Основные факторы горно- и инженерно-геологических условий ведения добычных работ на калийных рудниках – особенно прочностные свойства водозащитной толщи пород, обусловленные повышенной степенью трещиноватости – определяются активностью новейшей тектоники и современной геодинамики и их проявлениями (геодинамическими активными зонами – ГАЗ), а также карстовыми процессами. Изучение их проводится в основном геолого-геофизическими и дистанционными методами. Методы аэрокосмогеологических исследований (АКГИ) в различных модификациях более 30 лет применяются в различных регионах мира. Наиболее хорошо изучено в этом плане Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей, где комплексирование детальных АКГИ и геофизических методов, показали на хорошую сходимость ГАЗ, выделенных по АКГИ с зонами разуплотнения (по гравике) и повышенной проницаемости пород (по электроразведке) [1, 3, 5, 8, 9].
Жилянское месторождение калийных солей расположено в Актюбинской области Республики Казахстан в 10 км к востоку юго-востоку от г. Актобе; представлено залежами полигалита и сильвинита. Характеризуется большой протяженностью, разобщенностью в плане и высотах рудных тел, резкими колебаниями условий залегания, мощностей рудных тел и содержания полезных компонентов. Для изучения новейшей тектоники и современной геодинамики района строительства горно-обогатительного комбината на базе Жилянского месторождения нами был проведен комплекс разномасштабных АКГИ с линеаментно-геодинамическим анализом территории Актюбинского Приуралья [2, 4, 7].
Методика и результаты исследований
При проведении АКГИ проводилось компьютерное космогеологическое (структурно-геологическое) дешифрирование. Данная методика заключается в выявлении в интерактивном режиме различно ориентированных линеаментов по характеру фотоизображения и другим дешифровочным признакам, картировании неотектонических блоковых структур и морфоструктур с последующим сопоставлением их с геолого-геофизическими материалами, с применением ГИС-технологий. Методика базируется на принципе поэтапного анализа аэрокосмических материалов разных уровней генерализации. Технологически это выполняется путем системного анализа космических снимков (КС) разного масштаба от мелкого – к крупному (с захватом прилегающих территорий – чем мельче масштаб, тем большая площадь изучалась) и чем меньше площадь, тем детальнее изучение [5, 6, 10]. Дешифрирование проводилось по 5 уровням генерализации (рис. 1) в следующей последовательности.
На первой стадии проводилось: обзорное дешифрирование КС масштаба 1:10 000 000, 1:5 000 000, 1:2 500 000 для выявления систем и рангов региональных линеаментов большой протяженности (более 200 км); региональное дешифрирование КС масштаба 1 000 000 для выявления региональных линеаментов (100-200 км) и масштаба 1:500 000 для выявления зональных линеаментов (25-100 км); регионально-зональное дешифрирование КС масштаба 1:200 000 для выявления зональных и локальных линеаментов (10-25 км); зональное дешифрирование КС масштаба 1:100 000 для выявления локальных (5-10 км) и коротких линеаментов (до 5-10 км).
Рис. 1. Площадь дешифрирования космоснимков по разным уровням генерализации (на карте новейшей тектоники Казахстана)
На второй, детальной стадии, проводилось крупномасштабное дешифрирование КС масштаба 1:50 000 для выявления коротких линеаментов (1-5 км); детальное дешифрирование КС масштаба 1:25 000 для выделения коротких линеаментов (0,5-1 км). Дешифрирование КС и обработка данных проводилась с помощью программного обеспечения ArcGIS и модуля Spatial Analyst фирмы ESRI. Составлялись карты линеаментов в соответствующих масштабах работ. В результате дешифрирования КС выявлена сеть прямолинейных линеаментов различных направлений. Всего выделено суммарно 1880 линеаментов (таблица). В пределах непосредственно Жилянского месторождение установлено 640 прямолинейных линеаментов.
Дешифрирование линеаментов по разным уровням генерализации
|
Уровень генерализации |
Площадь изучения, км |
Ранг изучения |
Масштаб дешифрирования |
Количество линеаментов |
|
1 |
24х4 |
детальный |
1:25 000 |
426 |
|
2 |
26х18 |
детальный зональный |
1:50 000 1:100 000 |
312 188 |
|
3 |
90х75 |
регионально-зональный |
1:200 000 |
223 |
|
4 |
300х300 |
региональный |
1:500 000 |
374 |
|
5 |
460х460 |
региональный обзорный обзорный обзорный |
1:1 000 000 1:2 500 000 1:5 000 000 1:10 000 000 |
198 107 40 12 |
Установлены прямолинейные линеаменты восьми систем, при этом, в северной части площади наиболее четко на КС выражена серия меридиональных и широтных линеаментов, а в южной части – СВ и СЗ линеаментов. В целом, отмечается регматическая сеть, состоящая из двух систем региональных линеаментов, уходящих далеко за пределы рассматриваемой территории. Диагональная система имеет преимущественное направление 300-330º и 45-60º; ортогональная система – 0-15º и 270-285º. Крупные линеаменты контролируют общую ориентацию структур. Линеаменты регионального, зонального и локального рангов послужили границами неотектонических блоковых структур в осадочном чехле. Особое внимание было уделено картированию локальных и коротких линеаментов – мегатрещин, изучение количественного распределения, которых имеет наиболее важное значение для выявления ГАЗ. Выделено всего 81 локальных (5-25 км) и 545 коротких (менее 5 км) линеаментов.
По геоморфолого-неотектоническому районированию (Н.Г. Чижова, 1983; В.И. Бабак, Н.Н. Николаев,1984 и др.) территория Жилянского месторождения находится в пределах Прикаспийского геоблока, Подуральского мегаблока, Актюбинского макроблока. Более детальное неотектоническое районирование проводилось нами по линеаментно-блоковому анализу, соответствующего масштабу картирования 1:50 000.
Линеаментно-блоковый анализ заключается в разделении участков земной коры на блоки различных гипсометрических уровней по рельефообразующим разломам – линеаментам. Двумя крупными линейными зонами тектонических нарушений, отраженных системой линеаментов субмеридионального и ССЗ простирания Актюбинский макроблок разделен на три мезоблока, линейно-вытянутых в этом же направлении. С северо-запада и юго-востока, они ограничиваются двумя зонами линеаментов СВ простирания (60º). Таким образом, в рассматриваемом районе Жилянского месторождения выделено 5 мезоблоков. В центральной части территории, охватывая Жилянское месторождения практически в полном объеме, выделяется – Жилянский (II) мезоблок. Западнее его выделяется Илекский (III) мезоблок, восточнее – Жаман-Каргалинский (IV) мезоблок. На северо-западе и юго-востоке выделяются небольшие фрагменты Каргалинского (I) и Есетского (V) мезоблоков. Системами зональных и локальных линеаментов преимущественно субмеридионального и субширотного простираний, мезоблоки разделены на локальные блоки I порядка. Жилянский мезоблок разделен на 12 блоков I порядка, Илекский – на 8 (не полностью), Жаман-Каргалинский – на 16 (не полностью), Каргалинского – 2 и в Есетского – 1 блок I порядка. Форма блоков самая различная, чаще всего это четырехугольники, реже - многоугольники, неправильной формы, площадью от 8 до 32, в среднем 12 км2. В свою очередь блоки I порядка системами линеаментов различных направлений разделяются на локальные блоки других порядков (рис. 2). По неотектонической активности локальные блоки различаются дифференцированными неотектоническими движениями и энергией рельефа, характером расчленённости, а также интенсивностью проявления эрозионно-денудационных и аккумулятивных процессов.
Рис. 2. Неотектоническое районирование Жилянской площади
По неотектоническим критериям (суммарные амплитуды неотектонических движений) все локальные блоки подразделены на 5 групп: испытывающие слабое поднятие (до 200 м) – 3 блока (I-1, I-2, III-1); испытывающие относительно слабое поднятие (200-240 м) – 13 блоков (II-1, II-2, 3, III-2, III-3, III-4, III-5, III-6, IV-1, IV-7, IV-8, IV-9, IV-10); испытывающие умеренное поднятие (240-280 м) – 15 блоков (II-4, II-5, II-6, II-7, II-8, II-9, II-10, II-11, III-7, 8, IV-2, 5, 6, 11, 12); испытывающие увеличенное поднятие (280-320 м) – 5 блоков (II-12, IV-3, IV-13, IV-14, V-1); испытывающие относительно сильное поднятие (320-360 м и более) – 3 блока (IV-3, IV-13, IV-14).
Обсуждение результатов исследований
По геодинамическим условиям район Жилянского месторождения находится в сложных тектонических условиях, находясь на стыке Прикаспийской синеклизы (с запада и непосредственно на площади), Предуральского краевого (с севера) прогиба и Уральской складчатой системы (с востока). Блоково-надвиговое взаимодействие этих крупных тектонических структур осложняется соляно-купольной тектоникой, формируя сложную современную геодинамическую обстановку. Основная геодинамическая активность, по-видимому, связана с системой меридионального тектонического нарушения, проходящего через всю Жилянскую площадь с юга на север. Его пересекают многочисленные локальные субширотные и диагональные линеаменты, которые в свою очередь «оперяются» короткими линеаментами.
Линеаментно-геодинамический анализ и геодинамическое районирование проведены на уровне детальности масштаба 1:50 000 и 1:25 000. Плотность линеаментов на всей территории колеблется в широких пределах. Многочисленные, но небольшие по площади аномалии с повышенной и высокой степенью интенсивности, характерны для участков границ неотектонических блоковых структур. Наиболее тектонически ослабленными являются геодинамические зоны на границах неотектонических блоковых структур, где наблюдается наибольшее сгущение и пересечение линеаментов и мегатрещин, отмечается наибольшая расчлененность рельефа и в целом повышенная неотектоническая активность
Оценка геодинамической активности района Жилянского месторождения по карте масштаба 1:50 000 показывает, что общий фон составляют значения со средней (2 балл), повышенной (3 балл) степенью плотности линеаментов. Они занимают около 80% территории, еще 5 % занимают участки с пониженной (1 балл) степенью плотности линеаментов. Участки с высокими значениями (4 балл) занимают около 10% территории. Как правило, они имеют линейную, реже – изометричную форму с размерами в длину 3-6 км, в ширину 0,5-1 км. Аномалиями являются локальные участки с очень высокими (5 балл) и чрезвычайно высокими (6 балл) значениями плотности линеаментов. Они занимают примерно 5% рассматриваемой территории (рис. 3).
На рассматриваемой территории (в контурах горного отвода Жилянского месторождения) по результатам АКГИ масштаба 1:25 000 установлено 8 локальных ГАЗ (по уровню 5 баллов), их размеры составляют в длину 0,7-4,0 км, в ширину 0,3-0,8 км. В их пределах установлены 13 участков (по уровню 6 баллов), с размерами от 0,1х0,2 до 0,6х1,5 км. Площади ГАЗ следующие: №1 – 1,6 км2, №2 – 2,7 км2 , №3 – 5,4 км2 , №4 – 1,2 км2 , №5 – 4,3 км2 , №6 – 0,6 км2, №7 – 0,7 км2, №8 – 1,6 км2. Кроме них зафиксировано еще несколько точечных участков (с площадями до 0,1-0,2 км2). Наиболее неблагоприятными участками с очень высокой степенью геодинамической опасности и риска являются ГАЗ №№ 1, 2, 3, 4, 5, 8, особенно западная часть аномалии №1, северная и центральная части аномалии №3, центральная часть аномалии №4, южная часть аномалии №5, центральная и южная части аномалии №8. В их пределах отмечается ухудшение физико-механических свойств грунтов, приуроченность опасных природных и техногенных процессов и явлений. В более благоприятной геодинамической обстановке будут находиться участки с фоновыми и пониженными значениями неотектонической активности.
Рис. 3. Оценка геодинамической активности района Жилянского месторождения
Заключение. По результатам исследований выделены локальные ГАЗ с очень высокой плотностью линеаментов, обусловленной тектонической трещиноватостью, которые имеют важное значение для обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения Жилянского месторождения. Их необходимо учитывать при детализации изучения геологического строения района геофизическими методами; проектировании, строительстве горно-обогатительного комбината и в дальнейшей разработке месторождения.
Статья составлена в рамках мероприятий ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.»
Рецензенты:
Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, зав. кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Гершанок В.А., д.т.н., профессор, профессор кафедры геофизики Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.