на основе чего выполняется геодинамическое районирование
Лекция 2. Основы районирования.
Одной из наиболее важных задач при изучении того или иного региона является районирование. В настоящее время наиболее распространены два основных подхода к районированию: геодинамическое и тектоническое.
Геодинамическое районирование. Теоретической основой этого направления является тектоника литосферных плит, а в основу положен принцип выделения комплексов-индикаторов геодинамических обстановок. Таким образом, геодинамическая карта любого масштаба несет информацию об условиях формирования конкретных структурных элементов, составляющих участок земной коры, отображенной на карте. Индикаторными формациями называют определенные совокупности осадочных, магматических и метаморфических пород, образующиеся в строго определенной геодинамической и геотектонической обстановке и являющиеся, соответственно, индикаторами таких обстановок существовавших в прошлом. Все многообразие современных геодинамических обстановок (рис.) может быть сведено к четырем основным группам: океанические, активные окраины континентов, пассивные окраины континентов, внутриконтинентальные, для каждой из них характерен свой набор пород (табл.1). Использование метода индикаторных формаций при районировании базируется на принципе актуализма, предполагающем сходство геологических процессов, протекающих в настоящее время с геологическими процессами прошлых эпох.
Основные комплексы индикаторы геодинамических обстановок
Тектоническое районирование.
В основу тектонического районирования могут быть заложены различные принципы:
1. По возрасту завершающей складчатости.
2. По возрасту становления континентальной коры.
3. Плейт-тектоническое районирование.
4. Террейновый анализ и др.
Тектоническое районирование по возрасту главных деформаций основано на выделении крупных естественных геологических регионов по возрасту “завершающей” фазы складчатости, после которой регион не испытывал существенной тектонической переработки. Как правило “завершающая” фаза складчатости соответствует аккреционно-коллизионному событию, после которого регион был консолидирован. Достоинством такого метода является его историчность, поскольку мы имеем возможность непосредственно на карте проследить хронологическую последовательность основных этапов роста континентальной коры региона. На территории России можно выявить большинство основных эпох тектогенеза. Под последним понимается геологический интервал времени, насыщенный геологическими событиями, приведшими в итоге, к консолидации того или иного участка земной коры.
Главные фазы складчатости:
По возрасту становления континентальной коры:
В истории геологического развития можно выделить несколько крупных тектонических этапов, связанных с постепенным ростом континентальной коры и формированием структуры региона:
3. Венд – раннепалеозойский этап (байкальская эпоха складчатости).
4. Позднепалеозойский этап (герцинская эпоха складчатости).
5. Мезозойский этап.
6. Кайнозойский этап (дальнейшее раздвигание материков и формирование современных океанических бассейнов.
На основе чего выполняется геодинамическое районирование
На правах рукописи
Далатказин Тимур Шаокатович
ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ГОРНОГО МАССИВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДОНОМЕТРИИ
Специальность: 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук
Сашурин Анатолий Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук
Зубков Альберт Васильевич, кандидат геолого-минералогических наук Осипова Анастасия Юрьевна
Защита состоится «24» мая 2012 г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д 004.010.01 при ИГД УрО РАН по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ГСП-936, ул. Мамина-Сибиряка, 58. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела УрО РАН.
Просьба направлять отзывы почтой в 2 экземплярах, заверенных печатью организации, по указанному выше адресу. Автореферат диссертации разослан 2012г.
Ученый секретарь Диссертационного совета
доктор технических наук, профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Диагностика современной геодинамической активности необходима для широкого перечня объектов: подземных коммуникаций, газо- и нефтепроводов, железнодорожных магистралей, мостов, тоннелей, высотных сооружений, горнодобывающих комплексов, хранилищ токсичных и радиоактивных веществ, АЭС, плотин, дамб и т. п. Деформации и разрушения на таких и подобных объектах, кроме колоссальных материальных потерь, порой сопровождаются человеческими жертвами и вызывают катастрофические экологические последствия.
Это определяет актуальность исследований, проведенных автором и представленных в данной работе.
Решаемая задача: разработка оперативной методики предварительного геодинамического районирования в комплексе геодинамической диагностики при выборе безопасных участков для ответственных объектов недропользования.
