CC BY
72
СЕМИНАР 3
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
В
© С.А. Константинова, Г.Г. Кассин, С.В. Глебов, 2001
УДК 53.087:531.3:550.3:622.831
С.А. Константинова, Г.Г. Кассин, С.В. Глебов
О ГЕОДИНАМИЧЕСКОМ РАЙОНИРОВАНИИ НЕДР И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ВЕРХНЕКАМСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ
дальнейшем называться геодинамическим полигоном, должно быть выполнено геодинамическое районирование. Этот термин введён И.М. Петуховым и М.Н. Бату-гиной [2] в развиваемом ими в горной науке направлении- «Геодинамика месторождений», практическая значимость которого заключается в решении задач по предотвращению техногенных катастроф, исходя из концепции о том, что большинство негативных событий при подземной разработке полезных ископаемых происходит вблизи геологических нарушений (аномалий).
Исходя из общепринятого положения о том, что среди геологических факторов, определяющих геодинамическое состояние породного массива, доминирующую роль играет его блочная структура, авторы метода геодинамического районирования [2] выделяют блоки различного масштабного уровня, применяя в качестве основного геоморфологический метод.
Нам представляется, что в основе геодинамического районирования на территории ВКМКС должно лежать тектоническое районирование недр и земной поверхности комплексом геолого-геофи-зических методов с применением ГИС-технологий по элементам как разломно-блоковой, так и соляной тектоники.
связи с обострившейся в последние годы проблемой геодинамической безопасности [1] при дальнейшей эксплуатации Верхнекамского месторождения калийных и калийно-магниевых солей
(ВКМКС) параметры очистных и закладочных работ на всех 6-ти действующих рудниках и меры охраны подрабатываемых зданий и сооружений на земной поверхности должны регулярно корректироваться на основе актуальных данных системы геодинамического мониторинга свойств и состояния подработанного и надрабо-танного породного массива, включая надсолевую, солевую и подсо-левую породные толщи.
Цель, роль и задачи системы геодинамического мониторинга геологической среды Верхнекамского региона, а также её структуры сформулированы в [1]. Геодинамический мониторинг должен осуществляться на геодинамическом полигоне. По современным представлениям геодинамический полигон - это участок недр и земной поверхности, на котором осуществляется мониторинг современных движений (при-родных и техногенных) и геофизических полей.
На том участке земной поверхности и недр, который будет в
Если осуществляется геодинамическое районирование участка недр и земной поверхности, на территории которого длительное время ведётся добыча полезных ископаемых, то необходимым элементом районирования является оценка техногенных нагрузок и энергии возмущений, внесённых в геологическую среду, с учётом динамики очистных и закладочных работ [3].
В качестве участка для проведения геодинамического мониторинга породного массива выбран участок в южной части Верхнекамского месторождения, границы которого охватывают горные отводы Первого, Второго и частично Четвёртого Березниковских рудников ОАО «Уралкалий».
Первый Березниковский рудник введён в эксплуатацию в 1954 году, Второй Березниковский - в 1969 г. На территории выбранного участка находятся г. Березники и многочисленные посёлки.
В рамках данной статьи остановимся на результатах тектонического районирования недр и земной поверхности по элементам разломно-блоковой тектоники. Применялся комплекс методов, основными в котором являлись геолого-геофизические методы, а геоморфологический метод использовался как косвенный.
На территории ВКМКС по геофизическим данным [4] выделена сеть разломов, однако к категории глубинных разломов в их классическом понимании (разломов земной коры) относятся меридиональный Красноуфимский и широтный Дуринский, которые отражены также в схеме неотектоники Среднего Урала [5] и интерпретируются как разломы в земной коре. Через участок исследований эти глубинные разломы не проходят.
Следует здесь сказать, что по геофизическим данным поверхность фундамента погружается в пределах Соликамской впадины с
запада на восток от 3,5 км до 6 км. На участке исследований кристаллический фундамент находится на глубине до 4,5 км. Геомеханическими расчётами установлено [3], что при разработке калийных пластов на ВКМКС на глубинах 140^-390 м геодинамическую опасность могут представлять те структуры, которые расположены выше очистного пространства до земной поверхности и ниже - на глубину 300^400 м.
На рис. 1 приведён фрагмент схемы тектонических структур ВКМКС Кассина-Нояксова-
Филатовой [4] для участка исследований, построенной на основе анализа материалов гравиметро-вой съёмки масштаба 1:25000 и аэромагнитной съёмки масштаба 1:10000.
На рис. 2 иллюстрируется картирование геофизическими методами Н.-Зырянского разлома. Изодинамы магнитного поля приведены для высоты полёта, равной 500 м.
По данным [6] в районе Н.-Зырянского разлома уверенно картируются геоморфологические элементы, являющиеся границами морфоструктур I и II порядков.
Полоса, в которой установлены морфоструктуры, сопоставима с полосой геофизических аномалий. Геофизические поля и морфост-руктуры проявляются в зоне разлома фрагментарно, что свидетельствует о сложном строении Н.-Зырянского разлома по простиранию, обусловленном неодинаковой интенсивностью деформационных процессов в геологической среде при формировании разлома.
