Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы изучения инженерно-геологических процессов на агкм и их мониторинг . 9
ГЛАВА 2. Инженерно-геологические условия территории АГКМ. 25
2.1. Схема инженерно-геологического районирования . 25
2.2. Рельеф и климат. 27
2.3. Условия залегания горных пород, литология и стратиграфия . 30
2.4. Тектоника. 32
2.5. Гидрогеологические условия. 40
2.6. Состав и физико-механические свойства пород. 51
ГЛАВА 3. Геодинамический режим соляно-купольных структур и его влияние на верхние горизонты литосферы . 72
3.1. Современные тектонические движения соляно-купольных структур. 72
3.2. Влияние движений соляных структур на верхние горизонты литосферы . 89
ГЛАВА 4. Техногенные системы и объекты АГК . 117
4.1. Астраханское газоконденсатное месторождение. 117
4.2. Подземные хранилища, созданные выщелачиванием соляных массивов. 120
4.3. Подземные ёмкости, созданные ядерными взрывами . 126
4.4. Полигон подземного захоронения жидких отходов. 135
4.5. Объекты водоотведения и водопотребления 139
4.6. Накопители строительных рассолов 142
4.7. Полигон твёрдых бытовых и промышленных отходов 142
ГЛАВА 5. Закономерности развития инженерно геологических процессов на агкм и других месторождениях углеводородов под воздействием техногенеза . 146
5.1. Процессы, связанные с извлечением углеводородов на газоконденсатном месторождении. 146
5.2. Процессы, связанные с созданием подземных хранилищ в соляном массиве методом выщелачивания . 153
5.3. Процессы в зоне влияния подземных емкостей объекта «Вега». Обводнение емкостей. 161
5.4. Процессы в зоне влияния полигона подземного захоронения жидких отходов. 174
5.5. Процессы, связанные с изменениями в подземной гидросфере 178
5.6. Процессы в подземной гидросфере озёр Айдик и Карасор--накопителей строительного рассола 184
5.7. Процессы в природной средев зоне влияния полигона захоронения твёрдых бытовых и промышленных отходов 186
ГЛАВА 6. Геодинамический мониторинг глубинных (под земных) объектов 192
6.1. Геодинамический полигон АГКМ 192
6.2. Геодинамический мониторинг в зоне подземных емкостей созданных ядерными взрывами 198
6.3.Геодинамический мониторинг в зоне подземных хранилищ, созданных выщелачиванием соляных массивов 209
6.4.Геодинамический мониторинг в зоне влияния полигона подземного захоронения жидких отходов. 212
Заключение. 218
Список использованной литературы 220
- Условия залегания горных пород, литология и стратиграфия
- Влияние движений соляных структур на верхние горизонты литосферы
- Подземные ёмкости, созданные ядерными взрывами
- Процессы, связанные с созданием подземных хранилищ в соляном массиве методом выщелачивания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Вал техногенных катастроф, обрушившихся на страну, заставляет по-новому оценить проблему геологической безопасности на месторождениях углеводородов, в особенности на месторождениях-гигантах типа Астраханского, Оренбургского и других, открытых в конце прошлого столетия в Прикаспийской впадине.
Все они характерны наличием множества солянокупольных структур, рост которых активно продолжается в современную эпоху, аномальными пластовыми давлениями и высоким содержанием агрессивных компонентов — сероводорода, углекислого газа и др..
Разработка месторождений и активное техногенное воздействие на литосферу на глубине до 4 км привели к негативным явлениям: деформациям земной поверхности и сооружений, пожарам, подтоплению и затоплению территорий, авариями и гибелью людей. Широко известны 400-дневный пожар на Тен-гизском месторождении и авария буровой скважины на Карачаганакском месторождении, которая вызвала образование грифонов и провалов земной поверхности в обширной зоне; в один из них провалилась буровая вышка другой скважины. Не менее известна авария ряда подземных ёмкостей, созданных подземными ядерными взрывами в соляном куполе на Астраханском газовом комплексе (АГК), что привело к радиоактивному загрязнению поверхности земли.
