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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Техногенная трансформация геологической среды верхнекамского соленосного бассейна

-- [ Страница 3 ] --

К числу важнейших тектонических структур ВКСБ, кроме разломных зон, следует отнести и локальные участки дилатационного разуплотнения среды или участки повышенной трещиноватости – участки деструкции среды. Такие участки распространены повсеместно в надсолевой толще. Породы, слагающие их, обладают пониженной плотностью и пониженными значениями модулей деформации, и поэтому они как отверстия в напряженной среде являются концентраторами напряжений и представляют большую угрозу для целостности водозащитной толщи.

Все более актуальной для безопасной эксплуатации бассейна становится задача прогнозирования мест проявления динамических событий (геодинамическое районирование территории), решение которой становится невозможным без детального изучения тектонического строения ВКСБ Г.Г. Кассина и В.В. Филатова (2001, 2002).

Обоснованность построенной Г.Г. Кассиным и В.В. Филатовым (1995, 2001) структурно-тектонической модели ВКСБ была проверена априори при анализе динамических событий, произошедших в 1986 г. на БКПРУ-3 и в 1995 г. на СКРУ-2. При изучении причин этих событий и структурно-тектонической позиции, в которой находятся шахтные поля, было установлено, что в обоих случаях рудники расположены в пределах узловых структур, представляющих места пересечения или сочленения разноориентированных разломов с наличием трещинной зоны в надсолевой толще.

Проверкой модели стало ее использование и для прогноза динамических событий. Была построена схема геодинамического районирования территории с выделением наиболее активных участков. Одним из таких участков стала внутренняя зона Ново-Зырянского субширотного разлома, расположенного южнее г. Березники. Обоснованность прогноза В.В. Филатова и Г.Г. Кассина (2008) была подтверждена в 1999 г., когда вдоль осевой линии этого разлома в земной поверхности образовалась цепочка провалов земной поверхности глубиной 2-4 м и шириной около метра. Новое событие в 2006 г., проявившееся в прорыве подземных вод в горные выработки БКПРУ-1, произошло в той части разлома, которая была отмечена на схеме как потенциально опасная на проявление какого-либо динамического события.

Негативное влияние на геодинамическую обстановку в регионе оказывает и добыча нефти из подсолевых отложений. Первое месторождение нефти (Бельское) в подсолевых отложениях открыто в 1968 г. В последующие годы были открыты месторождения: Чашкинское, Юрчукское, Уньвинское, Логовское, Сибирское, Боровицкое, Жилинское, Осокинское и имени Архангельского. Промышленные месторождения нефти залегают на глубинах 1700–2300 м в нижне - среднекаменноугольных отложениях и фаменских осадках верхнего девона (см. рис. 2). В настоящее время на территории ВКСБ и вблизи его границ ведется разработка пяти месторождений нефти.

На территории ВКСБ к основным процессам, которые приводят к нарушению устойчивости геологической среды, можно отнести очистную выемку калийных руд, добычу нефти и воды, эксплуатацию шламохранилищ, солеотвалов, работу промышленных предприятий. В процессе более чем 75-летней эксплуатации ВКСБ горным способом в его недрах образовались сотни миллионов кубических метров пустот. В солеотвалах высотой до 100 м скопилось более 300 млн. т твердых отходов, а в шламохранилищах калийных предприятий сосредоточены сотни тысяч кубометров жидких отходов. В пределах Верхнекамского соленосного бассейна из надсолевых водоносных горизонтов ежесуточно откачивается 150 - 200 тыс. м3 подземных вод, а из подсолевых отложений добывается ежегодно несколько миллионов тонн нефти. На площади бассейна расположены три крупных водохранилища, используемых для целей технического водоснабжения. На участках складирования твердых и жидких солеотходов наблюдается засоление почв, подземных и поверхностных вод. На нескольких шахтных полях фиксировались ускоренные оседания земной поверхности. В 1986 г. в результате нарушения сплошности водозащитной толщи (ВЗТ) был затоплен рудник Третьего Березниковского калийного рудоуправления (БКРУ-3).19 октября 2006 г. из-за нарушения целостности водозащитной толщи началось затопление рудника БКРУ-1. Затопление рудников привело к тяжелым не только технико-экономическим, но и геоэкологическим последствиям. Одним из таких последствий явилось образование на месте их затопления провалов земной поверхности, размеры которых к 2009 году достигли соответственно в плане 210 140 м и 446 х 335 м.

