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:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

Техногенная трансформация геологической среды верхнекамского соленосного бассейна

-- [ Страница 2 ] --

В результате открытия в конце 50-х гг. минувшего столетия крупнейших месторождений калийных солей в провинциях Саскачеван и Нью-Брансуик Канада заняла лидирующее положение в мире по запасам, добыче и экспорту этого вида сырья. Месторождение Саскачеван входит в состав обширного среднедевонского бассейна эвапоритовой седиментации, так называемой синклинали Элк Пойнт Бродфью, вытянутого в северо-западном направлении субпараллельно юго-западной границе докембрийского Канадского кристаллического щита на расстояние более 1500 км при ширине, местами достигающей 400 км. В течение времени с силура до среднего девона этот бассейн был местом максимального погружения в Западной Канаде. Среднедевонское море, наступавшее сюда с юго-востока, распалось на несколько локальных бассейнов с ограниченной циркуляцией воды и эвапоритовым режимом осадконакопления. Калийный пласт на Саскачеванском месторождении размещается в толще формации эвапоритов прерий на глубине около 1000 м. В кровле залегает каменная соль мощностью 15-20 м. Выше расположен второй пласт красноцветных аргиллитов, над которым залегает водоносная толща аргиллитов, известняков, доломитов и ангидрита формации Даусон Бей. Наиболее острой проблемой калийных рудников во всем мире является их затопление. В Саскачеване из семнадцати стволов калийных шахт, пущенных в эксплуатацию, пять имели большие притоки воды или были полностью затоплены при их прохождении. Шесть из девяти рудников в провинции столкнулись с большими притоками воды на различных участках шахтных полей. В районе калийной залежи Esterhazy, в середине декабря 2006 г. зафиксированы первые признаки притока рассолов. По результатам исследований к третьей декаде января 2007 г. приток составлял от 20 до 25 тыс. галлонов (около 76–95 литров) в минуту. Другой проблемой калийных рудников является техногенная сейсмичность. До начала ведения горных работ, а также в течение первых 14 лет их ведения сейсмическая лаборатория Службы геологической съемки Канады (GSC) не фиксировала, например, в районе Esterhazy наличия сейсмической активности. Первое землетрясение силой 3,0 балла по шкале Рихтера произошло в районе шахты K-1 7 ноября 1976 года. Эпицентр находился над пройденными выработками, при осмотре которых не было выявлено никаких повреждений. Начиная с 1976 года вблизи обоих действующих рудников (К-1 и К-2) произошло несколько десятков землетрясений с максимальной силой 3,7 балла.

На калийных рудниках Германии основной объект разработок - хартзальц (твердая соль), сильвинсодержащая руда с высоким содержанием примесных сульфатов магния и кальция. Многочисленные месторождения калийных солей Германии связаны с цехштейновыми галогенными толщами, широко развитыми в пределах Северо-Германской низменности. Цехштейновый бассейн осадконакопления занимал огромную площадь от Северной Британии, захватывая Северное море, Нидерланды, Данию, значительную часть Германии и Польши.

К настоящему времени одна из самых насущных проблем калийной промышленности Германии - затопление десятков как действующих, так и строящихся рудников. В начальный период существования предприятий объем имеющейся информации о геолого-гидрогеологическом строении участков месторождений, вовлекавшихся в добычу, являлся недостаточным для установления причин прорывов рассолов и вод в выработки. В дальнейшем стали уменьшать степень извлечения руды из залежи, применять сухую и гидравлическую закладку отработанных камер. Но даже такие изменения в технологии не смогли сохранить рудники: «Фон дер Гейдт», «Мантейфель», «Агата», «Нейестассфурт III» и др. - от проникновения рассолов через ангидрит или тектонические нарушения. Принятая технология работ на рудниках: «Бернтероде», «Зольштадт», «Бисмарк - Галль - Бишоффероде», «Нейе-Блейхероде» - предотвращала интенсификацию развития водопроводящих каналов. Свыше 30 лет горные работы продолжались при непрекращающихся небольших притоках рассолов. Водопроявления на рудниках «Ренгардсбрунн» (Ганновер) и «Саксен-Веймар» (Вера-Фульда) возникали при вскрытии выработками зон тектонических нарушений. Развитие мониторинговых исследований в конце 20-х гг. прошлого века позволило разработать меры для каждого калиеносного района Германии, что привело к резкому сокращению катастрофических последствий. Рекомендовалось проводить очистные работы не ближе 200 м от соляного зеркала, не отрабатывать вторичные соли, оставлять защитные пачки соли в кровле камер под соленосной глиной или ангидритом, не соединять выработками смежные шахтные поля. При камерной системе разработки предусматривалась закладка отработанных камер.