В трех точках области динамического влияния (ОДВ) Н.-Зырянского разлома установлено повышенное содержание гелия в подземных водах, равное 13, 38 и 24 %, при фоновых значениях от 2 до 5 [7].
Наличие Н.-Зырянского разлома косвенно подтверждается ши-
ротной ориентацией древней долины р. Зырянка [8].
Анализ геологических материалов по скважинам детальной разведки позволил установить, что в области динамического влияния (ОДВ) Н.-Зырянского разлома наблюдаются
• повышенная (до 60 м) мощность четвертичных отложений - скв. 1018, 115С, 195, 78С, 196;
• зеркала скольжения в тер-ригенно-карбонатной толще (ТКТ) - скв. 78С, 79С, 85/1, 195;
• интенсивная трещинова-тость пород ТКТ и соляно-мергельной толщи (СМТ) - скв. 112С, 114С, 115С, 117, 85, 85/1;
• значительные интервалы развития каверн и пустот в мергелях СМТ - скв. 4С, 5С, 34С;
• высокая проницаемость пород СМТ - скв. 195;
• пониженное значение выхода керна в СМТ при бурении скв. 2С, 36С, 113С, 1018, 215С;
• газопроявления в породах соляной толщи при бурении скв. 1018, 85;
• присутствие мергеля с запахом битума в скв. 85/1;
• изменение обычной красной или кирпично-красной окраски сильвинита на розовую и светло-розовую - скв. 4С, 10С, 34С, 40С.
В ОДВ Н.-Зырянского разлома находится южное окончание Бе-резниковского соляного купола [8].
На уровне сегодняшних знаний Н.-Зырянский разлом характеризуется как региональный разлом-сдвиг, отразившийся в строении надсолевого комплекса пород. Известно, что среди всех разновидностей разломов сдвиги и сдвиговые зоны наиболее неустойчивы в различных полях напряжений, что может вызвать повышенную сейсмичность [9]. В этой связи следует сказать, что очаги 3-х сейсмических событий (9.08.95; 18.08.95; 6.09.95) с магнитудой
М=1,6^2,0 вытянулись в субширотном направлении вдоль древней долины р. Зырянки [10], т.е. находятся в ОДВ Н.-Зырянского разлома.
В ОДВ Н.-Зырянского разлома установлены провальные образования суффозионного происхождения на земной поверхности, обусловленные наличием трещин бортового отпора по берегам древней долины р. Зырянки [8].
На рис. 3 приведена карта магнитного поля по северной и южной оконечностям диагонального Косевского разлома (см. рис. 1), причём изодинамы поля приведены при высоте полёта 500 м.
В гравитационном поле Ко-севской разлом выражен преимущественно цепочкой локальных аномалий силы тяжести (рис. 4). Наибольшую по размерам в плане и оконтуренную двумя изодинамами гравитационную аномалию (скв. 198 на рис. 4) можно связать с Дуры-манской мульдой, которая является элементом внешней соляной тектоники. Однако три локальные аномальные зоны, вытянутые в юго-восточном - северо-западном направлении связаны со структурно-лито-логическими неоднородностя-ми, залегающими выше кровли солей, или с линейными плотностны-ми неоднородностями в надсолевой толще, которые интерпретируются как участки повышенной трещино-ватости пород. Обращает на себя вни-
мание концентрация локальных геофизических аномалий в зоне пересечения Косевского разлома с Н.-Зырянским и с диагональным разломом направления «юго-запад - северо-восток». Особенности геофизических полей в области узла пересечения 3-х разломов указывают на интенсивные деструктивные процессы, происходившие в геологической среде и позволяют сделать предположение о её современной активности в этой области.
Анализ данных морфометри-ческих и дистанционных съёмок [6, 12, 13] совместно с геофизиче-
скими данными позволил установить, что
• ОДВ Косевского разлома практически по всей его длине четко сопровождается линеамен-тами разного порядка при доминировании системы северозападного простирания и сгущении линеаментов в зонах пересечения Косевского разлома с другими;
• Косевской разлом находит отчётливое отражение в распределении морфотрещиноватости, особенно в узле пересечения с Н.-Зырянским разломом;
• по кинематическому типу Косевской разлом относится к «сбросо-сдвигам», при этом не исключено, что сдвиговые движения по нему происходили в новейшем этапе развития, включая настоящее время.
В пользу последнего предположения говорят следующие факты.
• На пересечении Н.-Зырянского и Косевского разломов, интерпретируемых как «дизъюнктивные нарушения в пределах верхнепермских и, возможно, нижнепермских отложений» [10], находится эпицентр землетрясения, которое было заре-
Рис. 4. Схема аномалий силы тяжести на участке Косевского разлома
Рис. 3. Карта магнитного поля на участке Косевского разлома
сейсмостанциями Уральского региона, а толчки от которого интенсивностью 4-5 баллов ощущались в различных районах г. Березники.
• В ОДВ Косевского разлома зафиксирован факт порыва водопровода на территории шахтного поля Второго Березниковского рудника.
• Направление Косевского разлома совпадает с направлением перемещения Евроазиатской плиты с северо-запада на юго-восток и с направлением действия максимальных сжимающих напряжений в литосфере Уральского региона [11].
Таким образом, на участке исследований наиболее опасным направлением в геодинамическом плане является направление Ко-севского разлома (северо-запад -юго-восток), а наиболее опасным участком - узел пересечения трёх разнонаправленных разломов на шахтном поле Второго Березниковского рудника.
В качестве геологического подтверждения Косевского разлома как зоны повышенной трещинова-тости пород приведём некоторые данные по скважинам детальной геологической разведки в ОДВ разлома (см. рис. 3 и 4).
• В скв. 125 в пласте маркирующей глины (МГ) на глубине Н = 347-349 м и в подстилающей каменной соли на глубине Н = 373 м отмечены битуминозные породы.
• В скв. 199 в интервале глубин Н = 45-150 м (СМТ) встречаются брекчированный мергель и «мергелистый конгломерат», установлены зеркала скольжения в надсолевой толще, отмечена би-туминозность пород в МГ на глубине Н = 403-405 м.
• В скв. 207 отмечены зеркала скольжения в СМТ на глубине Н = 162-176 м и значительный по мощности интервал разрушенных пород.
гистрировано 09.10.97 г. всеми
Таким образом, в качестве исходной блоковой модели породного массива на участке исследований может быть принята схема, показанная на рис. 1. Все линейные структуры следует интерпретировать как внутриблоковые разломы, кото-
рые контролируют структурно-фациальные неоднородности в осадочном чехле. Вопрос о генезисе и степени активности разломных зон остаётся пока открытым.
По классификации ВНИМИ [2] диагональный Косевской разлом
можно отнести к IV рангу, все остальные на рис. 1 - к V-ому.
Блоковая модель породной толщи на участке исследований должна в дальнейшем уточняться в рамках геодинамического мониторинга геологической среды.
1. Константинова С.А. Цель и задачи системы геодинамического мониторинга геологической среды Верхнекамского региона // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2000. - №8. - с. 134-135.
2. Петухов И.М., Батугин И.М. Геодинамика недр. -М.: Недра. - 1999. - 287 с.
3. Константинова С.А., Чернопазов С.А. Оценка техногенных напряжений и энергии возмущений в области геодинамического опорного давления при разработке пластового калийного месторождения // Геомеханика в горном деле - 2000. - Докл. междунар. конф. 23 мая - 2 июня 2000 г. - Екатеринбург: УрО РАН. - 2000. - с. 180-188.
4. Филатов В.В., Кассин Г.Г., Попов Б.А. Геофизические исследования на Верхнекамском месторождении ка-лийно-магниевых солей // Изв. вузов. Горн. журн. - 1995. -№6. - с. 150-161.
5. Сигов А.П. Основные черты геоморфологии Урала // Материалы по геоморфологии и новейшей тектоники Урала и Поволжья. - Вып. 1. Уфа. - 1962.
6. Структурно-геоморфологические особенности северо-востока Пермской области / Отчёт о НИР. - Руков. Н.В. Введенская. - Пермь: ППИ. - 1989.
7. Карта фактического материала гелиевых исследований / Отчёт о НИР. - Руков. В.Н. Башорин. - Свердловск: Зеленогорская экспедиция, партия №75. - 1974.
8. Роль и соотношение эндогенных, экзогенных и техногенных процессов в негативных явлениях на Верхнекам-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ском месторождении калийно-магниевых солей / Константинова С.А. и др. // Геомеханика в горном деле - 2000. (Докл. междунар. конф. 23 мая - 2 июня 2000 г.) - Екатеринбург: УрО РАН. - 2000. - с. 274-287.
9. Шерман С.И. Разломообразование в литосфере. Зоны сдвига. Новосибирск: Наука. - СО РАН. - 1991.
10. Маловичко А.А., Кустов А.К., Шулаков Д.Ю. Землетрясение в районе Второго Березниковского пруда 9 октября 1997 г. // Горные науки на рубеже XXI века. -Екатеринбург: УрО РАН. - 1998. - с. 165-171.
11. Зубков А.В., Липин Я.И., Гуляев А.К. Напряжённое состояние верхней части земной коры Урала и тектоническое развитие региона // ФТПРПИ. - 1996. - №4. - с. 61-68.
12. Геоиндикационное дешифрирование комплекса материалов дистанционных съёмок Верхнекамского месторождения калийных солей / Отчёт о НИР. - Руков. Ю.А. Левицкий. - Свердловск: Уралгеолком. - 1989.
13. Геологическое доизучение масштаба 1:50000 Верхнекамской площади (ГПД-90) / Отчёт о НИР. - Руков. Т.В. Харитонов, В.В. Оборин. - Пермь: Пермгеолком. - 1992.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
