Содержание к диссертации
Введение
1. Основные черты геологического строения верхнекамского месторождения солей 8
1.1. Стратиграфия и литология 8
1.2. Тектоника 13
1.3. Гидрогеология 16
2. Методика и объемы исследований 18
3. Проявление разломов в разрезе месторождения 22
3.1. Провалы земной поверхности 23
3.2. Открытые секущие трещины в солях 33
3.3. Разрывное нарушение в глинисто-ангидритовой толще 72
4. Разрывная тектоника месторождения .../. 77
4.1. Общая схема разломов 77
4.2. Некоторые особенности разрывной тектоники месторождения ... 104
5. Рекомендации по дальнейшим исследованиям разрывных нарушений 111
Заключение 115
Литература
- Тектоника
- Гидрогеология
- Открытые секущие трещины в солях
- Некоторые особенности разрывной тектоники месторождения
Введение к работе
Актуальность
Верхнекамское месторождение солей (ВКМС) является единственной освоенной сырьевой базой калийной промышленности России и разрабатывается шестью горнорудными предприятиями ОАО «Уралкалий» и ОАО «Сильвинит». Одним из основных факторов, определяющих эффективность и безопасность ведения подземных горных работ, является разрывная тектоника. Трудности выявления, трассирования и последующего подтверждения разрывных структур (в том числе разломов) в платформенных условиях общеизвестны. Не является исключением и рассматриваемая территория. Выделением разломов на ВКМС занимались многие исследователи [28, 69, 78, 90 и др.]. Ими были созданы разные тектонические схемы, которые, как правило, составлялись по данным исследований одним-двумя методами и в результате слабо согласуются между собой.
Причины некоторых уникальных, но опасных явлений на территории ВКМС следует искать в разрывной тектонике. В частности, есть веские основания говорить [3, 64], что прорыв вод в выработки рудника БКПРУ-3 обусловлен неблагоприятным сочетанием горно-технической и геологической ситуаций, важнейшей стороной которых является наличие разрывного нарушения в надсолевом комплексе пород. Игнорирование тектонического фактора в формировании структуры надсолевои толщи привело к тому, что природа провалов земной поверхности в пос. Нов. Зырянка (район г. Березники) значительное время оставалась невыясненной (хотя по этому поводу было высказано множество гипотез) и, следовательно, не было научной базы для прогнозирования этих опасных явлений.
В последнее десятилетие на шахтном поле СКПРУ-3 было вскрыто множество открытых трещин скола, которые представляли собой явную угрозу руднику. В связи с этим отработка запасов участков, на которых обнаружены эти трещины, велась с проведением дополнительных мер безопасности, не имеющих под собой четкого геологического обоснования. Выяснение генезиса трещин скола позволит прогнозировать их распространение и, следовательно, вовремя предпринимать необходимые меры безопасности.
Давно обсуждается вопрос о правомерности выделения крупных разломов в пределах Дуринской и Боровицкой площадей. Если небольшие разрывные нарушения легко обнаруживаются в соляной толще и надсолевых отложениях, то реальность разломов регионального масштаба, выделенных когда-то с помощью грави- и магниторазведки, в последние годы ставится под сомнение. Поиск других доказательств существования разрывных структур в подсолевых отложениях может помочь ответить на этот вопрос. Это имеет большое значение для разработки прилегающих участков детальной разведки и шахтных полей.
Цель работы
Выявление основных особенностей разрывной тектоники на ВКМС, как научной основы для повышения достоверности прогнозирования горногеологических условий его разработки.
Задачи исследований
1. Определить природу провалов земной поверхности в районе пос. Нов. Зырянка (юго-восток шахтного поля рудника БКПРУ-1).
2. Изучить трещины скола в соляной толще, вскрытые горными выработками на востоке шахтного поля рудника СКПРУ-3, и дать прогноз их распространения по латерали.
3. Выяснить, существуют ли разрывные нарушения в верхней части глинисто-ангидритовой толщи в пределах Дуринской площади.
4. На основе обобщения результатов ранее проведенных геолого- геофизических и собственных исследований составить общую схему разломов месторождения.
