюдения мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки и затоплением калийных рудников, образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды (главы 1,2).

Природная среда является важнейшей составной частью окружающей среды, включающей в себя четыре главных компонента (Ферсман,1953) – стратосферу, тропосферу, гидросферу и литосферу. Три последние в этом ряду геосферы образуют (Вернадский, 1954) биосферу – сложную наружную оболочку Земли, среду обитания биоты – живого «вещества» планеты. Часть литосферы, а точнее земной коры, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, как один из важнейших компонентов окружающей среды, с конца 70-х гг. прошлого века выделяется под названием «геологическая среда». Согласно Е.М. Сергееву (1979), под геологической средой понимается верхняя часть литосферы, которая рассматривается как многокомпонентная динамическая система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность. Верхней границей геологической среды является поверхность рельефа (дневная поверхность); нижняя граница – плавающая, неоднородная и неодинаковая по глубине в разных областях Земли. Она определяется глубиной проникновения человека в земную кору (Королев, 1995).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.