Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы инженерно-геологического изучения и использования соленосных отложений 8
2. Влияние генезиса, литологии, истории геологического развития территории на формирование инженерно-геологических условий 19
2.1. Стратиграфия 19
2.1.1. Литолого-фациальные комплексы нижней перми 20
2.2. Тектоника 25
2.2.1 .Строение соленосного структурного этажа 27
2.2.2. Генезис солей 37
2.2.3. Механизм и причины куполообразования 42
2.2.4. Морфологическая характеристика и история формирования куполов 45
3. Роль подземных и поверхностных вод в развитии инженерно-геологических процессов 59
3.1. Особенности химического состава подземных вод 59
3.1.1. Надсолевой гидрогеологический этаж 59
3.1.2. Подсолевой гидрогеологический этаж 62
3.2. Рассолы кунгурской соленосной толщи 63
4. Динамика геотемпературных полей соленосных массивов 80
4.1. Распределение геотермических показателей в надсолевом комплексе 82
4.2. Распределение геотермических показателей в соленосном комплексе 84
4.3. Распределение геотермических показателей в подсолевом комплексе 91
5. Инженерно-геологическая характеристика соленосной толщи 97
5.1. Структурные особенности соленосной толщи 97
5.2.1. Химический состав и физико-механические свойства соляных пород 98
5.2.2. Внутреннее строение и физико-механические свойства солей... Астраханского свода 103
5.3. Развитие инженерно-геологических процессов в кунгурской соленосной толще 112
5.4. Соляной тектогенез - как фактор инженерно-геологических процессов 126
6. Закономерности пространственного размещения, моделирование и прогноз рапоопасных зон 135
6.1 Закономерности пространственного размещения межсолевых рапонасыщенных пластов 135
6.2. Анализ строительства скважин в условиях рапопроявлений 147
6.3. Моделирование рапоопасных зон 149
6.3.1. Физическая модель 149
6.3.2. Геологическая модель 150
6.3.3. Гидродинамическая модель 158
6.4. Инженерно-геологические критерии прогнозирования рапоопасных зон 163
6.5. Особенности распределения пластовых давлений в соленосной толще 170
Заключение 182
Список использованных источников 185
- Тектоника
- Рассолы кунгурской соленосной толщи
- Распределение геотермических показателей в соленосном комплексе
- Развитие инженерно-геологических процессов в кунгурской соленосной толще
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. При освоении недр с активным развитием соляных массивов наряду с усилением техногенной нагрузки на все более глубокие части литосферы, возникновению целого ряда инженерно-геологических процессов способствуют и соленосные породы, которые в последнее время изучались недостаточно и роль которых явно недооценивается.
Однако геологическое строение территории, химический состав и физико-механические свойства пород соленосной толщи предопределяют развитие процессов растворения солей, оседания земной поверхности, образования провальных воронок и карста, активизацию естественных и техногенных тектонических движений, техногенных землетрясений, аварии и деформации подземных объектов и сооружений, рапопроявления и других.
Следовательно, актуальными становятся проблемы безопасного функционирования инженерных сооружений и выявления (на основе научного подхода) в соленосных массивах участков разреза с аномальными объектами (зон пониженных прочностных свойств пород, тектонических нарушений, рапонасы-щенных пластов, зон развития калийно-магниевых солей и вязких пластичных глин) путем опережающего их прогноза.
