Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Анализ результатов инженерно-геологического мониторинга на полигоне захоронения жидких отходов в солянокупольных областях

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Анализ результатов инженерно-геологического мониторинга на полигоне захоронения жидких отходов в солянокупольных областях"

Э1В1

па ираош, рукописи

ль*-

(У

Каехтина Марина Александровна

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ПОЛИГОНЕ ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ В СОЛЯНОКУПОЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛИГОНА ЗАКАЧКИ «ВОЛЖСКИЙ ОРГСИНТЕЗ»)

Специальность: 25.00.08 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

-2 ЛЕК 2010

Волгоград-2010

004615181

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего

профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: доктор геблого-минералогических наук,

профессор Синяков Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

доцент Олянский Юрий Иванович, ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

кандидат геолого-минералогических наук Воронцова Ирина Владимировна, ООО «ЛУ-КОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть»

Ведущая организация: Волгоградская региональная общественная

научная организация «Экологическая Академия» (г. Волгоград)

Защита состоится «17» ноября 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.02 в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д.1, ауд. Б-203.

Факс: (8442) 969-991

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «15» октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Махова С. И.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Полигоны захоронения (ПЗ) жидких отходов в глубокие водоносные горизонты являются объектами повышенного экологического риска. В особенности риск возникает при их размещении в солянокупольных областях, что связано с современными движениями (СД) соляных структур, рост которых активно продолжается в современную эпоху (Гольдберг, 1995). Главная особенность солянокупольных структур, оказывающая огромное влияние на условия подземного захоронения, состоит в их непрекращающемся движении очень сложного характера - они имеют различную скорость и знак. Кроме того, участки куполов часто сопровождаются разломами и грабенами оседаний. Все это оказывает решающее значение при оценке возможного нарушения герметичности нагнетательных скважин, их разрушения и изменения гидрогеологических условий (ГГУ).

Тем не менее следует отметить, что в условиях Прикаспийской впадины с плоским рельефом и неглубоким залеганием грунтовых вод подземное захоронение не имеет альтернатив, и соляные купола все чаще используются как подземные хранилища (ПХ) углеводородов и промышленных отходов. Их активное техногенное воздействие сопровождается усилением нагрузок на геологическую среду, что приводит к деформациям земной поверхности, подземных и наземных сооружений, пожарам, подтоплению территорий, авариям, а также к гибели людей. Как правило, это происходит в результате отсутствия детального изучения инженерно-геологической (ИГ) обстановки на проектируемых объектах техногенеза и последующего мониторинга формирующихся техногенных процессов. Главные причины неудач заключаются в том, что при проектировании емкостей не учитываются собственные перемещения купола, а также структура внутренней складчатости соли, влияющая на величину и направление деформаций и емкостей, а также поверхности земли. Кроме того, участки куполов часто сопровождаются разломами и грабенами оседаний, а также характеризуются повышенной набухаемостыо, просадочностью, развитием подтопления, что приводит к деформациям и авариям сооружений.

Все эти проблемы возникают потому, что движения соляных структур

и их влияние на верхний массив геологической среды, а также на природно-технические системы и среду обитания изучены недостаточно.

Цель работы. Изучение современных движений земной коры на полигоне закачки промышленных отходов на примере Паромненского соляного купола и оценка влияния солянокупольной тектоники на геологическую среду и объекты техногенеза на ПЗ «Волжский Оргсинтез».

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- углубление представлений о влиянии современных движений соляных структур на геологическую среду;

- характеристика и оценка взаимодействия объектов полигона с геологической средой;

- разработка методологии анализа данных мониторинга;

- обобщение и анализ результатов мониторинга вертикальных и горизонтальных современных тектонических движений Паромненской соляной структуры за период наблюдений 1998 - 2006 гг. на геодинамическом полигоне и оценка влияния этих движений на безопасность полигона;

- оценка возможного влияния закачиваемых отходов на современные тектонические движения Паромненской соляной структуры.

Научная новизна.

