ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 356-361
ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 624.131.1:551.252
КАРСТОВАЯ ОПАСНОСТЬ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ КАЛИЙНОГО РУДНИКА В г. БЕРЕЗНИКИ ПЕРМСКОГО КРАЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
© 2014 г. В. И. Осипов*, А. А. Барях**, И. А. Санфиров**, Ю. А. Мамаев*, А. А. Ястребов*
*Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., д.13, стр. 2, Москва, 101000 Россия. E-mail: mamaev47ya@mail.ru
**Горный институт УрО РАН, ул. Сибирская, д.78-а, Пермь, 614007 Россия. E-mail: arc@mi-perm.ru
Поступила в редакцию 14.03.2013 г.
Статья посвящена рассмотрению последствий развития в 2006-2008 гг. крупнейшей в Российской Федерации техногенной аварии на Березниковском калийном производственном руднике № 1 в г. Березники Пермского края. Дается характеристика инженерно-геологических условий территории, гидрогеологических особенностей, активно протекающих опасных геологических процессов. Приводится описание важнейших природных и техногенных факторов, сопровождающих затопление подземных выработок и ведущих к формированию на дневной поверхности крупных карстовых провалов.
Ключевые слова: Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей, инженерно-геологические условия, опасные геологические процессы, карстовые провалы.
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей расположено в пределах Предураль-ского краевого прогиба в центре крупнейшей в РФ залежи калийных солей протяженностью с севера на юг 137 км и с запада на восток около 40 км. Разработка месторождения начата в 1934 г., а эксплуатация БКПРУ-1 - в 1954 г. Его шахтное поле простирается под промышленной зоной и жилыми кварталами г. Березники, под сетями и объектами инженерной и транспортной инфраструктур. В 1986 г. на руднике № 3, а в 2006 г. на руднике № 1 произошли крупные техногенные аварии, приведшие к затоплению всего выработанного подземного пространства [1, 5]. Затопление выработок рудника № 1 объемом более 80 млн. м3 продолжалось два года и привело к образованию в июле 2007 г. грандиозного провала дневной поверхности с размерами в плане 300 х 400 м и видимой глубиной более 30 м (рис. 1). Однако и после затопления всего выработанного пространства рудника и восстановления уровней поверхностных вод в речках, прудах и колодцах на окружающей территории суффозионно-карстовые процессы в толщах горных пород не прекратились
и привели к образованию еще двух крупных провалов. Провал № 2 образовался 25 ноября 2010 г. в районе железнодорожного полотна станционного пути № 5 станции Березники ОАО "РЖД". На сегодняшний день провал засыпан (ноябрь 2011 г.), размеры на момент начала засыпки составляли 70 х 123 м с глубиной по данным эхо-лотной съемки 90 м. Провал № 3 произошел 4 декабря 2011 г. в пределах потенциально опасного участка в районе промплощадки Березниковского Шахто-Строительного управления (БШСУ). По состоянию на 12.03.2013 г. его размеры составляют 122 х 131 м. Все это указывает на активно протекающие процессы в толщах горных пород. Изучение, оценка и прогнозирование подобного рода природно-техногенной опасности имеют жизненно важное значение [2, 3].
Причины и особенности развития опасных геологических процессов обусловливаются спецификой инженерно-геологических условий.
Город Березники с промышленной зоной располагается в широкой излучине р. Камы на левом берегу Камского водохранилища на обширной
Рис. 1. Провал на БКПРУ-1 (28.07.2007 г.).
поверхности первой надпойменной аккумулятивной террасы р. Камы, имеющей превышения над естественным уровнем реки (101 м) от 8 до 15 м (рис. 2). Поверхность террасы имеет слабый уклон в сторону реки и абсолютные отметки дневной поверхности от 109 до 116 м. В процессе промышленного освоения данной территории поверхность террасы подсыпана техногенными грунтами и спланирована до средних отметок поверхности 110-113 м. Мощность аллювия изменяется от 15-20 м в прирусловой части, до 5 м и меньше в тыловой части террасы. К первой надпойменной террасе примыкают двухуровневые поверхности второй надпойменной эрозионно-аккумулятивной террасы с абсолютными отметками поверхности 116-122 м (нижний уровень) и 122-125 м (верхний уровень). На границе аллювиальных отложений р. Камы и коренного склона древней долины реки сохранились небольшие фрагменты третьей надпойменной эрозионно-аккумулятивной террасы с отметками поверхности 125-130 м. Территория промышленной зоны города включает устьевые части долин левых
притоков Камы - Зырянка, Толыч, Чуртанчик и других, которые имеют хорошо разработанные террасированные долины шириной 0.7-1.3 км и древние русловые переуглубления до 20 м. В границах промышленной зоны части русел этих рек засыпаны, другие подпружены с созданием водохранилищ (прудов). Наряду с высоким подпором Камского водохранилища это обусловливает подтопление территории.
