Войти  |  Регистрация
Авторизация

Особенности изучения гидрогеологического строения месторождений в период их освоения



Приведенная ранее краткая гидрогеологическая характеристика месторождений является итогом исследований, проводившихся как на стадии разведки, так и при освоении месторождений. В настоящем разделе уместно остановиться на основных особенностях изучения гидрогеологического строения месторождений в период их вскрытия и эксплуатации,
Одним из основных методов изучения гидрогеологического строения месторождений при их освоении явилась специальная гидрогеологическая съемка, которая осуществлялась посредством проведения маршрутов по уступам карьеров и в подземных горных выработках для систематического изучения состава и особенностей залегания водоносных и водоупорных пород, а также водопроявлений в горных выработках.
Гидрогеологическое обследование на некоторых объектах (карьеры КМА, Соколовский, Сарбайский и Богословский карьеры) проводилось многократно и учитывало, таким образом, изменение ситуации во времени по мере расширения фронта горных работ и глубины карьеров. Детально изучение гидрогеологического строения ка участке горных работ давало возможность установить как закономерности, характерные для всей области фильтрации, так и особенности, присущие только участку месторождения.
Гидрогеологическое строение области фильтрации, охватывающей значительно большую территорию, чем участок месторождения, устанавливалось на основе анализа данных геологических съемок масштаба 1:50000—1:25000, проводившихся в районе месторождения. Строение области фильтрации, граничные условия и фильтрационные параметры уточнялись по данным наблюдений за развитием депрессионной воронки в период работы дренажей.
По результатам анализа геологических материалов, данных гидрогеологического обследования, результатов режимных наблюдений и опытных работ устанавливались степень соответствия и уровень надежности исходных представлений, полученных на основании разведочных работ, т. е., в конечном счете, уточнялась схема гидрогеологического строения района месторождения.
Ниже изложены некоторые общие принципы изучения гидрогеологического строения месторождений, а также наиболее интересные результаты, полученные на объектах открытых горных работ с помощью методов структурно-гидрогеологического анализа.
Прежде всего, при уточнении и детализации гидрогеологического строений использовались все материалы разведочных и буровых работ, проводимых в процессе доразведки и эксплуатационной разведки участка месторождения, а также материалы съемок района месторождения в целом и на площади ведения горных работ, Анализ геологических материалов для месторождения того или иного типа имел определенную целенаправленность, обусловленную различной ролью одних и тех же геологических факторов при формировании гидрогеологического строения месторождений, относящихся к разным типам.
Для месторождений подгруппы A-1 особенно важную роль играет детализация переслаивания водопроводящих толщ с относительно водоупорными. Опыт освоения таких месторождений, как Сарбайское, Соколовское, Балаховское (угольное), Михайловское (железорудное), показывает, что при разведке очень часто недооценивается значение маломощных водоупорных слоев, разделяющих толщи песков на обособленные в разрезе этажи и влияющих решающим образом на характер высачивания и деформации песков в уступах карьера. Такие слои при их выдержанности на больших площадях сплошь и рядом оказываются пропущенными при документации скважин разведочного бурения, что приводит к неправильному мнению об их линзообразном, случайном распространении. Основным критерием в этом вопросе должен служить фациальный принцип, из которого следует, что выпадение фации в разрезе должно увязываться с определенными площадными изменениями; иначе говоря, при анализе должна быть установлена и объяснена связь между появлением в разрезе (выпадением из разреза) прослеживаемой фации и площадными фациальными переходами (размывами, замещениями и т. п,), В противном случае естественно предположить наличие кратковременного периода смены фаций, вызвавшего накопление маломощного, но повсеместно развитого слабопроницаемого слоя, т. е. рассмотреть возможность объяснения «пестроты» обстановки за счет погрешности документации буровых работ.
Уточнение составленной по данным разведки схемы гидрогеологического строения участка месторождения проводилось путем гидрогеологического обследования непосредственно в горных выработках. В целом изучение строения фильтрующей толщи в пределах карьерного поля было ориентировано на выявление более тонких особенностей фаций песчаной толщи: прослеживание рельефа подошвы и мощности слоев песков, выявление локальных понижений и прослеживание их в плане, оценка изменчивости гранулометрического состава песков в плане и в разрезе; выявление участков замещения песков песчаниками или глинистыми разностями. Одновременно детально прослеживались относительно водоупорные слои для уточнения взаимосвязи смежных водоносных горизонтов.