- на основе анализа литературных данных уточнены пространственные закономерности строения, состава, состояния и физико-механических свойств горных пород, тектонических структур, современных природных и ИГ процессов исследуемой территории;

- подтверждено влияние современной динамики соляных структур на формирование ИГ условий исследуемой территории: мощность, состав, состояние и свойства надсолевых пород комплекса, рельеф, ГГУ, современные геологические процессы; подтверждено инструментальными наблюдениями формирование над куполами зон растяжения с повышенной трещиновато-стью, флюидопроницаемостью;

- уточнены закономерности современных движений соляных куполов, скорость роста которых в Прикаспии 0,7 -13,8 мм/год, а оседаний - 0,2 -16,5 мм/год, что значительно выше предполагавшейся ранее. Установлен слож-

ный пространственный характер движения купола, обусловленный его внутренней складчатостью. Устойчивые вертикальные движения характерны для участков, приуроченных к мульдам, скорость по1ружения которых 0,2 - 9,8 мм/год, а поднятий - 0,1 -10,6 мм/год. Инверсии движений во времени являются универсальным явлением на фоне общей тенденции роста куполов и погружения мульд;

- выявлена неустойчивость во времени и пространстве характера горизонтальных перемещений;

- уточнена тектоническая позиция и выявлены пространственные закономерности различных структурных зон Паромненского купола;

- установлена индифферентность современных тектонических движений к объему закачиваемых стоков;

- выполнен вероятностный прогноз вертикальных перемещений склона Паромненской мульды на период 2007 - 2011 гг.;

- выполнен прогнозный расчет контура распространения жидких отходов за 14 лет (с 1992 по 2006 гг.) и 19 лет (с 1992 по 2011 гг.) эксплуатации полигона.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, ИГ аналогий, районирования, корреляционно-регрессионного анализа, картирования, гидрогеологии.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Выполненные исследования могут найти широкое применение при разработке проектов ПЗ в солянокупольных областях для предприятий химической, газо- и нефтеперерабатывающей промышленности в других регионах и за рубежом, а также других зданий и сооружений различного функционального назначения.

На основе анализа данных о современных движениях земной коры, мониторинга закачки жидких отходов в подземные горизонты на полигоне закачки «Волжский Оргсинтез» оценены недостатки в системе геодинамического мониторинга и предложены мероприятия по модернизации системы геодезических наблюдений для получения более достоверных данных. Теоретические положения и методические разработки используются при чтении

лекционных курсов и проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Инженерная геология», «Геоэкология», «Опасные природные процессы» для студентов строительных, геоэкологических и других специальностей ВолгГАСУ.

Фактический материал. Работа выполнена на основе исследований автора в течение 2007 - 2010 гг. во время работы соискателем и обучения в аспирантуре на кафедре ИГ и геоэкологии ВолгГАСУ. Был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: геофизических, инженерно-геологических, геодезических, гидрогеологических, гидрохимических и других исследований институтов: «ИФЗ РАН» г. Москва, Новочеркасского политехнического института, НИИ «Недра», Российской Экологической Академии», а также АООТ «Волгограднефтегеофизика», ЭПОС, ПО «Пигмент», НИОПИК (г. Москва) и др. организаций.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Разработана методология анализа данных комплексного мониторинга.

2. Подтверждено влияние движения соляных структур на строение, состав и свойства надсолевых пород, рельеф, ГГУ, геологические процессы, формирование зон растяжения и сжатия.

3. Уточнены основные закономерности вертикальных движений соляных структур: нестационарность во времени, геологическая унаследован-ность; скорость роста купола 0,7 - 13,8 мм/год, оседаний - 0,2 - 16,5 мм/год; скорость погружения мульд 0,2 - 9,8 мм/год, а поднятий - 0,1 -10,6 мм/год.

4. Выявлена неустойчивость во времени и пространстве характера горизонтальных перемещений: растяжение в северо-восточной части полигона, сжатие - в центральной и юго-западной части полигона (склон мульды).

