А. И. КУДРЯШОВ

ФЛЮИДОГЕОДИНАМИКА И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

Промышленная ценность любого месторождения определяется прежде всего геологическими процессами, сопровождающими его образование. Значительная роль в формировании месторождений принадлежит флюидогеодинамике, под которой А. Е. Ходьков понимает «все виды движения флюидов начиная с области диагенеза и кончая пространством действия ультраметаморфизма и магматизма» [2, с. 268]. Если роль флюидогео-динамики в образовании месторождений большинства видов полезных ископаемых общепризнана, то сама идея возможности миграции флюидов внутри соляных толщ, в том числе и в калийных залежах, еще до недавнего времени в лучшем случае просто игнорировалась. Причиной этому было твердое убеждение в том, что соли представляют собой абсолютный водоупор, и всякая миграция водных растворов и газов внутри соляных толщ невозможна. Однако в ходе детальных геологических исследований в пределах площадей развития галогенных формаций получены факты, свидетельствующие об обратном. В качестве примера можно привести случаи обнаружения нефти и газа в солях на расстояниях нескольких сотен метров и более от контакта соляных тел с вмещающими породами [10] и наличия гидротермальных образований в соляных куполах [4, 7]. Освоение Старобинского месторождения показало, что соляные толщи, содержащие калийные залежи, могут быть проницаемыми для воды и газов. Это подтверждается прямыми наблюдениями зон разломов, вскрытых подземными горными выработками [3, 9].

 Для Верхнекамского месторождения калийных солей вопрос о возможности миграции флюидов сквозь соляную толщу все еще не решен. Дело в том, что это месторождение характеризуется относительно хорошей выдержанностью пластов по латерали и всего разреза соляной толщи. В его пределах пока не выявлено крупных разрывных нарушений, по которым могли бы перемещаться подвижные среды, а местные разрывы сплошности солей малоамплитудны и, как правило, не выходят за пределы одного-двух пластов. Тем не менее в солях Верхнекамского месторождения имеются признаки былой миграции флюидов, различных по природе, например, наличие в относительно мощных глинистых прослоях и «маркирующей глине» жил, выполненных явно вторичными галитом и сильвином. Прямым признаком миграции подвижных сред внутри соляной толщи служат нефтепроявления в подстилающей каменной соли. Так, в пределах шахтного поля Четвертого Березниковского калийного завода при проходке главных юго-восточных выработок (район скв. 484) обнаружены участки каменной соли, пропитанной углеводородами. При дроблении породы чувствовался отчетливый запах керосина. По данным А. Е. Гребень, исследовавшей эту породу, обнаруженные углеводороды вторичны и имеют нефтяную природу. Косвенными признаками миграции флюидов внутри соляной толщи Верхнекамского месторождения могут быть некоторые особенности геологического строения, определяющие основные горно-геологические условия его разработки. К ним в первую очередь относятся характер изменчивости минерального состава пород, слагающих рабочие пласты, и наличие очагов внезапных выбросов соли и газа.

 Установлено [5, 8], что изменчивость минерального состава имеет четыре уровня: региональный, локальный, текстурный (уровень пласта) и уровень структуры породы. Наибольшее значение для разработки имеют локальный и текстурный уровни. Изменчивость их затрудняет планирование и ведение горных работ, приводит к снижению количества балансовых запасов и качества добываемых руд. Локальная изменчивость проявляется в том, что внутри огромных полей преимущественного развития одной породы имеются небольшие участки (несколько квадратных километров, реже более десяти), сложенные другой породой (каменная соль замещений среди сильвинитов, пестрые сильвиниты среди карналлитов). Для зон замещений каменной солью характерна унаследованность по вертикали и приуроченность к местным, но четким понижениям кровли пластов. Изменчивость на уровне текстуры породы (пласта) обусловлена резким переходом одних пород в другие в пределах небольших участков (например, забои горных выработок). Она характеризуется весьма прихотливым распределением блоков и линз различного состава как по разрезу, так и по латерали. Контакты между блоками различных пород нередко секущие. Отмеченные особенности изменчивости минерального состава пород, слагающих продуктивные пласты, логичнее объяснить воздействием мигрирующих растворов на первичные породы в период закрытой (погребенной) фазы формирования калийной залежи [5, 11].

 Внезапные выбросы соли и газа ведут к нарушению проектных параметров системы отработки, повреждению машин и оборудования, потере балансовых запасов руд и, что особенно важно, представляют серьезную опасность для людей. Анализ геологического строения мест внезапных выбросов на известных калийных месторождениях мира, в том числе и на Верхнекамском, показал, что очаги их располагаются на путях былой миграции различных по природе газоносных флюидов (водные растворы, нефти, магмы и др.) внутри соляных толщ в эпигенетическую стадию их существования [6]. Механизм формирования очагов внезапных выбросов соли и газа довольно прост. Миграция флюидов внутри соляной толщи происходит по системе гидравлически связанных флюидопроводников (тектонические трещины, трещины гидроразрыва, полости отслаивания, межзерновая трещиноватость, поровое пространство соляных глин, пустоты выщелачивания калийных минералов и др.). С прекращением движения растворов и газов единая система флюидопроводников распадалась на локальные системы пустот, заполненных остаточным флюидом. Если перепад давления флюидов на периферии этой системы превышал начальный градиент фильтрации вмещающего массива, то флюид рассасывался. При обратном соотношении этих величин скопление флюида могло существовать неопределенно долгое время. При наличии газа во флюиде или когда флюид был представлен только газом, формировался очаг внезапного выброса соли и газа.

