Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ АКТИВНЫЕ ЗОНЫ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Копылов И.С. 1
1 Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета, Пермь, Россия
В статье приводится линеаментно-геодинамический анализ Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей на основе аэрокосмогеологических исследований с применением современных геоинформационных технологий. Проведено районирование новейших тектонических структур и выполнена оценка геодинамической активности территории. Выделены 167 локальных геодинамических активных зон с очень высокой плотностью линеаментов, которые имеют важное значение для оценки инженерно-геологических условий и геологической безопасности месторождения. Отмечается их сходимость с геофизическими и геохимическими аномалиями. В пределах этих зон отмечается ухудшение физико-механических свойств грунтов, увеличение интенсивности опасных природных и техногенных процессов. Делается вывод о необходимости проведения детальных аэрокосмогеологических исследований при подготовке новых участков калийных рудников с целью обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения.
геодинамические активные зоны
линеаментно-геодинамический анализ
инженерная геология
грунты
1. Гуляев А.Н. Сейсмотектоника центральной части Уральского региона // Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей. Шестые научные чтения памяти Ю.П. Булашевича. Материалы конф. - Екатеринбург: УрО РАН, 2011. - С.99-102.
2. Копылов И.С. Методология, оценка, районирование неотектонической активности (на примере Пермского Предуралья и Урала) // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. - Пермь: Пермский ун-т, 2004. - С.3-11.
3. Копылов И.С. Блоковое строение Пермского Приуралья на основе линеаментно-блокового и морфонеотектонического анализа // Состояние и перспективы нефтегазового потенциала Пермского края и прилегающих регионов. - Пермь: КамНИИКИГС, 2007. - С.270-279.
4. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Пермского Приуралья на основе аэрокосмогеологических исследований // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы регион. науч.-практ. конф. - Пермь, 2010. - С. 14-18, 336-337.
5. Копылов И.С. Аэрокосмогеологическая основа территории Пермского края для выбора перспективных направлений, площадей, объектов нефтегазопоисковых работ и экологической безопасности // Геология и нефтегазоносность северных районов Урало-Поволжья: сб. науч. тр. к 100-летию со дня рождения проф. П.А.Софроницкого. - Пермь, 2010. - С. 208-212.
6. Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты учения о геодинамических активных зонах // Современные проблемы науки и образования. - 2011. - № 4; URL: www.science-education.ru/98-4745 (дата обращения: 29.09.2011).
7. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Верхнекамского месторождения калийных солей по результатам дистанционных исследований и их влияние на инженерно-геологические условия и промышленное освоение // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы юбилейной конф., посвященной 80-летию геолог. ф-та и 95-летию Перм. ун-та. - Пермь, 2011. - С. 165-167.
8. Кудряшов А.И., Васюков В.Е., Фон-дер-Флаасс Г.С. и др. Разрывная тектоника Верхнекамского месторождения солей / Под науч. ред. А.И. Кудряшова. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2004. - 194 с.: ил. 65.
9. Филатов В.В., Кассин Г.Г. Предпосылки прогнозирования динамических событий на территории Верхнекамского месторождения калийных и калийно-магниевых солей // Рудник будущего. - Вып. № 1 (5), 2011. - С.71-74.
Введение. Крупнейшее в мире Верхнекамское месторождение калийных и калийно-магниевых солей (ВКМКС) расположено в Соликамской депрессии Предуральского краевого прогиба (Пермский край).

После открытия месторождения в 1925 г. опубликовано около 1000 работ, освещающих его геологическое строение и генезис, издано несколько крупных монографий [8], составлено большое количество карт и схем разрывной тектоники и разломов (Р.Н. Валеев, 1974; М.И. Денисов, 1980; Г.Г. Кассин, 1985, 1991; Н.М. Джиноридзе, 1987; В.П. Беляев, 1989; Л.Д. Нояксова, 1990; Т.В. Харитонов, 1992; И.А. Санфиров, Г.Г. Кассин, 1993; Б.М. Голубев, 1998; А.И. Кудряшов, 2001, 2004; И.А. Санфиров, С.Г. Бычков, 2009; В.П. Колесников, 2010; Г.Г. Кассин, В.В. Филатов, 2011 и др.).

Верхнекамское месторождение характеризуется повышенной сейсмичностью, аномально высокими значениями скоростей современных вертикальных движений дневной поверхности, ограничено активными на современном этапе тектогенеза глубинными разломами [9].