Научная новизна
1. Установлено, что провалы земной поверхности в районе пос. Новая Зырянка (шахтное поле рудника БКПРУ-1), представляют собой результат вноса рыхлых четвертичных отложений метеорной водой в тектонические трещины, обусловленные разломом и раскрывшиеся под влиянием ведения подземных горных работ.
2. Открытые секущие трещины скола в соляном массиве (восток шахтного поля рудника СКПРУ-3) образуют две самостоятельные зоны и являются результатом тектонических движений блоков осадочного чехла вдоль разломов северозападного простирания.
3. Доказано наличие разрывного нарушения в глинисто-ангидритовой толще (Дуринская площадь), играющего роль дрены для подсолевых вод, под действием которых частично или полностью была уничтожена соляная толща.
4. Составлена общая схема разломов центральной и южной частей ВКМС, особенностью которой является комплексная оценка достоверности каждого из разломов.
Защищаемые положения
1. Разломы в надсолевом комплексе пород могут проявляться в форме систем трещин, которые в определенных условиях способны раскрываться под влиянием ведения горных работ. Над приоткрывшимися трещинами, являющимися дренами метеорных вод и вместилищами сносимых этими водами четвертичных отложений, формируются провалы дневной поверхности.
2. В соляной толще разломы могут проявляться в виде линейных зон открытых и скрытых трещин скола и генетически связанными с ними линейными участками изменчивости физико-механических свойств соляных пород.
3. Составленная на основе комплексных исследований схема разрывной тектоники ВКМС свидетельствует, что на месторождении имеется сеть разломов различных масштабов и степени достоверности. Большая часть выявленных разломов проявляется в разрезе месторождения в различных геолого-геофизических полях.
Практическая значимость работы
Результаты исследований автора вошли в состав ряда отчетов о НИР, которые переданы заказчикам (ОАО «Уралкалий» и «Сильвинит») для прогнозирова ния горно-геологических условий отработки шахтных полей месторождения и, в частности, для обеспечения безопасности калийных рудников от затопления и охраны объектов, расположенных на подрабатываемых территориях месторождения.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных форумах различного масштаба, в том числе: международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения)» (Москва-Санкт-Петербург, 1999), международной конференции «Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов» (Волгоград-Пермь, 2001), симпозиуме «Неделя горняка - 2003» (Москва, 2003), VI международной научно-практической конференции «Геомодель» (г. Геленджик, 2004) и четырех научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 2001-2004).
Публикации
Основные результаты исследований и защищаемые положения опубликованы в десяти работах, в том числе одной коллективной монографии.
Достоверность научных результатов обусловлена большим объемом фактического материала, комплексностью его интерпретации, их непротиворечивостью и согласованностью с результатами геомеханических и геофизических исследований.
Структура и объем диссертации
Диссертация содержит: введение, пять глав, заключение и одно текстовое приложение. В работе имеется 132 страницы, включая 45 иллюстраций, 10 таблиц и список литературы из 101 наименования.
Большую помощь в работе оказали сотрудники геологического факультета Пермского гос. университета. Существенной частью диссертации для составления схемы разломов является широкое привлечение грави- и магнитометрических данных. На этом этапе автору пришлось обратиться за помощью к д.т.н. В.А. Гершанок и к.т.н. Л.А. Гершанок (кафедра геофизики). Изучением проявлений разломов в гидрогеологии месторождения автор занимался в тесном сотрудниче стве с к.г.-м.н. Е.А. Иконниковым (кафедра гидрогеологии и инженерной геологии).
На других этапах исследований постоянную поддержку советами и замечаниями оказывали сотрудники Горного института УрО РАН: к.т.н. В.А. Асанов, к.т.н. В.Н. Токсаров, к.т.н. И.Л. Паньков, аспирант Ю.В. Иванова и работники геологического отдела рудника СКПРУ-3 во главе со старшим геологом В.А. Ша-бакиным. Всем автор выражает глубокую признательность и благодарность.