 Признание возможности миграции флюидов, в первую очередь водных растворов, внутри соляной толщи дает надежную теоретическую базу для разработки методов прогнозирования строения, состава и свойств пород водозащитной толщи Верхнекамского месторождения. Важнейший аспект прогнозирования при этом — определение участков вторичного изменения физико-механических свойств соляных пород. Изменение их под воздействием водных растворов происходит вследствие изменения либо состава и структуры первичных соляных пород, либо только структуры пород в ходе собирательной перекристаллизации. Важнейшее условие успешного прогнозирования изменений свойств пород водозащитной толщи — установление направления миграции водных растворов. Дело в том, что соляной массив обладает несколькими типами флюидопроводников. Это характеризует его как неоднородную в отношении фильтрации систему. Неоднородность системы вызывает явление, которое в общем виде называется макродисперсией элементов потока [1, 12].

 При отсутствии секущих трещин наиболее проницаемы галопелитовые прослои, закономерно переслаивающиеся с соляными отложениями. При этом имеют место упорядоченная неоднородность и характерная для нее макродисперсия. Общее направление растворов — латеральное. Системы секущих трещин придают толще солей неупорядоченную неоднородность фильтрационных свойств. В этом случае раствор быстро фильтруется по трещинам и медленно проникает внутрь блоков. 06щее направление растворов —субвертикальное. Для прогнозирования вторичных изменений в водозащитной толще наибольший интерес представляет второй случай. Поскольку вторичное изменение соляных пород происходит именно на путях миграции растворов, то каждый тип макродисперсий дает только ему. присущее распределение в пространстве вторичных образований. Однако в природных условиях растворы движутся не только по рассмотренным схемам, которые являются крайними случаями. При движении растворов по системам секущих трещин часть фильтрующегося флюида проникает в глинистые прослойки и формирует слоистые тела вторичных пород. И наоборот, при основном типе фильтрации по схеме упорядоченной неоднородной среды фильтрация части флюидов осуществляется по локальным трещинам, образующимся при складкообразовании или путем гидроразрыва. Скорее всего, в природе имеет место комбинация типов неоднородности среды, что дает сложную картину изменчивости состава и свойств пород. Выявление признаков, указывающих на преимущественно неупорядоченную неоднородность соляного субстрата, внутри которого двигались флюиды,— одна из важнейших задач научных исследований.

  Таким образом, для прогнозирования основных горно-геологических условий разработки Верхнекамского месторождения  калийных солей необходимо проведение серьезных исследований в области флюидогеодинамики. Частный вопрос этих исследований — выяснение источников, направления и движущих сил миграции флюидов внутри соляной толщи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Бэр Я., Заславский Д., Ирме й С. Физико-математические основы фильтрации воды. М.: Мир, 1971.

2.    Валуконис Г. Ю., Ходьков А. Е. Геологические закономерности движения подземных вод, нефтей и газов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1973.

3.    Кисли к В. 3., Высоцкий Э. А., Е р о ш и н а Д. М. и др. Зона разрывных нарушений на Втором шахтном поле Старобинского месторождения калийных солей // Разломы Белоруссии и Прибалтики. Минск, 1974. С. 84—93.

4.    К и т ы к В. И., Белорус И. Р., Долишний Б. В. Условия формирования ртутной минерализации // Ртутоносность соляных куполов Днепровcко-Донецкой впадины. Киев: Наук, думка, 1981. С. 127—145.

5.    К уд р я шов А. И. Геолого-геохимический анализ строения Верхнекамского калийного месторождения и его районирование в целях эксплуатации: Автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. Л.: ЛГИ, 1977.

6.    Кудряшов А. И., Анд рей к о С. С. О природе очагов внезапных выбросов соли и газа // Горный журн. 1986, № 2. С. 10—13.

7.    Кузнецова С. В. Сафр он о в И. Л., Ска ржи некий В. И., Энтелис И. Д. Основные черты геологического   строения и эндогенного оруденения северо-западной окраины Донбасса // Геолог. журн. 1968. Т. 28, вып. 4. С. 32—43.

8.  Мягков В. Ф.,   Кудряшов   А.   И.,   Янин   В.   Н.,   Б р о в ч е н к о О. Ф. Эволюция минерального и химического состава солей калийной залежи Верхнекамского месторождения //Соленосные формации и практическое значение их изучения: Тез. докл. II Всесоюз. солевого совещ. Новосибирск, 1979. Т. 2. С. 51—52.

9.  Петров Е. В., Протопопов А. Л. К вопросу о постседиментационных преобразованиях калиеносных пород в зонах тектонических нарушений Старобинского месторождения  // Геологическая   и минералого-петрографическая оценка распространения, качества руд и условий разработки калийных месторождений. Л., 1979. С. 31—36.

10.  Соболев В. С. О нефтепроявлениях в солях на Челкарском куполе в северной части Прикаспийской впадины // Тр. ВНИИГРИ. 1960. Вып. 163. С. 256—269.

11.  Ходьков А. Е. О происхождении замещенных зон на Верхнекамском месторождении // Материалы изучения районов   современного   и ископаемого соленакопления. Л., 1956. С. 314—338.

12.  Шестаков В. М. Динамика подземных вод. М.: Изд-во МГУ, 1973.