Цель диссертационной работы: исследование зависимости поля радоновых эманаций от современной геодинамики для повышения достоверности и оперативности геодинамической диагностики горного массива.
Идея работы: использование зависимости параметров поля радоновых эманаций в почвенном воздухе от параметров современной геодинамической активности для геодинамического районирования горного массива.
Объектом исследований является поле радоновых эманаций в почвенном воздухе иерархически блочного горного массива.
Научные положения, выносимые на защиту:
1 Временные вариации объемной активности радона, полученные путем режимных наблюдений, дифференцируют надразломный участок по степени современной геодинамической активности на основе учета зональности по степени раскрытия трещин и пор, а также параболической зависимости между изменением расхода флюида через трещины и поры ■ при изменении степени их раскрытия и изменением его расхода.
2 Относительное превышение величины объемной активности радона в почвенном воздухе надразломных участков прямо пропорционально амплитудам и частотам цикличных геодинамических движений.
3 Распределение объемной активности радона в почвенном воздухе в пределах тектонического разрывного нарушения неравномерно, в соответствии с формированием вторичных самоорганизующихся структур в иерархически блочном массиве.
Научная новизна работы:
1 Установлено влияние степени раскрытия трещин и пор на достоверность геодинамического районирования на основе распределения временных вариаций поля радона.
2 Выявлена зависимость параметров поля радоновых эманаций от параметров современной геодинамической активности.
3 Установлен неравномерный характер распределения поля радоновых эманаций в пределах разрывных структур в соответствии с современной геодинамической активностью.
Практическое значение работы
Зависимость параметров поля радона от параметров современной геодинамики позволяет использовать радонометрию для оперативного
геодинамического районирования, на основе которого целенаправленно и эффективно определяются количественные параметры современной геодинамики для обеспечения безопасности объектов недропользования.
Методы исследований. В работе использованы методы аналитического обобщения научной информации и практический опыт по изучаемому вопросу, натурные измерения объемной активности радона (ОАР), численных параметров современной геодинамической активности с применением вРЯ-технологий и классических методов геодезии, сопоставление геодинамических моделей по данным радонометрии и по результатам геодезических измерений.
Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается современными представлениями о геодинамических процессах в верхних слоях литосферы, теоретическими исследованиями, применением апробированных методов исследования и опытом применения на практике, комплексностью экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов геодинамического районирования по данным радонометрии с данными геодезических измерений.
Апробация работы и публикации. Материалы и основные положения работы доложены на конференциях. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 в журнале, рекомендованном ВАК.
Личный вклад автора. Исследования по теме диссертации выполнены за период с 2005 по 2012 г. в лаборатории сдвижения горных пород Института горного дела УрО РАН под руководством д.т.н., заслуженного деятеля науки РФ А.Д. Сашурина. Проанализированы и обобщены опубликованные в специальной литературе теоретические положения по теме диссертации, разработаны и проведены экспериментальные исследования, практические проверки эффективности применения радонометрии для геодинамического районирования горного массива на действующих горных предприятиях и урбанизированных территориях.
Реализация работы осуществлена для решения практических задач обеспечения безопасности ответственных объектов на территории Естюнинского, Высокогорского, Гороблагодатского железорудных месторождений, месторождения нефти «Грибное», определении причин деформаций объектов в г. Екатеринбурге.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 106 наименований.
Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н. А.Д. Сашурину за внимание, высокопрофессиональное руководство на всех этапах работы над диссертацией, член-корр. РАН В.И. Уткину (ИГФ УрО РАН) за научные консультации по теме работы. Автор благодарит к.г-м.н. А.К. Юркова (ИГФ УрО РАН), д.т.н. С.Н. Тагильцева (УГГА), Ю.С. Усольцева (ФГУГП «Зеленогорскгеология»), д.т.н. А.Е. Балека за внимание к научной деятельности и консультации при выполнении работы, к.г-м.н. И.А. Козлову, В.П. Бакаева (ИГФ УрО РАН) за содействие и консультации по вопросам диссертации.
Автор благодарит Ю.П. Коновалову, В.И. Ручкина за сотрудничество, коллектив отдела геомеханики ИГД УрО РАН за понимание и поддержку.
Основное содержание работы
Введение посвящено актуальности, цели, практической значимости и научной новизне работы.
Первая глава диссертации посвящена постановке проблемы и обзору современного состояния методов геодинамической диагностики горного массива. Проведен анализ геолого-геофизических методов с позиции их использования для геодинамического районирования горного массива. Геологические методы: геоморфологические методы; структурное бурение; бурение инженерно-геологических скважин; инженерно-геологическое изучение горных выработок; геофизические методы: электроразведка, гравиметрия, магниторазведка, сейсморазведка, радонометрия,
Большинство перечисленных методов определяет параметры геологической среды, по которым невозможно установить наличие современной геодинамики. Исключением являются радонометрия и высокоточная гравиметрия. Оперативность, невысокая стоимость проведения делают ее оптимальным методом для геодинамического районирования.
Радонометрия в варианте эманационной съемки разрабатывалась для поисков скрытых месторождений. Основоположниками метода являются В.И. Баранов, А.Г. Граммаков, А.П. Кириков, Ю.П. Булашевич.
В семидесятые годы XX века установлена зависимость формирования аномалий радона от современной геодинамики в трудах JI.B. Горбушиной, Ю.С. Рябоштана, Д.Г. Осика, Н.И. Хитарова, Г.И. Бойтова, B.C. Лебедева. Разработана методика геодинамического районирования на основе мониторинга поля радона.
Повышению радоновыделения при вибровоздействии посвящены исследования Л.В. Горбушиной, академика В.В. Адушкина.
В 1990-е годы, в работах Ю.П. Булашевича, С. Барабась, В.И. Уткина, А.К. Юркова, В.В. Николаева радон использован как индикатор напряженного состояния горного массива перед сейсмическим событием.
В настоящее время в геодинамической диагностике радонометрия применяется в следующих вариантах:
— измерение плотности потока радона для выявления активных разломов;
— радонометрический мониторинг для геодинамического районирования;
— эманационная съемка для выявления подвижных разрывных структур.
Метод измерения плотности потока радона характеризуется метеозависимостью, низкими оперативностью и производительностью применительно к решению задачи геодинамического районирования.
Методика геодинамического районирования с использованием мониторинга за полем радона базируется на положении, что временные вариации объемной активности радона отражают изменения объема пор и трещин геологической среды при изменениях ее напряженного состояния.
Однако для трещин, согласно уравнению Буссинеска, проницаемость находится в кубической зависимости от ширины ее раскрытия
Закономерность изменения расхода флюида через трещину при изменении ширины ее раскрытия определятся по формуле
*тр. = £/,/дисх. = 25,0 кБк/м
г—Изолинии амплитуд короткопериодных геодинамических движений
Совмещение результатов ОРЯ-измерений и геодинамической модели по данным радонометрии, свидетельствует об их соответствии.
Результаты эксперимента подтвердили второе защищаемое положение.
В пятой главе приведены результаты опытно-промышленных проверок использования радонометрии для геодинамического районирования. Данные исследования были проведены на объектах недропользования с различными горно-геологическими условиями и на урбанизированной территории.
— выявить активные разрывные структуры на исследуемой территории;
— выполнить геодинамическое районирование на исследуемом участке;
— распространить результаты инструментальных мониторинговых геодезических измерений на профильной линии Ш-Ш на прилегающую к ней площадь.
Rp.U Rp.lO Rp.9 Rp.8 Rp.7 Rp.6
Rp.14 Rp 13 Rpl2 0,0-100,0 мм 100.0-130,0 мм
160,0- 190,0 мм Ш >190,0 мм • Rp.7 репер
Rpll Rp 10 Rp9 Rp8 Rp»7 Rp6
Сопоставление геодинамических моделей по данным радонометрии и вРБ-измерений свидетельствует об эффективности геодинамического районирования на основе эманационной съемки для массива с мощным осадочным чехлом.
Сопоставление результатов измерения ОАР в почвенном воздухе, минералогического и гамма-спектрального анализа проб грунта подтвердило геодинамическую природу формирования аномалий радона в почвенном воздухе на исследуемой территории.
Деформации дома начались сразу же после его возведения в 1982 г. Видимые деформации выражены на дворовом фасаде (сеть трещин). Инженерно-геологические изыскания на участке выполнены: в 1979 г. «УралТИСИЗ»; в 2000 г. ООО «Николай-ИнГео». Причины деформаций дополнительными исследованиями выявлены не были.
[. Л 0,0-5,0 норм.ОАР 1111 5,0-10,0 норм.ОАР
I_II 0,0-15,0 норм.ОАР ЕЯ 15,0-20,0 норм.ОАР
ШШ > 20,0 норм.ОАР » I контур дома
Нивелирование с 2-месячной периодичностью не зафиксировало современной геодинамической активности. Проведение ОРЯ-измерений на участке выполнить невозможно из-за плотной высотной жилой застройки. Геодинамическая модель территории по данным радонометрии соответствует деформациям здария.
Таким образом, сопоставление геодинамического районирования по данным радонометрии и геодезических исследований, выполненных в ходе опытно-промышленных проверок в различных горно-геологических условиях, свидетельствует об их соответствии. Анализ распределения ОАР в почвенном воздухе исследованных территорий и распределения количественных параметров современной геодинамики подтвердил третье защищаемое положение.
В диссертации на основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований решена актуальная научно-техническая задача проведения диагностики современной геодинамической активности горного массива с целью обеспечения безопасности ответственных объектов недропользования на основе геодинамического районирования с использованием радонометрии.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
2 При разработке методики геодинамического районирования с использованием радонометрии теоретически определена параболическая зависимость временных вариаций объемной активности радона в пределах разломной зоны от изменяющихся во времени величин раскрытия трещин и пор. Экспериментально подтверждено влияние зональности по степени раскрытия трещин и пор на достоверность геодинамического районирования с использованием режимных наблюдений за полем эманаций радона.
3 Обосновано использование распределения градиента поля радона по площади исследуемого горного массива в качестве критерия оценки геодинамической ситуации.
4 Разработана методика устранения влияния нетектонических факторов на результаты геодинамического районирования с использованием радонометрии путем нормирования значений объемной активности радона в почвенном воздухе.
5 Экспериментально установлено соответствие геодинамического районирования по данным эманационной съемки и геодинамического районирования по данным ОР5-измерений современных короткопериодных геодинамических движений.
6 В результате проведенных опытно-промышленных проверок установлено:
— параметры поля радоновых эманаций зависят от параметров современной геодинамической активности;
— геодинамическое районирование с использованием радонометрии отражает весь спектр современных геодинамических движений;
— зависимость параметров поля радоновых эманации от параметров и механизма современной геодинамической активности позволяет использовать радонометрию в комплексе геодинамической диагностики для оперативного геодинамического районирования;
— геодинамическое районирование горного массива на основе эманационной съемки позволяет оптимально проводить измерение количественных параметров современной геодинамической активности для обеспечения безопасности объектов недропользования;
— эффективность геодинамического районирования по данным радонометрии для массивов с мощным чехлом осадочных пород и помехоустойчивость на урбанизированных территориях.
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:
Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:
1 Далатказин Т. Ш. Влияние современной геодинамики на экологическую обстановку /Т. ULI. Далатказин //Геомеханика в горном деле: доклады
Подписано в печать 17.04.2012. Формат 60×84 1/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,4 Тираж 100 экз. Заказ №
Отпечатано в типографии ИПЦ УрФУ 620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4
Содержание диссертации, кандидата технических наук, Далатказин, Тимур Шавкатович
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ СТРУКТУРНО-ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ГОРНОГО МАССИВА.
§ 1.1 Постановка проблемы.
1.2.1 Геологические методы.
1.2.2 Геофизические методы.
§ 1.3 Задачи совершенствования методики геодинамической диагностики.
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАДОНОМЕТРИИ ДЛЯ
§ 2.1 Краткая характеристика радона, его происхождение.
§ 2.3 Аномалии радона, обусловленные вещественными неоднородностями горного массива.
§ 2.4 Аномалии радона, обусловленные структурными неоднородностями горного массива.
§ 2.5 Структурная модель массива горных пород.
3 МЕТОДИКА РАДОНОМЕТРИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 83 ДЛЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ.
§3.1 Планирование проведения эманационной шпуровой съемки для задач геодинамического районирования.
§ 3.2 Приборное оборудование.
§3.3 Обеспечение достоверности исследований.
3.3.1 Обоснование глубины шпура.
3.3.2 Обоснование объема откачиваемого почвенного воздуха при проведении шпуровой эманационной съемки.
3.3.3 Обоснование режима и методики отбора проб.
§3.4 Построение карты геодинамического районирования.
3.4.1. Использование нормирования с целью устранения влияния нетектонических факторов при использовании параметров поля радона для геодинамического районирования.
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОВЕРКЕ ПРИМЕНЕНИЯ РАДОНОМЕТРИИ ДЛЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО
§ 4.1 Исследования применимости режимных наблюдений за полем радона для геодинамического районирования.
§ 4.2 Исследования применимости эманационной съемки для геодинамического районирования.
§5.1 Использование радонометрии для структурирования и геодинамического районирования горного массива шахты Естюнинская.
5.1.1 Горно-геологические условия Естюнинского железорудного месторождения.
§5.2 Использование радонометрии для структурирования и геодинамического районирования горного массива месторождения нефти «Грибное».
5.2.1 Горно-геологические условия месторождения нефти «Грибное».
5.2.2 Геодинамическая ситуация на локальных участках исследований по данным радонометрических исследований.
5.2.3 Геодинамическая ситуация на локальных участках исследований по данным инструментальных наблюдений и ее соответствие предварительному геодинамическому районированию по данным радонометрии.
§ 5.3 Использование радонометрии для структурирования и геодинамического районирования горного массива деформированного дома по адресу г. Екатеринбург, ул. Мусоргского, 6.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему «Геодинамическое районирование горного массива с использованием радонометрии»
Одной из причин катастрофических событий на поверхности Земли и в верхних слоях литосферы является современная геодинамическая активность. Диагностика современной геодинамики горного массива необходима для широкого перечня объектов, например, подземных городских инженерных коммуникаций, газо- и нефтепроводов, железнодорожных магистралей, мостов, тоннелей, высотных сооружений, горнодобывающих комплексов, хранилищ токсичных и радиоактивных веществ, АЭС, плотин, дамб и т. д. Для таких объектов массив горных пород является основанием или средой, в которой они созданы. Инженерные объекты, оказавшиеся в зоне влияния современной геодинамической активности, испытывают нештатные нагрузки и деформации, не предусмотренные их конструкцией.
Характерно, что прирост населения Земли происходит, в основном, за счет городских жителей. Как следствие резко расширяются площади городских территорий, увеличивается этажность строений, протяженность и плотность инженерных коммуникаций. Намечены и осуществляются планы строительства новых АЭС.
К чему приводит отсутствие геодинамической диагностики на предпроектной стадии можно продемонстрировать на следующих примерах.
В результате экспериментальных исследований на Сургутском и Таркосалинском полигонах, проведенных научно-практическим центром «Геоэкология» под руководством Н.К. Кострюковой, было установлено, что аварии на магистральных трубопроводах Федорского и Таркосалинского нефтяных месторождений постоянно тяготеют к участкам, где трубопроводы пересекают разломные зоны. При этом оказалось, что деформационный процесс носит регулярный характер. На основе данных, тензометрических и ОР8-измерений, было установлено, что деформационный процесс концентрируется в разломных зонах и подчиняется ритму лунных приливов. Деформации, возникающие во время каждого лунного прилива и отлива, т. е. 4 раза в сутки достигают 100 мм на 100 м при измерениях на трубе нефтепровода и до 200 мм на 100м при измерениях на поверхности. Более низкие значения смещений на трубе связаны с проскальзыванием последней по поверхности земли. Величины этих деформаций сравнимы с критическими для трубопроводов и выше критических для железобетонных конструкций. Цикличные колебания ухудшают усталостные свойства материала конструкций. В результате на участках разломов в железобетонных конструкциях появляются трещины, а в стальных трубопроводах ускоряется процесс коррозии, что в обоих случаях приводит к разрушению объектов [3].
По результатам структурно-геодинамической диагностики, проведенной ИГД УрО РАН (А.Д. Сашурин) на Коршуновском ГОКе в 2007 году был сформулирован механизм оползневого процесса.
Под влиянием высокой влажности и короткопериодных современных геодинамических движений, глинистые породы межблоковых шовных зон находятся в тиксотропном состоянии. Лабораторными исследованиями установлено, что глинистые породы, отобранные из тела оползня, при влажности от 20% до 40% проявляют тиксотропные свойства с коэффициентами чувствительности от 1,05 до 1,97. Длиннопериодные цикличные нагружения периодически переводят подготовленный массив в селеподобный оползень [4].
Представления о современной геодинамической активности по мере накопления информации, ее научном осмыслении и совершенствовании измерительной аппаратуры находятся в эволюционном развитии. Изначально геодинамическая активность рассматривалась исключительно как трендовые движения, свойственные некоторым известным региональным разломам, таких как Сан-Андреас в Калифорнии, система Анатолийских разломов в Турции, ряд разломов в Японии и др. Трендовые движения происходят в виде взаимных подвижек двух соседних блоков с относительно постоянным направлением в течение длительного промежутка времени.
Работами Ю.О. Кузьмина (Институт физики Земли РАН) выявлены цикличные геодинамические движения. Цикличные движения имеют периодические знакопеременные изменения направления движения и характеризуются частотой циклов и амплитудой перемещения в цикле. Ю.О.Кузмин выявил геодинамические движения с продолжительностью циклов 0,1-1,0 года [6].
В России, обязательность изучения геодинамических процессов и явлений при проведении инженерных изысканий для строительства регламентирует «Свод правил по инженерным изысканиям для строительства СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства» [104].
Однако в подавляющем большинстве случаев при проектировании и строительстве инженерных сооружений ограничиваются инженерно-геологическими изысканиями, в комплекс которых геодинамическая диагностика не входит.
На современном этапе геодинамическая диагностика горного массива наиболее рационально осуществляется без дорогостоящих буровых работ с помощью полевых геофизических методов в комплексе с ОР8-исследованиями (технологии спутниковой геодезии) и традиционными геодезическими методами.
Таким образом, развитие фундаментальных знаний о закономерностях существования иерархически блочного горного массива, вызвало необходимость совершенствования методики геодинамической диагностики при решении задачи обеспечения безопасности объектов недропользования.
Это определяет актуальность исследований, проведенных автором и представленных в данной работе.
Решаемая задача: разработка оперативной методики предварительного геодинамического районирования в комплексе геодинамической диагностики при выборе безопасных участков для ответственных объектов недропользования.
Цель диссертационной работы: исследование зависимости поля радоновых эманаций от современной геодинамики для повышения достоверности и оперативности геодинамической диагностики горного массива.
Идея работы: использование зависимости параметров поля радоновых эманаций в почвенном воздухе от параметров современной геодинамической активности для геодинамического районирования горного массива.
Объектом исследований является поле радоновых эманаций в почвенном воздухе иерархически блочного горного массива.
Научные положения, выносимые на защиту:
1 Временные вариации объемной активности радона, полученные путем режимных наблюдений, дифференцируют надразломный участок по степени современной геодинамической активности на основе учета зональности по степени раскрытия трещин и пор, а также параболической зависимости между изменением расхода флюида через трещины и поры при изменении степени их раскрытия и изменением его расхода.
2 Относительное превышение величины объемной активности радона в почвенном воздухе надразломных участков прямо пропорционально амплитудам и частотам цикличных геодинамических движений.
3 Распределение объемной активности радона в почвенном воздухе в пределах тектонического разрывного нарушения неравномерно, в соответствии с формированием вторичных самоорганизующихся структур в иерархически блочном массиве.
Научная новизна работы:
1 Установлено влияние зональности по степени раскрытия трещин и пор на достоверность геодинамического районирования на основе распределения временных вариаций поля радона.
2 Выявлена зависимость параметров поля радоновых эманаций от параметров и механизма современной геодинамической активности.
3 Установлен неравномерный характер распределения современной геодинамической активности в пределах разрывных структур в поле радоновых эманаций.
Практическое значение работы
Зависимость параметров поля радоновых эманаций от параметров и механизма современной геодинамической активности позволяет использовать радонометрию для оперативного геодинамического районирования, на основе которого целенаправленно и эффективно выполняется определение количественных параметров современной геодинамики при решении задачи обеспечения безопасности объектов недропользования.
Методы исследований. В работе использованы методы аналитического обобщения научной информации и практический опыт по изучаемому вопросу, натурные измерения объемной активности радона, численных параметров современной геодинамической активности с применением вРБ-технологий и классических методов геодезии, сопоставление геодинамических моделей, созданных по данным радонометрии и по результатам геодезических измерений.
Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается современными представлениями о геодинамических процессах в верхних слоях литосферы, теоретическими исследованиями, применением апробированных методов исследования и опытом применения на практике, комплексностью экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов геодинамического районирования по данным радонометрии с распределением количественных параметров, определенных методами геодезии.
Апробация работы и публикации. Материалы и основные положения работы доложены на российских и международных конференциях. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 в журнале, рекомендованном ВАК.
Личный вклад автора. Исследования по теме диссертации выполнены автором за период с 2005 по 2012 гг. в лаборатории сдвижения горных пород Института горного дела УрО РАН под руководством д.т.н., заслуженного деятеля наук РФ А.Д. Сашурина. Автором лично проанализированы и обобщены опубликованные в специальной литературе теоретические положения по теме диссертации, разработаны и проведены экспериментальные исследования, практические проверки эффективности применения радонометрии для геодинамического районирования горного массива на действующих горных предприятиях и урбанизированных территориях.
Реализация работы осуществлена для решения практических задач обеспечения безопасности ответственных объектов на территории Естюнинского, Высокогорского, Гороблагодатского железорудных месторождений, месторождения нефти «Грибное», определении причин деформаций объектов в г. Екатеринбурге.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 4 таблицы, список литературы из 106 наименований.
Заключение Диссертация по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Далатказин, Тимур Шавкатович
Анализ распределения объемной активности радона в почвенном воздухе по площади диагностированных территорий и распределения количественных параметров современной геодинамики в ходе опытно-промышленных исследований подтвердил третье защищаемое положение
В результате выполненных опытно-промышленных исследований в различных горно-геологических условиях и на урбанизированной территории была установлена эффективность использования радонометрии для геодинамического районирования. Результаты опытно-промышленных исследований продемонстрировали:
1 Эффективность геодинамического районирования с использованием радонометрии для расширения научно-информационной базы о геодинамической ситуации на подрабатываемой территории горного массива ш. Естюнинская, сложенного магматическими породами с целью обеспечения безопасности охраняемых объектов, попадающих в зону влияния горных работ.
2 Достоверность геодинамического районирования с использованием радонометрии при проведении геодинамической диагностики массива с мощным осадочным чехлом на территории месторождения «Грибного» с целью определения параметров современных геодинамических движений, оценки их воздействия на охраняемые объекты и окружающую среду.
3 Оперативность, помехоустойчивость при решении задачи геодинамического районирования на урбанизированных территориях при проведении исследований на участке аварийного жилого дома в г. Екатеринбурге, ул. Мусоргского,6.
В диссертации на основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований решена актуальная научно-техническая задача проведения диагностики современной геодинамической активности горного массива с целью обеспечения безопасности ответственных объектов недропользования на основе геодинамического районирования с использованием радонометрии.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
2 При разработке методики геодинамического районирования с использованием радонометрии теоретически определена параболическая зависимость временных вариаций объемной активности радона в пределах разломной зоны от изменяющихся во времени величин раскрытия трещин и пор. Экспериментально подтверждено влияние зональности по степени раскрытия трещин и пор на достоверность геодинамического районирования с использованием режимных наблюдений за полем эманаций радона.
3 Обосновано использование распределения градиента поля радона по площади исследуемого горного массива в качестве критерия оценки геодинамической ситуации.
4 Разработана методика устранения влияния нетектонических факторов на результаты геодинамического районирования с использованием радонометрии путем нормирования значений объемной активности радона в почвенном воздухе.
5 Экспериментально установлено соответствие геодинамического районирования по данным эманационной съемки и геодинамического районирования по данным (ЯР^-измерений современных короткопериодных геодинамических движений.
6 В результате проведенных опытно-промышленных проверок установлено:
— параметры поля радоновых эманаций зависят от параметров современной геодинамической активности;
— геодинамическое районирование с использованием радонометрии отражает весь спектр современных геодинамических движений;
— зависимость параметров поля радоновых эманаций от параметров и механизма современной геодинамической активности позволяет использовать радонометрию в комплексе геодинамической диагностики для оперативного геодинамического районирования;
— геодинамическое районирование горного массива на основе эманационной съемки позволяет оптимально проводить измерение количественных параметров современной геодинамической активности для обеспечения безопасности объектов недропользования;
— эффективность геодинамического районирования по данным радонометрии для массивов с мощным чехлом осадочных пород и помехоустойчивость на урбанизированных территориях.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Далатказин, Тимур Шавкатович, Екатеринбург
7. Мещеряков Ю. А. Избранные труды. Рельеф и современная геодинамика Текст. / Ю. А. Мещеряков. М.: Наука, 1981.-277 с.
21. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии (методическое руководство) Текст. / под ред. Н. И. Плотникова и др.; ВСЕГИНГЕО. М.: Недра, 1972.
22. Хмелевской В. К. Основной курс электроразведки Текст. : в 3-х ч.: ч. 2. Электроразведка переменным током / В. К. Хмелевской. М.: Изд-во МГУ, 1971.-272 с.
26. Хмелевской В. К. Основной курс электроразведки Текст. : в 3-х ч.: ч. 1. Электроразведка постоянным током / В. К. Хмелевский. М.: Изд-во МГУ, 1970.-244 с.
33. Аэрометоды геологических исследований Текст. / Лаборатория аэрометодов Министерства геологии СССР. Л.: Недра, 1971.- 704 с.
35. Проведение и исследование подземных вод природоохранного комплекса «Пыж» и построение термодинамического состояния дренажирования наоснове видеотепловизионных авиационных съемок Текст. / Р. Д.
36. Мухамедяров и др.; ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез» (договор № 17 от 01.07.2006). Казань, 2006.
41. Гринкевич Г. И. Магниторазведка Текст. / Г. И. Гринкевич. М.: Недра, 1971.- 272 с.
42. Инструкция по магниторазведке (наземная магнитная съемка, аэромагнитная съемка, гидромагнитная съемка) Текст. / Министерство геологии СССР. Л.: Недра, 1981.- 263 с.
45. Федюк В. И. Микромагнитная съемка и ее геологические возможности Текст. / В. И. Федюк. М.: Госгеолтехиздат, 1958.-117с.
46. Мухаметшин А. М. Магниторазведка Текст.: учебное пособие для вузов/
49. Радиометрические методы поисков и разведки урановых руд Текст. / В.
53. Новиков Г. Ф. Радиоактивные методы разведки Текст. / Г. Ф. Новиков, Ю. Н. Капков. Л.: Недра, 1965.-759 с.
57. Методика измерения плотности потока радона с поверхности земли и строительных конструкций Текст. / НТЦ «Нитон» Москва, 1993. 6 с.
59. Справочник гидрогеолога Текст. / под ред. М. Е. Альтовского. М.: ГНТИ литературы и охраны недр, 1962.- 61 с.
61. Сердюкова А. С. Изотопы радона и короткоживущие продукты их распада в природе Текст. / А. С. Сердюкова, Ю. Т. Капитонов. М.: Атомиздат, 1969.
62. Войткевич Г. В. Проблемы радиогеологии Текст. / Г. В. Войткевич. М.: Госгеолтехиздат, 1961.-272 с.
64. Радиоактивные беды Урала Текст. / В. И. Уткин и др.- Екатеринбург: УрО РАН, 2000.-93 с.
66. Баранов В. И. Радиометрия Текст. / В. И. Баранов. М.: Изд-во АН СССР, 1955.-327 с.
71. Геологический словарь Текст. : в 2-х т. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1960.
79. Балек А.Е. Процессы самоорганизации в иерархически блочной геомеханической среде при техногенном воздействии Текст. / А.Е. Балек, А.Л. Замятин //Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006.-№7.-С. 200-210.
89. Геология СССР. Том XII Пермская, Свердловская, Челябинская и Курганская области. Полезные ископаемые Текст. / ред. Золоев К. К., Корольков, Перваго В. А. М.: Недра, 1973.- 632 с.
90. Диагностика геодинамической активности горных пород Естюнинскогоместорождения, мониторинг и прогноз развития процесса сдвижения при егоразработке Текст. : отчет о НИР (х/д № 7/04) / ИГД УрО РАН; рук. А. Д.149
93. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства Текст.-М., 1997.- 53 с.
94. Руководящий технический материал по изучению деформаций земной поверхности геодезическими методами на полигонах атомных электростанций Текст.: ГКИНП-10-186-84.