Главная причина подобных явлений заключается в отсутствии детального заблаговременного изучения инженерно-геологической обстановки на проектируемых объектах техногенеза и последующего мониторинга образующихся техногенных (инженерно-геологических) процессов. В особенности это касается техногенных объектов, которые располагаются на большой глубине и их контроль сопровождается определенными трудностями. На Астраханском га-зоконденсатном месторождении (АГКМ) к ним относятся: подземные емкости (ПЕ), созданные методом ядерных взрывов (глубина 850-1100м), подземные хранилища (ПХ), созданные выщелачиванием соляных массивов на глубине 753-871 м; полигон подземного захоронения (11113) промышленных стоков на глубине 1520-1580 м. Все они расположены в активных соляных структурах.
Цель и задачи работы. Выявление закономерностей возникновения и развития современных природных и антропогенных (инженерно-геологических) процессов на АГКМ и разработка системы геодинамического мониторинга глубинных техногенных объектов в солянокупольных структурах. В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие задачи:
• анализ современного состояния проблемы изучения инженерно-геологических процессов на объектах АГК;
• изучение пространственных закономерностей инженерно-геологических условий территории АГК;
• оценка геодинамического режима солянокупольных структур и их влияния на инженерно-геологические условия и техногенные объекты АГК;
• изучение техногенных систем и объектов как факторов формирования инженерно-геологических процессов;
• выявление закономерностей развития инженерно-геологических процессов на техногенных объектах АГК;
• разработка системы локального геодинамического мониторинга на глубинных техногенных объектах АГКМ.
Научная новизна работы:
• На базе собственных разработок и анализа литературных данных выявлены пространственные закономерности строения, состава, состояния и физико-механических свойств горных пород, тектонических структур, современных природных и инженерно-геологических процессов на АГКМ. Разработана карта инженерно-геологического районирования территории.
• Определена роль современной динамики солянокупольных структур в формировании инженерно-геологических условий территории АГК, в том чис ле геодинамического фона, на котором происходят вертикальные и горизонтальные деформации поверхности земли техногенного характера.
• Впервые разработаны принципы организации и размещения локальных геодинамических сетей геодинамического мониторинга глубинных подземных объектов.
На защиту выносятся:
1. Пространственные закономерности инженерно-геологических условий АГКМ.
2. Представление о роли галокинеза 6 формирований инженерно-геологических условий АГКМ, в том числе геодинамического фона, на котором происходит деформация поверхности земли.
3. Чрезвычайная специфичность глубинных подземных объектов в солянокупольных структурах и связанных с ними инженерно-геологических процессов.
4. Концепция; программы, наблюдательные сети и методика локального геодинамического мониторинга в зоне глубинных подземных объектов.
Обоснованность и достоверность результатов исследований. Подтверждается многолетними (около 30 лет) исследованиями автора в области инженерной геологии и инженерно-геологических изысканий для строительства, с применением современных методов теоретических исследований; большим объемом лабораторных и опытно-полевых исследований, картографирования и положительным опытом практической реализации результатов.
Практическая значимость и реализация работы. Результаты исследований и разработанная на их основе карта инженерно-геологического районирования АГКМ используется в проектно-изыскательских организациях (Астра-ханьТИСИЗ, НижневолжТИСИЗ, Астраханьгазпромпроект, Нижневолжская гидрогеологическая экспедиция).
Разработан проект геодинамического мониторинга современных движений солянокупольных структур на АГКМ, полигона захоронения промстоков
Астраханского газоперерабатывающего завода(АГПЗ), подземных хранилищ, созданных выщелачиванием и подземных емкостей, созданных методом ядерных взрывов (объект "Вега"). В других регионах с развитой солянокупольной тектоникой могут быть использованы разработанные методологические подходы по всем рассмотренным аспектам проблемы.
Теоретические положения и методические разработки используются при чтении лекционных курсов "Инженерная геология", "Геоэкология" для студентов, включены в учебные пособия.
Фактический материал и личный вклад автора. Работа основана на теоретических разработках, обобщении изданной и фондовой литературы, результатах многолетних исследований автора широкого круга вопросов, связанных с инженерно-геологическими проблемами Астраханского региона. Исследования проводились автором в течение 1975-2001 гг. в АстраханьТИСИЗ, в институте Астрахангипроводхоз, на кафедре инженерной геологии Астраханского инженерно-строительного института (АИСИ) в процессе изучения инженерно-геологических, гидрогеологических условий территории АГПЗ I и II очереди, наблюдательной гидрорежимной сети "завод - Ахтуба", сети геодинамического мониторинга АГКМ (расширение), исследования оснований под дымовые трубы с низкими физико-механическими свойствами грунтов с выдачей рекомендаций по усилению оснований и др. Проанализировано более 500 литературных и фондовых источников, обработаны данные по геодезическим полигонам, просмотрены колонки примерно 5000 буровых скважин, обработано несколько тысяч результатов полевого и лабораторного изучения грунтов и подземных вод, определены факторы подтопления АГПЗ.
По результатам исследований автором или при его активном участии составлено порядка 45 отчетов по инженерно-геологическим изысканиям и НИР общим объемом около 2000 страниц машинописного текста.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены и докладывались на: областной научно-практической конферен ции "Опыт и проблемы проектирования строительства и эксплуатации мелиоративных объектов" (Астрахань, 1981); научно-технической конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производств" (Волгоград, 1995); международной научно-практической конференции "Modern aspect ofcivil engineering ecology and environmental protection" (Израиль, 1997); научно-практическом совещании "Проблемы создания Астраханского геодинамического полигона и эколого-геологических исследований" (Астрахань, 1999); международной научно-практической конференции "Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника; международной научно-практической конференции "Международные и отечественные технологии освоения природных и минеральных ресурсов и глобальной энергии" (Астрахань, 2003); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии и Астраханском инженерно-строительном институте (1995-2002).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, включающих 1 монографию.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 150 страниц состоит из введения, 6 глав, и заключения. Текст работы сопровождается 36 таблицами, 76 рисунками, списком из 123 библиографических источников.
Автор глубоко благодарен научному консультанту проф. В.Н. Синякову за его постоянную поддержку, внимание и сотрудничество на всех этапах работы. Автор искренне признателен сотрудникам кафедры инженерной геоло гии и геоэкологии, проф., д.г-м.н СВ. Кузнецовой, [В.Н. КашлевуІ за исключительное внимание к работе, неизменную доброжелательность, помощь и поддержку.
Условия залегания горных пород, литология и стратиграфия
В геологическом строении территории принимают участие отложения трех комплексов: надсолевого, солевого и подсолевого. Надсолевой комплекс представлен отложениями четвертичной системы общей мощностью до 100 м; плиоценовыми, преимущественно глинистыми породами, мощностью около 500 м; отложениями терригенной, терригенно-карбонатной, глауконитово - меловой, опоково-глинистой формаций от палеогенового до триасового возраста общей мощностью до 3,5 км. Надсолевой комплекс Четвертичные отложения. Отложения четвертичной системы (Рис. 2.2.) имеют повсеместное распространение и генетически представлены морскими, аллювиальными, озерными, озерно-хемогенными и эоловыми образованиями. Описание геологического строения приведено по данным Л.Ф. Кривко (1987), состав и физико-механические свойства приведены в п. 2.6. Неогеновые отложения. В строении неогеновых отложений принимают участие морские горизон тально залегающие осадки апшерона, акчагыла и континентальные предакча-гыльские отложения, общая мощность которых на сводах соляных куполов составляет до 400 м (Купол Жол-Тюбе), а в межкупольных депрессиях (мульдах) достигает 800 м (Ширяевская площадь). Доплиоценовые отложения надсолевого комплекса представлены серо-цветной терригенно-кремнистой формацией палеогена (песками, песчаниками, аргиллитами), морской мер-гельно-меловой формацией верхнего мела (известняками, мелом, мергелями), сероцветной полифациальной формацией нижнего мела (глинами, песками, песчаниками), сероцветной морской терригенно-карбонатной формацией верхней юры, сероцветной морской песчано-глинистой формацией средней юры, терригенной формацией верхнего триаса нижней юры, терригенной и терригенно-карбонатной формацией триаса. Мощность отложений непостоянна и контролируется соляной тектоникой: в межкупольных депрессиях достигает максимума (до 3,5 км), на куполах уменьшается до сотен метров одновременно с выпадением из разреза, ряда формаций. Солевой комплекс представлен отложениями кунгурского яруса нижней перми, первичное залегание которых искажено соляной тектоникой. Мощность соли в штоках соляных куполов превышает 3 км, в межкупольных депрессиях может сокращаться до нуля. Подсолевой комплекс представлен известняками среднего карбона (содержащими газ), карбонатными отложениями нижнего карбона и глинисто-карбонатными породами верхнего и среднего девона.
Территория АГКМ расположена в Прикаспийской впадине, которая является крупнейшей (площадь около 500тыс. км2) надпорядковой отрицательной структурой Русской платформы, где толщина осадочного чехла достигает 22 км. Характерной чертой строения Прикаспийской впадины является широкое развитие дизъюнктивных нарушений, разбивших фундамент на систему блоков и предопределивших резко расчленённый рельеф его поверхности. Впадина асимметрична, юго-западный и северный её борта приподняты относительно южного и восточного, где установлено наиболее высокое (5-6 км) гипсометрическое положение поверхности фундамента. Одним из наиболее четко выраженных и геофизически изученных поднятий является Астраханский выступ, имеющий по оконтуривающей изогипсе -8,0 км размеры 200x150 км и амплитуду около 1 км. Вдоль современного русла р. Волги прослеживается разлом, ориентированный в субмеридиальном направлении. В периферийной части выступа фиксируются сбросы, по которым происходит ступенеобразное погружение поверхности фундамента. В разрезе осадочного чехла Прикаспийской впадины выделяются два крупных структурно-формационных мегакомплекса: доплитный и ортоплат-форменный Доплитный мегакомплекс, по аналогии с прилегающими районами Русской платформы, сложенный терригенными и карбонатными породами, стратифицируется рифейско-нижневендским. Он характеризуется грабеновым строением отрицательных и горстовым строением положительных тектонических элементов, значительным числом дизъюнктивных нарушений. Грабено-образные прогибы и грабены - наиболее типичные тектонические элементы. В мощной толще плитного чехла юга Прикаспийской впадины выделяются два комплекса: нижний охватывает подсолевые палеозойские отложения, верхний - соленосные отложения кунгурского яруса и верхнепермско-четвертичные образования: - поздневендский-среднефранский и среднефранско-артинский; - кунгурско-триасовый, юрско-палеогеновый и плиоценово-четвертичный. В южной части впадины по отражающему горизонту П2 выделяется А с траханский свод. По оконтуривающей изогипсе -5,4 км он имеет размеры 210x180 км и амплитуду около 1,5 км. Наиболее повышенное залегание кровли нижнебашкирских известняков (горизонт П2) составляет по данным бурения 3840-3900 м. Внутренняя структура подсолевых палеозойских отложений остаётся пока малоизученной. К востоку от Астраханского свода, на северном побережье Каспия, прослеживается Северо-Каспийская зона поднятий. Она, как и Астраханский свод, пространственно приурочена к одноимённому выступу фундамента. Солянокупольная тектоника. В соответствии с классификацией Н.Я Кунина (1977), Прикаспийская впадина относится к классу крупных окраинно-материковых солянокупольных бассейнов с сотнями соляных куполов с мощным развитием соляной тектоники; соляные структуры представлены положительными формами (купола, антиклинали) и сопряженными с ними отрицательными структурами - межкупольными депрессиями, компенсационными мульдами, мульдами оседания и грабенами. Формирование соляных структур объясняется такими свойствами каменной соли, как пластичность, возрастающая при увеличении давления и температуры и обеспечивающая возможность ее перемещения из зон более высоких напряжений в зоны с более низкими, низкая плотность соли и ее залегание под более плотными породами надсолевого комплекса, в результате чего надсолевые породы стремятся занять нижнее положение, а легкая соль - всплыть наверх. Кроме того соль обладает очень высокой растворимостью, что является причиной формирования мульд оседания и надсводовых грабенов и плоских вершин соляных куполов. Образование и рост соляных куполов связаны, как правило, с вертикальными блоковыми подвижками подсолевого фундамента (Айзенштадт и др.). Наблюдается пространственная связь диапировых структур с крупными тектоническими нарушениями земной коры, выявленными по данным космической съемки. Масштабы таких глубинных нарушений могут варьировать от сотен
Влияние движений соляных структур на верхние горизонты литосферы
Идея о влиянии движений солянокупольных структур на основные компоненты инженерно-геологических условий была сформулирована в конце 70 х годов В.Н. Синяковым. За прошедшие два десятилетия был накоплен новый фактический материал, позволивший более детально рассмотреть эту проблему.Геологическое строение.
Непрекращающийся рост соляных куполов оказывает огромное влияние на геологическую среду и проявляется на всех её уровнях, включая приповерхностный или среду активного влияния человека, а также надсолевои комплекс в целом и солевой комплекс (Синяков В.Н., 1984, Синяков и др., 1997). Наиболее наглядно это проявляется в прорыве соляными куполами Эльтон, Баскунчак и другими покровного четвертичного чехла, распространенного в пределах сотен тысяч квадратных километров и в появлении на этих участках галоидов соляного комплекса (рис 3.11), а также скальных пород палеозоя-кайнозоя. Напротив, в пределах сквозных межкупольных депрессий соль полностью отсутствует.
Мощность четвертичных пород возрастает на отрицательных структурах и уменьшается на положительных. Например, позднеплейстоценовые морские хвалынские глины, широко распространенные на огромной территории При-каспия, имеют минимальную мощность над куполами Паромненский, Левобережный, Ленинский и максимальную мощность над межкупольными депрессиями (рис.3.12) в Волгоградском Прикаспии.
На соляных куполах наблюдается дислоцированность отложений надсо-левого комплекса, включая плиоценовые и плейстоценовые породы, а также резкое сокращение их мощности вплоть до полного выпадения из разреза отдельных горизонтов, и, кроме того, изменение фациального состава в сторону более грубого. Примерами подобных куполов являются Красноармейский, Черноярский и др. в долине Волги, где мощность четвертичных отложений уменьшается до 30-40 м по сравнению с соседними участками (рис. 3.13), также Новобогатинск, Черная речка и др. на востоке Прикаспийской впадины.
Напротив, для отрицательных структур мощность плиоцен-четвертичных отложений резко возрастает. Например, в Жалтырской компенсационной мульде купола Новобогатинск-Сугур глубина залегания подошвы нижнечетвертичных бакинских глин составляет 500 м, апшеронских отложений - 2400 м, а акчагыльских отложений - 3500 м. Учитывая, что подошва апшерона является нижней границей четвертичной системы, а подошва акчагыла в Волго-Уральском междуречье располагается обычно на глубине около 600 м, здесь наблюдается максимальная для Прикаспия мощность плиоценовых и четвертичных отложений (рис.3.14). По суммарной амплитуде прогибания эта мульда является уникальной, но и в других аналогичных структурах мощность плиоцен-четвертичных отложений заметно возрастает - например, на мульде купола Акмай-Айсамечеть подошва акчагыла залегает на глубине 1040 м, в мульде купола Азгир (рис.3.11) мощность хазарских и хвалынских отложений превышает 140 м, в мульде купола Индер бакинские отложения встречены на глубине около 400 м и опущены не менее чем на 250 м по сравнению с одновозрастными слоями на другом берегу озера. В Баскунчакской мульде мощность озерных отложений превышает 600 м, из них 111м принадлежит бакинским глинам, круто падающим к центру мульды, что указывает на ее интенсивное прогибание в плейстоцене.
Для территории Астраханского газового комплекса влияние соляной тектоники на условия залегания и мощность четвертичных отложений отражено на нескольких картах, в том числе карте кровли глинистой пачки хвалынских отложений (рис.3.15). Эта карта с достаточной полнотой повторяет форму строения поверхности соли (рис. 3.16). Так в области развития куполов отметка кровли глин 20-23 м, в пределах межкупольных мульд от -30 до -45 м.
Осадконакопление в нижнехвалынское и верхнехвалынское время, распределение мощности отложений отражает рисунок поверхности соли, распределение куполов и межкупольных впадин. На картах мощности нижнехвалын-ских отложений (рис. 3.17) и изопахит верхней песчаной пачки (рис. 3.18) четко прослеживается следующее: минимальные мощности отложений приурочены к куполам, а максимальные - к межкупольным мульдам, что подтверждается и на геологическом разрезе (Рис. 3.19).
Следует указать, что дислоцированность и изменение мощностей четвертичных отложений под влиянием солянокупольнои тектоники отмечаются не только в Прикаспии, но и на куполах Уикс-Айленд (рис. 3.20), Вельх и целой серии других в Примексиканской впадине, на куполах Отмаршен-Ланген-фельде, Люнебург и др. в ФРГ, а также в Дании.
Геофизические аномалии.Аномалии гравитационного поля. Кунгурская каменная соль, обладающая значительным дефицитом плотности (2,20 г/смЗ) по отношению к вмещающим породам и огромной мощностью в соляных куполах, обусловливает весьма значительный (десятки миллигал) аномалиеобразующий эффект, определяющий картину локальной аномалии сил тяжести. В знакопеременном рез
Подземные ёмкости, созданные ядерными взрывами
Применение ядерных взрывов в различных отраслях промышленности началось в США и СССР с 1957 года; например, в США с помощью ядерных взрывов "Семен" и "Гном" и "Стерлинг" были сооружены устойчивые подземные емкости в соляных отложениях на глубинах 828 и 360,9 м [250]. Мощность взрыва "Гном" составляла 31,5 кт. Образовавшаяся полость имела сферические очертания с диаметром 50 м (рис. 4.5).
В СССР первые экспериментальные подземные емкости в каменной соли были созданы в середине 60-х годов на соляном куполе Азгир на глубинах 160 — 1500 м, при этом на поверхность было выброшено сто тысяч кюри частиц (Гутенёв, 1999).
В 1980-1984 годах были созданы с помощью ядерных взрывов более 20 подземных емкостей на Астраханском и Карачаганакском газоконденсатных месторождениях с предполагаемым сроком эксплуатации 25-30 лет. Из них на Астраханском газоконденсатном месторождении 13 подземных емкостей с объемом 30-47 тыс. м располагаются на Сеитовской соляной гряде (Николаев и др., 1994), а две подземные емкости объемом 14-15 . тыс. м3 - на Сарысор-ском и Айдикском куполах (рис. 4.6).ляной гряды простирается по линии скважин 621-13Т-ЗТ-2Т-4Т. В ее пределах абсолютные отметки залегания поверхности соли кунгурского яруса нижней перми колеблются в пределах минус 650 м (скважина 4Т) - минус 702 м (скважина 12РТ), рис. 4.7.
Глубины вскрытия кунгурских отложений Сеитовского купола приведены в таблице. 4.4Вскрываемые скважинами объекта кунгурские отложения представлены каменной солью, в основном галитом. Венчает разрез сульфатно-терригенно-карбонатная толща - верхний кепрок (104).
Структурный план акчагыльского яруса участка объекта находится в прямом соответствии со структурным положением поверхности соли кунгурского яруса (рис. 4.8). Абсолютные отметки залегания кровли акчагыла колеблются от минус 568 м (скважина 601) до минус 677 м (скважина 615).
Акчагыльские отложения повсеместно перекрываются мощной толщей (290-525 м) терригенных отложений апшеронского яруса (рис. 4.9). Гипсометрическое положение описываемых отложений хорошо иллюстрируется на геологических профильных разрезах.
В надсолевых отложениях отмечается широкое распространение тектонических нарушений на соляных штоках и крутых склонах, генетически связываемых с развитием куполов. О газопроницаемых нарушениях на Сеитовском куполе и в его бортовых частях ничего неизвестно, из-за отсутствия специальных исследований. По соляным куполам происходит интенсивный отток тепла. Соляной массив имеет повышенную плотность теплового потока: среднее значение геотермического градиента составляет 1,7С/100 м, геотермическая ступень 60,0 м/С. Средняя температура кровли соли составляет: в интервале 700-720 м - 50,5С, 720-750 м - 49С, 750-760 м -46,8С, Максимальные температуры соленосной толщи зарегистрированы в мульдах: 96,4-90,7С; и в подсоле-вых отложениях на глубине более 4 км - 102-133С.
Для создания резервуаров по технологии и проекту ВНИИ Промтехноло-гия (объект "Вега") применялись серии взрывов по 2-6 заряда в каждой серии с интервалом между взрывами в несколько минут. Образовавшиеся подземные емкости постепенно вскрывались и обустраивались фонтанной арматурой и коммуникациями. При вскрытии подземных емкостей наблюдался выброс трития в виде парообразной фазы, рассеянной в атмосфере.
Причиной поступления в атмосферу газообразных и легколетучих радионуклидов при вскрытии герметичной полости является наличие в ней избыточного давления. В общем случае давление в полости, как указывалось выше, зависит от количества неактивных газов, порождаемых взрывом, и присутствия в ней влаги.
Большое содержание в галите газообразующих примесей приводит к образованию соответствующего количества газов и заметному повышению результирующего давления в полости и области температур выше 100С.
В 1982-1985гг. при вскрытии и обследовании их институтом ВНИПИ Промтехнология было установлено, что емкости герметичны, сухие, с нор мальной экологической обстановкой на приустьевых площадках и с объемом, близким к проектному. Повторные исследования емкостей в 1986 году выявили тенденции к прогрессирующему уменьшению их объема на 30-40%. По данным более поздних обследований , объем 1 3 резервуаров сократился в 10 и более раз и они потеряли промышленное значение. Часть емкостей обводнилась и стала отжимать радиоактивный рассол к дневной поверхности. С территории вокруг одной из ПЕ5Т с декабря 1986г. по июль 1989г. вывезено и захоронено 12,5 м3 радиоактивного рассола.Полигон подземного захоронения жидких отходов.
При подземном захоронении жидких отходов в глубокие водоносные горизонты должны соблюдаться выработанные на основании отечественного и зарубежного опыта следующие основные положения:- пласт-коллектор должен быть перекрыт надежным водоупором;- над водоупором должен располагаться буферный водоносный горизонт, содержащий непригодные для использования минерализованные воды;не следует размещать полигоны закачки стоков в сложных по тектоническим условиям районах, вблизи зон разломов, в сейсмических районах, в районах развития солянокупольной тектоники и диапировых структур (Гольдберг, 1995). По мнению В.А. Грабовникова и др. (1995), соляные структуры и сопутствующие им тектонические нарушения являются участками облегченного водообмена между водоносными горизонтами. Соляные купола, к которым приурочены многочисленные тектонические нарушения, и прилегающие к ним участки в Прикаспийском артезианском бассейне непригодны для захоронения. В качестве перспективных могут рассматриваться только межкупольные пространства.
Аналогичные представления высказывались ранее В.Н.Синяковым (1987), С. В. Кузнецовой и другими исследователями.Полигон подземного захоронения (ППЗ) расположен в Сарысорской
Процессы, связанные с созданием подземных хранилищ в соляном массиве методом выщелачивания
Одним из таких инженерно-геологических процессов является деформация подземных емкостей вследствие ползучести каменной соли, что наблюдается в различных регионах мира: например, в хранилище нефти в соляной шахте купола Уикс-Айленд (США), в подземном хранилище газа в районе г. Киля (ФРГ), в хранилище радиоактивных отходов Нью-Мехико, где скорость ползучести сводов и стен в 3 раза превышает проектную, а также во многих других местах.
Деформации и аварии подземных емкостей в массивах соли вызываются не только неадекватной оценкой прочности и реологических свойств соли, но и чрезмерным режимом искусственного выщелачивания или затоплением выработок подземными водами через разломы и проницаемые слои в толще соли. Например, в Славянске усиленная рассолодобыча привела к резкому сдвижению надсолевых толщ с образованием котловин оседания глубиной до 20 м, шириной до 300 м и длиной более 1 км. Скорость оседания пластов, залегающих над подземными полостями, достигает 13-23,5 см в год. Над старыми шахтами Артемовского месторождения образовались провальные воронки диаметром до 100 м и глубиной до 30 м.
Важно отметить, что деформации в геологической среде подземных емкостей внутри соляного массива носят комплексный характер и обусловлены не только растворением и ползучестью соли, но и структурными особенностями соляного массива (рис. 5.4). что было установлено на Светлоярском рассо-лопромысле. расположенном на соляном куполе в южной части Волгоградской агломерации, в прибортовой зоне Прикаспийского бассейна (Синяков, 1997).
Геологическое строение района месторождения типично для прибортовой зоны Прикаспийской впадины. Весьма существенным обстоятельством является то, что Светлоярский соляной купол осложнен поднятиями и погружениями второго и третьего порядка (Рис. 5.4).
Мониторинг деформации поверхности земли на территории Светлояр-ского месторождения с помощью геодезических наблюдений выполнялся по 103 глубинным реперам, которые образуют 4 основных створа геодезического полигона. Суммарная величина оседания поверхности земли на различных участках показана на двух картах - на одной из них деформация дана в изолиниях, на другой выделены зоны с различной величиной деформации: (рис. 5.5, 5.6).
Анализ результатов работ сводится к следующему:Территория купола в целом испытывает подъем со скоростью до 3-4 мм/год; на этом общем фоне происходит в основном локальное оседание в зоне вокруг скважин, максимальная деформация с 1987 по 1991 г. составила 119 мм.Величина оседания над междукамерными целиками относительно невелика (до 20-50 мм).
Оседания вокруг скважин неодинаковы и зависят от структурных особенностей участков их расположения. На положительных соляных складках 2 порядка они минимальны (скв.2 - до 10-20 мм, отметки кровли соли - -920-940 м; скв. 12 - 20-50 мм, отметка кровли соли -1030 м.). На отрицательных соляных складках оседание больше (скв. 5-119 мм, отметка кровли соли -1100 м; скв. 8,14,9,15 - оседание до 100 мм, кровля соли также на отметке -1100 м.).
Весьма существенным фактом является неизометричность форм камер выщелачивания, в отличие от проектной цилиндрической.
Подобные явления, как и связь величины оседания поверхности земли над полостями с приуроченностью этих полостей к определенным соляноку-польным структурам 2 порядка (положительным или отрицательным) связана с ползучестью соли в направлении складчатости.
Следует также отметить проблему оседания поверхности земли на месторождениях бишофита, которая является значительно более острой в связи с невысокой прочностью этого минерала.Эксплуатация месторождений может привести к серьезным экогеологи-че-ским последствиям. Например, в результате бесконтрольной добычи Наримановского месторождения вокруг камеры выщелачивания сформировалась ослабленная зона диаметром более 60 м (Николаев и др., 1995).Эти факты свидетельствуют о течении массива, обусловленном изменением физического состояния бишофита.
При добыче бишофита в 5000т в год диаметр полости при средней толщине пласта Юм составит 18-20 м. Учитывая, что извлеченный объем пополняется новым за счет поглощения воды и течения массива, зона жидкого состояния составит как минимум 50 м, а увлажнение породы может распространиться на сотни метров. За 25 лет добычи бишофита, массив в несколько квадратных километров окажется в текучем состоянии.
В результате несущий пласт, нагруженный массой вышележащих пород, зависает над полостью. Расчет по уровню потенциальной энергии нависшего массива показывает, что при его толщине 1000м внезапное обрушение в по-лость на площади 1 км приведет к горному удару с мгновенным выделением энергии 20-25x1012 Дт, что сопоставимо с энергией ощутимого землетрясения (Новиков и др., 1998).
Для решения этой проблемы необходимы комплексные исследования поведения массива бишофита в процессе эксплуатации месторождений: мониторинг за поведением массива на геодинамическом полигоне, стендовые и полевые исследования свойств бишофита и другие работы. С учетом вышеизложенного на кафедре инженерной геологии ВолгГАСУ был разработан проект геодинамического полигона для наблюдений за оседанием поверхности земли на территории Нариманского месторождения бишофита По данным С.А. Кононенко (2003), создание почти половины подземных хранилищ на Астраханском газовом комплексе сопровождалось рядом осложнений. Размыв подземной емкости 5А осуществлялся с нарушениями технологического процесса, что в результате привело к неконтролируемому размыву кровли выработки выше обсадной колонны на 37 м (по другим данным, на 52м). Высота соляного целика над кровлей резервуара составила всего 6 м (Рис.5.7), однако, по мнению Астраханьгазпрома и результатам испытания на герметичность, емкость герметична и пригодна к эксплуатации. Аналогичным образом неконтролируемый размыв резервуара 4А привёл к превышению первоначально измеренного объёма в 1,65 раза, а также к превышению проектного объёма на 9,4% (Рис. 5.8). Емкость 7А имела в мае 2001г. объём 40713м, который по данным замеров в феврале 2003 года уменьшился до 31850 м3 (рис. 5.9). По версии Астраханьгазпрома, разница между замеренными объёмами емкости 7А, по результатам звуколокащш 2001 и 2003 гг., объясняется тем, что замеры были произведены разными подрядными организациями с использованием различной измерительной аппаратуры и программного обеспечения. Итак, подземные хранилища, создаваемые методом выщелачивания каменной соли способны вызвать ряд опасных инженерно-геологических процессов. К ним относятся сокращение объёма подземных емкостей вследствие ползучести соли, оседания поверхности земли, активизация разрывных нарушений, провалы, деформации, а также аварии зданий и сооружений. Оседания имеют сложный характер, вызванный сочетанием процессов растворения и ползучести. Подобные явления происходят на фоне современного подъема соляных структур, в которых расположены подземные емкости, что еще более осложняет прогноз деформаций. Очень важное значение имеет складчатость соли 2-го порядка, влияющая на пространственные закономерности ползучести. Помимо этого, важное влияние могут оказывать техногенные оседания территории промысла, в пределах которого расположены хранилища (раздел 5.1.). Все это указывает на необходимость мониторинга инженерно-геологических процессов в зонах ПХ.