На калийных рудниках Германии также применяются сейсмологические системы мониторинга, необходимые для контроля горных предприятий. В 1986 г., например, в Центральной Германии ими зафиксировано техногенное землетрясение, обусловленное добычей калийной соли, с магнитудой 5,4. Из других мониторинговых систем на рудниках Германии наиболее широко используют прямые методы определения состояния геологической среды. В первую очередь, это наблюдения за оседаниями земной поверхности на подработанных территориях. В связи с многочисленными случаями затопления калийных рудников здесь детально отработаны методы ведения гидрогеологического мониторинга.

Старобинское месторождение калийных солей (Белоруссия) открыто в 1949 г. в 130 км к югу от Минска при проведении поисково-разведочного бурения на нефть и эксплуатируется четырьмя подземными рудниками производственного объединения «Беларуськалий» с 1961 г. с суммарной годовой добычей около 40 млн. т руды. Месторождение связано с соленосной верхнедевонской формацией, развитой в Припятском прогибе, и структурно ограничено по площади контурами одноименной локальной синклинали с максимальными углами падения пород до 4-6°. Оно входит в состав Белорусского калиеносного бассейна как один из главных (наряду с Петриковским месторождением) промышленных объектов.

Фаменская соленосная толща на участке месторождения имеет мощность от 190 до 580 м и представлена чередованием субгоризонтально залегающих пачек соляных (преимущественно каменная соль мощностью до 65 м) и глинисто-карбонатных (мощностью до 43 м) пород. В разрезах соляных пачек выявлено четыре калиеносных горизонта, залегающих в интервале глубин 365-1355 м и отстоящих друг от друга на 60-190 м. Промышленное значение имеют 2-й и 3-й горизонты. Соленосная толща перекрыта мощной (230-400 м) толщей глинисто-песчанистых пород фаменского возраста, являющейся водоупором. Выше ее залегают верхнемеловые песчаники и мел (15-30 м), палеогеновые глауконит-кварцевые пески (до35 м), а также четвертичные пески, гравий и суглинки (35-80 м).

Практически полное отсутствие подземных вод в соленосной свите, субгоризонтальное залегание ее пластов, их выдержанность по простиранию, отсутствие проявлений соляной тектоники и слабое развитие разрывных нарушений - благоприятные факторы для проведения подземной разработки месторождения. Гидрогеологические условия Старобинского месторождения, характеризующиеся наличием больших площадей с неглубоким залеганием подземных вод, способствуют активизации процессов подтопления, заболачивания и затопления. По мере расширения фронта очистных работ и развития процессов сдвижения, площадь территорий, подверженных подтоплению, заболачиванию и затоплению, растет и, по данным прогнозных расчетов, на конец процесса сдвижения составит 50 % всей площади месторождения.

На калийных рудниках Белоруссии используется примерно такой же набор мониторинговых исследований, что и на рудниках России. Данное обстоятельство обусловлено тем, что начиная с советских времен для этих рудников действовала одна инструкция ( «Методические указания по выбору мер охраны для существующих, строящихся и проектируемых объектов на территориях, подрабатываемых калийными рудниками». Л.,1976) и методическое руководство осуществлял один отраслевой НИИ (Всесоюзный научно-исследовательский институт галургии (ВНИИГ)). Однако, благодаря более благоприятным условиям проведения подземной разработки белорусских калийных руд, мониторинг геологической среды осуществляется здесь в гораздо меньших объемах.

Таким образом, на крупнейших калийных рудниках мира, кроме рудников Старобинского месторождения, отмечаются те же последствия техногенного воздействия на их геологическую среду, что и при разработке ВКСБ, и заключаются они, в первую очередь, в повышении сейсмичности регионов и затоплении рудников.

Освоение Верхнекамского соленосного бассейна (ВКСБ) началось после его открытия в 1925 г. В настоящее время ОАО “Уралкалий” и ОАО “Сильвинит” производят около 20 % от мирового объема калийных удобрений (рис.1). Подземные горные работы, производимые на калийных рудниках, - основной фактор техногенного воздействия на геологическую среду Верхнекамского соленосного бассейна. К ВКСБ относится крупная площадь сплошного развития соленосных отложений с пластами каменной соли, сильвинита и карналлитовой породы в единой структуре - Соликамской впадине, расположенной в пределах Предуральского краевого прогиба и ограниченной с запада Восточно-Европейской платформой, а с востока – Западно-Уральской зоной складчатости. Она занимает площадь 11847км2, приурочена преимущественно к левобережной части р. Камы и вытянута примерно на 200 км в меридиональном направлении и до 50 км – в широтном. Большую часть Верхнекамского соленосного бассейна (Соликамской впадины) занимает одноименное месторождение калийных солей, представляющее собой многопластовую залежь, вытянутую в меридиональном направлении и делящуюся субширотными структурами (Боровицкой и Дуринской) на три обособленные части: северную, центральную и южную. Площадь развития калийных солей, залегающих на глубинах до 600 м, составляет 3750 км2. В строении бассейна выделяют три существенно различных по составу комплекса пород осадочного чехла – нефтеносный подсолевой, соленосный и водоносный надсолевой.

Подсолевые отложения охарактеризованы по данным бурения на нефть. Сложены они породами верхнего протерозоя и среднего-верхнего палеозоя. Протерозойские отложения представлены переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов с туффитами. На них с размывом лежит карбонатный

комплекс палеозоя. Общая мощность этих отложений составляет более четырех тысяч метров.

Выделяют два типа разрезов среднего и верхнего палеозоя - рифовый и межрифовый. Породы представлены известняками, в различной степени


 доломитизированными, с прослоями песчаников. Повсеместно присутствует фауна:-0

доломитизированными, с прослоями песчаников. Повсеместно присутствует

фауна: фораминиферы, остракоды, брахиоподы, криноидеи и т.п. Нефть пространственно связана с рифовыми образованиями. Размеры девонско-турнейских «рифовых структур» - от одного до десяти километров в плане, а их высота составляет 40 - 80 м (рис. 2).

Отложения ассельского и сакмарского ярусов нижней перми представлены известняками, участками окремнелыми, прослоями органогенно-детритовыми, иногда глинистыми, битуминозными. Мощность их изменяется от 120 до 450 м (рис. 3).

В составе артинского яруса нижней перми выделяют несколько одновозрастных комплексов, фациально сменяющих друг друга в широтном направлении и объединенных в саргинский горизонт. На западе Соликамской впадины это глины и мергели дивьинской свиты, а на востоке - обломочные- обломочные породы (конгломераты, песчаники) урминской свиты (артинский терригенный клин). Средняя мощность саргинского горизонта составляет около 125-130 метров. Артинские «рифы» по размерам меньше фаменских и не всегда расположены в контурах девонских структур.

Березниковская свита (P1br) кунгурского яруса, развитая в центральной части ВКСБ, представлена глинисто-ангидритовой и соляной толщами, последняя включает калийную залежь. Мощность отложений свиты составляет 150-800 м.

Глинисто-ангидритовая толща (ГАТ – Р1br1) сложена мергелями и аргиллитами, доломитами и, в меньшей степени, известняками, ангидритовой породой, каменной солью, алевролитами, песчаниками. В западных разрезах преобладают глинисто-мергельные и карбонатные породы, в восточных - алевролиты и песчаники. Ангидритовые породы распространены по площади равномерно. В разрезе толщи встречаются линзы и пласты каменной соли мощностью до 12 м. Мощность толщи изменяется от 145 м (на западе) до 325 м (на востоке), в среднем составляя около 230 м.

Соляная толща общей мощностью до 550 м подразделяется (снизу вверх) на подстилающую каменную соль (ПдКС - Р1br2), калийную залежь (Р1br3) и покровную каменную соль (ПКС - Р1br4). Кровля ПКС является верхней границей

иренского горизонта. Калиеносная часть соляной толщи залегает на подстилающей соли и подразделяется на сильвинитовую (СЗ) и карналлитовую (КЗ) зоны (рис.4).

СЗ сложена чередующимися пластами красных сильвинитов (КрасныйIII, КрасныйII и КрасныйI), полосчатого сильвинита (А) и разделяющих их пластов каменной соли (Красный II –Красный III, Красный I – Красный II, А – Красный I). Наиболее мощный и выдержанный по составу пласт "Красный II" сложен семью прослоями (нумерация сверху вниз) богатого (нечетные слои) и бедного (четные слои) сильвинита. Пласт Красный III разделен двумя пластами каменной соли мощностью 0,2 – 4,5 м на три самостоятельных пласта – Красный IIIа, Красный IIIб и Красный IIIв.

СКЗ сложена чередующимися пластами калийно-магниевых солей (девять слоев, которые индексируются снизу вверх буквами от Б до К) и

Рис. 2. Геологический разрез ВКСБ (по А.И. Кудряшову):

1 - карбонатные и существенно карбонатные отложения; 2 - рифовые постройки; 3 -преимущественно терригенные отложения; 4 - каменная соль; 5 - калийные и калийно-магниевые соли; 6 - Всеволодо-Вильвенский надвиг; 7-10 - отражающие горизонты: 7 - по подошве соляной толщи (ОГ С). 8 - по кровле терригенной (ОГ Ат) и карбонатной (ОГ Ак) толщ артинского яруса, 9 - по кровле терригенной пачки верейского яруса (ОГ II), 10 - по кровле терригенной пачки тиманского горизонта (ОГ III);, 11-13 - скважины и их номера: 11 –солеразведочные, 12 – нефтяные, 13 - структурные.

 Стратиграфическая схема пермских отложений ВКСБ (по А.И. Петрику) -2

 Стратиграфическая схема пермских отложений ВКСБ (по А.И. Петрику) -3

Рис. 3. Стратиграфическая схема пермских отложений ВКСБ (по А.И. Петрику)


Рис. 4. Стратиграфический разрез калийной залежи Верхнекамского соленосного бассейна

(по А.И. Кудряшову)

1- каменная соль; 2 – карналлитовая порода; 3 – пестрый сильвинит; 4 - красный сильвинит; 5 – полосчатый сильвинит

каменной соли (восемь слоев – от Б-В до И-К). В основании зоны, непосредственно на пласте А, залегает пласт Б.На части площади месторождения карналлитовые породы замещаются пестрыми сильвинитами, которые, в свою очередь, могут замещаться каменной солью.

Средняя мощность СЗ и СКЗ составляет соответственно 17,4 и 53,8 м.

Уфимский ярус нижней перми расчленен на два горизонта - соликамский и шешминский. Нижняя часть cоликамского горизонта - соляно – мергельная толща (СМТ) - благодаря применению гамма - каротажа, разделена на 9 ритмопачек. За верхнюю границу галогенных отложений принято считать кровлю девятой ритмопачки СМТ, где иногда отмечаются маломощные соляные прослои. Нижняя часть СМТ (СМТ1) является региональным водоупором, а вышележащие породы в различной степени обводнены. Верхняя подтолща соликамского горизонта, сложенная известняками, доломитами, песчаниками, отнесена к терригенно-карбонатной толще (ТКТ). Породы ТКТ имеют серый цвет, слоистую текстуру, много трещин. Широко развита в известняках фауна брахиопод и остракод. В верхней части толщи развиты серые, иногда красноватые песчаники, алевролиты, аргиллиты. Мощность соликамского горизонта сильно изменяется, уменьшаясь

на поднятиях и возрастая в прогибах, и составляет в среднем 120 м.

Пестроцветная толща (ПЦТ), относимая к шешминскому горизонту уфимского яруса, сменяет вверх по разрезу отложения соликамского горизонта. Граница между ними проводится по смене плитчатых мергелей пестроцветными обломочными породами, в основном песчаниками. Эти породы имеют красно-бурую, серую, зеленовато-серую окраску. Для пестроцветов характерны проявления окисленных медных руд, изменчивость литологического состава, линзовидное залегание в разpезе. Отложениями шешминского горизонта заканчивается разрез пермских отложений в Верхнекамском соленосном бассейне. Мощность горизонта подвержена сильным колебаниям. На поднятиях пестроцветы отсутствуют, и, наоборот, в прогибах их мощность достигает значительной мощности.

Структурный план соляной толщи ВКСБ согласуется в основных чертах с региональными элементами. Характерным свойством всех пликативных структур соляной толщи является линейная форма в плане и западная вергентность. В кровле соляной залежи прослеживаются поднятия, вытянутые в меридиональном направлении, и смежные с ними прогибы. Наиболее заметным в рельефе соляной кровли поднятием является Камско-Вишерский вал, амплитуда которого по отношению к Камскому прогибу составляет около 350 м. За счет ундуляции шарнира на валу прослеживаются поднятия (Усольское, Пыскорское, Дубровское и др.) в виде цепи брахиантиклинальных структур. Выделяют две зоны региональных сдвигов - Боровицкую и Дуринскую.

В.В. Филатов, Г.Г. Кассин (1989) связывают формирование современной тектонической структуры ВКСБ с активизацией глубинных разломов разного ранга. Блоки и разломные зоны земной коры в районе ВКСБ являются, как это следует из принципа автомодельности, элементами высоких рангов единой иерархической блочно-разломной структуры Уральской складчатой системы. Детальное тектоническое строение бассейна В.В. Филатовым и Г.Г. Кассиным было установлено путем геологической интерпретации результатов высокоточных гравимагнитных съемок масштабов 1: 10000, 1: 25000. В пределах ВКСБ установлено четыре системы разломов: субмеридиональная, субширотная и две диагональные. В физических полях наиболее отчетливо картируется ортогональная система субмеридиональных и субширотных разломов (рис. 5).

Рис. 5. Схема разрывных нарушений Верхнекамского соленосного бассейна (по В.В. Филатову, Г.Г. Кассину):

1- зона Красноуфимского глубинного разлома; 2 – зоны внутриблоковых разломов; 3 – участки повышенной трещиноватости горных пород; 4 – границы Дуринского прогиба и зоны одноименного глубинного разлома; 5 – интенсивные гравитационные аномалии, связанные с локальными прогибаниями кровли солей на площади Дуринского прогиба; 6 – провал на БКПРУ-3; 7 – скважины



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 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.