Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
БЕЛКИН Владимир Викторович
ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
ВЕРХНЕКАМСКОГО СОЛЕНОСНОГО БАССЕЙНА
Специальность 25.00.36 - Геоэкология
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
доктора геолого-минералогических наук
Екатеринбург - 2010
Работа выполнена в Березниковском филиале Пермского государственного технического университета.
Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Грязнов Олег Николаевич
Официальные оппоненты:
Грабовников Валерий Аркадьевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор
Свидзинский Сергей Александрович - доктор геолого- нннминералогических наук
Филатов Владимир Викторович - доктор геолого- нннминералогических наук, профессор
Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.М. Федоровского (ВИМС) МПР РФ
Защита диссертации состоится 15 апреля 2010 г. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО Уральский государственный горный университет по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326)
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО Уральский государственный горный университет.
Автореферат разослан л___ ___________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета А.Б. Макаров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ
Актуальность проблемы. Проблема безопасного недропользования является в современном индустриальном обществе как никогда актуальной. Деятельность человека, связанная с влиянием на геологическую среду, приобрела масштабы, в значительной мере сопоставимые с действием региональных природных процессов. Длительное антропогенное воздействие на нее зачастую может приводить к нарушению достигнутого природного равновесия. При этом влияние различных техногенных факторов на геологическую среду имеет наступательный, прогрессирующий характер и его результаты являются многосторонними, охватывая и другие компоненты окружающей среды (реки, озера, почву, рельеф, атмосферу и др.).
Наиболее важным негативным последствием работы калийных рудников является их труднопрогнозируемое техногенное затопление. В мире затоплено уже более 50 калийных рудников. Другим последствием является то, что все возрастающие объемы выработанного пространства, приводящие к изменению напряженно-деформированного состояния породных массивов, увеличению техногенной нагрузки на недра, провоцируют в горнодобывающих регионах техногенные землетрясения.
Оценка техногенного влияния на недра невозможна без наличия различных по масштабу целенаправленных наблюдений за объектами геологической среды, на основе результатов которых и могут быть установлены тенденции развития различных инженерно - геологических процессов, вскрыт их механизм и разработаны способы управления ими.
В данной диссертационной работе рассматриваются эколого-геологические условия Верхнекамского соленосного бассейна (ВКСБ), приводятся теоретические и методические основы мониторинга его геологической среды с целью разработки мероприятий по его охране и рациональному комплексному использованию.
Основная идея работы - техногенные факторы влияют на рациональную и безопасную эксплуатацию месторождений Верхнекамского соленосного бассейна. Поэтому для учета этого влияния необходимо их всестороннее изучение.
Объектами исследований в данной работе послужили как разрабатываемые участки ВКСБ, так и участки, подготавливаемые к разработке.
Цель исследований - изучение и оценка эколого-геологических условий Верхнекамского соленосного бассейна.
Задачи исследований: 1) оценка масштабов техногенного воздействия на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемого в процессе добычи и переработки калийных руд, регистрация зон аномального строения и состояния массивов горных пород в процессе геологического доизучения и мониторинга геологической среды; 2) определение фоновых характеристик состояния геологической и сопредельных сред до начала эксплуатации соляных месторождений; 3) разработка способов ведения мониторинга геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений и обоснование необходимого комплекса исследований; 4) выявление методов рационального использования георесурсов соленосных бассейнов при соблюдении мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, повышение комплексности использования добываемого сырья.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертационной работы положен материал, полученный лично автором или под руководством автора сотрудниками Центра мониторинга геологической среды и геологических служб различных калийных предприятий, работающих в ВКСБ и обработанный им в процессе работы по совместительству в Березниковском филиале Пермского государственного технического университета (с 1992 г. по настоящее время).
Основные исследования выполнялись в рамках проектов: Мониторинг геологической среды Верхнекамского солеродного бассейна. Проект работ на 1998-2002 гг. Государственный регистрационный № 48-98-22. Березники,1997; Мониторинг геологической среды южной части Верхнекамского соленосного бассейна. Проект работ на 2003 - 2007 гг. Государственный регистрационный № 48-03-58 Березники, 2002; Разведка Палашерского и Балахонцевского участков Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Проект работ на 2008 - 2009 гг. Государственный регистрационный № 57-08-74. Березники, 2008. Работы выполнялись в соответствии с геологическими заданиями, согласованными с Управлением по недропользованию по Пермскому краю.
Основной фактический материал получен при ведении мониторинга геологической среды на разрабатываемых шахтных полях ВКСБ. Кроме того, автор участвовал в работах по определению фонового состояния геологической и сопредельных сред на подготовленных к разработке участках детальной разведки Верхнекамского калийного месторождения.
Автор непосредственно участвовал в проведении наземных и подземных исследований эколого-геологического состояния ВКСБ и обработке полученных результатов. Диссертантом сформулированы методические основы и принципы ведения мониторинга геологической и сопредельных сред на калийных рудниках, разработана и внедрена на территории соленосного бассейна методика скважинных наблюдений за гидрогеодеформационным и газовым полем, предложен способ определения фоновых характеристик состояния геологической и сопредельных сред до начала эксплуатации соляных месторождений. При активном участии автора выявлено месторождение экологически чистой пищевой соли, обнаружено новое полезное ископаемое - золото в глинистых прослоях соляной толщи, обоснован состав смеси компонентов искусственной морской воды для плавательных бассейнов, на отдельных участках ВКСБ выявлены зоны с аномальным строением водозащитной толщи.
Методы исследований. При проведении исследований использованы методы:
- анализа состояния геологической среды, в т.ч. геолого-структурных особенностей горных массивов на разных масштабных уровнях;
- проходки разведочных горных выработок и скважин и натурных измерений в них;
- комплексного анализа геологических, гидрогеологических, гидрологических, геофизических, маркшейдерских и геомеханических данных с использованием ГИС-технологий.
Научная новизна:
- оценены эколого-геологические условия разработки месторождений Верхнекамского соленосного бассейна;
- разработана, запатентована и внедрена методика получения и обработки информации, касающейся фонового состояния и последующего мониторинга геологической среды на калийных рудниках;
- впервые предложен и внедрен на калийных рудниках новый метод наблюдений - одновременно за гидрогеодеформационным полем Земли и состоянием газовой атмосферы в кровле соляной толщи;
- впервые обоснован и внедрен способ получения смеси природных минералов галита и карналлита, перемешанных в соотношении 1: 2,5Ц5,0 для получения искусственной морской воды в бассейнах;
- на отдельных участках ВКСБ выявлены зоны с аномальным строением водозащитной толщи (ВЗТ).
Практическая значимость:
- в Инструкцию по геологическому обслуживанию калийных рудников (СПб,2002) включен написанный автором раздел Мониторинг геологической среды и на его основе внедрены в практику мониторинговые исследования;
- открыто в пределах ВКСБ месторождение экологически чистой пищевой поваренной соли, разработан способ отработки месторождения, что позволило получить миллионы тонн экологически чистой пищевой соли;
- ООО СВ (г. Москва) реализуют смесь природных минералов галита и карналлита в соотношении 1:2,5Ц5,0 для получения искусственной морской воды в бассейнах в расфасовке по 1 и 50 кг;
- в прослоях глины в пределах соляной толщи ВКСБ выявлено новое полезное ископаемое - золото. Горным институтом УрО РАН ( г. Пермь) проводятся опытные испытания по его извлечению.
Защищаемые положения.
1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки и затоплением калийных рудников, образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды (главы 1,2).
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).
3. Мониторинг геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений осуществляется комплексом исследований, включающим дистанционное зондирование, инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности, выявление связи ее деформаций с объемами добытой руды, ведение сейсмологического контроля, проведение сейсмо-, электро-, гравиразведки на участках с аномальным строением водозащитной толщи, регистрацию гидродинамического, гидрогеохимического и газового режима подземных вод (глава 4).
4. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства (глава 5).
