Геологическое обоснование сброса рассолов калийного производства в техногенные коллекторы надсолевого комплекса Верхнекамского месторождения

• Автор: Трофимов, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Глава 1. Изученность проблемы утилизации стоков калийного

производства

Глава 2. Гидрогеологическое районирование надсолевого комплекса шахтного поля БКПРУ-3 по условиям сброса техногенных рассолов

2.1. Геологическое строение

2.1.1. Стратиграфия и литология

2.1.2. Структурно-тектонические особенности

2.2. Гидрогеологические условия

2.2.1. Гидрогеохимическая зональность

2.2.2. Водоносные горизонты надсолевого комплекса

2.2.3. Условия питания и формирования подземных вод

2.3. Изменения геолого-гидрогеологических условий под влиянием техногенных факторов
2.3.1. Загрязнение подземных вод промстоками калийного производства
2.3.2. Авария на руднике БКПРУ-3 и ее последствия
2.4. Обоснование расположения участка подземного сброса
Глава 3. Анализ результатов опытно-фильтрационных исследований
и опытных закачек техногенных рассолов в пласт-коллектор
3.1. Анализ результатов гидрогеологических и геофизических исследований на скважинах полигона подземного сброса
3.2. Оценка гидродинамических и емкостных параметров поглощающего пласта-коллектора
3.3. Обоснование экологической безопасности подземного сброса техногенных рассолов в поглощающий горизонт
3.3.1. Режимные наблюдения за водами пласта-коллектора
3.3.2. Режимные наблюдения за водоносным горизонтом нижней части пестроцветной и верхней-средней части терригенно-карбонатной толщ
3.3.3. Режимные наблюдения за водоносным горизонтом верхней-средней части пестроцветной толщи
3.3.4. Режимные наблюдения за подземными водами «техногенного» горизонта затопленного рудника
Глава 4. Оценка совместимости сбросных техногенных рассолов с пластовыми водами и водовмещающими породами коллектора
4.1. Химический состав пластовых вод и водных вытяжек водовмещающих пород
4.2. Физико-химические свойства сбросных техногенных рассолов
4.3. Результаты численного моделирования и термодинамических
расчетов
4.4. Результаты лабораторных исследований и опытных закачек сбросных техногенных рассолов в коллектор
4.5. Качественная и количественная оценка химической совместимости
Глава 5. Прогнозная оценка перспектив эксплуатации полигона БКПРУ-3 по закачке техногенных рассолов в коллектор надсолевого комплекса
5.1. Программное обеспечение
5.2. Гидрогеомиграционные модели полигона и участка расположения поглощающих скважин
5.3. Оценка величины эффективной трещиноватости (пористости) пород коллектора
5.4. Численное моделирование миграции сбросных техногенных рассолов
по пласту-коллектору
Заключение
Литература

Актуальность работы. Добыча и переработка калийно-магниевых солей сопровождаются образованием значительного количества твердых и жидких отходов производства, в том числе техногенных рассолов, складируемых на дневной поверхности и оказывающих негативное воздействие на окружающую природную среду. В настоящее время на калийных предприятиях Верхнекамского месторождения под их размещение задействовано более 1200 га площадей. Несмотря на принимаемые мероприятия по гидроизоляции объектов отвальношламового хозяйства, избежать поступления в окружающую среду избыточных рассолов калийного производства не удается - объемы фильтрационных утечек рассолов из накопительных бассейнов достигают десятков — сотен тысяч м3 в год. Данные процессы приводят к засолению природных геосистем (почв, грунтов, поверхностных и подземных вод) вблизи промплощадок и объектов отвальношламового хозяйства, существенно влияя на экологическую обстановку Березни-ковско-Соликамской градопромышленной агломерации.
Анализ имеющейся по данному вопросу информации показывает, что утилизация техногенных рассолов может быть решена методом выпаривания, сбросом в объекты поверхностной гидросферы (как правило, морские бассейны), либо закачкой (захоронением) в подземные коллекторы (поглощающие горизонты). В условиях Верхнекамского промрайона последний из перечисленных методов является наиболее эффективным с экологической точки зрения.
Вместе с тем, промышленное внедрение данного метода во многом связано с необходимостью оптимального выбора объекта закачки (поглощающего горизонта), обеспечивающего, с одной стороны, возможность экологически безопасного захоронения требуемого объема рассолов, а с другой - экономическую эффективность его практической реализации. Проводившиеся ранее в условиях Верхнекамского региона опытно-методические работы по подземному сбросу техногенных рассолов в подсолевые (франско-фаменские) отложения показали проблематичность его практического использования, что связано со сложным

г/л (рис. 2.8). Состав воды на протяжении ряда лет остается стабильно хлоридным натриево-кальциевым.
Реки Черная и Волим также подвержены загрязнению. Для р.Черной характерен весьма неустойчивый гидрохимический режим, в отдельные годы в периоды зимней межени наблюдалось эпизодическое повышение минерализации до 60-75 г/л при хлоридном кальциево-натриевым или натриево-кальциевым составе вод. По р.Волим загрязнение прослеживается от центральной части шахтного поля вниз по течению и за пределами юго-западного окончания шахтного поля в период зимней межени может превышать 14-15 г/л.
Таким образом, в районе размещения шламохранилища ореол засоления подземной гидросферы относительно стабилен в пределах водоносного горизонта пестроцветной толщи, но не прослежен по более глубокому горизонту - ТКТ. В районе солеотвала и промплощадки границы ореола засоления трассируются условно — в основном по данным исследовательских работ, проводимых на этой площади в различные годы. Наблюдения по существующим режимным скважинам позволяют констатировать трансгрессивное развитие процесса. Данные, полученные по опытно-исследовательским скважинам, подтверждают предположение о более значительных масштабах развития процессов загрязнения природных вод в пределах шахтного поля БКПРУ-3 как по площади, так и по глубине.
2.3.2. Авария на руднике БКПРУ-3 и ее последствия
Аварию, произошедшую в 1986 году на БКПРУ-3, можно отнести к техногенному фактору, оказавшему существенное влияние на состояние геологической среды рассматриваемого района [68]. Во-первых, все горные выработки объемом ~ 15.6 млн. м3 были заполнены рассолом и образовали «техногенный» горизонт затопленного рудника. Во-вторых, в районе прорыва вод в горные выработки образовалась карстовая провальная впадина. В-третьих, сформировался «природнотехногенный» пласт-коллектор со значительным емкостным потенциалом, приуроченный к водовмещающим породам СМТ2.
Формирование провала и динамика провальной впадины