6 о связи геодинамического режима

6 О СВЯЗИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА

И МИНЕРАГЕНИЧЕСКОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ ПРИПЯТСКОГО ПРОГИБА

Изучение осадочных бассейнов относится к числу приоритетных задач геологии последних десятилетий. Они привлекают должное внимание с позиции выявления крупных месторождений полезных ископаемых. Cпектр полезных ископаемых довольно широк.

При комплексном изучении осадочных палеобассейнов выявляется связь рудоносности бассейна с его геодинамической позицией и формационными рядами (латеральными и вертикальными) выполняющих его осадочных отложений. Формационные ряды платформенных чехлов маркируют трансформацию геодинамических обстановок, обусловленных сменой стадий геодинамического цикла Вильсона. Согласно геодинамической классификации, Припятский палеобассейн относится к внутриконтинентальному осадочно-породному бассейну деструктивно-дивергентного геодинамического режима [1].

Минерагенические знания об осадочных бассейнах являются научной основой прогноза, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Поэтому необходимо также уделять внимание тому, чтобы помимо изложения концепций о происхождении и распределении в пространстве и времени концентраций элементов и минералов, содержались практические указания о методах их нахождения.

Из трех осадочных бассейнов на территории Беларуси наиболее изученным и крупным бассейном является Припятский осадочно-породный бассейн, в пределах которого выявлен ряд месторождений различных полезных ископаемых. Территория Припятского прогиба по минерагеническому районированию относится к Припятско-Донецкой провинции в пределах Восточно-Европейской минерагенической страны и представляет собой Припятскую минерагеническую зону.

Полезные ископаемые по минерагенической специализации платформенного чехла Припятской зоны подразделяются на ведущие, второстепенные и предполагаемые. Ведущими полезными ископаемыми являются калийные соли (Старобинское, Петриковское и Октябрьское месторождения), каменная соль (Давыдовское, Мозырское и Старобинское), нефть (82 месторождений). К второстепенным полезным ископаемым относятся горючие сланцы (Любанское и Туровское месторождения), бурый уголь (Бриневское, Житковичское и Тонежское), газ (газовые и газоконденсатные залежи Красносельского и Западно-Александровского месторождений), калийно-магниевые соли (Любаньский участок), боксит-давсонитовые руды (Заозерное месторождение), гипс (Бриневское месторождение). Существуют геологические предпосылки для выявления месторождений урана, меди, редкоземельных и других металлов.

Основную часть прогиба занимает Припятский калиеносный бассейн хлоридно-калиевого геохимического типа. Данная геохимическая специализация характерна для внутриконтинентальных впадин деструктивно-дивергентного геодинамического режима. В геологической истории прогиба выделяется три этапа накопления калийных солей: позднефранский, среднепозднефаменский и раннепермский. Промышленное значение имеет только средневерхнефаменская калиеносная субформация, которая занимает площадь около 19, 1 тыс. км² [2]. Она сформировалась в главную фазу рифтогенеза Припятского прогиба.

На рифтовой стадии развития также происходило формирование структуры нефтеносных комплексов и ловушек углеводородов Припятского прогиба на фоне интенсивного дифференцированного по разломам прогибания в условиях растяжения земной коры. К концу главной фазы рифтогенеза был сформирован современный структурный облик нефтеносных комплексов и достигнуты близкие к современным глубины их залегания. Исследование тектоники, генерации и аккумуляции УВ в Припятском палеорифтовом бассейне подтверждают наличие чёткой корреляции распространения очагов генерации УВ, состава и свойств УВ, а также этапов интенсивной генерации нефти с геодинамическими особенностями и тектонической историей прогиба.

К поздней фазе рифтогенеза приурочено накопление урана на территории Припятского прогиба. В ходе поисковых работ на уран были выявлены рудопроявления различного рудогенеза и благоприятные на выявление урана горизонты.

При более детальном и комплексном изучении осадочных бассейнов, в том числе с позиции связи геодинамического режима и минерагенических особенностей палеобассейнов, можно предполагать о выявлении новых месторождений полезных ископаемых на территории Беларуси.

 

 

29 ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

При разработке калийных солей нередко наблюдаются газодинамические явления (ГДЯ) в форме необычных газовыделений, обрушений пород, выбросов соли, в значительной степени осложняющих проведение горных работ. Впервые такие явления были зафиксированы на калийных рудниках Германии, начавшей разработку месторождений калийных солей в 1850― 1860-х гг. в Саксонии и Тюрингии, а в 1880-х гг. ― в районе Ганновера.