Поскольку в составе относительно водоупорных толщ могут находиться маломощные прослои хорошо проводящих пластов, выявление таких прослоев позволяло, во-первых, надежнее интерпретировать данные режимных наблюдений, во-вторых, точнее определить устойчивость уступов (по отношению к циклическим деформациям) или подземных выработок (по отношению к деформациям — прорывам). При изучении мощных пачек водоупорных глин в горных выработках важное значение имело выявление в них зон размывов, участков выклинивания, а также естественной трещиноватости, которые довольно надежно идентифицировались но внешним признакам.
Многие из перечисленных выше особенностей гидрогеологического строения месторождений подгруппы A-1 были выявлены на Соколовском и Сарбайском месторождениях в период освоения месторождений. Так, гидрогеологическое обследование на карьерах ССГОК позволило установить устойчивое развитие водоупорного слоя аятских бурых железняков (мощность 2—5 м), разделяющих толщу меловых песков на обособленные подгоризонты. Появление водоупорных железняков на юго-восточном участке Соколовского карьера было зафиксировано нами в 1962 г., тогда же было высказано мнение о двуслойности мелового водоносного горизонта; это соображение подтвердилось данными геологической съемки района масштаба 1:50 000 (рис. 11). В дальнейшем, при развитии горных работ по падению пород (1964—1965 гг.), на Сарбайском карьере был вскрыт на протяжении 1—2 км прослой водоупорных оолитов, разделивших высачивание подземных вод в карьере на два этажа: верхний— по кровле оолитов и нижний — по подошве кварцевых песков. С увеличением мощности песчаной толщи, на юго-западном борту Сарбайского карьера был вскрыт еще один водоупорный прослой — темноцветных глин мощностью 2—3 м, который также разделил поток подземных вод. На Соколовском карьере, в связи с крутым залеганием рудного тела, горными работами вскрывается лишь узкая полоса песков по простиранию рудных залежей (в пределах поднятия палеозойского рельефа); однако и здесь, особенно на западном борту, отмечено появление водоупорных прослоев при увеличении глубины залегания подошвы песков.
Особенности изучения гидрогеологического строения месторождений в период их освоения

Проведенные на карьерах ССГОК наблюдений, в сочетании с анализом результатов съемочных работ по району, позволили сделать следующие выводы:
- участок выхода рудного тела является аномальным по отношению к области фильтрации, так как в толще перекрывающих рудное тело пород представлены не все разновидности стратиграфического разреза;
- основной водоносный комплекс песков является двухслойным, что следует учитывать при интерпретации данных наблюдений за уровнями подземных вод, при проведении дренажных работ и прогнозировании водопритоков.
Анализ геологических данных, относящихся ко всему району месторождений, позволил установить также следующие закономерности:
- толща меловых песков развита на всей площади съемки; в северном и восточном направлениях, с погружением этой толщи, возрастает роль песчаников и поэтому уменьшается проводимость отложений;
- в южной части района толща меловых песков прорезается долиной р. Тобол; в долине широко развиты аллювиальные пески, что способствует хорошей гидравлической связи поверхностных вод с водами меловых отложений;
- связь подземных вод с поверхностными является затрудненной из-за наличия на площади района месторождения выдержанной глинистой пачки мощностью 10—20 м (чеганские глины), залегающей в верхней части разреза; в то же время нельзя полностью исключить возможность такой связи, поскольку чеганские глины являются трещиноватыми и содержат тонкие прослои тонкозернистого песка.
На основании изложенного ранее материала схема гидрогеологического строения района месторождений ССГОК может быть охарактеризована в виде:
- основным водоносным комплексом является комплекс меловых песков, ограниченный сверху слабопроницаемой пачкой песчаников, опок и чеганских глин, а снизу — корой выветривания палеозойских пород;
- основной водоносный комплекс имеет повсеместное распространение и может рассматриваться как полуограниченный слабонаклонный пласт с постоянным напором на границе — долине р. Тобол;
- в естественных условиях существовал слабонапорный поток подземных вод, направленный с северо-запада на юго-восток, с частичной разгрузкой в долину р. Тобол; при работе дренажей ССГОК сформировался поток к дренажным установкам, имеющий безнапорно-напорный характер;
- основной водоносный комплекс не является однородным как в разрезе (на большой части территории этот горизонт разделен слабопроницаемыми аятскими железняками и глинами на два подторизонта), так и в плане (в западной и южной частях каждого из карьерных полей мощность песков существенно больше, чем в северной и восточной частях);
- по площади распространения основного водоносного комплекса имеет место прямая связь с водами трещиноватых палеозойских пород, перетекание из опок и (более слабое) перетекание из олигоценовых песков; степень взаимосвязи водоносных горизонтов в дальнейшем уточнялась по данным режимных наблюдений при освоении месторождений.
Установление основных особенностей гидрогеологического строения ССГОК позволило объяснить характерные черты фильтрации подземных вод и дренажа карьеров (такие, например, как длительность нестационарного режима фильтрации), что в значительной степени облегчило последующий анализ данных режимных наблюдений.
На месторождениях подгрупп А-2 и, в особенности, А-3 ключевым моментом при определении закономерностей гидрогеологического строения является тектоника района месторождения. Поэтому при анализе геологических материалов тщательно изучалась тектоническая схема месторождения, т. е. выявлялись принципиальные черты структуры месторождения в целом и выделялись зоны основных тектонических нарушений.
Поскольку вследствие тектонических нарушений область фильтрации оказывается разобщенной (в плане), необходимо было заранее оценить их гидрогеологическую роль. С этой целью более детально прослеживались фациальный состав и трещиноватость пород, слагающих участки тектонических нарушений, а впоследствии эти участки детально обследовались во вскрывающих горных выработках. При этом на угольных месторождениях в качестве показателя сложности структуры использовались условия залегания угольного пласта. Особенности залегания углей обычно прослеживаются достаточно надежно при разведке месторождений (за исключением зон разубоживания или расщепления пластов). Поэтому при анализе тектонической схемы эти данные оказываются особенно полезными, имея в виду маркирующий характер структуры угольного пласта. Так, на Волчанском месторождении был выделен ряд обособленных в плане участков с различными особенностями гидрогеологического строения, определившими различия в дренаже и в устойчивости пород этих участков.
Характерной чертой угленосных толщ является также частое чередование тонких слоев, что создает резкую фильтрационную анизотропию. Для месторождений, на которых основные водоносные горизонты приурочены к такого рода толщам (как, например, Ирша-Бородинское, учет этого фактора при интерпретации режимных наблюдений делает более надежным прогноз снижения напоров и обезвоживания продуктивной толщи.
На месторождениях, в строения которых участвуют толщи пластичных глин, тектоническое строение нередко отражает последствия своеобразных деформаций течения, обусловленных неравномерностью нагрузок на глины от веса вышележащих пород (вследствие тектонических подвижек или вследствие денудационных процессов). Прослеживание проявлений таких деформаций в виде «диапировых» структур или узких валообразных складок, согласно опыту освоения Ангренского и Kyмертауского буроугольных месторождений, оказывается особенно важным для оценки гидрогеологического строения месторождений, поскольку эти структуры существенно определяют устойчивость бортов карьеров и условия дренажа месторождений.
Важно также, что при изучении гидрогеологического строения месторождений подгрупп А-2 и А-3 особое внимание уделялось выделению в характеристике водоносных горизонтов в лежачем боку месторождений (по соображениям, определяемым требованиями к устойчивости бортов), а также в покровных отложениях; значение последних определяется их возможной ролью в качестве основного источника питания водоносных горизонтов коренных пород.
Большинство из перечисленных факторов, присущих гидрогеологическому строению месторождений подгрупп А-2 и A-3 подробно изучено нами на Богословском угольном месторождении. Гидрогеологическое обследование на Богословском разрезе позволило уточнить характер структуры, роль тектонических нарушений, их пликативный характер. До начала наших исследований на всем восточном борту Богословского месторождения структура представлялась в виде надвига известняков на мезозойские породы. Фактически оказалось, что, во-первых, залегание пород не является идентичным на всем протяжении структуры, а, во-вторых, надвиг является частной формой пликативной структуры — опрокинутой (лежачей) складки.
Особенности изучения гидрогеологического строения месторождений в период их освоения

В пределах Богословского месторождения (рис. 12 и 13) на основании анализа структурных особенностей нами выделены 4 участка (по простиранию с севера на юг): 1-й северный, 2-й северный, центральный и южный:
а) 1-й северный участок (до р. л. 28 на юге) характеризуется небольшой мощностью мезозойских отложений и четко проявившимся запрокидыванием восточного крыла синклинали с образованием лежачей складки;
б) 2-й северный участок (до р. л, 57 на юге) характеризуется надвигом с амплитудой смещения по углю до 400 м в центральной части участка. Падение плоскости смещения восточное от 15° на севере до 60° на юге, амплитуда смещения убывает от центральной части на юг и на север;
в) центральный участок (до р. л. 55 на юге) характеризуется пологим антиклинальным перегибом в центральной части мезозойской мульды и круто поставленным восточным крылом;
г) южный участок (до р. л. AB) характеризуется наличием в центральной части мульды антиклинального поднятия с разрывными нарушениями вдоль его оси и смещением типа надвига по этим нарушениям с амплитудой 150 м; восточное крыло мульды находится под покровом известняков опрокинутого западного крыла Восточно-Богословской антиклинали.
Особенности изучения гидрогеологического строения месторождений в период их освоения

Структура восточного борта синклинали имеет существенные особенности на разных участках, которые определяют устойчивость бортов Богословского карьера и гидрогеологическое строение месторождения. Детализация структуры была выполнена нами в 1967—1968 гг. и в дальнейшем подтвердилась по данным обследования карьера в 1972—1973 гг. Было установлено, что в пределах центрального участка восточного борта карьера, вызывающего особые опасения с точки зрения устойчивости, в основании мезозойской толщи развиты межслоевые подвижки типа «изгиба и сползания» слоев пород на крутом падении. В результате проявления процесса деформирования пород, начавшегося в период размыва отложений Богословской антиклинальной складки в четвертичный период, на выходах крутопадающих пород, подстилающих угольную свиту C, произошло накопление аллювиальных отложений (песков и галечников). Подугольные отложения в процессе деформирования оползли и расслоились, что привело к усилению их фильтрационной анизотропии вследствие милонитизации контактных слоев. В этих условиях возросла роль питания мезозойских водоносных горизонтов за счет подтока воды по четвертичным галечникам, дренировавшим инфильтрационные воды покровных суглинков.
В южной части месторождения на восточном крыле Боголовской синклинали по данным глубокого бурения установлен надвиг девонских известняков на мезозойские породы Образование лежачей складки — надвига на этом участке сопровождалось формированием антиклинальной складки второго порядка в центральной части синклинали. В настоящее время эта зона вскрыта горными работами: наличие здесь антиклинального подъема пластов осложняет гидравлическую связь западного и восточного крыльев складки.
С учетом всего изложенного ранее, схема гидрогеологического строения района месторождения представляется в следующем виде:
- на месторождений выделяются четыре основных водоносных комплекса: два комплекса за карстованных известняков (северо-восточный и юго-западный), угольный водоносный комплекс (свита С) и подугольный водоносный горизонт;
- для закарстованных пород характерно полосообразное залегание: по падению распространение водоносных отложений ограничено за счет затухания карста с глубиной, а с противоположной стороны — выходами пород на поверхность; ограничения по простиранию полос обусловлены фациальным замещением карстующих известняков. В пределах этих водоносных комплексов движение подземных вод сводится преимущественно к перемещению инфильтрующихся вод к базисам дренажа (стока). Как и для всякого закарстованного района, характерна высокая фильтрационная неоднородность в плане, а статические запасы подземных вод в известняках зависят от степени закарстованности пород;
- для угольного и подугольного водоносных горизонтов характерно залегание в синклинальной складке с крутым восточным крылом, на котором сосредоточена область инфильтрационного питания. Режим движения подземных вод — напорный в пределах пологого залегания, на выходах пластов (на крутом падении) — безнапорный. Характерной особенностью фильтрационных свойств является анизотропия, обусловленная ритмичной слоистостью отложений, а также фильтрационная неоднородность в связи с увеличением мощности отложений с запада на восток. Питание подземных вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков на площади обнажения пород горными работами, а также за счет перетекания из четвертичного чехла.
Составленная таким образом схема гидрогеологического строения нуждается в детализации на основе режимных наблюдений, в первую очередь в части гидравлической связи подугольного водоносного горизонта с подстилающими и перекрывающими отложениями. Особая роль подугольного горизонта определяется его залеганием в основании отрабатываемой толщи и следовательно, повышенным влиянием на общую устойчивость бортов карьера.
Для месторождений группы Б тектонические факторы являются в большинстве случаев определяющими для формирования фильтрационных свойств слагающих их пород. Между тем, установление закономерностей проявления тектонических процессов для скальных и полускальных пород оказывается особенно сложной проблемой. Поэтому, помимо структурных факторов, при изучении геологических материалов большое внимание обращалось на оценку трещиноватости пород по керну. Очевидно, что уже одно только систематическое и единообразное изучение кернового материала с последующей привязкой к данным опытно-фильтрационных работ может способствовать существенной детализации гидрогеологического строения. Примером такой целенаправленной методики документации трещиноватости по керну является опыт Карстовой станции на СУБРе, где первоначальный прогноз проницаемости закарстованных известняков составляется по геологическим данным. Вместе с тем, следует подчеркнуть, что работа такого характера должна в основном проводиться на рядовых разведочных скважинах, ибо проходка большого количества специальных гидрогеологических скважин для изучения трещиноватости является априорно нецелесообразной, В то же время оценка трещиноватости и характера заполнителя непосредственно в горных выработках может дать очень богатый дополнительный материал. Известно, в частности, сколь важную роль для развития трещиноватости скальных пород играет характер их выветривания; поэтому при изучении гидрогеологического строения месторождений группы Б необходимо обращать особое внимание на состояние и свойства пород в зоне выветривания, а в этих целях, опять-таки, незаменимый материал дает изучение пород, вскрываемых горными выработками.
Наконец, для месторождений, сложенных слабофильтрующимися трещиноватыми породами, повышенный интерес приобретает изучение состава покровных отложений, поскольку в этом случае даже наличие верховодки или маломощного водоносного горизонта в покровных отложениях оказывает существенное влияние на условия дренажа коренных пород.
В целом, подводя итог рассмотрению роли направленного анализа геологических материалов в гидрогеологических целях, можно сделать следующие главные выводы:
- подробный анализ геологических данных позволяет составить исходную схему гидрогеологического строения месторождения и тем самым определить наиболее общие, а зачастую и основные, черты условий фильтрации в пределах прилегающей к месторождению площади;
- на основе такой первоначальной схемы гидрогеологического строения проводятся специальные гидрогеологические исследования, имеющие целью получение количественных характеристик фильтрационных свойств и условий питания подземных вод. При этом направленность, объемы и методика упомянутых работ, а также методы интерпретации результатов обусловлены в существенной степени именно предварительно составленной схемой гидрогеологического строения. Ошибки, заложенные в эту схему, как правило, сильно влияют на точность определения фильтрационных параметров и граничных условий фильтрации;
- проведение гидрогеологической съемки в пределах карьерных (шахтных) полей обычно позволяет с небольшими затратами осуществить гидрогеологическое районирование с детальностью, необходимой для оперативного руководства дренажными мероприятиями, оценить в общих чертах возможную эффективность этих мероприятии и наметить дополнительные специальные исследования для решения проблем дренажа и обеспечения устойчивости пород в горных выработках;
- выявление и анализ структурно-гидрогеологическими методами таких факторов, как многослойность песчаных толщ, анизотропия свойств тонкослоистых угленосных отложений, роль тектонических нарушений и др., с последующей количественной их оценкой на основе применения специальных гидродинамических методов, способствуют накоплению и систематизации комплекса важных данных, обобщающих опыт освоения месторождений в сложных гидрогеологических условиях.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent