ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В РАЙОНАХ ИНТЕНСИВНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

Аннотация

Проблема изучения горного массива, расположенного над естественными или техногенными полостями в геологическом пространстве существует уже давно. От со- хранности массива горных пород над этими полостями часто зависит безопасность жизнедеятельности населения, сохранность самого рудника или природного объекта. Изучение территории с поверхности посредством геофизических наблюдений дает хо- рошие результаты как с точки зрения выявления ослабленных или потенциально опас- ных зон (при однократно проведенной съемке), так и в плане прогноза развития ано- мальных зон в пространстве с течением времени (в случае регулярных повторных на- блюдений). С целью получения информации о развитии негативных инженерно- геологических процессов в массиве, вызванных процессом эксплуатации месторожде- ний калийных солей, разработана методика высокоточных мониторинговых гравимет- рических наблюдений, включающая в себя определение динамической составляющей, т.е. изменение параметров поля во времени [1]. Данная методика позволяет выявить развитие процессов деформации породных масс и осуществить прогноз опасных и ка- тастрофических ситуаций. Мониторинговые наблюдения поля силы тяжести выявляют динамику процессов деформации породных масс и позволяют осуществить прогноз опасных и катастрофи- ческих ситуаций. По результатам повторных наблюдений рассчитывается динамиче- ская аномалия силы тяжести, определяемая как разность между последующими и пре- дыдущими значениями силы тяжести. Специфика данных аномалий заключается в их «чистоте» от влияния рельефа местности, плотностных неоднородностей в массиве. Поскольку все неизменные составляющие гравитационного поля в равной степени при- сутствуют в любой паре наблюдений, динамическая аномалия отражает только кон- кретный горнотехнический или быстротекущий геологический процесс, такой, как, на- пример, образование и развитие карстовых полостей. В 2006 году проникновение подземных вод в шахты Первого Березниковского рудника, расположенного под промышленной зоной и жилыми кварталами г. Березники, привело к его затоплению и последующим провалам земной поверхности. В районе провалов проведены детальные мониторинговые гравиметрические съемки с целью оконтуривания и изучения опасных зон, выяснения их природы, глубины рас- пространения разуплотненных пород, а также в выявлении потенциально опасных уча- стков на прилегающих территориях. В 2016 -2017 гг.на одном из потенциально опасных участков в г.Березники бы- ли выполнены высокоточные гравиметрические мониторинговые работы. Здесь соз- дано 102 мониторинговых гравиметрических пункта, но которых выполнены четыре серии гравиметрических наблюдений: в сентябре, октябре, декабре 2016 г. и сентябре 2017 г. Среднеквадратическая погрешность определения силы тяжести составила ±0.005 мГал. В результате проведенных мониторинговых гравиметрических наблюде- ний в четырех циклах построены карты динамических аномалий за период сентябрь- октябрь 2016 г. (рис. 1 а), сентябрь-декабрь 2016 г. (рис. 1 б), сентябрь 2016 г. - сен- тябрь 2017 г. (рис. 1 в). 161 ----------------------- Page 162----------------------- Рис. 1. Карты динамических аномалий: а) сентябрь - октябрь 2016 г., б) сентябрь - декабрь 2016 г., в) сентябрь 2016 г. - октябрь 2017 г., г) оседания земной поверхности в период - сентябрь 2016 г. - октябрь 2017 г.: 1 - пункты гравиметрических наблюдений Анализируя период сентябрь - декабрь 2016 г. видно, что в центре площади от- четливо локализуется динамическая аномалия гравитационного поля амплитудой 0.022 мГал (более чем в три раза превышающая точность съемки), размерами 250×125 м. Нельзя не отметить увеличение амплитуды и размеров динамической аномалии за пе- риод с сентября по декабрь. Выделенная отрицательная аномалия может быть связана с процессом разуплотнения пород. Кроме того можно выделить локальный участок уменьшения значений поля на северо-западе границе изучаемого участка. На рис. 2 представлены результаты решения обратной задачи гравиразведки в виде срезов функции локализации по профилям 1 и 2. На срезах функции локализации по профилям наиболее вероятное местоположение области разуплотнения отмечается в интервале глубин 15-50 метров. Восточная часть выделенного области разуплотнения отмечается наибольшей мощностью. Модельные расчеты показали, что уменьшение поля на 0.02 мГал при данной форме и размере выделенной динамической аномалии может быть обусловлено источником поля находящимся на глубине порядка 30 м, плотность которого изменилась на -0.10 г/см3. Размер зоны разуплотнения может дос- тигать более 200 м в плане и мощности 20-40 м. а) б) Рис. 2. Результаты решения обратной задачи гравиразведки для динамических аномалий: а) сентябрь - октябрь 2016 г., б) сентябрь - декабрь 2016 г. 162 ----------------------- Page 163----------------------- Сопоставление карт динамической аномалии за период сентябрь 2016 г. - сен- тябрь 2017 г. (рис. 1 в) совместно с картой оседаний земной поверхности за этот же пе- риод (рис. 1 г) показывает, что произошло «затухание» выделенной динамической от- рицательной аномалии. Участки повышенных оседаний земной поверхности сопровож- даются уменьшением величины динамической аномалии, что объясняется компенсаци- ей значений аномалий уменьшением высот пунктов и увеличением плотности пород. Уменьшение значений поля произошло на периферии локальной отрицательной анома- лии. Это может свидетельствовать о расширении зоны разуплотнения. Гравиметрические исследования на Верхнекамском месторождении вносят оп- ределенный вклад в изучение картины плотностной неоднородности верхней части разреза, в обеспечение безопасности и жизнедеятельности. Изменения плотности пород в горном массиве, происходящие под влиянием горно-геологических условий, отчетли- во фиксируются в гравитационном поле. Разрабатываемая технология проведения и ин- терпретации мониторинговых гравиметрических наблюдений позволяет перейти на но- вый качественный уровень получения информации о распределении и развитии во вре- мени плотностных неоднородностей геологического разреза, что существенно повыша- ет безопасность проведения горных работ. Гравиметрия должна применяться как опе- режающий метод, позволяющий на предварительном этапе уточнить геолого- тектоническую обстановку в пределах шахтных полей, выделить зоны повышенного риска.