Для эвапоритовых отложений германского цехштейна характерно ритмичное строение. Рихтер-Бернбург (1955 г. ) выделил четыре цикла или серии: цехштейн 1 (серия Верра), цехштейн 2 (серия Стасфурт), цехштейн 3 (серия Лейне, цехштейн 4 (серия Аллер). В разрезе цехштейна на территории Германии выявлено восемь калийных горизонтов (пластов): Тюринген (K 1 Th) и Гессен (K 1 H) в серии Верра; Стасфурт (K 2) в серии Стасфурт; Ронненберг (K 3 Ro), Бергмансзеген (K 3 Be), Ридель (K 3 Ri), Альберт (K 3 Ab) в серии Лейне и Оттосхал (K 4 Ot) в серии Аллер.

В Германии имеется много действующих и закрытых (часть их была затоплена) рудников по добыче каменной и калийных солей. Так, на схеме, составленной Э. Фульда в 1924 г., было нанесено 256 шахт [1]. В стране известен ряд калиеносных районов. В районе Верра раньше функционировало около 20 рудников. Несколько рудников находится в Тюрингской (Южный Гарц, Заале-Унструд) и Субгерцинской (Ашерслебен, Бернбург, Стасфурт, Шенебек, Шванебек, Аллертал) впадинах.

В Южно-Герцинском и Заале-Унструтском районах объектом эксплуатации являются хартзальцы и сильвиниты горизонта Стасфурт. В районе Магдебурга на некоторых шахтных полях промышленные пласты имеют крутые углы залегания. В районе Ганновера отрабатываются горизонт Стасфурт и калиеносные залежи серии Лейне. В связи с проявлением соляной тектоники калийные залежи находятся в сложных геологических условиях.

После объединения ФРГ и ГДР калийная промышленность Германии прошла этап реструктуризации: многие рудники были закрыты. Тем не менее, в настоящее время страна является важнейшим продуцентом калийных удобрений, занимая второе место в мире, уступая лишь Канаде.

В калийных районах Верра и Южного Гарца практически с самого начала эксплуатации месторождений калийных солей происходят выбросы соли и выделения газа [2]. Объемы выбросов варьируют от нескольких десятков до сотен тонн и более. Здесь зафиксирован один из самых интенсивных в мире выбросов ― 100 тыс. т соли (рудник Менценграбен).

По данным немецких геологов, наиболее интенсивные ГДЯ происходят в основном в зонах, где проявился вторичный метаморфизм калийных пород термальными водами. Такие зоны расположены, как правило, вблизи молодых тектонических нарушений («рейнская тектоника»). По этим нарушениям проникали газосодержащие воды. Вследствие неодинаковой растворимости каменной соли, сильвинита и карналлитов зоны метаморфизма распространяются на разные расстояния от тектонических нарушений: большие в карналлититах и меньшие ― в пластах каменной соли.

В калийном районе Верра большинство газодинамических явлений наблюдалось в калийных пластах, представленных вторичным сильвинитом и карналлитах, а в пластах каменной соли ― на участках, подвергшихся интенсивной перекристаллизации или сжатия в складки. По мнению О. Оельснера [3], происхождение выбросообразных зон связано с олигоценовыми базальтами. Горячие водные растворы, содержащие газы, вызывали метаморфизм первично-седиментационных легкорастворимых солей, т. е. интенсивную их перекристаллизацию. Часть газов захватывалась перекристаллизованными крупными кристаллами галита, сильвина и карналлита, а другая часть скапливалась в межзерновом пространстве, образуя скопления свободных газов. Именно свободные газы опасны при вскрытии подобных зон горными выработками. Средний состав газов, выделяющихся при выбросе следующий (%): CO₂ ― 84; N₂ ― 14, 0; CH₄ ― 1, 0; O₂ ― 0, 5; Ar ― 0, 2. Удельное содержание газов, по данным Г. Вольфа, варьирует от 3 до 20 м³ на 1 т соли.

Связь между выбросами и глубиной отработки калийных руд неоднозначная. Выбросы происходили при глубине отработки от 270 до 790 м и больше.

Выбросоопасные явления наблюдались при разработке калийных солей во Франции на месторождении в Эльзасе (Верхнерейнский грабен). Здесь отрабатывались два калийных горизонта мощностью 1, 0― 4, 5 м на глубине      400― 1100 м. В нижнем горизонте в верхней части его разреза развиты пропластки карналлитовой породы. Территория месторождения системой разломов преимущественно субмеридионального простирания разбита на блоки [4]. Выбросы происходили из почвы пластов и сопровождались разрушением и дроблением соляных пород и выделением больших количеств метана [5]. Выброшенная порода представляет собой грубообломочный материал ― куски соли и глинистых сланцев с остроугольными краями. На месте выброса обычно формировалась полость, напоминающая кратер шириной и высотой от нескольких метров до 5― 6 м. При выбросе под действием газового потока отдельные обломки горных пород отбрасывались в горные выработки на расстояние до 30 м и более. На калийных рудниках Эльзаса в среднем происходил 1 выброс в течение года, средняя интенсивность ― 200― 280 т соли, количество выделившегося газа при одном выбросе ― от 10 до 100 тыс. м³. На рудниках наблюдалось равномерное увеличение частоты и интенсивности выбросов с увеличением глубины залегания промышленных калийных пластов.

