Экологигеский рмск
УДК 551.44:552.5.624.131
О КАРСТООПАСНЫХ Ю. а. Килин,
РАЙОНАХ ПРЕДУРАЛЬЯ
Пермский национально-исследовательский университет, yuakilin@mail.ru
Известняки, доломиты, гипсы, ангидриты и соли в Предуралье занимают 40 % площади. При их растворении формируются карстовые формы, вызывающие крупные аварии из-за игнорирования гидрогеологических методов исследований. Карст активизируется на калийных предприятиях и месторождениях каменной соли, на коммуникациях и инженерных сооружениях. Всестороннее изучение гидрогеологических закономерностей в карстовых районах исключительно актуально для разработки мероприятий по противокарстовой защите.
Limestones, dolomites, gypses, anhydrites and salts in the regions of the Pre-Urals occupy 40 % of the area. While their dissolving, the karstic forms appear, that causes major accidents because of ignoring of hydro-geological methods of research. Karst processes become more active on potassium enterprises and deposits of stone salt, on communications and engineering constructions. That is why studying hydrogeological regularities in karstic areas is exclusively urgent for development of actions for antikarstic protection.
Ключевые слова: карстоопасные районы; гидрогеологические массивы; подземная химическая денудация; противокарстовые мероприятия.
Keywords: karst dangerous areas; hydrogeologi-cal massifs; underground chemical denudation; anti-karstic actions.
Результаты исследований. Установлено, что, в массивах карстующихся пород формируются зоны сосредоточения карстовых вод, и в связи с растворяющим их воздействием эти массивы занимают в рельефе гипсометрически пониженное положение [1], что учтено автором при разработке мероприятий по противокарстовой защите [2]. Интенсивность проявления карстовых процессов зависит от широтной ландшафтно-климатической зональности, высотной поясности, литологического состава карстую-щихся пород и неотектонической активности конкретного участка. Карст определяет и ресурсную составляющую карстовых вод питьевого качества. В регионе отчетливо проявляется также вертикальная гидродинамическая, гидрогеохимическая и геотермическая зональность. С понижением рельефа местности, в южном направлении и вниз по разрезу снижается интенсивность водообмена, возрастает минерализация вод, а карбонатный и сульфатный типы вод сменяются на хлоридный. Объемы и интенсивность суффозионно-карстовых процессов зависят также от: 1) интенсивности водообмена; 2) агрессивности и насыщенности солями и газами водных растворов; 3) их температуры и физических свойств; 4) продолжительности карстовых процессов в сезонном и многолетнем плане; 5) направленности и интенсивности неотектонических движений; 6) особенностей проявления техногенеза при участии ингибиторов и флокулянтов.
На схеме гидрогеологического районирования региона выделены артезианские бассейны и своды, системы гидрогеологических массивов и адмассивов, Волго-Уральская и две Уральских: миогеосинклинальная и эвгеосинкли-нальная карстовые провинции (рис. 1). На юге они граничат с Прикаспийской, на северо-западе — с Московской, а на севере с Притиманской и Печорской провинциями.
На горно-складчатом Урале и в породах кристаллического фундамента платформы воды перемещаются по зонам тектонической трещиноватости. На платформе хорошо выдержанные региональные водоупоры обеспечивают закрытость недр и преобладание местных локальных, преимущественно вертикальных. движений флюидов. Карбонаты слагают здесь мощные пашийско-верейский, визей-
ско-башкирский и франско-турнейский комплексы пород. На северо-западе региона они залегают на глубине 100+300 м, а на востоке — до 2000 м. Водопритоки в скважины достига-
о
ют 500 м3/сут, а потери промывочной жидкости при бурении на Шумовском поднятии — 15600 м3/сут. В карбонатах верейско-кунгур-ского комплекса вверх по разрезу растет роль ангидритов. На Уфимском плато комплекс выходит на поверхность, а в Предуральском прогибе погружается на глубину до 2,5 км. Палео-карст имел место при перерывах в осадконакоп-лении в верхнекаширское, верхнеподольское, верхнемячковское время, в конце верхнекаменноугольной эпохи и в конце ассельского и сакмарского веков. Коллекторские свойства
их изменчивы в разрезе и по площади. Комплекс перекрыт сульфатно-галогенной толщей иренского горизонта мощностью до 1300 м. Техногенный карст в солях приобрел катастрофические масштабы [2, 3].
На Урале коллекторы вод класса Т8 водо-обильны в зонах тектонических нарушений [1] и по контактам карстующихся и не карс-тующихся пород. Карст служит регулятором подземного и поверхностного стока, а его коллекторы дренируют воды с обширных водосборных площадей [4]. Над ними мощность аллювия достигает 20 м с Кф до 35 м/сут и удельным дебитом скважин — 5 л/с [5]. На СевероУральском бокситовом руднике притоки составили десятки тыс. м3/сут.
Рис. 1. Схема гидрогеологического районирования карста в регионах Урала (по [1] с уточнениями автора) Границы: а — крупнейших надпорядковых карстологических подразделений Восточно-Европейской и Уральской карстовых стран; б — Волго-Уральской, Московской и Прикаспийской и Уральских карстовых провинций; в — карстовых областей и районов. I. Волго-Уральская карстовая провинция с карстовыми областями, соответствующими артезианским сводам: I-1 — Сысольской, I-2 — Коми-Пермяцкой, I-3 — Котельничской, I-4 — Немской, I-5 — Пермской, I-6 — Токмовской, I-7 — Кукморской, I-8 — Башкирской, I-9 — Альметьевско-Белебеевской, I-10 — Жигулев-ско-Пугачевской, I-11 — Оренбургской, I-12 — Прибортовой Прикаспийской. Карстовые области, соответствующие артезианским бассейнам более высокого порядка: I-21 — Казанско-Кажимская, I-22 — Верхнекамская, I-23 — Соликамская, I-24 — Мелекесская, I-25 — Благовещенская, I-26 — Юрюзано-Сылвенская, I-27 — Серноводско-Абдулинс-кая, I-28 — Бузулукская, I-29 — Вельская. Карстовые области, соответствующие артезианским моноклиналям: I-31 — Камская, I-32 — Юго-Восточно-Русская. II. Карстовые провинции уральской гидрогеологической складчатой области. II-A — Уральская постмиогеосинклинальная карстовая, соответствующая системе адартезианских бассейнов, гидрогеологических адмассивов и артезианского мегамоноклинория с карстовыми областями: II-A-1 — Западно-Уральской, соответствующей предгорным артезианским бассейнам, артезианским моноклиналям с подчиненным развитием гидрогеологических адмассивов и массивов; II-A-2 — Центрально-Уральская, соответствующая системе гидрогеологических адмассивов и массивов с подчиненным развитием межгорных адартезианских бассейнов. II-Б — Уральская постэвгеосинклинальная, соответствующая системе гидрогеологических массивов и адартезианских бассейнов с карстовыми областями: П-Б-1 — Тагило-Магнитогорской, соответствующей системе адартезианских бассейнов и гидрогеологических массивов; П-Б-2 — Восточно-Уральской мегаантиклинорной, соответствующей системе гидрогеологических массивов и адмассивов с подчиненным развитием межгорных адартезианских бассейнов; П-Б-3 — Восточно-Уральской мегасинклинорной, соответствующей системе межгорных адартезианских бассейнов с подчиненным развитием гидрогеологических массивов и адмассивов. Карстовые провинции, соответствующие одноименным артезианским бассейнам: III. Московская; IV — Прикаспийская. V — Западно-Сибирский артезианский бассейн
Эксперименты по растворимости пород обеспечили разработку моделей карстовых процессов [3] и безаварийную эксплуатацию коммуникаций и сооружений [6]. Установлена неравномерная скважность и водообильность пород на неоподнятиях унаследованного характера и в зонах сочленения разных структур, например, Сылвенской впадины и Уфимской макробрахиантиклинали [7]. На Уфимском плато в скважинах отмечен полный уход промывочной жидкости в соликамских и ирен-ских отложениях. Верхняя зона полного поглощения представлена обвально-карстовым горизонтом. В скв. 2155А полный уход промывочной жидкости был при проходке ствола до 700 м. Нередко карстовые воды образуют поддолинный сток с поглощением части стока рек. Полный уход промывочной жидкости установлен в 5+10 м ниже подошвы аллювия в гипсах и ангидритах лунежской пачки иренс-кого горизонта. По р. Ясыл обвально-карстовый горизонт прослежен на 15+20 м ниже подошвы аллювия. В связи со строительством и эксплуатацией трансконтинентальных газопроводов выявлен ряд аварийно-опасных участков [2]. Так, на участке 1648—1653 км трассы Ужгородского коридора в 185 скв. на глубинах 20+50 м у с. Кр. Ясыл Ординского района вскрыты обвально-карстовые образования и выявлены 22 полости с размерами 0,2+19,5 м и деформации типа мульд оседания. По бортам долин рек нередко фиксируются трещины бортового отпора шириной до 2 м и глубиной до 3 м и более.
Для снижения негативных последствий карстовых процессов создана система гидрогеологического мониторинга. Гидрогеохимическими методами установлено, что интенсивность карстовых процессов и значения модулей химического стока в т/км2 в год в переходной зоне в 3+8 раз выше, чем в зоне аэрации [6] (рис. 2). То есть, объемы карстовых пустот в переходной зоне и в зоне аэрации должны быть пропорциональны величинам интенсивности карстового процесса. В переходной зоне происходит наиболее активное формирование унаследованных многоэтажных карстовых полостей [1, 6]. Ниже по разрезу воды насыщаются солями, и интенсивность процессов снижается. Гидрогеохимические методы позволяют прогнозировать объемы современных карстовых форм.
По Г. А. Максимовичу в массиве одновременно идут процессы формирования и старения спелеосистем, что подтверждено моделированием (см. рис. 2). Деформации типа оседания и растяжения в депрессиях формируются под воздействием зон сосредоточения подзем-
1 2 3
Гии 4
• I 5 6
."Л 7
I " ■ ] 8
Мхд = 6,4
Мхд = 20,5
Мхд = 0,1-0,5
(IV А ■
@ А А
®
Мхд = 0,1-0,5
Рис. 2. Гидродинамическая модель образования карстовых форм [6]: 1 — гипсы; 2 — ангидриты; 3 — открытые подземные карстовые полости; 4 — карстовые полости, заполненные или частично заполненные продуктами обрушения кровли; 5 — карстовые полости, заполненные или
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.