Основной целью работы является изучение различных аспектов антропогенного воздействия на соленосную толщу и ее реакция на эти воздействия. Исходя из основной цели, автором решались следующие задачи:
• выяснение связи геологического строения, химического состава, физико-механических свойств, внутреннего строения массивов соляных пород, температуры и давления с возникающими инженерно-геологическими процессами;
• установление генезиса рассолов кунгурской толщи;
• установление природы и механизма глубинных инженерно-геологических процессов - кавернообразований, течения солей и глин, рапопроявлений, конвергенции подземных емкостей;
разработка регионального и локального прогнозов инженерно-геологических особенностей участков геологического разреза для строительства промышленных сооружений и подземных объектов в массивах соляных структур, Научная новизна:
• впервые разработана прогнозная карта развития внутрисолевых пластов (складок) и установлена связь инженерно-геологических осложнений - рапопроявлений, течения солей и вязких глин, кавернообразования, межколонных перетоков и смятия колонн с этими складками;
• впервые для Астраханского свода проведена типизация солей и рассолов кунгурской толщи, установлен их генезис, различные типы, выявлено зональное развитие выделенных типов рассолов, различная степень минерализации рассолов;
• впервые проведено районирование территории по степени интенсивности и видам ИГП;
• выделены основные рапоносные комплексы, установлены закономерности их площадного развития и изменения мощностей;
• разработана прогнозная карта распределения коэффициентов аномальности пластового давления.
Защищаемые положения
1. Тектонические особенности положительных и отрицательных соляно- купольных структур определяют распространение объектов с аномальными инженерно-геологическими свойствами - рапонасыщенных пластов, зон растворения и течения солей и внутрисолевых глин;
2. Внутреннее строение, химический состав и физико-механические свойства пород соленосных массивов обусловливают глубинные инженерно- геологические процессы, возникающие при освоении недр — растворение и выщелачивание пород, оседание поверхности, конвергенцию подземных объектов, деформации и аварии инженерных сооружений, активизацию тектонических разломов, техногенные землетрясения;
3. Прогноз зон и интервалов разреза соленосной толщи с выделением аномальных объектов основан как на закономерностях развития солянокуполь-ных структур, так и на гидрохимических и термобарических показателях;
4. Карта прогноза развития внутрисолевых рапонасыщенных складок и другие графические материалы являются основой для выделения потенциально опасных участков при проектировании и строительстве промышленных объектов, обоснования местоположения инженерных сооружений.
Практическая ценность и реализация работы: Составленные прогнозные карты районирования территории по степени интенсивности инженерно-геологических процессов, минерализации рассолов, развития внутрисолевых рапонасыщенных складок, а также карта прогноза коэффициентов аномальности пластового давления являются новыми данными и используются при проектировании скважин на предприятиях Астраханского региона Астраханьгаз-пром, Астраханская нефтяная компания, ДООО Бургаз.
Полученные результаты позволяют принимать оперативное решение при возникающих инженерно-геологических осложнениях, снизить экономический ущерб и экологический риск, вызываемый данными процессами, могут быть использованы при инженерно-геологическом районировании территории, сооружении подземных хранилищ и других объектов.
Достоверность представленных в работе положений, результатов и выводов подтверждается наличием обширных фактических геолого-геофизических материалов полевых и лабораторных исследований, проведенных по аттестованным методикам, а также данными бурения скважин.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертации положены результаты исследований автора последних 15 лет, в течение которых был собран, проанализирован и обобщен фактический материал сейсмических исследований по 50-ти солянокупольным структурам, данные бурения более чем 150 скважин, результатов микроскопического, петрографического анализа соли, химического состава рассолов и физико-механических свойств солей, выполненных институтами ВНИИгалургии, ВНИГНИ, НВ НИИГГ, ИГТ, ВНИИподземпром и др. По теме диссертации выполнены и составлены более 20 отчетов с результатами НИР в соответствии с направлением научных исследований.
Апробация работы. Основные положения работы изложены и докладывались: на региональных и межведомственных научно-практических конференциях по проблемам разработки нефтяных и газовых месторождений (г. Астрахань, 1989), Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические аспекты развития Астраханского газового комплекса» (г. Астрахань, 1998), Международной конференции по освещению минеральных ресурсов (г. Астрахань, 2001), на практических производственных и научно-технических совещаниях и конференциях.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 16 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения. Общий объем текста 197 страниц, 20 таблиц, 31 рисунок. Список использованной литературы включает 124 наименования.
Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю проф. д.г.-м. н. О.И. Серебрякову за ценные советы при написании диссертации. Автор признателен также проф. д.г.-м.н. В.Н. Синякову и СВ. Кузнецовой, канд. г.-м.н. В.А. Григорову, В.А. Захарчуку, А.Я. Бродскому, А.Н. Горбунову за консультации, рекомендации, полученные при работе над диссертацией.
Тектоника
Прикаспийская впадина является отрицательной структурой Восточно Европейской платформы с мощностью осадочного чехла 20-22 км. Системой разрывных нарушений фундамент разбит на ряд приподнятых и опущенных блоков, предопределяющих резко расчлененный его рельеф с отметками от 5 -6 км на юге и востоке до 14 км в центральной части впадины. В наиболее приподнятом блоке, приуроченном к центральной части Астраханского свода, фундамент залегает на глубине 8-12 км.
Наиболее крупная положительная структура - Астраханский свод, с севера ограничивается Заволжским, а с запада Сарпинским прогибами. В южном направлении он погружается под герцинские сооружения вала Карпинского (Рис. 2.2.1). На северо-востоке свод ограничивается зоной потери корреляции отражающих горизонтов, отвечающих уступу карбонатного Астраханского массива и связывающейся с зоной разломов. В периферийной части свода фиксируются сбросы, по которым происходит ступенеобразное погружение фундамента [20, 9, 53, 54, 98]. В пределах свода фундамент сложен архейско-протерозойскими породами, представленными гнейсами, сланцами, железистыми кварцитами. Верхняя часть осадочного чехла Астраханского свода представляет собой карбонатную формацию толщиной более 2,0 км. По отражающему сейсмическому горизонту ІП (изогипса минус 5000 м) размеры свода составляют 160 х 100 км, амплитуда 1500 м. Системой разломов свод разбит на ряд приподнятых и опущенных блоков, четко выделяются две самостоятельные вершины, разделенные р. Волга [20]. Левобережная часть свода более приподнятая по отношению к правобережной. Глубина залегания отражающего горизонта Ш составляет соответственно 3700-4000 м и 4000-5000 м. Наиболее крупной структурой второго порядка является субширотно вытянутый Ак-сарайский вал с размерами 80 х 50 км по изогипсе минус 4100 м, контролирующий Астраханское ГКМ.
В мощной толще осадочного чехла на основе анализа всего фактического геологического материала выделяются три структурных этажа: подсолевой, солевой и надсолевой.
Подсолевой структурный этаж в общих чертах наследует особенности строения кристаллического фундамента. По отражающим подсолевым сейсмическим горизонтам фиксируется северное крутое погружение подсолевых отложений с 3750-4000 м на Астраханском своде, до 5800-5900 м - в Заволжском прогибе и до 7000-8000 м - в Сарпинском прогибе.
Он сложен двумя мощными комплексами пород: преимущественно тер-ригенными от ордовикско-силурийского до раннефранского возраста включительно и карбонатными, имеющими широкий возрастной диапазон - от низов франского до сакмарско-артинского ярусов.
По подсолевым отражающим горизонтам в пределах свода выделяется ряд локальных поднятий от мелких до крупных с амплитудой 150-200 м. Это, как правило, брахиантиклинальные складки северо-восточного или субмеридионального простирания. С наиболее крупной Девонской структурой связываются перспективы нефтеносности.
Заволжский прогиб занимает северо-восточную часть тектоно-седиментационного уступа Астраханского свода. Отмечается несколько приподнятое положение (минус 5200 м) подсолевых отложений по сравнению со сводом. В настоящее время строение территории изучено довольно слабо.
Наличие мощной галогенной кунгурской толщи и проявившийся соляной тектогенез обусловили формирование солянокупольного структурного этажа. Характер проявления соляного тектогенеза, степень его интенсивности, мощность соленосной и перекрывающей толщ, разнонаправленность тектонических движений предопределили многообразие структурных форм: от пологих куполовидных поднятий до соляных тел в виде массивов, колонн, гребней и гряд со сложной конфигурацией, различной глубиной залегания соляного ядра, степенью прорванности перекрывающих отложений, временем формиро вания и другим признакам. Их сложная конфигурация сложно поддается расшифровке методами геофизики и бурения.