Отдельная благодарность моим коллегам по работе - сотрудникам лаборатории геологических проблем техногенеза ГИ УрО РАН: д.г.-м.н. Г.С. Фон-дер-Флаассу О.Ф. Корочкиной, С.Г. Горбунову, Е.А. Шмаковой, Л.В. Андрейко и О.И. Галиновой.
Тектоника
ВКМС расположено в пределах Соликамской впадины, входящей в состав Предуральского краевого прогиба. К западу от Предуральского прогиба простирается Русская плита Восточно-Европейской платформы (см. рис. 1.1), с востока он ограничен складчатым Уралом. С севера к впадине примыкает Колвинская седловина, отделяющая ее от Верхнепечерской впадины. На юге Косьвинско-Чусовская седловина отделяет Соликамскую впадину от Сылвинской.
Подошва соляной толщи формирует крупную пологую синклинальную структуру меридионального простирания. Шарнир структуры погружается в юж ном направлении, вертикальная амплитуда достигает 200 м. На этом фоне развиты более мелкие куполовидные и линейные складки.
Кровля солей образует пологие валообразные структуры преимущественно субмеридионального простирания, осложненные брахиантиклинальными и куполовидными поднятиями, которые чередуются с синклинальными прогибами и мульдами (рис 1.3). Амплитуда соляных структур изменяется от нескольких десятков метров до 350-400 м и более. Дуринской и Боровицкой системами субширотных структур месторождение делится на северную, центральную и южную части.
Внутренняя тектоника соляной толщи. Б.М. Голубев по тектоническим особенностям разделил соляную толщу на четыре структурных горизонта [23].
Структурный горизонт I соответствует подстилающей каменной соли. Комплекс представляет совокупность дисгармонично сочетающихся асимметричных складок, охватывающих отдельные слои и пачки прослоев каменной соли. Встречаются складки от пологих, слабо наклонных до лежачих с амплитудой до 6-8 м.
Структурный горизонт II включает в себя всю сильвинитовую зону. Наряду со складками амплитудой 1-3 м, которые охватывают отдельные пласты, существуют складки с амплитудами в 20-30 м, прослеживаемые по всему разрезу горизонта. Вверх по разрезу горизонта складки становятся более асимметричными, их высота увеличивается, а ширина уменьшается.
Структурный горизонт III включает пласты карналлитовую зону от Б до Е. По характеру деформаций горизонт резко дисгармоничен. Карналлитовые пласты испытали наиболее сложные деформации. Для них характерны узкие антиклинальные гребневидные складки с амплитудой до 10-12 м. Пласты каменной соли также сильно деформированы и местами разбиты на отдельные блоки.
Структурный горизонт IV представлен пластами от Ж до К и покровной каменной солью. Пласты и слои горизонта образуют единую систему пологих преимущественно гармоничных складок высотой до 1 -2 м, дополнительно осложненных мелкой волнообразной складчатостью прослоев.
В плане складки часто сочетаются кулисообразно. Длинные оси складок в целом параллельны осям соляных поднятий. Осевые поверхности практически всех складок на месторождении наклонены на запад.
Структурный план надсолевых отложений соответствует пликативной тектонике кровли соляной толщи, но в более сглаженном виде. В литературе описаны примеры складчатых структур, наблюдаемых в обнажениях. Так, в железнодорожной выемке около дер. Чашкино (левый берег р. Камы, между г.г. Березники и Соликамск) породы терригенно-карбонатной толщи собраны в мелкие складки субмеридионального простирания [30].
Еще одна складка обнаружена в северо-западном и восточном бортах провала, образовавшегося при аварии на руднике БКПРУ-3. Здесь, в породах пестро-цветной толщи зафиксирована «крутая асимметричная складка с крыльями до 10 м» (с. 30) [2]. Осевая поверхность складки имеет субширотное простирание и наклонена на юг.
Разрывная тектоника ВКМС представлена структурами различных масштабов, от едва заметных трещин в горных породах до разломов значительных размеров. Поскольку темой диссертации являются разрывные нарушения, более детально они рассмотрены в соответствующих главах диссертации.
Соликамская впадина рассматривается как самостоятельный гидрогеологический район - Соликамский. Соляная толща здесь является водоупором и разделяет два гидрогеологических этажа: нижний (подсолевой) и верхний (надсолевой), которым соответствуют подсолевые и надсолевые воды соответственно. Сама соляная толща подземных вод почти не содержит.
Надсолевые воды. Почти вся надсолевая толща насыщена водой. Отдельные водоносные горизонты, благодаря фациальной невыдержанности и зонам трещи-новатости, могут сообщаться между собой. Относительные водоупоры создают условия для гидродинамической и гидрохимической зональности.
Зона активного водообмена на месторождении охватывает верхние части разреза - выше кровли соляно-мергельной толщи и содержит, как правило, пресные воды. Над соляными поднятиями мощность зоны - около 100 м, в депрессиях кровли соленосной толщи - до 200 м. Зона затрудненного водообмена включает соляно-мергельную толщу. В депрессиях кровли соленосной толщи скапливаются минерализованные воды, для которых характерен застойный режим.
В гидродинамическом отношении в надсолевом комплексе выделяют три зоны: западную, центральную и восточную. Восточная зона приурочена к зоне краевого склона выщелачивания и является, по-видимому, областью питания над-солевых вод. Западная зона охватывает долину р. Камы и нижние течения впадающих в нее рек, это область разгрузки. В центральной - промежуточной - зоне в зависимости от конкретных условий происходят различные процессы, например, выщелачивание солей.
Внутрисолевые воды нередко выделяются при проходке горных выработок и бурении шпуров в соляной толще. Выделения рассолов происходят в виде выбросов с солью и газом, капежа из вскрытых галопелитовых прослоев и малозаметного увлажнения на стенках выработок. Рассолы весьма насыщены, минерализация может достигать 450 г/л.
Подсолевые воды. Нижний гидрогеологический этаж Соликамской впадины в целом изучен слабо. Подсолевые воды имеют минерализацию 200-290 г/л и отличаются высокой степенью метаморфизации, низкой сульфатностыо, обогащен-ностью редкими щелочными металлами, бромом (до 2,4 г/л) и другими галофиль-ными элементами.
Гидрогеология
Как известно, в геологии применяется множество широко распространенных терминов, которые, вместе с тем, не имеют однозначного и общепринятого толкования. Вследствие этого, одни и те же предметы часто называются разными именами или, наоборот, в одно понятие вкладывается разный смысл. Такая картина, в частности, характерна для тектонической терминологии, что требует определения содержания основных для данной работы понятий.
Основным и исходным понятием в нашем случае является «разрывное нарушение» и его синонимы: «разрыв», «тектонический разрыв», «разрывная дислокация», «разрывная деформация», «дизъюнктив», «дизъюнктивное нарушение», «дизъюнктивная дислокация» [10, 55, 56 и др.]. Их определения в литературе близки. В качестве примера приведем некоторые из них. Разрыв - это: - структура, характеризующаяся нарушением сплошности пород разде ляющей их поверхностью разрыва [55]; - поверхность, вдоль которой материал утратил связность [42]; - общее название многих видов тектонических нарушений, сопровождаемых перемещением разорванных частей геологических тел друг относительно друга [21].
Разрывы принято делить на две большие группы: разрывы без видимого смещения (диаклазы) и разрывы со смещением (параклазы) [48, 55, 56]. Разрывы без смещения называются трещинами [1,5, 10, 11, 45, 48, 56, и др.], а разрывы со смещением - разломами [32, 45, 58 и др.], разрывными нарушениями [55], сколовыми трещинами [11] или просто разрывами со смещением [5].
Следует отметить, что в некоторых случаях под разломом понимаются лишь разрывы значительных масштабов. В качестве примеров можно привести следующие определения. Разлом - это: - крупная дизъюнктивная дислокация земной коры, распространяющаяся на большую глубину и имеющая значительную длину и ширину. Разломы обычно происходят между разнородными тектоническими структурами и развиваются длительное время, в течение которого подвижки то усиливаются, то ослабевают [10]; - крупное разрывное нарушение большой протяженности и ширины, прослеживаемое на большую глубину [56]; - наиболее крупный тектонический разрыв [25].
