CC BY
46
УДК 556.3.01:662.012
ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНОСТИ УЧАСТКА «ЛЕВОБЕРЕЖНЫЙ» ДЛЯ ЗАХОРОНЕНИЯ ДРЕНАЖНЫХ РАССОЛОВ ТРУБКИ «УДАЧНОЙ»
© А.В. Дроздов1
Институт Якутнипроалмаз, АК «АЛРОСА», 678170, Россия, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, ул. Ленина, 39.
Рассмотрены структурно-тектонические, криогидрогеологические условия участка «Левобережный» для захоронения дренажных рассолов месторождения трубки «Удачной». По результатам поисковых работ и выполненного численного моделирования произведена прогнозная оценка полезной емкости многолетнемерзлых пород и продолжительности эксплуатации полигона закачки сточных вод.
Библиогр. 4 назв. Ил. 4. Табл. 3.
Ключевые слова: дренажные рассолы; тектонические структуры; многолетнемерзлые породы; моделирование; закачка.
EVALUATION OF "LEVOBEREZHNY" SITE PERSPECTIVE FOR BURYING DRAINAGE BRINES OF PIPE "UDACHNAYA"
A.V. Drozdov
Institute of Yakutniproalmaz AC—AROSA", 678170, Russia, Republic of Sakha (Yakutia), Mirniy, Lenina st., 39.
The paper considers tectonic-structural, cryo and hydrological conditions of —Lvoberezhny" site applicable for burying drainage brines of -Udachnaya" pipe. The results of prospecting and numerical simulation were taken into account in forecast evaluation of useful capacity of permafrost rocks and operation time of effluent water pumping.
4 references. 4 figures. 3 tables.
Key words: drainage brines; tectonic structures; permafrost rocks; simulation; pumping.
Отработка глубоких горизонтов алмазных месторождений в Западной Якутии связана с поступлением хлоридных (кальциевых или натриевых) рассолов в открытые и подземные горные выработки [1]. Возможность использования криогео-логических структур и подмерзлотных водоносных горизонтов для удаления дренажных вод зависит от региональных мерзлотно-гидрогеологических условий, определяющих закрытость геологической структуры, характера обмена подземных и поверхностных вод, фильтрационно-емкостных свойств выбранных интервалов криолитозоны, а также мощности и проницаемости пород перекрывающего мерзлого экрана. В Удачнинском ГОКе АК «АЛРОСА» уже более 25 лет осуществляется захоронение дренажных рас-
солов в толще многолетнемерзлых пород (ММП), обладающих высокими поглощающими способностями, на благоприятных участках, приуроченных к зонам тектонических нарушений [2, 3]. При отработке трубки «Удачной» в условиях обводнения уже использовано два полигона захоронения (Октябрьский и Киенгский). В настоящее время проектируется третий участок («Левобережный») для удаления дренажных рассолов в благоприятные криогенные структуры. В то же время на перспективу существует необходимость объективной оценки вновь вводимых геологических объектов крио-литозоны, в которые можно закачивать минерализованные стоки горных предприятий без ущерба для окружающей среды региона.
:Дроздов Александр Викторович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией горно-геологических проблем разработки месторождений, тел.: 8(41136) 92038, факс: (41136) 31992, e-mail: [email protected]
Drozdov Alexander, Candidate of geologo-mineralog^d sciences, shief laboratory mining and geological problems mining developments, tel.: 8(41136) 92038, fax: (41136) 31992, e-mail: [email protected]
В период 1985-2001 гг. закачка дренажных вод карьера «Удачный» выполнялась на полигоне «Октябрьский», на котором было захоронено 10,6 млн м (рис. 1). В период 2001-2012 гг. дренажные воды карьера и рудника захороня-ются на полигоне «Киенгский» в объемах от 700 до 1764 тыс. м в год. По состоянию на 01.11.2012 г. на данном объекте сброшено 12,1 млн м минерализованных стоков в ММП. Геологоразведочные работы по поиску перспективных структур для закачки дренажных вод карьера «Удачный» выполнялись Амакинской и Мирнинской экспедициями в 80-е годы на прилегающих к месторождению площадях. Одним из перспективных участков по расположению и развитию инфраструктуры Удачнинско-го ГОКа является «Левобережный», расположенный северо-восточнее карьера на левом берегу р. Далдын между ручьями Улахан-Бысыттах и Орто-Бысыттах.