Обращает на себя внимание тот факт, что состав газов выделявшихся при выбросах на рудниках Эльзаса, принципиально отличен от состава газов газодинамических зон германских рудников: на французских рудниках – это в основном метан, а на германских – преимущественно углекислый газ и азот. Источником метана могут являться газы нефтяных месторождений, которые известны в Рейнском грабене [6].

В Великобритании разработка калийных солей осуществляется в графстве Кливленд, где действует рудник Баулби. Калийная залежь (горизонт Баулби) имеет мощность от 0, 5― 1, 0 до 20 м и представлена разнообразными типами сильвинитовых руд (А, Б, С, Д, Е) [4, 7]. Непосредственно над калийной залежью прослеживается маломощная переходная зона (в основном каменная соль). Выше в разрезе залегает «карналлитовый мергель», сложенный преимущественно глинами с включениями легкорастворимых солей (галит, сильвин, карналлит). Разработка калийных солей осуществляется на глубине 1140― 1180 м. Это один из наиболее глубоких действующий рудников в мире. При разработке калийных солей на ряде участков наблюдались выделения газов [7]. В состав газов входят азот (около 80%), метан и другие углеводороды. Скопления газов приурочены в основном к трещиноватым породам. Отмечены внезапные ГДЯ с выбросами горных пород массой до 1000 т и более и выделениями газов.

В России многочисленные ГДЯ зафиксированы на Верхнекамском месторождении, которое эксплуатируется с 1932 г. В калиеносной части разреза месторождения выделяются (снизу вверх): сильвинитовая, карналлитовая и галито-карналлитовая пачки [8]. Основными объектами отработки являются калийные пласты Кр. II, А и Б. Руды пластов А и Б (при сильвинитовом составе последнего) эксплуатируются совместно. Из карналлитовых пластов разрабатывается пласт В на участках, где он защищен достаточно мощным 60― 80 м) пластом покровной каменной соли. Гидрогеологические условия этого месторождения неблагоприятные в связи с обводненностью надсолевой толщи и наличием рассолов на контакте с соленосными отложениями. Калийные и калийно-магниевые соли отрабатываются на глубине 250 – 350 м.

Выбросы соли и газа происходят, как правило, при выемке карналлитового пласта В и других карналлитовых пластов. ГДЯ протекают в форме внезапных выделений газов, выбросов породы и газа, а также обрушений пород кровли. В среднем при каждом выбросе или обрушении выделяется около 95 м³ газа. Выбросы соли и газа происходят из кровли, стенок и почвы горных выработок. При этом образуются полости внушительных размеров, нарушающие проектные размеры камер. Выбросы соляных пород на Верхнекамском месторождении сопровождаются такими признаками как шум, треск или гул в породном массиве, отскакивание отдельных кусочков породы. Выделившиеся свободные газы по химическому составу подразделяются на два типа [2]. К первому типу относятся газы карналлитовых пород и содержащие в основном Н₂ (19, 4― 39, 4 %) и СН₄ (11, 5― 39, 2 %), ко второму типу – газы сильвинитовых пластов, содержащие в качестве основных компонентов СН₄ (44, 1― 47, 5 %) и С₂Н₆ (6, 64― 13, 0 %). Этот тип газов относится к типично углеводородным. По нашему мнению, наличие углеводородных газов не является случайным и может быть объяснено тем, что в подсолевых отложениях Верхнекамского месторождения находится ряд месторождений нефти, открытых в 1968― 1999 гг. [9].

Как крайней формой проявления газодинамических явлений следует рассматривать аварию на 3-м Березниковском руднике, происшедшей в 1986 г. и приведшей к его затоплению. На земной поверхности в результате мощного выброса газов и горных пород образовался обширный кратер [10].