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на ряде всероссийских и международных научных конференций и совещаний, в том числе: на Международной конференции Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения) (Москва-Санкт-Петербург, 1999), Международной конференции л Геодинамика и напряженное состояние земных недр (Новосибирск, 1999), Первом Всероссийском совещании по мониторингу геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности (Березники, 1999), Региональной конференции Геология и минерально-сырьевые ресурсы Европейской территории России и Урала (Екатеринбург, 2000), Всероссийском съезде геологов и научно-практической геологической конференции (Санкт-Петербург, 2000), Координационном совете по защите калийных рудников от затопления (г. Березники, 22. 10. 2001 г.), Международном научном совещании Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика (Апатиты, 2004), Международной научной конференции Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов (Пермь, 2005), Региональной научно-практической конференции Геология и полезные ископаемые Западного Урала (Пермь, 2008), Международной конференции Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли (Екатеринбург, 2009).
Публикации. Содержание работы и результаты исследований отражены в 82 работах, в том числе двух монографиях, 67 публикациях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК, в двух учебных пособиях для вузов, в десяти материалах конференций, изобретение Способ отработки калийного месторождения под склонами речных долин (патент РФ № 2186978) вошло в Список 100 лучших изобретений России за 2008 г., заняв второе место в номинации Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.
Благодарности. Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ О.Н. Грязнову, а также докторам геолого-минералогических наук А.И. Кудряшову, Б.М. Осовецкому, А.П. Красавину, В.Н. Дублянскому, К.С. Иванову, докторам технических наук А.А. Баряху, В.И. Костицыну, Ю.П. Кудрявскому, заслуженному геологу РФ Н.В.Кузнецову за ценные консультации в процессе выполнения работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы - 280 страниц, иллюстраций - 38, таблиц - 25. Список использованных источников включает 187 наименований.
Во введении показаны актуальность исследований, цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость. В первой главе Крупнейшие соленосные бассейны зарубежных стран рассмотрено геологическое строение Саскачеванского месторождения калийных солей (Канада), месторождений калийных солей Германии и Старобинского месторождения калийных солей (Белоруссия). Показаны последствия техногенного воздействия на их геологическую среду и методы ее мониторинга. Во второй главе Техногенез геологической среды при разработке калийных руд Верхнекамского соленосного бассейна приводится описание геологического строения ВКСБ, раскрываются последствия многолетней добычи калийных руд подземным способом, такие как повышенная сейсмичность, оседания и провалы земной поверхности, описывается влияние добычи нефти на геологическую среду и даны результаты ее геологического доизучения и мониторинга. В третьей главе Определение фоновых характеристик геологической и сопредельных сред приводятся результаты изучения характеристик на одном из намечаемых к отработке участков ВКСБ: строение калийных пластов, гидрогеологические условия, природа геофизических аномалий, состояние атмосферного воздуха, качество поверхностных и подземных вод, загрязнение снежного и почвенного покровов, величина радиационного фона, состояние флоры и фауны. В четвертой главе Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна рассмотрен оптимальный комплекс исследований, входящий в систему мониторинга. В пятой главе Охрана недр и рациональное использование георесурсов Верхнекамского соленосного бассейна предложены методы и способы комплексного использования добываемого сырья при обеспечении соблюдения мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки и затоплением калийных рудников, образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды (главы 1,2).
Природная среда является важнейшей составной частью окружающей среды, включающей в себя четыре главных компонента (Ферсман,1953) - стратосферу, тропосферу, гидросферу и литосферу. Три последние в этом ряду геосферы образуют (Вернадский, 1954) биосферу - сложную наружную оболочку Земли, среду обитания биоты - живого вещества планеты. Часть литосферы, а точнее земной коры, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, как один из важнейших компонентов окружающей среды, с конца 70-х гг. прошлого века выделяется под названием геологическая среда. Согласно Е.М. Сергееву (1979), под геологической средой понимается верхняя часть литосферы, которая рассматривается как многокомпонентная динамическая система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность. Верхней границей геологической среды является поверхность рельефа (дневная поверхность); нижняя граница - плавающая, неоднородная и неодинаковая по глубине в разных областях Земли. Она определяется глубиной проникновения человека в земную кору (Королев, 1995).
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 76Ц95 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 УУралкалийФ и ОАО УСильвинитФ 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: 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 ЦКрасный 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 Цсолеразведочные, 12 - нефтяные, 13 - структурные.
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
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 1700Ц2300 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 соответственноав 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 Ця 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.
В условиях Верхнекамского соленосного бассейна защита рудников от затопления надсолевыми водами обеспечивается, прежде всего, сохранностью пород водозащитной толщи (ВЗТ) над отрабатываемыми горизонтами. ВЗТ на Усть-Яйвинском участке включает в себя часть сильвинито-карналлитовой зоны, покровную каменную соль и переходную пачку соляно-мергельной толщи (рис.10).
Мощность ВЗТ на участке колеблется от 100 до 169,6 м. К аномальным зонам необходимо отнести:
- зону замещения сильвинита каменной солью пластов от КрШ до АБ в северо-западном районе участка (см. рис.9);
- выявленные геофизические аномалии.
К наиболее значимым для оценки состояния горного массива геофизическим работам, в результате проведения которых выявлены данные аномалии, относится гравиметрическая съёмка масштаба 1:25000, выполненная ПГО Уралгеология в 1986-1990 гг. (Нояксова, 1990) и электроразведочные наблюдения по сети 800-1500х200-250 м с детализацией на отдельных участках по сети 250-350х100-200 м, проведённых Пермской геологоразведочной экспедицией в 1987 г. (Беляев, 1989).
В результате комплексной переинтерпретации с использованием современных интерпретационных систем и вычислительной техники достигнуто повышение информативности и детальности данных гравиразведочных и электроразведочных работ (Новоселицкий, Колесников, 2004). Поэтому основное внимание при анализе геологической среды было уделено аномальным особенностям геофизических полей, выделенным в процессе переинтерпретации.
На одном из аномальных участков нами пробурена скважина № 1101. Данные бурения позволили уточнить особенности геологического строения и состояния пород надсоляной толщи (забой скважины был остановлен в кровле ВЗТ) и объяснить природу геофизических аномалий, которые были обусловлены, как и предполагалось, повышенной трещиноватостью пород в низах надсоляной толщи. В интервале глубин 155 - 180 м расходометрическими исследованиями была выявлена водопроводящая зона, представленная слабым трещиноватым мергелем и комковатой глиной. В статическом режиме здесь
зафиксирован переток с дебитом 0,3 л/с и в динамическом - около 3 л/с. Кроме того, в этом интервале удельное электрическое сопротивление по данным
каротажа упало до 10 Омм.
В результате переинтерпретации данных электроразведки выделены два линейных участка субмеридионального простирания, сходных по совокупности аномальных особенностей электрического поля (см. рис. 9).
Разведочная скважина № 1102 нами пробурена в непосредственной близости от пикетов ВЭЗ, на которых зафиксированы аномальные особенности электрического поля. Действительно, в надсоляной части разреза в интервале гдубин 190 - 215 м выявлена зона трещиноватых мергелей с низким удельным электрическим сопротивлением, равным в среднем 3 - 6 Омм.
Наиболее контрастной из всех выделенных отрицательных аномалий гравитационного поля является IX, максимальный эффект которой достигает 0,05 мГал. Для выявления природы данной аномальной зоны нами проведено бурение разведочной скважины № 1103. В результате скважиной вскрыт в интервале 130 - 134 м трещиноватый мергель. На этой же глубине расходометрическими исследованиями выявлена водопроводящая зона. В
интервале 172 - 176 м вскрыта зона сильнотрещиноватых пород, также представленных мергелем.
В районе Усть-Яйвинского участка нами оценивалось также фоновое состояние подземных вод и основных сопредельных сред.
1. Установлено, что состояние атмосферного воздуха в зоне действия будущего горнодобывающего производства пока не подвержено значительным техногенным нагрузкам (табл. 1).
2. Качество подземных вод в основном соответствует СанПиН 2.1.4.1074-01 (табл. 2).
3.Радиационный фон не превышает существующие нормативы (табл. 3).
Средние значения МЭД гамма-излучения во всех точках, включая фоновую, изменяются незначительно и не превышают существующие нормативы.
Плотность потока радона во всех точках также не превышает существующие нормативы, однако полученные значения в разных точках наблюдения отличаются между собой в 2-4 раза .
4. В воде рек содержание загрязняющих веществ небольшое (табл. 4).
5. В воде родников концентрация основных загрязняющих веществ не превышает ПДК р./хоз.
6. Загрязнение снежного покрова в целом незначительно превышает уровень фонового загрязнения по большинству показателей.
7. Уровень загрязнения почвенного покрова в основном незначительно превышает уровень фонового загрязнения по определяемым показателям.
Рис. 9. Геофизические аномалии в северной части Усть-Яйвинского участка. Масштаб 1: 25000
Рис. 10. Геолого-гидрогеологический разрез северной части Усть-Яйвинского участка (по С.Ю. Квиткину)
Таблица 1
Средние концентрации определяемых веществ в атмосферном воздухе
в районе Усть-Яйвинского участка
| Единица измерения | Количество наблюдений | Пыль | Оксид углерода | Диоксид азота | Диоксид серы | Хлорид водорода |
Октябрь-декабрь 2004 г | ||||||
мг/м3 | 36 | 0,1 | 1,6 | 0,008 | 0,003 | 0,086 |
ПДК | 36 | 0,7 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,4 |
Март-май 2005 г. | ||||||
мг/м3 | 34 | 0,29 | 1,6 | 0,006 | 0,003 | 0,083 |
ПДК | 34 | 1,9 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,4 |
В целом за весь период | ||||||
мг/м3 | 70 | 0,2 | 1,6 | 0,007 | 0,003 | 0,084 |
ПДК | 70 | 1,3 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,4 |
Усть-Яйвинский участок характеризуется разнообразием во всех составляющих природного комплекса: разнообразие типов лесов, лесных биотопов; разнообразие позвоночных видов рыб, водных беспозвоночных, являющихся кормовой базой рыб. Общее состояние растительности удовлетворительное и отвечает задачам выполнения водоохранных, защитных, бальнеологических и рекреационных функций лесов зеленой зоны г. Березники. Лесное хозяйство на современном этапе ведется в соответствии с нормативами и правилами. Каких-либо негативных последствий воздействия на лесную растительность в последнее время не обнаружено.
.
Таблица 2
Результаты санитарно-гигиенического исследования воды из действующих
на Усть-Яйвинском участке водозаборных скважин
Номер скважины Дата отбора | Показатели, (мг/дм3)/величина допустимого уровня | ||||||||||||||||
мутность | окисляемость перманг. | аммиак | нитриты | нитраты | общая жесткость | сухой остаток | хлориды | сульфаты | железо | ПАВ | нефтепр. | кальций | магний | калий + натрий | БПК5 | фосфаты | |
не >1,5 | не >5,0 | не >2,0 | не >3,0 | не >45,0 | не >7,0 | не >>1000 | не >350 | не >500 | не >0,3 | не >0,5 | не >0,1 | Ц | не >50 | Ц | Ц | не >3,5 | |
Скважина №258 29.10.04 | 0,17 | 0,37 | <0,05 | <0,003 | 3,47 | 3,90 | 256,0 | 23,0 | 22,07 | <0,05 | 0,020 | 0,048 | 64,13 | 8,51 | 10,5 | 1,57 | 0,18 |
11.03.05 | 0,26 | 0,22 | <0,05 | <0,003 | 1,90 | 3,90 | 251,0 | 25,0 | 30,05 | 0,066 | 0,050 | 0,035 | 54,11 | 14,6 | 6,5 | 2,05 | 0,13 |
08.06.05 | <0,10 | 0,25 | <0,05 | <0,003 | 0,62 | 3,80 | 297,0 | 22,0 | 37,91 | <0,005 | 0,012 | 0,097 | 62,12 | 8,51 | 12,9 | 0,16 | 0,17 |
07.07.05 | <0,10 | 0,31 | 0,05 | 0,003 | 1,60 | 4,20 | 286,0 | 24,0 | 21,08 | 0,08 | 0,030 | 0,05 | 60,12 | 9,73 | 1,0 | 1,75 | 0,13 |
| Скважина № 302 29.10.04 | 0,26 | 0,22 | <0,05 | 0,049 | <0,10 | 1,80 | 263,5 | 6,0 | 18,45 | <0,05 | 0,080 | 0,020 | 32,06 | 2,43 | 75,7 | 1,72 | 0,05 |
11.03.05 | 0,93 | 1,31 | 0,180 | 0,030 | <0,10 | 2,40 | 290,0 | 10,0 | 59,20 | 0,491 | 0,090 | 0,035 | 32,06 | 9,73 | 77,8 | 1,75 | 0,46 |
08.06.05 | 0,20 | 1,52 | 0,18 | 0,012 | <0,10 | 2,10 | 266,0 | 7,0 | 42,72 | 0,41 | 0,017 | 0,042 | 28,06 | 8,51 | 75,6 | 0,34 | 0,04 |
07.07.05 | <0,10 | 0,54 | 0,05 | 0,0058 | 0,56 | 1,90 | 256,0 | 8,0 | 22,38 | 0,13 | 0,060 | 0,02 | 28,06 | 6,08 | 67,50 | 1,50 | 0,024 |
Таблица 3
Результаты радиационного контроля
№ п/п | Место отбора | Плотность потока радона, мБк/(м2с) | МЭД гамма-излучения, мкЗв/ч |
норматив - 80 | норматив - 0,30 | ||
1 | Западная окраина детского комплекса | 35 | 0,06 |
2 | В районе садовых участков | 18 | 0,07 |
3 | ЭП южнее мехколонны № 24 | 51 | 0,07 |
4 | Окрестности д. Легино | 71 | 0,07 |
5 | Поляна в 200 м от профилактория Строитель | 69 | 0,07 |
6 | 11 км автодороги на Володин Камень | 72 | 0,06 |
7 | 15 км автодороги на Володин Камень | 35 | 0,07 |
8 | Окрестности д. Харитоновичи | 52 | 0,07 |
9 | Окрестности д. Володин Камень | 36 | 0,06 |
10 | Окрестности д. Белая Пашня | 57 | 0,06 |
Разнообразие лесных биотопов позволяет существовать достаточно богатому набору видов, тяготеющих к таёжной зоне, несмотря на достаточно солидную рекреационную нагрузку, определяющуюся близостью г. Березники. Это разнообразие составляет более 50 % от всех позвоночных, обитающих в Пермском крае. В результате комплексного обследования установлено, что на территории сформировался и успешно функционирует высокопродуктивный природный комплекс с высокой степенью устойчивости к незначительному солевому загрязнению.
Данные, полученные в рамках работ по анализу фонового состояния окружающей среды в зоне действия горнодобывающего производства на Усть-Яйвинском участке, явятся основой для организации и ведения в будущем мониторинга изменений геологической и сопредельных сред. После начала горно-подготовительных и очистных работ на участке следует ожидать проявления таких негативных процессов, как:
1) развитие деформаций в массиве горных пород, проявляющихся на земной поверхности в виде ее оседания;
2) повышение сейсмической активности (техногенной);
3) загрязнение атмосферного воздуха в основном выхлопными газами автомобилей и почв хлористым калием при его просыпи по тракту транспортировки;
Таблица 4
Результат гидрохимического обследования рек Яйвы, Ленвы
Водный объект Дата отбора | Расходы, м3/с | Показатели, мг/дм3 | ||||||||||||||||
взвешен. в-ва | нефтепродукты | БПК5 | ХПК | азот аммония | азот нитратов | азот нитритов | фосфаты | железо общее | СПАВ | натрий | калий | кальций | магний | хлориды | сульфаты | сухой остаток | ||
р. Яйва (д. Володин-Камень) 29.10.04 | 82,6 | 2,0 | 0,02 | <0,5 | 25,5 | 0,20 | 0,29 | <0,005 | <0,005 | 1,21 | 0,01 | 36,0 | 30,8 | 5,5 | 55,9 | 40,3 | 232 | |
10.03.05 | 24,9 | 5,2 | 0,04 | 0,60 | 27,6 | 0,09 | 0,75 | 0,006 | 0,005 | 0,44 | 0,01 | 115 | 11,0 | 67,8 | 16,2 | 194 | 70,9 | 621 |
06.05.05 | 477 | 4,6 | 0,04 | 0,58 | 20,6 | 0,06 | 0,37 | <0,005 | <0,005 | 1,12 | <0,01 | 19,0 | 3,0 | 13,6 | 3,9 | 35,7 | 16,9 | 142 |
07.07.05 | 115 | 1,0 | 0,04 | 1,09 | 28,0 | 0,26 | 0,16 | <0,005 | <0,005 | 0,39 | 0,01 | 43,3 | 2,89 | 39,3 | 6,9 | 67,0 | 45,7 | 295 |
р. Лёнва (в районе г/п № 4) 28.10.04 | 0,18 | 31,8 | <0,02 | 1,60 | 39,7 | 0,57 | 1,32 | 0,018 | <0,005 | 0,13 | 0,02 | 795 | 819 | 197 | 3010 | 59,4 | 5040 | |
11.03.05 | 0,15 | 88,6 | 0,06 | Ц | 265 | 41,2 | 1,33 | 0,020 | 0,009 | 0,23 | <0,01 | 3010 | 1470 | 1620 | 379 | 9650 | 258 | 20100 |
08.05.05 | 0,49 | 24,0 | 0,04 | 1,81 | 46,1 | 3,48 | 1,25 | 0,008 | <0,005 | 0,04 | 0,01 | 720 | 207 | 644 | 165 | 2660 | 65,0 | 6020 |
08.07.05 | 0,23 | 28,6 | 0,04 | 0,62 | 76,0 | 3,40 | 0,92 | 0,012 | <0,005 | 0,37 | 0,02 | 628 | 84,83 | 817 | 214 | 2960 | 57,5 | 6950 |
р. Лёнва (г/п. №5, д. Балахонцы, а/д мост) 29.10.04 | 0,42 | 93,0 | 0,04 | 1,29 | 52,2 | 27,8 | 1,36 | 0,015 | <0,005 | 0,07 | 0,04 | 3050 | 959 | 223 | 6450 | 226 | 11040 | |
10.03.05 | 0,29 | 109 | 0,04 | Ц | 510 | 66,8 | 2,30 | 0,021 | <0,005 | 0,29 | 0,01 | 4670 | 2660 | 1640 | 452 | 13100 | 440 | 37300 |
06.05.05 | 1,13 | 34,0 | 0,06 | 1,35 | 47,1 | 30,5 | 1,48 | 0,028 | <0,005 | 0,14 | <0,01 | 2270 | 877 | 817 | 187 | 6120 | 208 | 19270 |
07.07.05 | 0,53 | 65,0 | 0,05 | 0,59 | 136 | 30,2 | 1,42 | 0,160 | <0,005 | 0,16 | 0,01 | 2720 | 1145 | 1010 | 246 | 7320 | 250 | 18040 |
4) загрязнение поверхностных и подземных вод в результате просыпи по тракту транспортировки калийной руды и при увеличении техногенной нагрузки на шламохранилище и солеотвал БКПРУ-3.
Мониторинг геологической среды целесообразно осуществлять на следующих объектах:
1) подземные горные выработки;
2) профильные линии грунтовых реперов для наблюдений за сдвижениями земной поверхности;
3) профильные линии геофизических наблюдений;
4) гидрогеологические скважины.
Наблюдения за сопредельными средами будут производиться ( см. рис. 8):
1) за поверхностными водами - 2 гидрометрических створа, 7 родников;
2) за атмосферным воздухом, почвой, снежным покровом, радиационным фоном - 10 пунктов;
3) лесоэкологический мониторинг - 6 пунктов;
4) за гидробионтами - 5 станций наблюдения;
5) орнитологический мониторинг - 1 участок.
Режимные сети мониторинга необходимо расширять и трансформировать в соответствии с развитием горных работ и строительством поверхностного комплекса.
3. Мониторинг геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений осуществляется комплексом исследований, включающим дистанционное зондирование, инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности, выявление связи ее деформаций с объемами добытой руды, ведение сейсмологического контроля, проведение сейсмо- , электро- , гравиразведки на участках с аномальным строением водозащитной толщи, регистрацию гидродинамического, гидрогеохимического и газового режима подземных вод (глава 4).
Мониторинг (от латинского mоnitor - предупреждающий, предостерегающий) - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов. Этот термин появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (июнь, 1972) в дополнение к понятию коннтроль. Большой вклад в разработку теории мониторинга внесли Ю.А. Израэль, В.А. Королев и др. С самого начала в трактовке мониторинга проявились две точки зрения. Многие зарубежные исследователи предлагали осуществлять систему непрерывных наблюдений одного или нескольких компонентов окружающей среды с заданной целью и по специально разработанной программе. Ю.А. Израэль предложил понимать под мониторингом только такую систему наблюдений, которая позволяет выделить изменения состояния биосферы под влиянием антропогенной деятельности (т.е. мониторинг только антропогенных изменений окружающей природной среды). Мониторинг - это система наблюдений, позволяющая выделить изменения биосферы под влиянием человеческой деятельности (мониторинг антропогенных изменений окружающей среды (Израэль, 1974).
В 80-е годы был введен термин литомониторинг, который в отличие от мониторинга окружающей среды характеризуется более узким содержанием, охватывающим в качестве объекта наблюдений только литосферу. Одновременно с этим термином появилось и понятие мониторинг геологической среды. Обобщив известные определения, В.А.Королев (1995) заключил, что мониторингом геологической среды называется система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой - либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы.
Исходя из вышеизложенного, мониторинг геологической среды (МГС) предусматривает разработку рекомендаций по предотвращению или ослаблению негативных последствий антропогенной деятельности. Для Верхнекамского соленосного бассейна это могут быть рекомендации по снижению последствий ведения горных и (или) нефтедобычных работ.
Объектом МГС является участок недр, в пределах которого осуществляется изучение состояния геологической среды и прогноз развития различных негативных процессов и явлений под влиянием горных и нефтедобычных работ и связанной с ними промышленной инфраструктуры.
Целью МГС является информирование органов представительной и исполнительной властей, управления Государственным фондом недр о возможном проявлении опасных процессов при эксплуатации калийных рудников и месторождений нефти.
Основными задачами МГС и сопряженных с ней сред являются:
а) проведение систематических наблюдений за состоянием массивов горных пород в районе действующих калийных рудников и нефтедобывающих скважин, подземных и поверхностных вод, экзогенных и эндогенных геологических процессов для получения данных, характеризующих закономерности развития негативных явлений и факторы, их вызывающие;
б) сбор и получение данных о природных и техногенных факторах, определяющих возникновение сейсмичности, развитие процессов загрязнения поверхностных и подземных вод, почв, растительности, изменение рельефа земной поверхности;
в) анализ, обработка и хранение информации о состоянии геологической среды в разные периоды времени;
г) регулярное составление и проверка долго-, средне - и краткосрочных прогнозов активизации различных негативных процессов и явлений, в том числе прогноз чрезвычайных ситуаций, которые могут возникнуть в процессе горных работ или нефтедобычи;
д) периодическое проведение специального обследования территории Верхнекамского соленосного бассейна и оценка подверженности населенных пунктов, водозаборов, промышленных объектов негативному техногенному воздействию;
е) разработка рекомендаций по охране и рациональному использованию геологической среды.
Подготовительные работы включают в себя следующие основные этапы исследований: выявление распространения и оценку характера и степени изменений геологической среды под влиянием горных работ, нефтедобычи и промышленной инфраструктуры региона Верхнекамского соленосного бассейна; районирование территории по степени пораженности геологической среды под влиянием техногенеза и организация опорно-наблюдательной сети.
Значительная техногенная нагрузка на недра, обусловленная добычей из них различных полезных ископаемых, наряду со сложным строением геологической среды, привела к существенному изменению геодинамической обстановки в регионе. В горном массиве происходят сложные процессы перераспределения и концентрации напряжений в недрах, прогноз которых с достаточной степенью достоверности известными методами пока невозможен. Недостаточная полнота изучения и контроля, в первую очередь геодинамических условий региона, может привести к проявлению техногенных землетрясений, последствия которых могут быть катастрофическими как для населения городов, так и для сохранения природных ресурсов. Поэтому без постоянного комплексного изучения, анализа, оценки и прогнозирования изменений состояния геологической среды успешная хозяйственная деятельность в регионе становится практически невозможной.
Выделяют федеральный, территориальный (муниципальный) и объектный уровень решаемых мониторинговых задач по оценке состояния геологической и сопредельных сред:
- естественное (фоновое) состояние (в том числе сейсмологический контроль природных землетрясений) - федеральный уровень;
- состояние геологической и сопредельных сред после комплексного техногенного воздействия на краевом, городском и районном уровнях - территориальный (муниципальный) уровень;
- состояние геологической и сопредельных сред на конкретном объекте - объектный уровень.
Реализация названных задач осуществляется:
- путем оценки устойчивости геологической и сопредельной сред в Верхнекамском соленосном бассейне, в первую очередь на участках его многоуровневой эксплуатации (добыча калийных солей, нефти, воды);
- составления кратко-, средне- и долгосрочных прогнозов изменения устойчивости геологической среды в Верхнекамском соленосном бассейне;
- разработки мероприятий по повышению устойчивости геологической среды совершенствованием способов одновременной добычи солей, нефти и подземных вод.
Методология выявления потенциально опасных участков на калийных рудниках заключается в сборе и последующем анализе любой горно-геологической информации, касающейся отклонений в строении водозащитной толщи. В первую очередь должна анализироваться оперативная информация, источниками которой должны быть работники рудников (в первую очередь участковые геологи, машинисты ГВМ), заметившие какие-либо аномалии (капеж, участки трещиноватости, газопроявления и т.д.). Кроме того, аномалии могут проявляться зонами ускоренных оседаний по данным маркшейдерско-геодезического мониторинга земной поверхности. Они могут быть выделены в процессе бурения разведочных скважин с поверхности - зоны неполного разреза ВЗТ, динамические разновидности каменной соли, открытые секущие трещины в ВЗТ и др. Часто они обнаруживаются при проведении геофизических исследований, например сейсморазведочных, а также при определении механических свойств пород.
Аномалии, выявленные, вскрытые и незаложенные, а также зоны ускоренных оседаний и провалы земной поверхности должны обследоваться в мониторинговом режиме с привлечением маркшейдерских, геофизических и геомеханических методов 1 раз в 1-2 года.
Уникальность Верхнекамского соленосного бассейна заключается в наличии в нем на разных уровнях разрабатываемых нефтяных и калийного месторождений (см. рис.1), а также подземных вод. Разработка месторождений оказывает наиболее значительное влияние на устойчивость геологической среды, что предопределяет необходимость ведения мониторинга геологической среды, в первую очередь, на соответствующих уровнях геологического разреза. Воздействие на геологическую среду одновременно добычи нефти и калия привело в последние годы к повышению сейсмической активности недр и осложнению других геоэкологических проблем.
Мониторинг самого сложного класса III, к которому относится мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна, осуществляется на месторождениях, где сочетание осложняющих факторов несет угрозу крупных аварий (затопление, взрывы и пр.) на горнодобывающем предприятии или ведет к тяжелым экологическим последствиям на прилегающей к нему территории.
При мониторинговых исследованиях особая роль отводится спутниковой информации в геоинформационных системах (ГИС), где результаты дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) являются регулярно обновляемым источником информации, необходимой для формирования природно-ресурсных кадастров и других данных в широком спектре масштабов (от1:10000 до 1:10000000). При этом информация ДЗЗ позволяет оперативно оценивать достоверность и, в случае необходимости, проводить обновление использующихся графических слоев (различных карт), а также может быть использована в качестве основы в целом ряде ГИС-приложений, без которых уже невозможна современная хозяйственная деятельность. Дистанционные методы зондирования обеспечивают всю площадь работ одинаково достоверной информацией, которая совместно с наземными заверочными измерениями характеристик объекта может служить основой для оценки изменения изучаемой территории.
Один из основных способов контроля геологической среды - проведение топогеодезических инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности по профильным линиям грунтовых реперов. В настоящее время на наблюдательных станциях на шахтных полях калийных рудников заложено несколько тысяч реперов. Инструментальными наблюдениями охвачены все участки с большими величинами ожидаемых оседаний. Цель наблюдений - выявление закономерностей процесса сдвижения земной поверхности в различных горно-геологических условиях.
Другой важнейший комплекс методов при ведении мониторинга геологической среды - геофизические методы исследования. Результаты данных исследований используются для выявления потенциально опасных зон, при прогнозе возникновения и развития негативных процессов. В комплекс геофизических методов, используемых, в первую очередь, на участках с аномальным строением водозащитной толщи, кроме сейсмологического контроля, входит, сейсмо-, электро-, гравиразведка.
Мониторинг подземной гидросферы - составная часть мониторинга геологической среды. Его цель - изучение состояния и динамики изменения подземных и поверхностных вод под влиянием как техногенных, так и естественных факторов для обоснования мероприятий по предотвращению негативных последствий влияния горного предприятия. Необходимо отметить, что в соответствии с действующим законодательством о недрах, объектный мониторинг гидросферы осуществляется в пределах горного отвода и зоны существенного влияния горного предприятия.
Основные задачи при ведении мониторинга природных вод следующие:
- выявление гидрогеодинамических изменений в режиме надсолевых вод как индикаторов процессов, представляющих потенциальную опасность затопления для калийных рудников;
- определение масштабов техногенного загрязнения природных вод и разработка способов его снижения.
Объектом исследования является верхняя геодинамическая зона - зона активного водообмена. Мониторинг природных вод проводится на участках складирования солеотходов по сети наблюдательных скважин и гидропостов. Наблюдения включают в себя замеры уровня и гидрохимическое опробование подземных вод в скважинах, измерения уровней, расходов воды и гидрохимическое опробование поверхностных водотоков на гидропостах и водопунктах. Режимная сеть калийных предприятий состоит из десятков гидрогеологических скважин, гидрологических постов и водопунктов. В результате наблюдений вокруг участков складирования солеотходов выявлены и контролируются ореолы засоления природных вод.
При существующей техногенной нагрузке на недра Верхнекамский регион отнесен в настоящее время к районам, где возможны землетрясения силой 6-7 баллов (по сейсмической шкале МSКЦ64 для средних грунтовых условий). Исходя из этого, создание надежной системы оперативного прогноза землетрясений представляется неотложной задачей. Разработанные к данному моменту разнообразные методы прогноза сейсмособытий пока не обеспечивают достаточного уровня достоверности. Наиболее перспективно в этом отношении применение технологии REPS, базирующейся на слежении за эволюциями открытой Г.С. Вартаняном в 1982 г. новой разновидности естественного поля - гидрогеодеформационным полем Земли (ГГД - поле).
Деформационные процессы, тектонодинамические эффекты, волновые явления, как медленно, так и пульсационно развивающиеся, мгновенно отражаются на поведении гидросферы. Контролируя ее, можно видеть текущее состояние тектонических нарушений, возникновение критических напряжений на их границах, формирование очаговых зон будущих землетрясений.
Изучение ГГД-поля основано на наблюдениях за колебаниями уровней подземных вод в скважинах, обусловленных изменениями напряженно-деформированного состояния горного массива. Кроме того, различные
пликативные нарушения, зоны приразломной трещиноватости, газовые полости и другие жесткие и мягкие неоднородности в таком массиве, нарушенном горными работами, вызывают изменения в поле напряжений, растрескивание соляных пород и их дегазацию. В результате концентрация газов в вышезалегающем горизонте повышается, что также фиксируется в процессе наблюдений.
В настоящее время наблюдения за вариациями ГГД-поля на территории Верхнекамского соленосного бассейна ведутся на трех пунктах (скважины № 5мг, 5мг/1, 8 мг), концентрации газов - на одном пункте (скважина № 5мг). Скважины № 5мг и 5мг/1 расположены в эпицентре землетрясения, произошедшего 09.10.97 г.
Изменения уровня 1 раз в час фиксируются автономным уровнемером, работающим в скважинах в автоматическом режиме. Датчик абсолютного давления в приборе поочередно измеряет величину данного показателя в измерительной трубке, а также атмосферное давление для коррекции получаемых значений. Полученные величины уровней сохраняются в запоминающем устройстве. Через инфракрасный интерфейс накопленные данные переписываются еженедельно бесконтактно в привозимый на скважину ноутбук.
В скважине № 5мг наблюдения ведутся с 31.03.99 г. Минимальная абсолютная отметка уровня подземных вод, равная 112,2 м, была зафиксирована 20 апреля 1999 г. Зарегистрированное сейсмостанцией Березники 9 апреля 1999 г. сейсмическое событие с выделением энергии в количестве около 1 кДж совпало с повышением уровня на 8 см.
Начиная с 2000 г. измерения уровня подземных вод уровнемерами типа УORPHIMEDESФ сопровождались непрерывным контролем атмосферного давления с помощью барометра БРС-1М со стандартным интерфейсом, позволяющим подключать его к компьютеру для накопления и последующего считывания данных. Один раз в неделю из скважины № 5мг отбирались газовые пробы. Анализ газовых проб показал, что содержание метана, газа-индикатора разрушения сильвинитовых и карналлитовых пластов, относительно высокое весной, летом, осенью (0,4-0,9 %) и низкое зимой - менее 0,4 % (рис.11).
В данном случае представляется приемлемой связь содержания метана с изменением гидростатического давления на метаносодержащие породы (с усилением питания подземных вод, например в весеннее половодье, повышенное
- Уровень подземных вод, м - концентрация метана, %
Рис. 11. Вариации уровня подземных вод и концентрации
метана в скважине № 5мг.
Рис.12. Графики изменения уровня подземных вод и энергии сейсмособытий в скважине № 5 мг.
гидростатическое давление вызывает увеличение выделения метана). Рис. 11 и 12 иллюстрируют характер изменения уровня подземных в скважине № 5мг.
На рис.12 четко выделяется начало затопления рудника БКПРУ-1 резким снижением уровня подземных вод в скважине, начиная с 19 октября 2006 г. и двумя сейсмособытиями с выделением энергии в количестве 5 и 10 кДж.
4. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений, экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства (глава 5).
Одним из важнейших разделов современной геоэкологии является повышение уровня безотходности технологических процессов, максимальное использование всех видов природного сырья при минимальном ущербе окружающей среде. Комплексная идея, - подчеркивал еще в 1932 г. академик А. Е. Ферсман, - есть идея в корне экономическая, создающая максимальные ценности с наименьшей затратой средств и энергии, но это идея не только сегодняшнего дня. Это идея охраны наших природных богатств от их хищнического расточения, идея использования сырья до конца, идея возможного сохранения наших запасов на будущее. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов, осуществляемое на основе безусловного соблюдения мер по обеспечению безопасности подработки водозащитной толщи, охране подрабатываемых объектов и защите рудников от затопления, производится путем тщательного изучения вещественного состава и геоэкологических характеристик соляной толщи. При этом кроме калийных удобрений на рудниках ВКСБ получают экологически чистую пищевую соль, смесь природных минералов галита и карналлита, перемешанных в определенном соотношении для приготовления искусственной морской воды в плавательных бассейнах, отрабатывают технологию получения золота из глинистых отходов и др.
Пищевая каменная соль. Месторождение пищевой соли в пределах ВКСБ нами открыто в результате поисково-оценочных работ 1991-1993 гг. на 4-м блоке 1 северо-восточной панели шахтного поля БКРУ-4. Идея попытаться найти залежи пищевой соли в пределах подстилающей каменной соли ВКСБ возникла в 1991 году в условиях ее острого дефицита и распределения пищевой поваренной соли среди населения по талонам.
На основе исследования и обобщения результатов химических анализов подстилающей каменной соли, полученных в ходе предварительной и детальной разведки калийных руд, было установлено, что продуктивный по пищевой каменной соли пласт залегает между пластом Красный III и маркирующей глиной. Поисково-оценочными работами на 4-м блоке 1-й северо-восточной панели рудника БКРУ-4 выявлен продуктивный горизонт мощностью 8 м. Его нижняя часть мощностью около 1,5 м сложена пищевой поваренной солью I сорта ( в соответствии с ГОСТ 13830-91 - массовая доля хлористого натрия не менее 97,70 %, кальций-иона - 0,50 %, нерастворимого остатка - 0,45 %), а верхняя - мощностью 6,5 м - солью II сорта (массовая доля хлористого натрия не менее 97,00 %, кальций-иона - 0,65 %, нерастворимого остатка - 0,85 %). Нами разработан и внедрен способ селективной выемки пищевой соли I cорта методом подрубки. В процессе разведочных на пищевую соль работ в подстилающей и нижней каменной соли выделено 45 слоев (нумерация от 1 до 45 сверху - вниз) (Кудряшов, 2001). Ритмичность строения соляной толщи, заключающаяся в чередовании глинистых, глинисто-ангидритовых прослойков с прослоями перистого, шпатового и зернистого галитов, позволила выделять маркирующие прослои, которые принимались за границы слоев. Как правило, это наиболее контрастные по цвету и текстуре литологические разновидности соли и (или) прослойки галопелитов.
Пласт, объединяющий слои 9-16, имеет наиболее высокие качественные показатели по сравнению с другими горизонтами. При этом содержания регламентируемых кондициями и ГОСТ 13830-91 компонентов удовлетворяют требованиям, предъявляемым к пищевой поваренной соли II сорта не только в среднем по всему пласту, но и по каждому разведочному пересечению. Что касается закономерностей изменения содержаний основных породообразующих компонентов в пласте 9-16, то, прежде всего, нужно отметить высокую стабильность качества пищевой соли. Содержание в солях токсичных элементов и других регламентируемых примесей, по данным химико-аналитической лаборатории ПГО Уралгеология (г. Екатеринбург) и лаборатории ОАО Уралкалий, не превышает допустимых уровней.
Геологоразведочные работы, выполненные на 10-й юго-восточной панели рудника БКРУ-4, характеризовались высокой детальностью и полнотой, отвечающей требованиям нормативных документов. В результате выполненных работ подсчитаны балансовые запасы пищевой поваренной соли на 1 января 1995 года в количестве 54462,4 тыс. т (Квиткин, 1996). На изобретение Способ получения пищевой поваренной соли, включающий селективную добычу соли различных сортов, нами получен патент РФ № 2083835 (авторы Папулов Л.М., Белоусов А.Н., Березин Б.К., Белкин В.В. и др.). Заявка о выявлении признаков месторождения пищевой поваренной соли в пределах ВКСБ отправлена нами в Пермгеолком в 1997 г. (исх. № 05/ 59-5-7 от 05.09.97 г., соавторы Кузнецов Н.В., Николаев А.С., Березин Б.К.).
ечебные природные соли. Известно применение природных морских солей в лечебных целях. На курортах Мертвого моря хорошо лечатся псориаз (кожная и суставная формы), склеродермия, нейродермиты, экземы, эхтиоз, витилиго, артрит ревматоидный, болезнь Бехтерева, деформирующий остеохондроз и др. Cоль Мертвого моря имеет следующий химический состав: NaCI 14-16 %, КС1 18-22 %, MgCI2 25-31 %, CaCI2 0,5-1 %, бромиды 0,2-0,3 %, кристаллизационная вода 26Ч32 %, нерастворимые компоненты (железо, фтор) 0,2 % .
Примерно 250-270 миллионов лет назад в центре материка Лавразия находилось Пермское море. Оно располагалось в зоне засушливого (аридного) климата, что привело к осолонению моря вплоть до садки солей - сильвина (химическая формула КСl), карналлита (MgCl2KCl6Н2О) и каменной соли (NaCl) с примесью ангидрита (CaSO4) и образованию здесь в конечном итоге Верхнекамского соленосного бассейна. Природные соли отличаются своей экологической чистотой. Добывая раздельно природные минералы, а затем смешивая галит и карналлит, можно получить лечебную смесь, приближенную по своему составу к соли Мертвого моря (патент РФ № 2207136, аавторы Белкин В.В. и др.). Это изобретение позволяет использовать природные соли для получения искусственной морской воды путем растворения их в пресной воде. Для получения морской воды используется сухая смесь природных соляных минералов, добытых с разных горизонтов ВКСБ. Природные соли смешиваются в соответствующей пропорции: галит и карналлит в соотношении 1:2,5Ц5,0. При растворении данной смеси солей в нужном количестве воды получимаа воду, близкую по своему составу к воде Мертвого моря.
Золото в глинистых отходах калийного производства. Повышенные концентрации золота в рудах Верхнекамского соленосного бассейна впервые установлены при аттестации технологических продуктов ПО Уралкалий в МХТИ (1984аг.). Ва1993аг. институту Гиредмет геологическим руководством ОАО Уралкалий было поручено провести исследования шламов и галопелитовых составляющих калийных руд под электронным микроскопом. Представленные институтом фотографии золотин явно свидетельствовали о том, что золото имеется в руде и шламах в гравитационной форме. Был сделан вывод о промышленной значимости концентраций золота в минеральных солях Верхнекамского соленосного бассейна.
Пространственное распределение благородных металлов в продуктивных пластах нами изучалось по дубликатам девяти неравномерно расположенных разведочных скважин, покрывающих площадь около 40акм2. Опробованная часть разреза мощностью около 16ам включает пласты В, АБ, Красный II, Краснный I и Красный III. Длина интервала опробования соответствовала мощности пересекаемого слоя и колебалась от 0,08 до 2,5ам. Всего было проанализировано 205 проб руды. Содержание благородных металлов определялось также в руде, поступающей на фабрики, в глинистых отходах калийного производства, технологических и оборотных рассолах, что позволило существенно уточнить представления об уровнях содержания и формах нахождения благородных металлов. Пробирные анализы установили золото во всех без исключения пробах от следов до 0,66аг/т. Ваподавляющем большинстве проб (79,5а%) оно находится в количестве от 0,02 до 0,1аг/т, а в 36 пробах (17,6а%) содержание его было свыше 0,1аг/т, т.ае. сопоставимо с содержанием этого металла в промышленных россыпях. Чаще всего повышенные содержания золота отмечаются в маркирующей глине (подстилающая каменная соль). В 1997 г. нами была направлена заявка в Пермгеолком на открытие в пределах ВКСБ месторождения золота (исх. № 05/59-5-2 от 12.02.97 г., соавторы Кузнецов Н.В., Николаев А.С.).
Установлено, что золото входит в состав нерастворимого в воде остатка (Н.О.) соляных пород, а при переработке руд - в Н.О. глинисто-солевых отходов (шламов), из которого и предполагается его извлечение в промышленных масштабах. Нами получен патент РФ № 2132397 ( Папулов Л.М., Николаев А.С., Белкин В.В. и др., 1998) на изобретение Способ переработки шламов калийного производства, включающий его промывку, выщелачивание золота раствором, содержащим активный хлор и извлечение золота из продуктивного раствора контактированием последнего с анионитом АМ-2Б.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Длительное техногенное воздействие на геологическую среду соленосных бассейнов, оказываемое в процессе добычи и переработки калийных руд, приводит к нарушению ее устойчивости, сопровождаемому возрастающей сейсмичностью калийдобывающих регионов, проявлением оседаний земной поверхности, прорывами подземных вод в горные выработки, затоплением калийных рудников и образованием провалов на месте их затопления. При этом добыча нефти из подсолевых отложений усиливает проявление негативных процессов.
2. Зоны аномального строения и состояния массивов горных пород регистрируются в процессе доизучения геологической среды. Они проявляются зонами влияния тектонических дислокаций и природных мульд оседания, в аномальных геофизических полях, контактами различных литологических толщ, зонами ускоренных оседаний и разрушения горных выработок. Для данных зон предусматриваются соответствующие параметры ведения горных работ, обеспечивающие сохранность водозащитной толщи.
3. До начала эксплуатации участков соленосного бассейна определяются фоновые характеристики геологической и сопредельных сред: состояние горного массива, подземных вод, атмосферного воздуха, качество поверхностных вод, загрязнение снежного и почвенного покровов, радиационный фон, состояние растительности и животного мира.
4. Мониторинг геологической среды эксплуатируемых соляных месторождений осуществляется комплексом исследований, включающим дистанционное зондирование, инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности, выявление связи ее деформаций с объемами добытой руды, ведение сейсмологического контроля, проведение других геофизических работ (сейсмо-, электро-, гравиразведки ) на участках с аномальным строением водозащитной толщи, регистрацию гидродинамического, гидрогеохимического и газового режима подземных вод.
5. Рациональное использование георесурсов соленосных бассейнов обеспечивается соблюдением мер охраны подрабатываемых объектов и защиты калийных рудников от затопления, комплексным использованием добываемого сырья с получением, кроме удобрений, экологически чистой пищевой соли, смеси компонентов искусственной морской воды, приближенной по составу к воде Мертвого моря, золота, извлеченного из глинистых отходов калийного производства.
Список основных опубликованных работ по теме диссертации:
Монографии
- Белкин В.В. Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна / Пермск. гос. техн. ун-т, ОАО Уралкалий. Пермь-Березники, 2004, 252 с.
- Белкин В.В. Мониторинг геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна / Пермск. гос. техн. ун-т., Березниковский филиал. 2-е изд., Березники, 2006, 252 с.
Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях:
- Если совпали нефтяное и калийное месторождения (описание изобретения по патенту РФ № 2095556) / В.В.Белкин, А.С.Николаев, С.В.Матяшов // Изобретатель и рационализатор. 1998. №11. С. 3.
- Описание изобретения по патенту РФ № 2137854 / В.В.Белкин, А.С. Николаев, Л.М.Папулов // Изобретатель и рационализатор. 2000. № 6. С. 3.
- Белкин В.В. Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов соленосных впадин и охрана недр // Горный журнал. 2002. № 4. С. 19-24.
- Белкин В.В. Охрана недр при разработке Верхнекамского месторождения солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 12. С. 40-43.
- Среди 24 регионов России, добывающих золото (описание изобретения по патенту РФ № 2137854)/ В.В. Белкин, А.С. Николаев, Л.М. Папулов //Изобретатель и рационализатор. 2003. № 5.С. 24.
- Белкин В.В. Мониторинг геологической среды в процессе комплексного освоения георесурсов Соликамской впадины//Отечественная геология. 2005. № 4. раздел Геоэкология. С. 85-90.
- Белкин В.В. Мониторинг геологической среды в процессе разработки калийных месторождений//Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2008. № 1. С. 49-59.
- Белкин В.В. Состояние геологической среды Верхнекамского соленосного бассейна // Разведка и охрана недр. 2008. № 8. С. 77-82.
Патенты
- Способ получения пищевой поваренной соли: пат. 2083835 Российская Федерация, МПК 6 E 21 С 41/20 / Л.М. Папулов, А.Н. Белоусов, Б.К. Березин, В.В.Белкин, А.С. Николаев, В.И. Городецкий, № 94033876; заявл.15.09.94; опубл. 10.07.97, Бюл. № 19.
- Способ разработки месторождений калийно-магниевых и каменной солей: пат. 2116445 Российская Федерация, МПК 6 Е 21 С 41/20 / Л.М. Папулов, А.С. Николаев, В.В.Белкин, Н.В. Кузнецов, № 97101945; заявл.07.02.97; опублик. 27.07.98, Бюл. № 21.
- Способ разработки месторождений калийных солей и золота: пат. 2081309 Российская Федерация, МПК 6 Е 21 В 43/28 / Л.М. Папулов, А.С. Николаев, В.В.Белкин, Н.В.Кузнецов, № 97104220; заявл.18.03.97; опубл. 10.08.98, Бюл. № 22.
- Способ переработки шламов калийного производства: пат. 2132397 Российская Федерация, МПК 6 С 22 В 7/00,11/00 / Л.М. Папулов, А.С. Николаев, В.В.Белкин, А.И. Заболоцкий, Н.В. Кузнецов, № 98105492; заявл. 19.03.98; опубл. 27.06.99, Бюл. № 18.
- Способ утилизации избыточных рассолов калийных предприятий: пат. 2133334 Российская Федерация, МПК 6 Е 21 В 43/18 / В.В.Белкин, А.С. Николаев, А.И. Шумахер, В.А. Лештаев, № 97120946; заявл.16.12.97; опубл. 20.07.99, Бюл. № 20.
- Способ извлечения золота из рассолов калийного производства: пат. 2137854 Российская Федерация, МПК 6 С 22 B 11/00, 3/44 / В.В.Белкин, А.С. Николаев, Л.М. Папулов, № 98111406; заявл.15.06.98; опубл. 20.09.99, Бюл. № 26.
- Способ прогноза времени землетрясений на калийных рудниках: пат. 2153584 Российская Федерация, МПК 7 Е 21 F 5/00, G 01 V 1/00, 9/00,11/00 / Э.А. Аликин, В.В. Белкин, С.Ю. Квиткин, Н.В.Кузнецов, А.С. Николаев, Н.И. Бруев, № 98119122; заявл.21.10.98; опубл. 27.07.2000, Бюл. № 21.
- Способ ведения мониторинга геологической среды на калийных рудниках: пат. 2158944 Российская Федерация, МПК 7 G 01 V 9/00 / Н.И. Бруев, Н.В.Кузнецов, Н.М. Джиноридзе, С.Ю. Квиткин, В.И. Платыгин, В.В.Белкин, № 99106639; заявл.29.03.99; опубл. 10.11.2000, Бюл. № 31.
- Способ получения золота на калийном месторождении: пат. 2170352 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / В.В.Белкин, А.С. Николаев, № 99125125; заявл.29.11.99; опубл. 10.07.2001, Бюл. № 19.
- Способ предупреждения чрезвычайных ситуаций на калийных рудниках геофизическими методами: пат. 2175140 Российская Федерация, МПК 7 G 01 V 11/00 / Н.В.Кузнецов, А.И. Петрик, Н.И. Бруев, С.Ю. Квиткин, В.В.Белкин, № 2000103122; заявл.08.02.2000; опубл. 20.10.2001, Бюл. №. 29.
- Способ контроля участков провалов земной поверхности над калийными рудниками: пат. 2186972 Российская Федерация, МПК 7 Е 21 С 39/00 / С.П. Дьяков, Н.В.Кузнецов, С.Ю. Квиткин, В.В.Белкин, № 2000123953; заявл. 18.08.2002; опубл. 10.08.2002, Бюл. №22.
- Способ получения из природных солей компонента зубной пасты: пат. 2188623 Российская Федерация, МПК 7 A 61 K 6/00 / Н.В.Кузнецов, В.В.Белкин, № 2001104845; заявл.20.02.2001; опубл. 10.09.2002, Бюл. №25.
- Способ определения степени засоления подземных вод на калийных предприятиях: пат. 2189445 Российская Федерация, МПК 7 E 21 B 49/00, E 21 F 17/16 / Н.В.Кузнецов, В.К. Липницкий, Н.И. Бруев, С.Ю. Квиткин, В.В.Белкин, № 2000114415; заявл. 05.06.2000; опубл. .20.09.2002, Бюл. № 26.
- Способ отработки калийного месторождения под склонами речных долин (варианты) : пат. 2186978 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / С.П. Дьяков, Н.В.Кузнецов, В.Е. Мараков, Н.Ф. Аникин, В.В.Белкин, № 2000111446; заявл. 10.05.2000; опубл. 10.08.2002, Бюл. № 22.
- Способ подземного захоронения избыточных рассолов калийных предприятий: пат. 2188955 Российская Федерация, МПК 7 Е 21 F 17/16 / А.М. Поликша, Н.В.Кузнецов, В.К. Липницкий, В.П. Новиков, С.Ю. Квиткин, Н.И. Бруев, В.И. Трофимов, В.В.Белкин, № 2000127619; заявл. 02.11.2000; опубл. 10.09.2002, Бюл. № 25.
- Способ разработки калийного месторождения в зонах замещения сильвинита каменной солью: пат. 2230190 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / В.В.Белкин, В.И. Платыгин, Н.В.Кузнецов, А.И. Шумахер, № 2001128093; заявл.16.10.2001; опубл. 10.06.2004, Бюл. №. 16.
- Способ разработки калийного месторождения в зоне влияния локального сдвига: пат. 2230191 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / С.П. Дьяков, А.И. Шумахер, Н.М. Джиноридзе, Н.В.Кузнецов, В.И. Платыгин, В.В.Белкин, № 2002113606; заявл.24.05.2002; опубл. 10.06.2004, Бюл. № 16.
- Способ тектонического районирования калийных месторождений: пат. 2255223 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / Н.М. Джиноридзе, Б.А. Крайнев, В.И. Платыгин, В.В.Белкин, № 2003132239; заявл.04.11.2003; опубл. 27.06.2005, Бюл. №. 18.
- Способ мониторинга аномальных зон водозащитной толщи на калийных рудниках: пат. 2257472 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / В.В.Белкин, В.И. Платыгин, А.И. Шумахер, № 2004101659; заявл.20.01.2004; опубл. 27.07.2005, Бюл. № 21.
- Способ захоронения промышленных стоков предприятий: пат. 2257474 Российская Федерация, МПК 7 E 21 F 17/16 / С.П. Дьяков, Б.А. Крайнев, Н.В.Кузнецов, В.К. Липницкий, Н.И. Бруев, С.Ю. Квиткин, В.И. Трофимов, В.В.Белкин, № 2003126264; заявл.27.08.2003; опубл. 27.07.2005, Бюл. № 21.
- Способ гидрогеологического районирования шахтных полей калийных предприятий: пат. 2261330 Российская Федерация, МПК 7 E 21 C 41/20 / Н.В.Кузнецов, В.К. Липницкий, Т.К. Шлендова, В.В.Белкин, В.И Платыгин, № 2003111070; заявл. 17.04.2003; опубл. 27.09.2005 , Бюл. №.27.
- Способ определения фоновых параметров окружающей среды для предупреждения чрезвычайных ситуаций на калийных рудниках: пат. 2265125 Российская Федерация, МПК 7 Е 21 С 41/20 / В.В.Белкин, Н.В.Кузнецов, № 2004101658; заявл. 20.01.2004; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33.
- Способ переработки калийных руд: пат. 2265489 Российская Федерация, МПК 7 B 07 C 5/346, B 03 B 7/00 / В.В.Белкин, В.И. Платыгин, Н.В. Кузнецов, А.И. Шумахер, № 2004112454; заявл. 22.04.2004; опубл. 10.12.2005, Бюл. № 34.
- Способ защиты калийных рудников от затопления: пат. 2273734 Российская Федерация, МПК 8 Е 21 С 41/20 / Б.А. Крайнев, Н.М. Джиноридзе, А.И. Шумахер, Н.В.Кузнецов, В.В.Белкин, № 2004124927; заявл.13.08.2004; опубл.10.04.2006, Бюл. № 10.
- Способ ликвидации карстовых деформаций на солеотвалах: пат. 2307250 Российская Федерация, МПК 8 Е21С 41/00 / А.И. Шумахер, Н.И. Бруев, В.В.Белкин, В.И. Платыгин, С.А. Миронов, № 2006100178; заявл. 10.01.2006; опубл. 27.09.2007 , Бюл. № 27.
- Способ ликвидации солеотвалов на калийных рудниках: пат. 2355887 Российская Федерация, МПК 8 Е21С 41/32 / Б.А. Крайнев, С.П. Дьяков, А.И. Шумахер, В.В.Белкин, № 2007132754; заявл.30.08.2007; опубл. 20.05.2009, Бюл. № 14
.
Работы, опубликованные в других изданиях
- Aликин Э.А. Мониторинг гидрогеодеформационного поля на калийных рудниках / Э.А.Аликин, В.В.Белкин, С.Ю.Квиткин// Материалы Всероссийского съезда геологов и научно - практической конференции Геологическая - служба России на пороге ХХ1 века.- Кн. 4, Проблемы техногенного воздействия на окружающую среду, экология урбанизированных территорий и агломераций,. Санкт - Петербург, 2000. C. 295 - 296.
- Белкин В.В. Геодинамический мониторинг уровня подземных вод и дегазации соляной толщи на калийных рудниках // Техногенная сейсмичность при горных работах: модели очагов, прогноз, профилактика.- Часть 2. Сборник докладов международного совещания. Кировск, Мурманская область, Россия 14-16 апреля 2004, Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2004. С.20 -28.
- Белкин В.В. Доизучение геологической среды при разработке Верхнекамского калийного месторождения/ В.В. Белкин, Ю.А. Плотников // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: материалы регион. науч. практ. конф. - Пермь, 2008.С. 119-122.
- Белкин ВВ. Основы геологии / Пермск. гос. техн. ун-т., Березниковский филиал. Березники, 2008, 243 с.
- Дьяков С.П. Способ отработки калийного месторождения под склонами речных долин (варианты). Патент РФ №2186978. / С.П.Дьяков, Н.В.Кузнецов, В.Е.Мараков, Н.Ф.Аникин, В.В.Белкин// Cписок изобретений, отобранных для включения в базу данных л100 лучших изобретений России. Роспатент, 2008. www.fips.ru/ruptoru/Regions/best100.htm.
- Белкин В.В. Эколого-геологические проблемы комплексного освоения недр Верхнекамского соленосного бассейна//Комплексное освоение и сохранение недр Земли: материалы международной научно-технической конференции, Екатеринбург, 2009: Сб. трудов.- Магнитогорск: МГТУ, -2009. С. 142-144.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле