Опыт применения метода геодинамического районирования при решении геоэкологических задач Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

- © И.М. Батугина, A.C. Батугин, 2014

УДК 622.831:622.502 551.14 550.343.4

И.М. Батугина, A.C. Батугин

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПРИ РЕШЕНИИ ГЕОЭКОДОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Изложены основные положения, нелн и задачи метода геодинамического районирования. Освещены вопросы практического использования геодинамического районирования для обеспечения геобезопасности при освоении недр и земной поверхности и решения геоэкологических задач.

Ключевые слова: геодинамика недр; геодинамическое районирование; тектонически-напряженная зона, горный удар, техногенное землетрясение, окружающая среда.

Проблемы оценки геодинамического состояния массива горных пород при освоении месторождений, недр и земной поверхности уходит корнями в проблему предотвращения и прогноза динамических явлений, имевших место при разработке месторождений. Представление о том, что энергия горного удара зависит не только от энергии упругого сжатия пласта, но и от энергии, протекающей из окружающих его пород, было высказано ещё в 1956 г. И.М. Петуховым [1]. Это представление не было основано на геологических данных, так как в то время в геологической науке шли дискуссии: движутся ли материки, существуют ли современные движения земной коры и т.д. Поэтому горняки пошли своим путем, путем проведения экспериментов в условиях горных выработок. Из всего многообразия работ того времени И.М. Петухов был первым ученым, посвятившим свои исследования раскрытию природы горных ударов, на трудах которого воспитывались горные инженеры России и зарубежных стран. На основе натурных наблюдений было сделано открытие о притоке энергии из окружающих пород при проявлении горных ударов. На основе этого открытия в России была решена проблема предотвращения горных ударов на угольных и рудных месторождениях, за решение которой были присуждены

228

Государственные Премии в 1972 и 1999 гг. В дальнейшем эти представления были использованы при анализе механизмов и составлении тектонофизической модели техногенных землетрясений [2].

С развитием геологических наук, в 1978-1980 гг., появилась возможность привлечь знания наук о Земле для дальнейшего раскрытия природы и механизма динамических явлений. В результате синтеза данных в смежных науках о Земле появился метод геодинамического районирования недр. Этот метод отличался от всех предшествующих методов по оценке природного напряженного состояния горного массива тем, что не был связан с наличием горных выработок и дорогостоящего оборудования. Впервые рельеф земной поверхности предстал для горняков объектом оценки напряженного состояния горного массива путем выявления его естественной блочности, разграниченной подвижными разломами. По высказыванию П.Ё. Капицы, с появлением новых методов исследования открывают новые явления. Это относилось и к методу геодинамического районирования.

Исследования, проведенные методом геодинамического районирования на рудниках Таштагола, СУБРа, Норильска, позволили выявить такие закономерности, о которых раньше и не подозревали. Так оказалось, что все шахтные стволы Таштагольского рудника и часть стволов на Талнахском месторождении заложены в зонах активных разломов. Отсюда стали понятны причины их деформаций. Эти примеры показали, что нужно менять порядок проектирования шахт. Другая закономерность свидетельствует о том, что горные удары на СУБРе приурочены к тектонически-напряженным зонам, что всё Таштагольское месторождение расположено в тектонически-напряженной зоне и поэтому оно удароопасно. Да и само явление тектонически-напряженных зон на шахтном поле было открытием, впервые обнаруженное И.М. Батугиной и И.М. Петуховым [3]. Этот промежуток массива горных пород между двумя фрагментами проявившегося разлома отличается высокой напряженностью, которая должна учитываться при планировании горных работ. Следующая закономерность заключалась в том, что процесс сдвижения горных пород под влиянием горных разработок происходит по ранее намеченной природой программе. Горные работы только ускоряют этот тектонический процесс. Эта закономерность, первоначально установленная для Таштагольского месторождения, отчетливо проявляется на шахте Хуафэн в Китае, где процессы сдвижения, горных

229

ударов и деформаций земной поверхности находятся во взаимосвязи, влияя не только на безопасность ведения горных работ, но и на окружающую среду [4]. Эти выявленные методом геодинамического районирования закономерности подводят нас к тому, что нужно менять процесс проектирования шахт и порядок отработки месторождения с целью обеспечения безопасности их освоения и снижения воздействия на окружающую среду.

Было установлено, что напряженное состояние пород в пределах месторождения зависят от механизма формирования земной коры в районе узла разломов, включающего месторождение; преобладающего вида тектонического напряжения: растяжения, сжатия или сдвига, и его ориентировки относительно месторождения; от геометрии и положения тектонически-напряженных зон; от взаимодействия блочной структуры месторождения. Активизация природного поля напряжений горными работами приводит к возникновению техногенной сейсмичности в горнопромышленных районах и комплексному воздействию на окружающую среду.

Впервые, на основе геодинамического районирования, была оценена удароопасность месторождений. Она зависит от типа геотектонической ситуации, расположения месторождений относительно средней плоскости рельефа, градиента скорости движения земной коры, и крепостью вмещающих пород. Разработана классификация участков земной коры по степени геодинамической опасности.

Было обращено внимание на аварийность трубопроводов (1990), деформацию зданий и сооружений, приуроченных к границам блочных структур, что также указывает на необходимость применения метода геодинамического районирования при проектировании строительных объектов. Методом геодинамического районирования были выявлены опасные участки вновь проектированных систем про-дуктопроводов, что вызвало большой интерес проектировщиков. В дальнейшем метод геодинамического районирования стал широко применяться на региональных территориях, где имеются все виды инженерной деятельности освоения земной поверхности недр [5].

Так, начиная с 1993 г., проводились исследования по оценке геодинамического состояния территории Московской области, в результате чего были построены карты 2, 3, и частично 4 рангов этого района земной поверхности, на основании которых даны рекомендации по отдельным инженерным сооружениям, разработан

230

метод оценки геодинамического риска [6,7]. По заказу Института городского хозяйства были проведены работы по геодинамическому районированию г. Пекина и даны рекомендации по планировке селитебных зон [8].

Работы, выполненные по выбору площадки строительства АЭС «Дальневосточная» показали также перспективность метода геодинамического районирования. Исследования, проведённые в четырёхмесячный срок подтвердили правильность выбора места одного из вариантов строительства «Дальневосточной» АЭС [9].

С 1993 года метод геодинамического районирования стал применяться в Китайской Народной Республике. Впервые этот метод был использован Шеньянским угольным институтом и Фусинским горным институтом на месторождении Бейпяо, опасном по геодинамическим явлениям. Совместно с российскими специалистами на шахтном поле Бейпяо был выявлен активный разлом (Батугин А.С.), зона влияния которого заняла частично поле шахты Тай-ди и поле шахты Гуашан. Данный разлом образует тектонически-напряженную зону и является очагом динамических явлений (выбросов угля, газа и землетрясений) на месторождении Бейпяо. Этот разлом играет контролирующую роль относительно более мелких разрушений и тектонически-напряженных зон региона.

В результате выполненных работ по геодинамическому районированию на нефтяном месторождении Та-ань (Северо-восток Китая) были установлены границы не только крупных блоков, но и мелких, динамическое взаимодействие которых во многом определяет напряженное состояние массива горных пород. Сопоставление выявленных разломов с геологоразведочными данными этого района показала, что ориентировка сейсмоструктур в большинстве случаев совпадает с ориентировкой выявленных разломов. Кроме того, наметилось совпадение куполов, определенных сейсморазведкой и методом геодинамического районирования. Эти исследования дали значительный экономический эффект за счёт снижения числа пробуренных скважин.

Исследования по геодинамическому районированию, проведённые на шахте № 8 месторождения Пинденшань, позволили сделать вывод о том, что градиент тектонических напряжений влияет на местоположение выбросов угля и газа. Кроме того было выявлено, что напряженное состояние пород внутри блоков разных рангов

231

ограничено движением блоков и условиями залегания их границ. На шахте № 10 была выявлена тектонически-напряженная зона длинной около 6-7 км, которая контролирует все мелкие нарушения и тектонически-напряженные зоны. Это подтверждается очагами выбросов угля и газа, а также очагами землетрясений.

Исследования по геодинамическому районированию на карьере Хайджоу, который решено превратить в Горный парк, позволили дать геоэкологическую оценку проектных решений и разработать рекомендации по обеспечению геодинамической безопасности при проведении работ по рекультивации на карьере [10].

За успешное решение задач в области обеспечения геодинамической безопасности получены Премия правительства РФ, Государственная награда Китая, награда от Министерства угольной промышленности и Правительства провинции Ёяонин, работы по применению метода геодинамического районирования получили государственную финансовую поддержку, метод геодинамического районирования нашел отражение в инструктивных документах РФ.

Можно говорить, что к 1995-1998 годам сформировалась новая наука о Земле — Геодинамика недр, наука о взаимодействии природной и техногенной сред. Объектом исследования при этом является любой участок земной коры, подлежащий освоению; аспект иссле-дований-естественное напряжение или геодинамическое состояние участка земной коры, метод исследования- метод геодинамического районирования. В настоящее вопросы геодинамической и геоэкологической безопасности решаются в Центре геодинамики недр МГГУ, созданного на базе Проблемной лаборатории геодинамике месторождений.

Здесь реализуются идеи проведения геодинамического районирования по принципу «от общего к частному». С этой целью составляются карты геодинамического районирования территорий в границах бывшего СССР, Китая, Евразии. Ведутся работы по составлению карты геодинамического районирования территории всего земного шара. Выполнение этих работ позволит с большой надёжностью оценивать геодинамическое состояние земной коры для любой территории, прогнозировать зоны риска, решать геоэкологические задачи в целях устойчивого развития и сохранения среды обитания человека на Земле.

232

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах. — М.: Недра, 1972.

2. Батугин A.C. Тектонофизическая модель горно-тектонического удара с подвижками крыльев тектонических нарушений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. Отд. вып. № 1. С. 252-264.

3. Батугина И.М., Петухов И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектирований и эксплуатации рудников. — М.: Недра, 1988. — 166 с.

4. Цяо Цзяньюн, Батугина И.М., Батугин A.C. и др. Активизация блоков земной коры под влиянием горных работ как фактор геоэкологических нарушений на шахте Хуафэн в Китае / Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — №12. — С. 132-137.

5. Петухов И.М, Батугина И.М. Геодинамика недр. — М.: Недра Коммю-никейшенс, 1999. — 288 с.

6. Алексеев В.К., Батугина И.М., Батугин A.C. Геодинамическое районирование территории Московской области. — СМТ, 2003. — 125 с.

7. Батугин A.C., Батугина И.М., Болотный P.A. К оценке геодинамического риска в мегаполисах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2008. — № 6. — С. 141-143.

8. Син Тао, Батугина И.М. Геодинамическое районирование селитебных зон (на китайском языке). — Пекин, 2010. — 149 с.

9. Петухов И.М., Батугина И.М. Геодинамика недр. — М.: Недра, 1996. — 217 с.

10. Батугин A.C., Батугина И.М., Каплунов Ю.В. Вопросы геодинамической и геоэкологической безопасности при ликвидации горных предприятий / Мониторинг. Наука и технологии. — 2012. — №2. — С. 18-24. вгсге

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Батугин Aндриан Cергеевич — доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected] Батугина Ида Михайловна — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник кафедры «Инженерная защита окружающей среды (ИЗОС)», Московский государственный горный университет, [email protected]

233