В преобладающем большинстве случаев места ГДЯ при отработке сильвинитов пласта Кр. II характеризуются наличием локальных зон замещения сильвинитовых слоев линзами неправильной формы, выполненными каменной солью с глиной [1]. Зоны замещения на рудниках БКПРУ― 2 и БКПРУ― 3 приурочены к участкам интенсивного смятия пласта Кр. II. С. С. Андрейко и А. И. Кудряшов обосновали физико-геологический механизм образования очагов газодинамических явлений на рассматриваемом месторождении. По мнению указанных исследователей, физико-геологический механизм образования очагов ГДЯ представляет собой единый процесс тектогенеза, миграции газонасыщенных водных растворов, эпигенетических преобразований и аккумуляции газов в соляном породном массиве.

В процессе разведки Гремячинского месторождения калийных солей, расположенного в Волгоградской области России по данным газового каротажа разведочных скважин выявлены интервалы с повышенным содержанием газов. Они приурочены в основном к карналлитовым породам [12]. В составе газов преобладает метан, на долю которого приходится до 98 % от суммарного содержания углеводородов. Указанными авторами по данным разведочных скважин выполнена прогнозная оценка территории Гремячинского месторождения по газодинамической опасности.

На Старобинском месторождении калийных солей ГДЯ наблюдались с начала разработки месторождения (сентябрь 1963 г. ). По состоянию на начало 1970 г. было установлено 172 газодинамических явления и все на III калийном горизонте [2]. С этим горизонтом на месторождении связано более 80 % запасов калийных руд. Строение разреза его достаточно сложное. Выделяются три пласта: нижний и верхний сильвинитовые и средний ― глинисто-карналлитовый. К началу 2007 г. на шахтных полях РУП ПО «Беларуськалий» произошло около 240 событий, связанных с ГДЯ [13]. Преобладающее большинство их зафиксировано в центральной части Центрального тектонического блока ― в зоне сочленения шахтных полей 1 РУ, 2 РУ и 3 РУ, на значительном расстоянии от Северо-Западной и Северной разломных зон.

Выбросы соли и газа происходят из забоя, почвы и кровли горных выработок. Интенсивность выбросов колеблется от нескольких десятков килограммов до сотен тонн соли. Выбросы сопровождаются сотрясением породного массива, звуковым эффектом и выделением газов. Полости выбросов имеют различные очертания и размеры. Стенки полостей, как правило, разбиты системой трещин. Разрушенная порода при выбросах отбрасывается на значительные расстояния. Обрушения пород из кровли (глинисто-карналлитовый пласт) с газовыделением характеризуются незначительным отбросом пород (карналлит, галопелиты. сильвинит, каменная соль). Полости обрушения имеют сводообразную форму. При обрушении происходит расслоение пород. Глубина возникающих полостей варьирует от 0, 1― 0, 5 до 2― 6 м. По данным А. А. Черепенникова [2] главными компонентами свободно выделяющихся газов являются N₂ (до 9 %) и СН₄ (от 4, 5 до 13, 2 %); в незначительных количествах присутствуют более высокие углеводороды.

Большинство ГДЯ на шахтных полях рудников РУП ПО «Беларуськалий», сопровождающихся обрушением кровли горных выработок, приурочено к локальным геологическим нарушениям типа «мульда». Иногда наблюдаются обрушения большой интенсивности, достигающие 100 т. и более.

С 2004 г. ГДЯ зафиксированы на I калийном горизонте (горизонт― 264 м) и горизонте каменной соли ― 304 м [13, 14].

На I-м калийном горизонте, отработка которого была начата в 2004 г. на 1 РУ ГДЯ наблюдались в виде выдавливания почвы горных выработок с их разрушением и выделением газов (СО₂, СН₄ и др. ). На II калийном горизонте незначительные проявления ГДЯ впервые были отмечены на 4-м шахтном поле [14, 15].

Газодинамические явления на Старобинском месторождении изучались с начала эксплуатации этого месторождения геологами РУП ПО «Беларуськалий» ― В. Д. Фоминой, В. М. Кадолом, а также сотрудниками ВНИИГа (С. С. Козлов, А. Л. Протопопов, Н. М. Проскуряков, Р. С. Пермяков, А. А. Черепенников, ЛГУ (И. А. Одесский, А. Е. Ходьков, К. Л. Кокарева и др. ), БФ ВНИИГа (Л. В. Былино), а в последние годы сотрудниками ОАО «Белгорхимпром» (В. Б. Вагин, Д. Н. Мусалеев, С. С. Андрейко, В. Е. Волков, В. Э. Кутырло и др. ). К настоящему времени предлагаются несколько моделей формирования аномальных зон потециальных ГДЯ (А. Е. Ходьков, С. С. Козлов, С. С. Андрейко, В. Э. Кутырло) и разработан комплекс мероприятий локального прогнозирования выбросоопасных нарушений на калийных рудниках Старобинского месторождения [13, 16, 17].

 

 

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: