Geum.ru

Техногенная трансформация геологической среды верхнекамского соленосного бассейна

Вид материалаАвтореферат
Место отбора
Подобный материал:
1   2   3   4   5


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
ЛЭП 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
–
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
–
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 «кон­троль». 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 МSК–64 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 “ORPHIMEDES” 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.