В восточной части промзоны г. Березники аллювиальные отложения примыкают к массивам коренных пород палеозойского возраста верхней перми (Р2), перекрытым с поверхности элювиальными, делювиальными, оползневыми, про-лювиальными и техногенными образованиями мощностью от 2 до 20 м, редко больше. В пределах коренного склона отметки поверхности увеличиваются в восточном направлении от 125 до 210 м.
В инженерно-геологическом разрезе рассматриваемого района до глубин порядка 100 м по преобладающему петрографическому составу пород
358
ОСИПОВ и др.
Рис. 2. Геоморфологическая схема территории г. Березники: 1 - техногенные грунты на подсыпанных территориях и солеотвалах; 2 - пойменные отложения р. Камы и ее притоков; 3 - отложения I аккумулятивной надпойменной террасы р. Камы; 4 - отложения нерасчлененного комплекса эрози-онно-аккумулятивных террас р. Кама (II и III надпойменных террас); 5 - склоны эрозионно-денудационные делювиальные и оползневые с бугристо-западинным рельефом; 6 -водораздельные пластовые полого-покатные поверхности, перекрытые элювиально-делювиальными отложениями; 7 -терригенно-карбонатные породы (известняки, мергели, песчаники) верхней перми, трещиноватые, выветрелые; 8 - граница подработанного пространства; 9 - земляные защитные дамбы; 10 - места провалов дневной поверхности и годы образования.
сверху вниз выделяются 2 толщи: пестроцветная мощностью до 30 м, представленная переслаиванием карбонатных глин, аргиллитов, алевролитов и песчаников с подчиненными прослоями карбонатных пород и терригенно-карбонатная (мощностью до 50-60 м), сложенная мергелями и известняками глинистыми загипсованными с прослоями песчаников, алевролитов и карбонатных глин.
С поверхности на глубину 60-80 м, а по сильно трещиноватым зонам тектонических нарушений на первые сотни метров развиты процессы гипергенеза, разгрузки, трещинообразования, выщелачивания и карстообразования, протекающие в условиях высоко агрессивных воздушной и водной сред. Территория имеет сложный структурно-тектонический план. Здесь предполагаются многочисленные разновозрастные разрывные нарушения разных порядков [6].
На рассматриваемой территории выделяются два основных гидрогеологических комплекса подземных вод. Это комплекс четвертичных аллювиальных подземных вод и комплекс подземных вод в сложно построенной толще пермских отложений. Комплекс аллювиальных подземных вод широко развит на данной территории в границах разноуровенных и разновозрастных аллювиальных террас. Преимущественно это пласто-во-поровые безнапорные горизонты, имеющие тесную гидравлическую связь, в том числе с уровнем Камского водохранилища. Питание инфильтрационное и за счет подпора Камского водохранилища, уровень воды которого циклически меняется от 101 до 109 м и достигает отметок поверхности аллювиальных отложений первой надпойменной террасы. Это позволяет камской воде в неограниченном количестве далеко проникать в глубь территории, обводняя толщи четвертичных отложений и элювиированные и трещиноватые зоны коренных массивов. Это же обусловливает высокую степень подтопления данной территории.
В комплексе подземных вод коренных пород пермского возраста в зависимости от условий фильтрации выделяются трещинно-грунтовые, пластово-трещинные, трещинно-карстовые и другие типы подземных вод. Минерализация вод различна, от пресных до рассолов и составляет 300 г/дм3. Питание инфильтрационное и за счет перетекания из четвертичных водоносных горизонтов в выветрелые сильно трещиноватые зоны массивов коренных пород. Разгрузка подземных вод происходит, частично, в древнюю переуглубленную долину Пра - Камы глубиной более 100 м (рис. 3).
Из опасных геологических процессов и явлений на территории г. Березники необходимо выделить: активный гипергенез массивов коренных пород, интенсивное развитие суффозионно-кар-стовых процессов, площадные оседания дневной поверхности над выработанным пространством, провалы дневной поверхности, подтопление и затопление территории. Опасности экологического характера обусловливаются эрозионным размывом и фильтрацией через солеотвалы поверхностных и атмосферных вод с образованием техногенных гидрохимических потоков высокой концентрации и агрессивности, загрязняющих поверхностные водоемы и реки. Высокая минерализация подземных вод с содержанием свободной углекислоты до 30 мг/дм3 и более способствует значительному (в десятки раз) ускорению процесса выщелачивания горных пород с образова-
Рис. 3. Активные процессы в зоне гипергенеза.
нием карстовых пустот [4]. Длительная фильтрация агрессивных высоко минерализованных вод в толщах растворимых пород (гипс, кальцит, галит и др.) приводит к увеличению их пористости и проницаемости, что, в свою очередь, ускоряет и усиливает процесс фильтрации подземных вод. В итоге, системы трещин и карстовые пустоты превращаются в сложно построенную сеть карстовых каналов и крупных полостей. Здесь отмечаются все типы и формы карстового процесса, а именно: по химизму - карбонатный, сульфатный и соляной карст; по генезису - придолинный, тектонически обусловленный, приводораздельный (гипергенный); по формам проявления - поверхностный и глубинный.
Все эти факторы требуют учета при анализе причин образования провалов и со
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.