Новейшая тектоника и геодинамика (геодинамические активные зоны, разрывные дислокации и структуры) в совокупности с соляным карстом, определяют основные факторы инженерно-геологических и горно-геологических условий (особенно прочностные свойства водозащитной толщи пород, обусловленные повышенной степенью трещиноватости) ведения добычных работ на калийных рудниках ВКМКС.

Важную роль в изучении тектонической трещиноватости играют дистанционные аэрокосмогеологические исследования (АКГИ), которые проводились ранее на ВКМКС с различной детальностью и преимущественно в нефтепоисковых целях (С.Т. Шитин, 1983; Ю.А. Ильиных, 1986, 2002; Ю.А. Левицкий, 1989; С.В. Аверьянов, 1992; Н.Я. Быков, 2001 и др.). Однако их широкое применение сдерживалось невысокой результативностью в силу низкого качества аэрокосмоматериалов прошлых лет. В последнее время появилась возможность проведения АКГИ на качественно новом уровне - с применением высокоточных цифровых космических снимков и новых компьютерных геоинформационных технологий обработки данных.

Результаты аэрокосмогеологических исследований, линеаментно-блокового и линеаментно-геодинамического анализов

В 2010 г. в рамках программы по созданию аэрокосмогеологической основы территории Пермского края для территории ВКМКС на площади 4,7 тыс. км2 проведены зональные АКГИ масштаба 1:100 000 с целью выделение геодинамических активных зон (АЗ). По результатам дешифрирования современных цифровых спектрозональных космических снимков (КС) выделены 1801 прямолинейных линеаментов, отождествляемых с тектоническими нарушениями фундамента и осадочного чехла. По размеру они подразделены на следующие таксономические ранги: региональные (> 100 км) - 32 линеамента, зональные (25-100 км) - 91, локальные (5-25 км) - 306, короткие (до 5 км) - 1372 линеаментов. Построены карты неотектонических блоковых структур и геодинамических активных зон масштаба 1:100 000 [5, 7].

По линеаментно-блоковому районированию [3] ВКМКС находится в пределах региональных геоструктур Предуральского геоблока и Предсреднеуральского мегаблока. Центральным меридиональным линеаментом и двумя субширотно-северо-восточными линеаментами они «разбиты» на зональные блоковые структуры - макроблоки и мезоблоки. Основную часть занимает Березниковский макроблок, включающий Усольский, Половодовский, Челвинский, Яйвинский мезоблоки; северную часть занимает Чердынский макроблок, включающий Жулановский и Нижнеязьвинский мезоблоки. В пределах мезоблоков выделены от 2 до 6 локальных блоков первого порядка в каждом, которые в свою очередь «разбиты» на 2-8, в среднем по 4 блока второго порядка. Всего выделено 20 локальных блоков первого и 82 блоков второго порядка. Анализ степени неотектонической активности локальных блоковых структур показал, что они различаются дифференцированными неотектоническими относительными движениями и энергией рельефа, а также интенсивностью проявления эрозионно-денудационных и аккумулятивных процессов.

Методологической основой выделения геодинамических активных зон является линеаментно-геодинамический анализ, который проводился на основе изучения распределения плотности линеаментов по их протяженности на единицу площади. Обработка данных, построение карт проводились с использованием программного обеспечения ArcGIS и модуля Spatial Analyst фирмы ESRI. Выделение и классифицирование геодинамических АЗ производилось по классификации геодинамических активных зон [6], в соответствии с которой были выделены геодинамические АЗ различного уровня: геозоны (первые десятки тысяч км2) и мегазоны (первые тысячи км2), макрозоны (несколько сотен км2), мезозоны (до 100 км2), локальные зоны разных порядков: I порядка (несколько десятков км2), II порядка (несколько км2), III порядка (доли и единицы км2).

Ранее, при оценке неотектонической активности Пермского Приуралья нами на территории ВКМКС была выделена Соликамская геодинамическая АЗ - (мегазона с площадью 3038 км2) с общим субмеридиональным простиранием [2]. По материалам региональных АКГИ масштаба 1:500 000-1:200 000 на этой территории и за ее пределами выделены 4 геодинамические АЗ: Березниковская мегазона субширотного простирания (площадь 1156 км2), Соликамская (222 км2), Усть-Игумская (380 км2) и частично Керчевская (427 км2) макрозоны с северо-западным простиранием [4].

По материалам зональных АКГИ масштаба 1:100 000 на территории ВКМКС в пределах перечисленных геодинамических АЗ сконцентрированы многочисленные зоны более низких таксонов - мезозоны и локальные зоны разных порядков, с высокой плотностью линеаментов. Закартированы 167 геодинамических АЗ с площадями от 1 до 100 км2 с очень высокой плотностью линеаментов и 61 геодинамическое АЗ с площадями от 0,2 до 16 км2 с чрезвычайно высокой плотностью линеаментов [7]. Практически все они находятся на границах тектонических структур или границах неотектонических блоков. Форма их преимущественно изометричная, вытянутая в направлении контролирующих линеаментов (рис. 1).

Обсуждение результатов. Результаты линеаментно-геодинамического анализа сопоставлялись с геолого-геофизическими, сейсмологическими и инженерно-геологическими данными. Отмечается сходимость расположения основных геодинамических АЗ и линеаментов с многими геофизическими и геохимическими аномалиями и трещинно-разрывными нарушениями. Это характерно, как для всего Верхнекамского месторождения в целом по результатам зональных АКГИ масштаба 1:100 000, так и для отдельных его участков по детальным АКГИ масштаба 1:25 000. Например - на Талицком участке ВКМКС, где ЛГМ ЕНИ ПГУ (И.С. Копылов, А.В. Коноплев, 2011) проведен комплексный анализ геолого-геофизических и аэрокосмогеологических материалов с целью обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения (рис. 2).

В пределах геодинамических АЗ расположены сейсмоопасные узлы (по Схеме сейсмического районирования Среднего Урала, С.Н. Кашубин и др.), основные аномалии совпадают с региональной зоной северо-западного простирания возможного возникновения землетрясений (ВОЗ) [1]. Также в их пределах зафиксированы эпицентры землетрясений с интенсивностью 3-6 баллов шкалы MSK-64. Известные катастрофические провалы на рудниках - БКРУ-3 (1986 г.) и БКРУ-1 (2006 г.), приведшие к полному их затоплению, а также провал на железнодорожных путях в г. Березники в 2010 г. произошли именно в геодинамических АЗ.

Рис. 1. Геодинамические активные зоны Верхнекамского месторождения калийных солей (по АКГИ масштаба 1:100 000)

Рис. 2. Геодинамические активные зоны и комплексный анализ Талицкого участка ВКМКС

Пространственный анализ и сопоставление локальных геодинамических АЗ и линеаментов с данными инженерно-геологических изысканий  показали  приуроченность к этим зонам экзогенных геологических процессов и явлений (усиление карстово-суффозионных процессов, оврагообразования, оползней, береговой и склоновой эрозии и др.). Также, в пределах геодинамических АЗ отмечается ухудшение физико-механических свойств грунтов. Так, крупномасштабное инженерно-геологическое районирование масштаба 1:50 000 территории Усть-Яйвинского участка ВКМКС и детальное инженерно-геологическое районирование масштаба 1:5 000 основной промышленной площадки, проведенное ЛГМ ЕНИ ПГУ (И.С. Копылов, А.В. Коноплев, 2010), показало, что на участке предполагаемого разлома, отраженного линеаментами северо-западного простирания, зафиксирована наибольшая мощность рыхлых образований, а в инженерно-геологических скважинах установлено наличие мягко- и текучепластичных грунтов в отличие от других участков. В целом этот участок характеризуется менее благоприятной степенью сложности инженерно-геологических условий (рис. 3).

Рис. 3. Инженерно-геологического районирование основной промышленной площадки Усть-Яйвинского участка ВКМКС

Заключение. На основании новых данных по оценке геодинамической активности территории ВКМКС и их комплексного анализа можно сделать вывод о высокой надежности картирования геодинамических активных зон разного уровня современными аэрокосмогеологическими методами. Знание об их расположении, интенсивности проявления имеет важное значение для оценки инженерно-геологических условий и геологической безопасности месторождения. При подготовке новых участков калийных рудников ВКМКС в комплексе с геолого-геофизическими исследованиями и инженерными изысканиями необходимо проводить детальные АКГИ для изучения геодинамических условий с целью обоснования безопасного ведения горных работ и промышленного освоения.

Рецензенты:

  • Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, генеральный директор научно-исследовательского, проектного и производственного предприятия по природоохранной деятельности «Недра», г. Пермь.
  • Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., профессор, зав. кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.

Работа получена 28.10.2011


Библиографическая ссылка

Копылов И.С. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ АКТИВНЫЕ ЗОНЫ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=4894 (дата обращения: 18.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074