В данной работе, вслед за большинством геологов-тектонистов, принимается, что разрывное нарушение без видимого смещения блоков пород называется трещиной, а со смещением - разломом. При этом следует помнить, что данное разделение является несколько условным, что неоднократно отмечалось в литературе, например [6]. Разрывных нарушений совершенно без смещений быть не может и применяемая терминология должна определяться масштабами работ. В нашем случае масштаб исследований определяется размерами шахтного поля рудника. Поэтому непосредственно наблюдаемые разрывы протяженностью в метры и десятки метров будем называть трещиной. А разрывы, прослеживаемые на большее расстояние, назовем разломами.
Весной 1999 г. в окрестностях пос. Новая Зырянка и самом поселке были обнаружены провалы земной поверхности, которые стали угрожать жилым постройкам. Учитывая потенциальную опасность, создаваемую провалами для промышленно развитого, густонаселенного региона, были проведены работы по выяснению их масштабов развития и природы.
Площадь развития провалов представляет собой полосу широтного направления размерами около 0,5x1,3 км, расположенную южнее Семинского пруда и примыкающую своим западным краем к основанию восточного борта долины р. Кряжевки (рис. 3.1).
Встречаются как одиночные провалы, так и их группы. Форма одиночных провалов в плане представляет собой неправильный круг диаметром до 2,5 м, овал с длинной осью до 4,5 м или траншею длиной до 35 м. Глубина меняется от 0,3 до 4,0 м. Стенки провалов крутые и сложены (сверху вниз) почвенно-растительным слоем, серовато-желтой супесью или буровато-желтым мелкозернистым песком. Чаще всего, провалы соединены линейными корытообразными проседаниями земной поверхности длиной 12-150 м, шириной 1-Ю м и глубиной от 5 до 100 см. Линейные проседания часто оконтурены трещинами.
Всего выявлено около 50 провалов и 14 соединяющих их линейных понижений, которые группируются в три участка: западный, центральный и восточный (рис. 3.2).
Западный участок расположен в пределах пос. Новая Зырянка и представлен цепочкой из шести провалов и соединяющим их линейным понижением земной поверхности. Общее направление линии провалов - ЮЗ 245, длина участка - около 550 м.
Центральный участок находится восточнее поселка, на краю лесного массива. Здесь обнаружено 18 провалов, большая часть которых соединена линейными проседаниями. Из общей картины выделяется цепочка провалов, объединенных линейным понижением широтного направления длиной около 200 м. Западная часть данного понижения выходит к небольшому пруду на окраине поселка, восточная - к реперу 16 маркшейдерского профиля 19. На рис. 3.3 показаны провалы, расположенные в различных условиях: на открытой местности и в лесу.
Восточный участок находится в лесном массиве. Протяженность участка -около 700 м, всего здесь насчитывается 19 провалов и 9 линейных понижений. Часть линейных понижений земной поверхности в плане располагается кули-сообразно. Восточная группа провальных образований ограничена на западе широким (ширина до 12 м) меридиональным линейным понижением. образовались на 2-3 года раньше. Это хорошо проявляется потемнением мест разрывов корней деревьев, наличию на дне старых листьев и другими признаками.
Площадь развития провалов приурочена к юго-восточной части шахтного поля рудника БКПРУ-1. На руднике в 1986 году закончена отработка 8-й восточной панели (ВП). В 1989 г. была выявлена зона активизации оседания на профиле 14, пересекающем южную, остановленную на длительное время границу этой панели. Для исключения опасного режима деформирования ВЗТ был отработан пласт В карналлитового состава на северной полупанели 9-й ВП без закладки. Скорость оседания дневной поверхности над этими панелями по состоянию на 1992 г. достигла 130 мм/год, а его максимальная амплитуда -1м [63]. К 2002 г. максимальное оседание земной поверхности превысило 2,6 м (рис. 3.4).
Анализ фактических данных маркшейдерских наблюдений показал, что максимальные горизонтальные деформации в районе мульды оседания характерны для следующих интервалов: Rp 4-5 (профиль 14); Rp 15-16, Rp 16-17, Rp 17-18 (профиль 19); Rp 6-7 (профиль 25). Изменение деформации земной поверхности в приведенных интервалах во времени показано на рис. 3.5. Отсюда видно, что в интервале Rp 4-5 (профиль 14) растяжение монотонно возрастало вплоть до 1995 г., когда оно составило 6,74 мм/м (в абсолютном выражении 21,6 см). После 1995 года на профиле идут процессы сжатия. На профиле 19 растяжение в интервале Rp 15-16 в 2001 году, по-видимому, достигло максимума, тогда как в 2002 году отмечено сжатие. Для интервала Rp 17-18 в 2002 г. продолжалось растяжение, которое превысило максимальную деформацию между Rp 15-16. Интервал между Rp 6-7 профиля 25 в 2002 г. характеризовалось быстрым нарастанием горизонтальной деформации растяжения. Вследствие относительно недавнего заложения этого профиля (2000 г.) общее растяжение осталось неизвестным.
Открытые секущие трещины в солях
Длина трещин, прослеживаемая по стенкам и кровле горных выработок, составляет 0,1-0,6 м. Величина раскрытия может достигать 4-6 см. Трещины обычно неровные, более протяженные из них извилисты, образуют на стенках S-образный рисунок. Встречаются как поодиночке, так и сериями из двух-пяти штук. На участке № 15 восточнее маркшейдерской точки 4ВС-18 в кровле обнаружен ряд из 4-х кулисообразно расположенных трещин. По рисунку трещин-кулис можно судить о левостороннем перемещении блоков пород. Замеры элементов залегания у семнадцати трещин показали, что простирание трещин северо-западное или меридиональное по азимуту 324-306 (рис. 3.11а). Падение трещин вертикальное или юго-западное под углом 53-90.
Трещины скола, имеющие, как правило, значительную протяженность, встречались в единичных случаях вплоть до конца 90-х годов. Уже тогда они вызывали обоснованную тревогу у горняков. В последние годы, по мере вовлечения в отработку восточных (№№ 4 и 8) панелей рудника, количество трещин резко возросло. Это потребовало пересмотра порядка и схем ведения очистных работ и, соответственно, прогнозирования пространственного положения таких трещин. На указанных панелях трещины скола могут встречаться поодиночке или участками (см. рис. 3.9). Приведем их описание.
Трещина № 1 (панель 8, блоки 9 и 10) вскрыта вентиляционным панельным штреком и специально пройденной разведочной выработкой (рис. 3.12а).
Азимут простирания трещины изменчив, но в целом составляет 305. Падение - северо-восточное под углом 80-85. Протяженность трещины в плане -60 м. Трещина обычно сомкнута, но участками имеет раскрытие до 1,0-1,5 см
По кровле разведочной выработки видно, что трещина сечет пласты Б и Б-В. Бурением специальных скважин (Т-1/8, Т-2/8, Т-3/8) установлено, что она достигает слоя 3 пласта В, представленного карналлитовой породой. Здесь трещина заполнена лимонно- и винно-желтым карналлитом столбчатой и лин-зовидно-ориентированной текстуры. В заполнителе развиты щелевидные полости и каверны, стенки которых припорошены тонкозернистым карналлитом и галитом [73].
В средней части трещины встречены следы истечения рассолов, представленные соляной коркой «ржавого» цвета, окаймляющей края трещины на протяжении одного метра.
Вблизи сопряжения разведочной выработки с вентиляционным штреком по трещине наблюдается вертикальное смещение блоков пород (северовосточное крыло опущено относительно юго-западного). Вопрос о наличии горизонтального смещения однозначно решить не удалось. Если такое смещение и произошло, то оно имело незначительную амплитуду, которая затушевана мелкой интенсивной складчатостью. Неясность этого вопроса видна и в работе [73]. Так, на стр. 4 этой работы написано, что трещина возникла «при левостороннем горизонтальном сдвиге», а на стр. 60 - «в результате правостороннего горизонтального сдвига».
Трещина № 2 (блок 6, панель 8). Вспомогательными выемочным и вентиляционным штреками, а также камерами 91 и 97 вскрыты трещины, которые располагаются в плане на одной линии. Скорее всего, это фрагменты одной трещины, общая протяженность которой составляет не менее 115 м (рис. 3.126). Трещина прерывистая, а расстояние между смежными концами отдельных отрезков может достигать 0,5 м.
Азимут простирания трещины СЗ 318, но в одном месте (юго-восточная стенка вспомогательного выемочного штрека) она простирается по азимуту СЗ 350, контролируясь осевой поверхностью синклинальной складки. Падение северо-восточное под углом 75-80.
В относительно однородных соляных породах трещина прямолинейная с ровными краями. На участках пересечения глинистых прослоев она извилистая и смещается по глинистым прослойкам. Трещина на большей ее длине сомкнута, но имеются раскрытия до 6 см. Видимый интервал разреза, пересекаемый трещиной, - от пласта А-Кр1 до пласта Б-В.
На стенках всех выработок, вскрывших трещину, отчетливо фиксируется опускание северо-восточного крыла на 5-Ю см (рис. 3.13а). По кровле 42 вспомогательного вентиляционного штрека отмечено левостороннее горизонтальное смещение. Стенки трещины покрыты желтоватым налетом неясного состава.
Трещина № 3 (блок 3, панель 8) вскрыта обходной выработкой № 2. Видимая длина трещины составляет 8 м, но может быть и больше, т.к. концы трещины теряются в целиках (рис. 3.12в).
Азимут простирания трещины 3 270, падение вертикальное, но на отдельных участках может быть как северное, так и южное под углами 85-90. По отдельным прослоям пласта Б-В фиксируется горизонтальное смещение блоков пород. Амплитуда смещения -6-Ю см, направление - левое. На обеих пересекаемых трещиной стенках выработок заметны слабые вертикальные смещения. Здесь северное крыло опущено с амплитудой, измеряемой первыми миллиметрами.
Трещина на значительном протяжении сомкнута, местами имеются полости с раскрытием до 3 см. По вертикали трещина охватывает пласты А, Б и Б-В. Стенки трещин покрыты желтоватым налетом. Реже встречаются корочки, сложенные мелкими кристаллами желтовато-серого и серого галита.
Трещина № 4 (блоки 1 и 2, панель 8) вскрыта панельным вентиляционным штреком и разведочной выработкой (см. рис. 3.12г). Общая протяженность трещины составляет около 78 м. По разрезу трещина прослежена от верхней части пласта Б до слоя 1 пласта В сильвинитового состава.
Простирание трещины переменное: на ней имеется четыре излома, которые делят трещину на пять частей. Самая западная часть протяженностью около 16 м ориентирована на северо-восток по азимуту 42. Далее на восток отрезок длиной 20 м имеет азимут ЮВ 93, параметры третьего отрезка составляют 12 м и ЮВ 111, соответственно; четвертого - 7 м и СВ 72; самого восточного - 23 м и ЮВ 94. Общее простирание трещины - СВ 85. Падение трещины вертикальное или в южном направлении под углами 85-90.
Некоторые особенности разрывной тектоники месторождения
Как уже отмечалось, разрывная тектоника в настоящее время является одной из наиболее спорных сторон геологического строения ВКМС. Такая тектоника в масштабах месторождения может проявляться в форме разломов, а на уровне шахтных полей рудников - в виде линейных ослабленных зон (зон трещиноватости). До конца роль этой тектоники в формировании горно-геологических условий отработки ВКМС не ясна, но априорно можно утверждать, что она негативна. Отсюда важнейшая проблема-прогнозирование этих зон в соляной толще.
По мнению ТТ. Кассина и В.В. Филатова, «... если трещинная зона выявлена в приповерхностных горизонтах и установлена ее принадлежность к области динамиче ского влияния разлома фундамента, то можно утверждать, что эта зона является сквозной, пронизывающей все слои осадочного чехла. Такие зоны представляют большую угрозу для эксплуатации Верхнекамского месторождения...» (с. 218) [33].
Результаты, полученные в ходе настоящих исследований, и опыт разработки ВКМС свидетельствуют о том, что это не совсем так. Действительно, подработка зон трещиноватости, развитых в надсолевом комплексе пород, несет определенную угрозу безопасности калийных рудников, о чем свидетельствуют результаты геомеханических расчетов [3, 64]. Однако утверждать, что зона трещиноватости будет пронизывать всю соляную толщу, еще нет оснований.
Интересен факт: среди одиночных разломов, охватывающих интервал разреза ВКМС, в гидрогеологии надсолевого комплекса отражаются 27 разломов, а в строении соляной толщи - вдвое меньше (14) (см. табл. 4.5). Сопоставление схемы разломов с планами отработки показало, что многие достоверно выделенные разломы, пронизывающие весь осадочный чехол, подработаны без особых осложнений. Чтобы не быть голословными, приведем конкретные примеры таких разломов: № 24 (БКПРУ-4), № 26 (БКПРУ-2), № 98 (СКПРУ-1, СКПРУ-2), № 157 (БКПРУ-2) и др. Все эти структуры проявляются в гидрогеологии и (или) строении надсолевых отложений, но не нашли отражения в строении соляной толщи, в том числе и промышленной зоны калийной залежи. Эти примеры свидетельствуют о некоторой парадоксальности ситуации - разломы сквозные, а в соляной толще они часто не проявляются.
Выше показано, что в глинисто-ангидритовой толще имеются крупные разрывные нарушения (разломы), которые иногда пронизывали и всю соленосігую толщу. Они служили мощными зонами разгрузки подсолевых элизионных вод, под действием которых была уничтожена калийная залежь. Однако такие разрывные нарушения немногочисленны: они развиты в зонах Боровицкого и Дуринского разломов и, по-видимому, под редкими сквозными зонами замещения (например, районы скв. 484 и 642). В большинстве случаев разрывные нарушения в глинисто-ангидритовой толще и, следовательно, в подошве ПдКС малоамплитудны и служили местами проникновения подсолевых вод внутрь соляной толщи. Внутри толщи эти воды мигрировали по системе трещин, которые развивались путем гидроразрыва в условиях влияния латерального тектонического давления со стороны Урала [81, 82].
Поступление и миграция подсолевых вод в соляной толще вели к замещению продуктивных пород каменной солью, сильвинитизации карналлитов и перекристаллизации пород с образованием вторичных структур и текстур. После прекращения поступления подсолевых вод соляная толща «изгоняла» остаточные растворы (вторично уплотнялась). В ходе вторичного уплотнения соляной толщи закрывались трещины и крупные поры. Процесс вторичного уплотнения не был мгновенным, а продолжался некоторое геологическое время, когда восстанавливались межзеренные структурные связи. Таким образом, поступление водных растворов внутрь солей по системе трещин над разрывным нарушением в ГАТ нивелировало негативное влияние тектонических подвижек на физико-механические свойства пород соляной толщи. Сейчас это влияние проявляется в изменчивости минерального состава продуктивных пластов, снижении физико-механических свойств пород на участках их вторичной перекристаллизации, относительно повышенной складчатости и наличии очагов внезапных выбросов соли и газа [36]. Почти все эти особенности могут быть учтены при расчете параметров системы отработки. Встреча зон секущей трещиноватости в соляной толще на участках былой миграции водных растворов маловероятна.
В других случаях, когда подвижки в зонах разломов были малоамплитудны, но обладали большой скоростью, в соляной толще могли образоваться зоны трещиноватости, которые в силу изолированности не служили сквозными проводниками подсолевых вод. Трещины могут образоваться по механизму отрыва или скола, быть сомкнутыми или раскрытыми. Часто такие трещины сухие, а при их вскрытии имеют место кратковременные интенсивные газовыделения. В отсутствии воды эти трещины могут оставаться незалеченными неопределенно долгое время. Наиболее опасными являются системы секущих трещин скола, так как они существенно ослабляют подрабатываемый массив, а методики их прогнозирования в настоящее время нет.