Вопросам строения, формирования и классификации солянокупольных структур Прикаспийской впадины посвящены исследования Г.Е. Айзенштадта, [1], B.C. Журавлева [38], И.Г. Пермякова [85], Ю.А. Косыгина [59], М.И. Калинко [48], А.А. Аккулова; O.K. Туркова [108], А.Я. Бродского [9], Ю.А. Воло-жа, Е.А. Воцалевского [18], Н.И. Воронина, Д.Л. Федорова [20], В.Л. Самойло-вича [93], В.А. Захарчука [41] и многих других.
Для выяснения структурного плана исследуемого этажа автором рассмотрено строение более 50 солянокупольных структур различного типа, выявленных гравиразведкой и сейсморазведкой. По результатам исследований построены: структурная карта по кровле соли, карта мощностей кунгурских отложений, геологические карты - срезы на различных гипсометрических уровнях минус 2000 м, 1500 м и 1000 м.
В результате анализа установлено, что в процессе проявившегося соляного тектогенеза была сформирована система соляных массивов и гряд, разделенных глубокими мульдами. Преимущественным развитием пользуются соляные гряды субширотной или субмеридиональной ориентировки. Площади, занимаемые мульдами, превышают площади занимаемые куполами. Это хорошо видно на представленной структурной карте поверхности соленосных кунгурских отложений (Рис. 2.2.1.1).
Соляные массивы и межкупольные депрессии являются структурами первого порядка, и на них могут быть выделены структуры более мелких порядков. Наиболее приподнятые части соляных массивов известны в литературе как соляные купола. Нередко между куполами образуются столообразные структуры типа «седла», а в пределах массивов выделяются. отрицательные структуры, изометричные в плане, так называемые компенсационные мульды. Купола и мульды осложнены структурами второго порядка - выступами, перемычками, гребнями, погребенными куполами типа «панцыря черепахи».
Рассолы кунгурской соленосной толщи
Мономинеральный состав соли, большая мощность и огромные территории, занимаемые солеродными бассейнами, позволяют считать соленосную толщу идеальным флюидоупором в пределах большинства солеродных бассейнов. Однако в процессе бурения скважин из этой толщи получены притоки пластовой воды различной минерализации и интенсивности из верхней пачки -кепрока и межсолевых сульфатно-карбонатно-терригенных пластов в нижней части разреза, к которым приурочен условно выделяемый кунгурский водоносный подкомплекс. Как известно, на гидрохимический облик рассолов оказывали влияние различные факторы: температура, климат, рельеф, тектоническое строение, литологический состав пород и многие другие.
Вследствие вышеперечисленных причин подземные воды обогащаются макро - и микрокомпонентами и представляют собой растворы сложного химического состава. По мнению большинства исследователей (А.А. Карцев, В.П. Ильченко, А.С. Панченко), соленосные отложения и их положение в разрезе осадочного чехла оказывают большое влияние на гидрохимический облик вод. При нахождении солей в верхней части бассейна седиментации почти весь надсолевой разрез носит отпечаток аридного седиментогенеза. Если соленосная толща расположена в нижней части разреза, то ее влияние на гидрохимию вод меньшее [50].
В процессе отложения солей отсутствуют перерывы в осадконакоплении, поэтому поровые воды, содержащиеся в коллекторах, имеют строго постоянный состав и соленость (Н.М.Страхов, 1971). По мнению (М.Г. Валяшко, 1965), все рассолы континентальных гидрогеологических бассейнов обязаны гидрохимическим толщам, в океанах они не образовывались. За счет растворения натриевых, калийных и магниевых солей, доломита, ангидрита и гипсов воды обогащаются ионами магния, калия, карбонатов, сульфатов, натрия и хлора в концентрациях до состояния рассолов.
По общепринятой терминологии воды соленосной толщи представляют собой рассолы или рапу (по терминологии буровиков). По классификации Е.В. Пиннекера все рассолы можно разделить на: - слабые рассолы с минерализацией 36-150 г/л; - крепкие рассолы с минерализацией 150-320 г/л; - весьма крепкие рассолы с минерализацией 320-500 г/л; - предельно насыщенные рассолы с минерализацией свыше 500 г/л. В нефтегазовой гидрогеологии широко распространена классификация В.А. Сулина, использующая элементы классификации Ч. Пальмера, согласно которой выделяется четыре генетических типа вод: I тип - гидрокарбонатно-натриевый, II тип - сульфатно-натриевый, III тип - хлоридно-магниевый, IV тип - хлоридно-кальциевый. Для классификации рассолов по минерализации и стадиям сгущения рапы наиболее подходящей является классификация Н.И. Толстихина: -повышенно соленые, весьма слабосоленые воды, минерализация 35-50 г/л; - слабые с минерализацией 50-130 г/л (при 131 г/л начало садки гипса); - умеренно крепкие с минерализацией 130-275 г/л (гипсовая стадия сгущения рапы); - крепкие с минерализацией 275-325 г/л (начало садки галита); - очень крепкие с минерализацией 325-345 г/л (магнезиальная стадия сгущения); - весьма крепкие рассолы с минерализацией 345-371 г/л (стадия садки карналлита); - сверхкрепкие рассолы с минерализацией свыше 371 г/л (стадия садки бишофита). В верхней части кунгурского разреза из кепрока при бурении технологических скважин 11рт, 7т, 1р, 2р получены притоки воды дебитом до 1 м3/сут. Ниже содержатся воды собственно кунгурского комплекса с различным химическим составом, высокой минерализации от 196 г/л до 576 г/л, закономерно возрастающей от центральной (196-324 г/л) к периферийной частям свода (до 576 г/л) [112]. В распределении минерализации по площади Астраханского свода отмечается определенная зональность. На представленной прогнозной карте минерализации вод (Рис. 3.2.1) автором выделены три зоны развития рассолов: I - зона развития крепких рассолов с соленостью менее 324 г/л (зона сад ки сульфатов и карбонатов) занимает центральную часть АГКМ, северо восточный склон свода (Заволжско-Еленовский участок); II - зона развития весьма крепких рассолов с минерализацией от 325 г/л до 400 г/л (зона садки хлоридов, магнезиальных солей, карналлита); III - зона развития сверхкрепких (ультра) рассолов с соленостью более 400 г/л (зона садки карналлита и бишофита) имеет локальное развитие в пре делах отдельных соляных куполов. В целом для вод кунгурской толщи характерна высокая удельная плот-ность 1,20-1,30 г/см , высокая степень метаморфизации; аномально высокие пластовые давления 64-80 МПа в пределах всей Прикаспийской впадины, коэф фициенты аномальности - 1,7-2,3. Уменьшение минерализации до 229,7 г/л происходит к западу от Астраханского свода. Доминирующее положение в ионно-солевом составе вод занимают ионы хлора и натрия. В отдельных случаях величина минерализации остается высокой благодаря повышенным концентрациям ионов калия и магния, концентрации макроэлементов по площади и разрезу колеблются в широких пределах. Согласно классификации Сулина В.А, имеющимся анализам вод (таблица 3.2.1), и исходя из геохимических критериев (таблица 3.2.2.) по преобладающему катиону, автором в группе хло-ридных вод выделено три подгруппы рассолов: I - хлоридная группа магниевая подгруппа характеризуется содержанием ионов магния Mg от 12,2 до 130,2 г/л (скважины 3 Аксарайская, 436, 6 А, 5 Пионерская). По классификации О.А. Алекина воды относятся к хлоридному классу, магниевой группе, типу III (НСО3 + SC 4 Ca + Mg).