В пределах этого участка пройдено 16 скважин глубиной 280-350 м. Нижние интервалы разреза (абс. отм. от +260
до +97 м) представлены отложениями
2000 т
1800-
мархинской свиты с четко прослеживающимся здесь пластом глинистых доломитов. К этой толще пород приурочены максимальные показатели водоприеми-стости скважин (до 52 м3/ч). В процессе проведения опытно-фильтрационных работ отмечены основные поглощающие коллекторы на глубинах 245-259 м (абс. отм. от +216,6 до +202,6 м). В соответствии с условиями получения лицензии для недропользования и требованиями по оценке участка «Левобережный» для строительства и эксплуатации полигона закачки дренажных вод необходимо выполнить оценку граничных условий и фильтрационно-емкостных свойств пород мерзлого массива, в т.ч. по результатам выполненных пробных и кустовых наливов.
Криогидрогеологические и
структурно-тектонические условия. В
структурном отношении район месторождения приурочен к области сочленения Анабарской антеклизы и Тунгусской синеклизы и имеет двухярусное строение с венд-позднепалеозойским и позднепа-
г 400
Рис. 1. Изменения элементов баланса системы осушения и захоронения дренажных вод карьера «Удачный»: график объема дренажных вод и гистограмма степени минерализации
леозой-раннемезозойским ярусами. Первый ярус сложен образованиями карбонатной формации, частично соленосной в среднем кембрии. Верхний структурный ярус залегает несогласно и представлен терригенными и вулканогенными образованиями верхнего палеозоя-нижнего мезозоя. По данным региональных исследований глубина залегания кристаллического фундамента составляет 2,4-3,1 км с характерным блоковым строением, обусловленным зонами разломов субмеридионального и субширотного направлений. На рассматриваемой территории широко развиты субширотные разломы, контролирующие кимберлитовый магматизм. Наиболее насыщено кимберлитовыми трубками северо-восточное (приподнятое) крыло Далдынской флексуры. Трубка «Удачная» расположена в «опущенном» крыле этой структуры в зоне субширотного разлома.
Многочисленные дизъюнктивные нарушения, установленные в верхних горизонтах осадочного чехла, нередко связаны с проявлениями траппового магматизма, который контролируется в районе Вилюйско-Котуйской региональной зоной глубинных разломов, протянувшейся на сотни километров. Северо-западные разломы этой зоны прослеживаются в виде широкой полосы прерывистых даек траппов среднепалеозойского возраста. Выделяется несколько ветвей спаренных или строенных даек. Особое положение занимает Октябрьский разлом, выделенный сейсморазведкой по вертикальному смещению (100-150 м) отражающего горизонта КВ в нижней части осадочного чехла. На дневной поверхности тектоническая зона маркируется проявлением выдержанных крутопадающих даек доле-ритов.
Согласно схеме районирования и в соответствии с геоструктурными и стра-тиграфо-литологическими признаками территория месторождения относится к Далдыно-Мархинскому криогидрогеоло-гическому резервуару (КГГР), находящемуся в зоне сочленения Оленекского и Верхневилюйского криоартезианских
бассейнов [1]. В юго-западном направлении от трубки «Удачной» выделяется «полосообразная» геологическая структура (Далдынская флексура) с повышенными (на 1-2 порядка) значениями коэффициента водопроницаемости интервалов средне- и нижнекембрийского водоносных комплексов (СВК и НВК). Ее ширина достигает 5 км. Морфология этой структуры изучена по нескольким верхним горизонтам. Структура асимметрична: северо-восточное крыло приподнято и более пологое, юго-западное - более крутое. По осевой части Далдынской флексуры проходит гребневая часть рифового барьерного пояса.
Осушение месторождения потребовало анализа граничных условий, фильтрационных схем и оценки необходимых параметров водоносных комплексов. Для расчета прогнозных водопритоков в горные выработки произведено микрорайонирование с уточнением границ областей фильтрации и корректировкой фильтрационных свойств водоносных комплексов. Кимберлитовая трубка рассматривалась как «гидрогеологическое окно», через которое осуществляется прямая гидравлическая связь водоносных комплексов с карьером. Таким образом, гидродинамическая область фильтрации (с трубкой «Удачной» в центре) с юго-запада ограничена непроницаемой зоной Октябрьского разлома и состоит из трех фильтрационных зон, которые обладают различными параметрами. Поэтому на микрогидрогеологическом уровне (район месторождения) для определенных целей и задач производится районирование природных криогидрогеологических систем с позиций генезиса отложений в определенных структурных этажах осадочного чехла.
Таким образом, криогидрогеологи-ческие условия района отличаются большой сложностью и своеобразием. К числу факторов, сыгравших основную роль в формировании коллекторов подземных вод, относятся:
- наличие древнего осадочного чехла, включающего преимущественно пере-
слаивание карбонатных и глинистых разновидностей отложений, а также пояса и структуры рифогенных образований;
-значительные фациальные замещения разных типов пород осадочных толщ;
-существование многоактного ким-берлитового и траппового магматизма;
-развитие региональных и локальных зон тектонических нарушений разного уровня заложения;
-влияние длительного многофазного и разнонаправленного криогенного этапа развития региона с образованием мощной толщи криолитозоны (до 1500 м) и изменением режима подземной и поверхностной гидросфер.
В соответствии с известной схемой, устанавливающей взаимоотношение подземных вод и ММП [4], подземные воды района разделены на следующие типы: над-, меж- и подмерзлотные. Поэтому характеристика криогидрогео-логических условий основана на данном принципе стратификации водовмещаю-щих пород.
Территория района входит в состав северной геокриологической зоны, которой свойственны сплошное распростра-
нение ММП, непрерывность криогенной толщи, значительная ее мощность и высокие значения отрицательных температур (до -16°С) [1]. Основной чертой климата региона является резкая континен-тальность с температурным диапазоном выше 100°С. Низкая среднегодовая температура воздуха и отрицательный годовой радиационный баланс (-0,5...-2,0 ккал/см2 мес.) благоприятствуют сохранению, а также локальному преобразованию температурных полей мерзлых массивов. Температурный режим мерзлой толщи имеет прямую связь с температурой земной поверхности и формируется под воздействием климатических, ландшафтных, геоморфологических и других факторов. При этом температура горных пород от водоразделов к долинам постепенно понижается.
Криогенная толща района месторождения имеет трехъярусное строение (табл. 1). Верхний ярус слагают ММП, содержащие воду в виде льда, заполняющего поры, каверны, трещины. Нижний ярус состоит из охлажденных пород, пустоты которых заполнены солеными водами и рассолами с отрицательной температурой - криопэгами. Промежуточное значение занимает ярус мороз-
Таблица 1
Строение криолитозоны района трубки «Удачной» с характеристикой газовой составляющей
Название толщи (мощность, м) Состояние распространенных газов Тип газов по составу Второстепенные компоненты
Верхняя часть литосферы Ярус (по СМ. Фо-тиеву [1971]) Водоносная
Криолитозона (720 - 1050) Мерзлых пород (60250), встречаются охлажденные (5-10) Встречается межмерзлотная (5-10) Свободный, сорбированный, газогидраты Углекисло-азотные СН4, H2S
Морозных пород (10-50) Отсутствует Свободный, газогидраты, сорбированный Углекисло-азотные СН4, H2S
Охлажде нных пород (430-650) Верхнекембрийский комплекс Растворенный, сорбированный Азотно- углеводородные СО2, Не, ТУ
Газогидраты, сорбированный Углеводородные ТУ, СО2, Н2, Не
Средне-кембрийский комплекс Растворенный, сорбированный Углеводородные ТУ, СО2, Н2, Не
Примечание. ТУ - тяжелые углеводороды.
ных пород. В то же время некоторыми скважинами в толще ММП зафиксированы реликтовые линзы межмерзлотного типа соленых вод и рассолов [1, 2]. Мощность верхнего яруса криолитозоны (ММП) в районе изменяется от 90 до 700 м и зависит преимущественно от рельефа и структурно-тектонических особенностей горных массивов.
В районе трубки «Удачной» на сравнительно небольшой площади температура горных пород была измерена в десятках скважин глубиной 500-900 м. Полученные данные свидетельствуют о значительной изменчивости теплового поля. Установлено, что самую высокую (от -2,9 до -3,8°С) среднегодовую температуру имеют осадочные толщи на юго-восточном фланге месторождения. До глубины 200 м фиксируется безградиентная зона. Ниже по разрезу температура пород повышается с геотермическим градиентом 0,6-0,9°С/100 м. На северозападном фланге месторождения среднегодовая температура пород достигает -4,3°С, а величина геотермического градиента не превышает 0,8-0,6°С/100 м. Наиболее низкая (-6,0...-8,8°С) температура пород зафиксирована к северо-западу от трубки на надпойменной террасе р. Далдын при среднем значении геотермического градиента в стволах скважин 1°С/100 м [l].
В 2012 г. на участке «Левобережный» проведены геотермические наблюдения по ряду гидрогеологических скважин для снятия естественного температурного «фона» в ярусе ММП, которые выявили его схожесть с другими участками для закачки дренажных рассолов. Следует подчеркнуть, что анализ результатов режимных геотермических исследований на полигонах «Октябрьский» и «Киенгский» показал, что в разрезе температурного поля по эксплуатационным скважинам можно выделить три геотермические зоны в ММП (рис. 2). Температурный режим первой зоны формируется под влиянием поверхностных условий и показывает их специфику или степень нарушенности. Вторая зона имеет
стабильное температурное поле, и в ходе эксплуатации полигона дренажные воды в данную зону не должны поступить. Температурный режим третьей зоны зависит от динамики сброса рассолов, поэтому по ее температурным данным должна производиться корректировка эксплуатации всей системы захоронения. Таким образом, температура, которая является одной из количественных характеристик криогенной толщи, в данном случае может служить критерием для оценки воздействия на геологическую среду сбрасываемых дренажных вод. Изменение температуры мерзлых пород в сторону положительных значений можно считать тепловым воздействием на криогенные толщи. Поэтому температурный критерий следует принимать как один из показателей при разработке мероприятий по минимизации негативных воздействий подземного захоронения минерализованных вод на земные недра и окружающую природную среду.
Рис. 2. Кривые изменения температуры с глубиной и зональность яруса ММП на полигонах захоронения промстоков Удачнинского ГОКа
Криогенное строение осадочных пород участка «Левобережный» изучено по керну скважин глубиной 280-300 м. Установлено, что зоны дробления осадочного чехла отличаются интенсивной трещиноватостью и связанной с ней льдистостью. Породы в них местами превращены в щебень и сцементированы льдом. В приповерхностных интервалах отмечаются расширенные трещинные, трещинно-жильные и базальные криогенные текстуры. Ниже по разрезу осадочные толщи разбиты вертикальными и наклонными трещинами шириной от 0,5 до 12,0 см. Лед в трещинах чистый, прозрачный. В его массе заключены обломки пород. Трещины напластования зафиксированы только в глинистых известняках и мергелях. Влажность глинистых известняков составляет 6-14%. Объемная льдистость пород на участке изменяется по разрезу от 20 до 2-3%. В ряде случаев скважинами вскрыты пачки монолитных крепких известняков и доломитов мощностью 2-5 м. Пленки льда визуально видны только на сколе образцов.
В районе месторождения надмерз-лотные воды представлены водами се-зонно-талого слоя, водами гидрогенных подрусловых и подозерных таликов. Подмерзлотные воды представлены четырьмя водоносными комплексами, выделенными в соответствии с принципами гидрогеологической стратификации: верхне-, средне-, нижнекембрийским и верхнепротерозойским. Кроме этого, выделяются обводненные зоны кимберлитов и траппов, которые ввиду особенностей морфологии магматических тел характеризуются локальным распространением. Подмерзлотный верхнекембрийский водоносный комплекс (ВВК) приурочен к отложениям мархинской и моркокинской свит и представлен переслаиванием мергелей, глинистых известняков, доломитов. Кровлей комплекса являются морозные породы, залегающие на отметках от +99,5 до +183,8 м. Подошва водоносной толщи совпадает с подошвой первой пачки мархинской сви-
ты, залегающей на отметках от -175 до -265 м. Мощность комплекса составляет в среднем 370 м, суммарная эффективная мощность пластов-коллекторов достигает 52,0 м, что составляет около 10-15% мощности свиты. Характерной отличительной особенностью подмерзлотного горизонта является его малая водообиль-ность и весьма низкие фильтрационные параметры: водопроводимость изменяется от 0,0003 до 0,03 м /сут, проницаемость 0,011-0,5 мД, открытая пористость пород не превышает 7-14%. Подземные воды ВВК обладают незначительными напорами над кровлей, а естественный пьезометрический уровень устанавливается на отметках от +169,0 до + 207,5 м. ВВК вскрыт и существенно сдренирован карьером «Удачный».
В процессе проведения буровых работ на участке «Левобережный» отмечались тектонические элементы, проявляющиеся в наличии маломощных (до 1-2 м) зон дробления, секущей открытой трещиноватости отложений. Повышенная частота встречаемости указанных показателей отмечается до глубины +210 абс. м. На нижних горизонтах наибольшим развитием пользуются межслоевая трещиноватость и слоистость. В керне по скважинам встречались трещины с зеркалами скольжения на их плоскостях. На участке захоронения зоны поглощений ниже эрозионного среза приурочены большей частью к крепким плотным известнякам или доломитизированным известнякам. Эти породы, кроме крупных трещин, содержат и открытые пустоты. По всей вероятности, немалую роль в поглощении играют и межслоевые трещины.
В процессе опытно-фильтрационных работ на участке «Левобережный» в периоды 1989-1991 и 2011-2012 гг. проведены 21 пробный и 3 кустовых налива в 16 скважин, при этом закачано свыше 12 тыс. м3 дренажных рассолов. Пробные наливы осуществлялись из автоцистерн (рис. 3), а опытные кустовые наливы выполнялись через накопительные емкости. При проведении наливов
фиксировалась плотность закачиваемых рассолов, продолжительность налива, проводились замеры уровней воды в наблюдательных скважинах, определялась приемистость скважины. Контроль за уровнями выполнялся постоянно при помощи автономных манометров-термометров АМТ. Одновременно с наливами рассолов проводилась расхо-дометрия, по результатам которой выделялись интервалы поглощений в стволах скважин.
Рис. 3. Пробный налив на участке «Левобережный» с использованием автотранспорта
По результатам выполненных гидрогеологических исследований установлено, что минимальное значение коэффициента водоприемистости на участке составляет 1,95 м /ч-МПа. Однако криогид-рогеологическая среда толщи ММП является благоприятной для захоронения дренажных рассолов, при этом экспериментально доказано: чем продолжительнее проводится закачка, тем больше устанав-
Результаты наливов
ливается коэффициент приемистости скважины. К примеру, в скважине № 212л были проведены пробный и кустовой наливы. При пробном наливе с продолжительностью 1 сутки коэффициент приемистости соответствовал 18,19 м /час-МПа, а при опытном кустовом наливе с продолжительностью 20 суток на I ступени (10 суток) коэффициент приемистости составил 28,66, на II ступени он увеличился до 57,17 м/ч-МПа (табл. 2). Коэффициент фильтрации по результатам расчетов на «Левобережном» участке изменяется в пределах от 10 до 174 м/сут., а коэффициент водопроводимости - от 15 до 350
м2/сут.
Водоприемистость эксплуатационных скважин в условиях ММП является величиной переменной. Во время пробных наливов в скважины из-за ограниченной возможности использования больших объемов рассолов в основном не удается оценить максимальные показатели их поглощающей способности. В начальный момент сброса рассолов в ММП их отток идет по уже существующему свободному, главным образом, трещинному коллектору. Далее, по мере плавления ледового заполнителя трещин, появляются новые пути фильтрации. В большинстве случаев приемистость скважин возрастает в 2-3 раза. Такое же увеличение приемистости отмечено как на Октябрьском, так и на Киенгском полигонах [2]. На данных полигонах средний коэффициент приемистости соответствует 53-54 м /ч*МПа.
Таблица 2
)лов в скважину 212л
Характеристика налива Пробный Кустовой налив
налив I ступень II ступень
Продолжительность налива, сут. 1 20
10 10
Глубина до воды в скважине, м - 298
Плотность рассола, г/см 1,25 1,236 1,243
Температура рассола, ° С 9,5 6
Глубина динамиче- - на начало налива - 243 251,75 251,6
ского уровня, м на конец налива 250,17 251,75 267
Повышение УПВ, м 50-57 46,25 31-46,4
Коэффициент приемистости, м3/ч*МПа 18,19 28,66 57,17
Подошва коллектора по расходометрии, м 254
Фильтрационно-емкостные свойства ММП на полигонах закачки по сравнению с начальными этапами освоения скважин увеличиваются (см. табл. 2). Это объясняется тем, что происходит плавление ледового заполнителя под воздействием сбрасываемых рассолов. Таким образом, ММП как среда для захоронения минерализованных стоков может изменять под воздействием рассолов свои поглощающие, емкостные и прочностные показатели. Некоторые проницаемые интервалы коллекторов на начальных этапах проработки не проявляются, так как вероятнее всего оказались закольматированы при бурении продуктами разрушения пород и льдом. При пробных наливах часть трещинных коллекторов открывается и становится местом проникновения жидкости в ММП [2, 3].
Гидродинамическая модель для участка «Левобережный» построена с учетом ранее разработанных моделей для Киенгского и Октябрьского полигонов закачки и данных гидрогеологических исследований. Для этого использовалось численное моделирование пространственных задач геофильтрации методом конечных разностей по программе «MODFLOW», входящей в лицензионный пакет GMS. Данная программа требует представления непрерывной области фильтрации в виде сеточной области. В плане область фильтрации должна быть разбита на прямоугольные блоки ортогональной сетки.
Для детального моделирования принята область, в центральной части которой расположен участок «Левобережный». Участок моделирования размером по оси х 13 км (с запада на восток) и 12 км (с севера на юг) разбит в плане по оси у на квадратные блоки размером Дх=Ду=100 м. Таким образом, общее число блоков сеточной области составляет 46800.
Профильное строение рассматриваемого участка на модели (в соответствии с зональностью фильтрационных свойств ММП в разрезе и необходимо-
стью учета ВВК) представлено тремя слоями:
- верхний слой отражает интервал ММП от поверхности земли до абс. отм. +190 м;
- средний слой - интервал ММП с абс. отм. от +190 до +115 м;
- нижний слой - интервал ММП с абс. отм. от +115 до +95 м, к которым приурочен ВВК.
До начала захоронения рассолов ММП не содержали жидкую фазу в тре-щинно-поровом пространстве. С этой точки зрения процесс захоронения рассолов подобен фильтрации в «сухой грунт» с присущим ему фронтом продвижения границы раздела между «сухим» и насыщенным грунтом. В связи с этим, вместо начальных условий для напоров в верхнем и среднем слоях модели задавался признак «сухих» блоков. В дальнейшем при моделировании такие блоки могут «замачиваться» при появлении напоров в соседних блоках выше отметок подошвы слоя. Такая возможность «осушения - замачивания» реализована в программном обеспечении. В нижнем слое (ВВК) задано начальное условие #0=110-165 м в зависимости от рельефа. На внешних границах слоев граничные условия не задавались. Эксплуатационные скважины полигонов захоронения моделировались как граничное условие 2-го рода (задан расход закачки) на период с 2013 по 2020 г. Влияние ручьев и инфильтрации на образующийся техногенный горизонт не учитывается, т.к. полигон расположен в области распространения ММП.
При выборе фильтрационных параметров учитывались структурно-тектонические условия участка, определенные по наливам фильтрационно-емкостные параметры ММП, данные расчетных параметров по Киенгскому и Октябрьскому полигонам. В нижнем слое (ВВК) коэффициент фильтрации принят 1,2х10-5м/сут., коэффициент упругоемко-сти - 10-8 1/м, водоотдача - 10-6. В верхнем и среднем слоях коэффициенты фильтрации на большей территории
участка соответствуют 0,1 м/сут. Для нижнего слоя ММП расчетный осред-ненный Кф=0,01-1,0 м/сут., при этом максимальные значения находятся в центре по ряду эксплуатационных скважин. В верхнем слое значения Кф приняты 0,151,0 м/сут.: в центральной части 1 м/сут, на придолинных участках 0,15 м/сут, в области распространения тектонических нарушений 0,2 м/сут. Коэффициент упру-гоемкости 10-5-10-6 1/м, гравитационная водоотдача 10-4-10-5.
Для прогнозной оценки полезной емкости Левобережного участка выполнен проверочный расчет с использованием численного моделирования по подъему уровней закачанных дренажных вод в ММП с использованием программы «MODFLOW». Рассмотрены два режима заполнения полезной емкости: первый вариант - при максимальных прогнозных водопритоках в горные выработки при диапазоне 250-350 м /ч; второй вариант - при средних водопри-токах, рассчитанных за 2000-2012 гг., которые соответствуют 213,4-298,7 м3/ч.
Критерием исчерпания емкости участка закачки принимался подъем кривой репрессионного купола до уровня земной поверхности. Расчет выполнялся на период 2013-2025 гг. Полученное модельное решение позволяет учесть время подъема уровней до дневной поверхности и объем оставшейся емкости. В результате моделирования установлено, что при максимальных прогнозных водопритоках выход рассолов на земную поверхность может произойти в середине 2017 г. При 2-м варианте с меньшей интенсивностью закачки время использования участка увеличивается на
год, т.е. до середины 2018 г. Полезная емкость ММП на участке вычисляется по расходу сброса и периоду времени, при котором обеспечивается допустимый уровень подъема дренажных вод в куполе репрессии на участке закачки. При обоих вариантах численного моделирования полезная емкость оценивается величиной 11,6 млн м (табл. 3). На рис. 4 представлена прогнозная схема расположения уровней на конец эксплуатации участка. Максимальные уровни в центре Левобережного полигона достигают 330 абс. м. Наиболее опасным в экологическом плане участком является долина ручья Дьахаа, где возможен прорыв рассолов на дневную поверхность при дальнейшем удалении дренажных рассолов в толщу ММП.
Проверочная оценка прогнозной емкости в ММП на участке закачки расчетным методом с использованием коэффициента эффективной емкости [2] проведена по формуле для расчета полезной емкости криогенных толщ:
V = nэxSxhCр, где пэ - коэффициент эффективной емкости, равный 0,002; S - площадь участка, 50,4*106 м2; hэф - эффективная мощность, определяется с учетом максимальной мощности (в центральной части участка) и экологически безопасной отметки (по уровням ручьев), 110 м. Емкость, рассчитанная с использованием данного метода, соответствует 11,1 млн м3 и практически совпадает с прогнозной оценкой, выполненной с использованием численного моделирования по программе «MODFLOW».
Заключение. Рассмотренные выше особенности структурно-тектонических,
Таблица 3
Показатели заполнения полезной емкости ММП при разных вариантах закачки
Год 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Дебит закачки, ср. статистический/максимальный, м3/ч 213/250 226/270 238/290 250/310 262/340 274, 3
Объем закачанных рассолов за год, млн м3 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 1,2
Общий объем закачанных рассолов, млн м3 1,9 3,8 5,9 8,1 10,4 11,6
Линии тока Горизонталь, абс.м.
Рис. 4. Схема прогнозного распределения уровня техногенных вод в ММП на середину 2018 г.
криогидрогеологических и геотермических условий участка «Левобережный» подтверждают целесообразность использования его в качестве полигона захоронения минерализованных стоков карьера и рудника «Удачный».
Результаты проведенных опытно-фильтрационных работ с использованием пробных и опытных наливов показывают, что при взаимодействии криогенных толщ с рассолами дренажных вод происходит увеличение их проницаемости и емкости.
Гидродинамическая модель участка «Левобережный», построенная на основе численного моделирования по программе «MODFLOW» с учетом ранее разработанных моделей для Киенгского
и Октябрьского полигонов закачки, позволяет дать прогнозную оценку полезной емкости ММП участка и продолжительности закачки сточных вод карьера и рудника на полигоне, которая подтверждена расчетным методом.
Таким образом, новый участок «Левобережный» может быть использован в ближайшее время для удаления дренажных вод карьера и рудника «Удачный» без ущерба для окружающей среды региона.
Библиографический список
1. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Ир-
кутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 507 с.
2. Дроздов А.В. Захоронение дренажных рассолов в многолетнемерзлых породах (на примере криолитозоны Сибирской платформы). Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2007. 296 с.
3. Дроздов А.В. Природные и тех-ноприродные резервуары промышленных стоков в криолитозоне (на примере Якутской части Сибирской платформы). Якутск: Изд-во СВФУ, 2011. 416 с.
4. Толстихин Н.И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы. М.-Л.: Гос-геолтехиздат, 1941. 204 с.
References
1. Drozdov A.V., lost N.A., Lobanov V.V. Cryohydrogeology of diamond deposits of Western Yakutia. [Kriogidrogeologia almaznyh mestorozhdenii Zapadnoi Ya-kutii]. Irkutsk: Publ.H. ISTU, 2008, 507 p.
2. Drozdov A.V. Burial of drainage brines in permafrost rocks, exemplified by cryolite zone of the Siberian platform. [Za-horonenie drenazhnyh rassolov v mnogo-letenemerzlyh porodah na primere kriolito zony Sibirskoy pltaformy]. Irkutsk: Publ.H. ISTU, 2007, 296 p.
3. Drozdov A.V. Natural and man-made reservoirs of industrial sewage in clyolite zone. [Prirodnye I tehnoprirodnye rezervuary promyshlennyh stokov v kio-litozone (na primere Yakutskoy chasti Sibirskoy platformy)]. Yakutsk: Publ. H. SVFU, 2011, 416 p.
4. Tolstikhin N.I. Underground waters of frozen zone of lithosphere. [Pod-zemnye vody merzloi zony litosfery].M.-L.: GosGeolTehlzdat, 1941, 204 p.
Рецензент кандидат геолого-минералогических наук, доцент Иркутского государственного технического университета Л.И. Аузина