В конце прошлого века на территории ВКСБ было зафиксировано три землетрясения, произошедших 25.10.93г. (силой около 3 баллов), 05.01.95 г.(5 баллов) и 09.10.97 г. (3 балла). Наиболее интенсивное землетрясение произошло 5 января 1995 г. в 17 час 46 мин по местному времени в районе г. Соликамска. Оно вызвало одновременные внезапные многочисленные газодинамические явления, обрушения пород кровли горных выработок и разрушение междукамерных целиков в северо-восточной части рудника Второго Соликамского калийного рудоуправления (СКРУ-1) ОАО «Сильвинит» на площади 560 660 м ( с одновременным проседанием земной поверхности на 4,4 м и размерами в плане 670 840 м). Только наличие в кровле водозащитной толщи пластичной глинисто-ангидритовой «шляпы» мощностью 15-20 м спасло от затопления этот рудник и соединенный с ним выработкой соседний (Первый Соликамский).

Аварии на рудниках и многочисленные сейсмические явления дают основание полагать, что различные техногенные воздействия в настоящее время переходят в наступательную, прогрессирующую стадию. Их влияние приобретает комплексный характер, охватывая не только геологическую, но и сопредельные среды (поверхностная гидросфера, атмосфера, биоресурсы, лесной фонд и др.).

Можно констатировать, что устойчивость геологической среды (по В.А. Королеву, 1995), то есть способность противостоять внешним и внутренним возмущениям, сохраняя равновесное состояние, а также структуру и характер функционирования, в значительной мере снижена.

Весьма существенную дополнительную нагрузку на геологическую среду региона оказывает добыча нефти из подсолевых отложений. Кроме того, в случае нежелательного, по нашему мнению, дальнейшего освоения подобными

темпами месторождений нефти, залегающих под кондиционными калийными залежами уникального Верхнекамского соленосного бассейна, значительная часть балансовых запасов калийных солей будет потеряна в предохранительных целиках вокруг скважин на нефть, оставляемых во избежание затопления будущих калийных рудников подземными водами вышележащих водоносных горизонтов через пробуренные стволы.

В Верхнекамском регионе имеются и другие предприятия (кроме акционерных обществ: "Уралкалий", «Сильвинит», «Лукойл-Пермьнефть»), в значительной мере определяющие экологическую и геоэкологическую обстановку: Соликамскбумпром, Соликамский магниевый завод, "Сода", химический завод "Бератон", "Уралхим" (производство азотных удобрений), титано-магниевый комбинат "Ависма", несколько ТЭЦ. Совокупная деятельность всех промышленных предприятий оказала негативное действие на геологическую и сопредельные среды региона. Под воздействием выбросов и стоков предприятий произошло загрязнение атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод. Показатель комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА), который учитывает пять веществ, создающих основную долю в уровне загрязнения, в Березниках в 2003 году был равен 6,3; в 2004 году - 7,4 (а это уже повышенный уровень загрязнения). В 2005 году индекс загрязнения воздуха перевалил за 10,5. В Соликамске по итогам 2006 года этот показатель был равен 8,7, в 2007 году - 14,4 (критическим считается ИЗА, равный 16).На территории г. Соликамска промышленные и бытовые коммунальные отходы занимают большие площади: это солеотвалы и шламохранилища ОАО «Сильвинит» (более 438 га); золоотвал Соликамской ТЭЦ (более 23 га); полигон промышленных отходов магниевого завода (более 20 га); городская свалка - 12 га. Несмотря на снижение в 2006 г. сброса сточных вод и загрязняющих веществ, качество воды на контролируемых участках реки Камы и ее притоков не отвечает нормам для рыбохозяйственных водоемов. Наиболее распространенными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, фенолы, соединения марганца, меди, железа, аммонийный и нитритный азот, трудно окисляемые органические вещества, концентрации которых чаще всего находятся в пределах от 1 до 5 ПДК.

Таким образом, Верхнекамский соленосный бассейн наряду с Кузнецким угольным бассейном относится к числу регионов России, характеризующихся аномально высоким уровнем техногенной нагрузки на геологическую среду.

Во избежание затопления оставшихся рудников, необходимо тщательно изучать геологическое строение подготавливаемых к отработке участков калийного месторождения. В 2007 г. нами были завершены работы по геологическому доизучению северо-западной части Дурыманского участка (шахтное поле БКРУ-2) на площади 4,3 х 2,5 км. Доизучение осуществлялось проходкой разведочных

штреков по промышленному сильвинитовому пласту АБ в пределах 10, 14 и 18 западных панелей. Эти выработки были пройдены в широтном направлении до западной технической границы шахтного поля БКРУ-2 (рис. 6).

Из разведочных штреков было пробурено 26 геологоразведочных и 7 инженерно-геологических скважин. По данным шахтных электроразведочных работ выделены несколько интервалов горных выработок с аномальными особенностями строения водозащитной толщи (ВЗТ). Выделенные электроразведкой аномальные участки детализированы шахтной сейсморазведкой. Большая часть электроразведочных аномалий коррелируется с аномальными участками строения ВЗТ, выделенными по результатам работ шахтной сейсморазведки. На участке доизучения отмечается общая тенденция поднятия промышленных пластов с востока на запад. Поднятие сопровождается мелкоамплитудными складками (рис. 7). Мощность водозащитной толщи (ВЗТ) на плошади участка колеблется, по данным бурения с поверхности разведочных скважин, от 91,5 до 106,0 м.

Рис. 6. Расположение аномальных зон в строении водозащитной толщи

в северо-западной части шахтного поля БКРУ-2

.


Рис. 7. Геологический разрез 18 панели северо-западной

части шахтного поля БКРУ-2

Установлено, что переходная зона соляно-мергельной толщи (ВЗТ3), в пределах отрицательных форм соляного рельефа (мульд, прогибов), представлена чередованием пластов глин (мергеля) и каменной соли (ритмопачками). Над положительными формами (антиклиналями, куполами) переходная зона отсутствует (пласты соли выщелочены подземными водами). В местах

выклинивания ритмопачек (выхода их на «соляное зеркало») при оседании подработанного массива горных пород возникающие трещины расслоения заполняются находящимся здесь рассолом. В случае продвигания границы очистной выемки от таких мест к участкам с большим числом соляных ритмов

происходит медленное продвижение рассолов вдоль слоистости (п. 3.3.10. Методических рекомендаций к Указаниям по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей. Санкт-Петербургское представительство Горного института УрО РАН, 2008).

На основании результатов проведенных исследований выполнено районирование северо-западной части шахтного поля БКРУ-2 по условиям гидрогеологической защищенности кровли водозащитной толщи и разработаны рекомендации по порядку и параметрам отработки продуктивных пластов калийной залежи. Наличие одной ритмопачки на западе и четырех на востоке в верхней части ВЗТ (ВЗТ3) свидетельствует о возможности фильтрации рассолов по контакту «глина (мергель) – каменная соль» по падению пласта (на восток) при развитии очистных работ в восточном направлении. В северо-западной части шахтного поля БКРУ-2 развитие очистных работ целесообразно осуществлять, таким образом, с востока на запад. В противном случае в геомеханических расчетах должна выделяться часть разреза ВЗТ3, подлежащая исключению из водозащитной толщи (2-4 ритмопачки).

В соляной залежи, наряду с поднятиями и прогибами, необходимо картировать разрывные тектонические структуры с последующим прогнозом возможных осложнений при пересечении их горными выработками.

В центре площади доизучения нами вскрыты локальные проявления выделенного здесь (Джиноридзе,1999) Зырянского сдвига - зона замещения промышленных сильвинитовых пластов каменной солью, зона сильвинитизации карналлитов пласта В, две антиклинальные складки с амплитудой 9 м. Со сдвигом генетически связан и проявленный на земной поверхности линеамент северо-западного простирания (см. рис. 6). Наличие сдвига подтверждается результатами подземных сейсморазведочных работ на 18 западном разведочном штреке, где выявлены несколько локальных участков, на которых в районе пластов от Г до Е возможно снижение механической прочности пород в 1,5 раза. Галитизация сильвинитов и сильвинитизация карналлитов на северо-западе шахтного поля БКРУ-2 происходила, вероятно, при условии наличия восстающей на северо-восток проницаемой зоны и градиента давления, обусловливающего активный вынос вещества (газово-жидкой фазы) снизу вверх.

Галитизация сильвинитов и сильвинитизация карналлитов в условиях выноса вещества привела к сокращению объемов пород разреза ВЗТ1. Мощность пласта В в зоне сильвинитизации карналлита, например, уменьшилась более чем в два раза. Если в скважинах № 8П,9П и 10П мощность карналлитового пласта В достигала 5,25 - 6,93 м, то в скважинах № 5П и 6П мощность сильвинитов пласта В уменьшалась соответственно до 2,71 и 2,60 м, Последующая их литификация под воздействием геостатического давления сформировала мульду оседания как в водозащитной толще, так и в надсоляной толще с развитием деформаций в ее краевой части и образованием Абрамовского лога на земной поверхности (см. рис. 6). Дислокации вторичного уплотнения пород обычно представлены субвертикальными разрывами со следами перемещений по всему разрезу. Разрывные дислокации вторичного уплотнения соляных пород в настоящее время обнаружены на участках, расположенных к западу от крупных зон разубоживания в пределах рудников СКПРУ-2, в районе скважин 130-131, СКПРУ-3 (4 –я панель), БКПРУ-4 (опытная панель).

После фильтрации растворов восходящим потоком в карналлитовой части разреза в районе западных частей 10 и 14 западных панелей сформировались трещины, заполненные свободными газами – метаном и водородом, которые высвобождались при термодинамометаморфизме карналлитовых пород, предшествовавшем их сильвинитизации.

В процессе доизучения подготавливаемого к отработке Усть-Яйвинского участка, в месте предполагаемого нарушения водозащитной толщи Соликамским надвигом, нами была пробурена скважина № 1106. В процессе бурения скважины в переходной зоне соляно-мергельной толщи (верхняя часть ВЗТ) вскрыты прямые признаки тектонического нарушения: гранулированная и плитчатая каменная соль, тектоническая брекчия. Наиболее интересным был факт обнаружения в этой зоне синего галита, говорящий, по нашему мнению, о наличии здесь в геологическом прошлом сквозной проницаемой зоны, по которой осуществлялась миграция снизу растворенных калийных, калийно-магниевых и натриевых солей. В результате было установлено как само наличие, так и положение тектонического нарушения в водозащитной толще, для охраны которой здесь будут предусмотрены соответствующие параметры отработки и тем самым повышена безопасность ведения горных работ.

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).

Целью мониторинга геологической, а также сопредельных сред является установление тенденций их развития на основе регистрации и анализа отклонений их параметров и принятие управленческих решений по предотвращению негативных процессов. Эта цель достигается за счет предварительного определения параметров фонового состояния окружающей среды, любые их отклонения выявляются немедленно.

В ближайшие годы начнется отработка Усть-Яйвинского участка ВКСБ, для которого нами было проведено определение фонового состояния геологической и сопредельных сред (рис. 8).

Участок расположен на территории г. Березники и Усольского района Пермского края. Водные объекты представлены р. Камой (Камское водохранилище) и ее левобережными притоками – реками Яйвой и Ленвой, питаемыми многочисленными ручьями. Основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения в районе являются подземные воды, приуроченные к терригенно-карбонатным отложениям уфимского яруса. Для технических нужд используются воды р. Камы и ее притоков.

По результатам детальной разведки (Квиткин, 1991) определено состояние геологической среды и строение калийных пластов, наличие аномальных зон в водозащитной толще, оценены гидрогеологические условия разработки на планируемых к отработке участках нового шахтного поля. На территории участка пробурено 86 скважин: структурных - 7; разведочных - 69; гидронаблюдательных (для нужд БКПРУ-3) - 4; водозаборных - 3; гидрогеологических - 7, контрольно - стволовых - 3. Кроме того, на территории участка в разные годы выполнялись геофизические работы методами грави -, электро-, магнитометрии и сейсморазведки в профильном и площадном вариантах различных масштабов. К настоящему моменту выполнено

Рис. 8. Схема расположения пунктов определения фонового состояния геологической и сопредельных сред на Усть-Яйвинском участке ВКМКС

геологическое доизучение Усть-Яйвинского участка бурением структурных и разведочных скважин.

В пределах участка развиты нижнепермские отложения, залегающие в нормальной стратиграфической последовательности. На фоне относительно спокойного залегания пород на участке местами в них наблюдаются внутриформационные складки различных порядков. Пликативными дислокациями затронуты соляные пласты преимущественно в центральной части участка. Внутрисоляная тектоника характеризуется преимущественно складками второго порядка и лишь на площадях, где деформациям подверглись серии пластов, высота складок достигает 10 – 15 м.

Зоны замещения сильвинита каменной солью располагаются в основном на севере и северо-востоке Усть-Яйвинского участка (рис. 9). Их площади по отношению к общей площади участка составляют: в пласте КрIIIа-б - 4,1%, в пласте КрII – 1,2%, в пласте АБ – 0,1%. Гидрогеологические условия разработки оцениваются как сложные в связи с развитием в надсолевых отложениях ряда гидравлически связанных между собой и поверхностными водами водоносных горизонтов, в связи с чем необходима разработка мероприятий по предотвращению затопления будущего рудника.



Pages:     | 1 | 2 || 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.