Распределение геотермических показателей в соленосном комплексе
aНа характер распределения теплового поля, геотермических показателей нижнепермской геотермической толщи в составе кунгурского и сакмаро-артинского ярусов влияние структурно-тектонического фактора невелико и им можно пренебречь. Определяющим для галогенной толщи является литологи-ческий фактор. Кунгурский ярус, литологически представленный преимущественно каменной солью - галитом с подчиненными сульфатно-терригенными прослоями, отличается высокой теплопроводностью и, следовательно, низкими геотермическими градиентами.
В связи с высокой теплопроводностью соль непосредственно влияет на распределение глубинного теплового потока идущего от кристаллического фундамента и усложняет температурную характеристику разреза, поскольку ее избыточная теплопроводность способствует более быстрому прохождению теплового потока через соляные тела.
В целом, характер распределения геотермических показателей соленосной толщи - температуры, геотермических градиента и ступени по площади подчинен определенной закономерности и зависит от глубины залегания ее кровли. (Рис. 4.2.1). Отмечается закономерный рост температур по разрезу соленосной толщи - от 38С в верхних частях до 111 С — в нижних. В высокозале-гающих куполах ундуляции температуры отмечаются даже на одном гипсометрическом уровне. Так, в пределах Сеитовского соляного купола на глубине 1200 м температура колеблется от 42,8С (скважина 10 рт) до 53,2С (скважина 7 т); на Айдикском куполе на этой отметке она равна 47,3С (скважина 15 рт), на Сары-Сорском соляном куполе —37,3С (скважине 14 рт). В глубокопогру-женных частях свода в пределах мульд, где кунгурские отложения представлены сульфатно-карбонатной субформацией филипповского горизонта, температура изменяется от 87 до 111С (см. табл. 4.2.1). Сравнение температур показало различную степень прогретости отдельных частей свода и соляных структур. Купола Сеитовский, Замьяновский, Булунгский имеют более повы шенную плотность теплового потока, чем Айдикский, Ахтубинский, Сары-Сорский соляные купола. Левобережная часть свода является более прогретой по сравнению с правобережной и характеризуется относительно близкими значениями температуры. Рост температур наблюдается и по направлению к бортовым частя свода. По направлению к югу от Астраханского свода в зоне сочленения двух Русской и Предкавказской платформ температура равна 90-95С. В региональном плане отмечается рост температур от бортовых частей по направлению к центральной части впадины. В этом же направлении отмечается погружение глубины соленосной толщи [68, 69].
Следует заметить, что температура оказывает значительное влияние на свойства солей. Она значительно повышает пластичность соли и степень проявления галокинеза. Установлено (B.C. Конищев, 1984), что при повышении температуры до 200 С давление, необходимое для течения соли, уменьшается почти вдвое, а при температурах более 200С она становится мягкой и пластичной и течет неограниченно при градиентах давлений 3,3-10 МПа.
Средние геотермические градиенты соленосной толщи характеризуются относительным постоянством и близки к единице. Это характерно для центральной, восточной частей впадины, Оренбургского ГКМ, где значения характеризуемого параметра равны 1-1,1С/100 м [7]. Однако в других частях Прикаспийской впадины отмечаются более высокие значения этого параметра. В северной прибортовой зоне в рассматриваемой толще при увеличенном содержании сульфатных и терригенных пропластков, среднеарифметическое значение геотермического градиента равно 1,34+0,4С/100 м, в юго-западной части впадины - 0,7 - 2,2 С/100 м [81, 86].
В пределах Астраханского свода по мере вскрытия данных отложений отмечается резкое снижение геотермического градиента по сравнению с вышележащей толщей до 1,0-2,04С/100 м. Последний контролируется положением кровли соленосной толщи.
На куполах с высоким (600-1000 м) залеганием соли значения геотермического градиента колеблются от 0,7 до 1,48 С/100, для куполов с залеганием кровли соли 1000-3000 м значение параметра несколько выше - 1,4-2,04 С/100 м (Рис. 4.2.1).
В межкупольных депрессиях значения геотермического градиента колеблются незначительно в пределах 2,1-2,04 С /100м. Так, в скважине Девонская 2, где кунгурская соль залегает на отметке 3766 м, значение геотермического градиента составляет 2,1 С /100 м, а в скважине 1 Пионерской на этой же отметке его значение равно 2,04С/100 м, что объясняется преобладанием терри-генных прослоев в разрезе скважины.
Отмечены значительные колебания величины геотермической ступени по вертикали от 23,7 до 200 м /С. В верхней части кунгурского разреза значения параметра более низкие, а в нижней части яруса, где преобладают негалитовые разности значения геотермической ступени более высокие, составляя в среднем 50-80 м /С.
Залегающие ниже соленосной толщи терригенные кремнисто-битуминозные отложения сакмарско-артинского возраста характеризуются примерными равными температурами 90-105,7 С, средними геотермическими градиентами (2,04С/100м) и геотермическими ступенями. Лишь в Каракуль-ско-Смушковской зоне поднятий на отметке 4500 м температура недр превышает 130С. В целом, всю толщу терригенных пород сакмаро-артинского воз
Развитие инженерно-геологических процессов в кунгурской соленосной толще
Каменная соль в большинстве куполов представлена галитом, содержание хлористого натрия составляет 68-96 %. Содержание нерастворимого остатка по отдельным образцам колеблется от десятых долей до 10,14 %. Плотность соли- 2140-2260 кг/м3, коэффициент Пуассона 0,203-0,307. Модуль упругости составляет в среднем 3,03 104 МПа, прочность на одноосное сжатие изменяется в широких пределах от 19,4 до 36,7 МПа.
На изменение физико-химических и прочностных свойств соли оказало значительное влияние строительство подземных емкостей хранения (методом ядерных взрывов). Исследования, выполненные ВНИИпромгазом и ВНИИ-ПИпромтехнология в пределах подземных резервуаров на Сеитовском, Айдик-ском и Азгирском соляных куполах показали изменение статистического модуля упругости, модуля деформации и прочности каменной соли.
Так, конечная величина ползучести для соли объекта Вега (Сеитовский купол) равна 12 х 10"4 1/МПа, для объекта Лира (Айдикский купол) 5,0 х 10"4 1/МПа. Отмечается увеличение температурного градиента массива соли. Температура пород каменной соли на глубине 1000 м составляет 60 С, что по сравнению с температурой соли (40-25 С) на Карачаганакском, Оренбургском месторождениях и куполе Азгир больше в 1,5-2,5 раза. Увеличение температуры до 100 по данным различных исследований, в том числе американских, вызывает незначительные изменения прочности соли, однако, может привести к увеличению ползучести в 4 раза, относительной деформации в 1,75 раз [93].
Над одной из емкостей, созданных в середине 60-х годов на куполе Аз-гир общим объемом 300 тыс. м , образовалась провальная воронка диаметром 500 м, глубиной 18 м, изолированная от полости взрыва и частично заполненная водой. Исследование созданных в 1980-84 гг. в пределах Астраханского ГКМ 15 подземных емкостей на Сары-Сорском, Айдикском и Сеитовском куполах показали, что давления на устьях скважин полостей находятся в пределах 4,9-9,0 МПа. При дальнейших исследованиях отмечено прогрессирующее уменьшению их объема (1986 г) уже в 10 и более раз, они потеряли свое промышленное значение и подлежат ликвидации. Часть емкостей обводнилось и стали отжимать радиоактивный рассол к поверхности.
Причина этих явлений в том, что Аксарайско-Сеитовская соляная гряда является тектонически ослабленной зоной, по которой в течение геологического времени происходила фильтрация легких газов метана и гелия. Если такие зоны пересекают область трещиноватости, образованную вокруг сухой подземной емкости в ходе подземного ядерного взрыва, то появляется возможность весьма замедленной фильтрации в эту емкость из близлежащего к ней водоносного горизонта воды или рапы, а после ее затопления и конвергенции, обратная фильтрация в водоносные горизонты (В.И. Смирнов, 2000). Другой причиной этого процесса служит отсутствие противодавления в емкостях длительное время, изначально высокий температурный градиент массива солей и повышенная ползучесть соли по сравнению с аналогичными объектами в других регионах. Наряду с этим известно, что пониженные прочностные, деформационные и реологические характеристики соли со временем могут восстанавливаться, что объясняется свойствами каменной соли.
Сооружение ПЕ методом растворения, в отличие от сооружения взрывным методом, характеризуется плавным воздействием на напряженно-деформационное естественное состояние вмещающего массива и температурное поле вблизи выработки. При воздействии ядерных взрывов на соляные по роды образуются зоны дробления, разрушения и трещиноватости, зоны упругих деформаций. Наличие таких зон с ухудшенными физико-механическими свойствами, увеличение ползучести соли, дисгармоничная складчатость внутри соли, современные тектонические движения могут привести к активизации тектонических разломов в надсолевой толщи, изменению водопроводимости пород, фильтрации рассолов в близлижащих горных породах.
Учет изменчивости физико-механических свойств пород имеет важное значение для прогноза потенциально опасных участков разреза. Аварии на Бе-резниковском и Соликамском солепромыслах были приурочены к участкам с аномальными понижениями физических свойств, обусловленных выветриванием пород, гипергенными преобразованиями.
Физико-механические свойства солей из подземных емкостей на Сеитов-ском, Утигенском и Айдикском соляных куполах приведены в таблицах 5.2.2.2. - 5.2.2.6. Наличие солей бишофита в разрезе отдельных скважинах необходимо учитывать при сооружении новых подземных емкостей, так как би-шофит легко растворяется даже в холодной воде, что может привести к деформациям последних. Учитывая сходство геологического строения, единство осадконакопления и тектонического развития, идентичность химического состава и физико-механических свойств солей вероятность возникновения подобных процессов на большинстве солянокупольных структур велика.
Освоение недр (антропогенный фактор) в совокупности с геологическими факторами оказывают значительное влияние на весь комплекс инженерно-геоэкологической обстановки: рельеф, гидрогеологические условия, состав и физико-механические свойства грунтов и горных пород. Насущным становится научный поиск путей предотвращения возможных неблагоприятных последствий этого освоения.
В пределах юго-западной части впадины функционирует Астраханский газохимический комплекс с множеством инженерных сооружений, существуют подземные хранилища, полигоны захоронения промстоков, ведется интенсивный отбор флюидов и строительство скважин. Все вышеперечисленные объекты усиливают техногенную нагрузку на недра и способствуют формированию глубинных инженерно-геологических процессов: гипсового и соляного карста, активизации разломов, оседанию земной поверхности, усилению денудационных процессов, конвергенции камер, изменению напряженного состояния массива горных пород. Наибольшее влияние на нарушение природного равновесия массива горных пород оказывают процессы бурения скважин и отбор флюидов.
Скважина - это инженерное сооружение значительной протяженности в горном массиве. Процесс бурения скважины сопровождается нарушением естественного состояния горных пород породоразрушающим инструментом и влиянием бурового раствора (проникновение раствора по порам, каналам и трещинам в породу; выщелачивание, растворение, увлажнение пород), изменением прочностных свойств, деформацией массива горных пород, изъятием некоторого количества ма.ссы горной породы. Вскрытие горного массива нарушает установившееся состояние равновесия и около скважины формируется локальное поле с максимальной концентрацией напряжений на ее стенке. При этом породы претерпевают различные деформации от хрупкого разрушения до вязкопластического течения. Неизбежным следствием этого нарушения являются различные инженерно-геологические процессы, как своеобразная реакция геологической среды на техногенную нагрузку.