5. Уточнена тектоническая позиция и выявлены пространственные закономерности различных структурных зон Паромненского купола и его обрамления, ярко различающихся по характеру тектонических движений.

6. Выполнено ИГ районирование, разработана тектоническая позиция и схема деформационной сети на Паромненском полигоне. Представлены новые графики оседаний участков Паромненской соляной структуры.

7. Обоснована необходимость продолжения деформационного мониторинга полигона закачки жидких отходов в дальнейшем.

8. Выполнена оценка возможного влияния закачиваемых отходов на современные тектонические движения Паромненской структуры. Установлена индифферентность движений по отношению к объему закачки.

9. Выполнен вероятностный прогноз вертикальных перемещений склона Паромненской мульды на период 2007 - 2011 гг., а также прогнозный расчет контура распространения жидких отходов за 14 лет (с 1992 по 2006 гг.) и 19 лет (с 1992 по 2011 гг.) эксплуатации полигона.

Апробация работы. Основные положения представлены в научной дипломной работе на тему «Инженерно-геологические проблемы строительства полигонов захоронения жидких отходов в Западном Прикаспии» (2007 г.), отражены на Всероссийском конкурсе молодежных авторских проектов «Моя страна - моя Россия», Москва, 2008), докладывались на отечественных и международных совещаниях и конференциях («Ежегодная студенческая научно-техническая конференция ВолгГАСУ», Волгоград, ВолгГАСУ, 2007; «XXI Региональная конференция молодых исследователей», Волгоград, ВолгГАСУ, 2007; «Региональные проблемы экологической безопасности», Воронеж, ВГПУ, 2007; «Геоэкологические проблемы Северного Кавказа», Махачкала, 2008; «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование», Оренбург, ОГУ, 2008; «Многообразие современных геологических процессов и их инженерно-геологическая оценка», Москва, МГУ, 2008; «XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области», Волгоград, ВолгГАСУ, 2008; «Инновационные ресурсы для развития строительства жилья в Волгоградской области», Волгоград, ВолгГАСУ, 2008; научная конференция «Сергеевские чтения», Москва, 2010; международная научная конференция «Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии», Москва, МГУ, 2010).

В 2008 г. конкурсная работа-проект автора «Программа радикальной модернизации стандартной системы контроля процессов в области обезвреживания жидких высокотоксичных отходов методом закачки в подземные горизонты и ее научное обоснование» заняла первое место и была удостоена

премии по поддержке талантливой молодежи, установленной Указом Президента Российской Федерации от 6 апреля 2006 г. № 325, а также золотой медали всероссийского проекта «Моя страна - моя Россия» I степени (№ 52).

Автор принимала активное участие в научно-исследовательских работах: 1) «Анализ изменения геологической среды полигона закачки жидких отходов» (договор № 1017/06, 2007 г.); 2) «Анализ изменения геологической среды полигона закачки жидких отходов» (договор № 93/07,2008 г.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 18 работах.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 143 страницы состоит из введения, 4 глав и заключения. Текст работы сопровождается 11 таблицами, 48 рисунками, списком из 124 библиографических источников, 6 приложениями.

Автор глубоко благодарен научному руководителю д.г.-м.н., проф. В.Н. Синякову за постоянную поддержку, внимание и сотрудничество на всех этапах работы. Автор искренне признателен всем сотрудникам кафедры инженерной геологии и геоэкологии за внимание к работе, доброжелательность, помощь и поддержку.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Общая характеристика инженерно-геологических условий полигона закачки.

1.1. Стратиграфия. В геологическом строении исследуемой территории принимают участие отложения пермской, триасовой, юрской, меловой, палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем (В.Н. Синяков и др., 2001).

Пермская система представлена соленосной формацией кунгурского яруса и породами казанского яруса. Кунгурский ярус - это каменная соль с прослоями ангидритов, доломитов. Глубина залегания отложений яруса изменяется от 900 м (Паромненский купол) до 5000 м (межкупольные депрессии). Казанский ярус - глины, известняки, доломиты, ангидриты.

Триасовая система представлена отложениями ветлужского и баскун-чакского ярусов, сложенных чередованием глин, мергелей, алевролитов с прослоями песков, известняков, в основании глинисто-аргиллитовой толщей.

Юрская система сложена отложениями байосского, датского и келло-

вейского ярусов. Байосские отложения - это глины с прослоями глинистых песчанииэв; песчаники, переходящие в пески; глины с прослоями алевритов. Батские и келлеовейские ярусы- глины с прослоями алевритов.

Меновая система представлена отложениями терригенно-кремнисгой формации нижнего и верхнего мелаи мфгелшо-меловой формации верхнего мела. Терригенно-кремнистая формация - это ошожения баррема, апта, аль-баи сеномана. Барремский ярус - песчаники с прослоями глин, алевритов. Аптский ярус - песчаники, пески, алевриты, глины. Альбсшй ярус - это алевролиты, пески (более 50%) и песчаники с прослоями глин. Сеноманский ярус - пески с прослоями песчанишв, глин, алевритов. Мергельно-меловая формация верхнего мела представлена отложениями турон-юньякского, сантонского и кампа некого яруоов. Турон-юнъякский ярус - это мергели, писчий мел, известняки. Санпонский и кампанский ярусы - глины с прослоями песков,песчанишв.

Палеогеновая система представлена палеоценовыми и эоценовыми образованиями. Палеоценовые образования - отложения сызранского, камы-шинского яруоов и пролейской свиты. Сызранский ярус — глины, пески, песчаники . Камышииский ярус- это переслаивание алевритов, глин,песчаников. Пролейская свита- глины с прослоями опок, песчаниюв, песков. Эоценовые образования- мечеткинская свита, представленная песками и глинами.

Неогеновая система представлена песчано-гаинистыми отложениями акчагыльского и апшеронского ярусов.

Отложения четвертичной системы многообразны по возрасту, генезису и литологии. Нижнечетвертичные бакинские отложения - морские глины. Сред нечетвертичные хазарские отложения - аллювиальные пески, с прослоями суглинков и глин. Верхнечетвертичные лессовые ательеше отложения- это суглинки с прослоями супесей. Верхнечетвертичные хвалын-ские отложения - морские шоколадные глины. Современные аллювиальные отложения- русловые пески, старичные илы, пойменные суглинки.

1.2. Тектоника. Рассматриваемая территориярасположена наюго-вос-токе Восточно-Европейской платформы в зоне сочленения крупнейших тектонических структур-Прикаспийсиэй синеклизыи Воронежской антеклизы.

В строении осадочного чехла выделяются три структурных этажа: подсоле-вой, солевой и надсолееой.

Подсолевой структурный этаж представлен кунгурскими отложениями нижней перми. Его строение осложнено элементами солянокупольной тектоники; это соляные гряды, компенсационные мульды, купола и вторичные депрессии, ориентированные в северо-восточном направлении.

Паромненская соляная структура северо-восточного простирания по изогипсе - 1000 м имеет протяженность порядка 15 км. В поперечнике её размеры составляют 1 — 1,5 км. Вкрест простирания структура ассиметричная с более пологим восточным склоном. Свод структуры осложнен локальными куполовидными поднятиями с аплитудой 100 - 150 м. Минимальная отметка глубины залегания соли минус 835 м, к северо-востоку поверхность соли погружается до отметки минус 900 - 959 м. Восточно-Паромненская мульда имеет то же простирание, и ее размеры по изогипсе -2000 м составляют 15 км по простиранию и 4 - 5 км вкрест простирания. Максимальная отметка погружения мульды по сейсмическим данным минус 4500 м.

Надсолееой комплекс представлен отложениями верхней перми и ме-зокайнозоя. Структурные элементы надсолевого комплекса наследуют рельеф и сохраняют ориентированность соленосного структурного плана. Весь ход развития надсолевых структур определялся процессами роста соляных структур, сопровождавшегося деформацией перекрывающих слоев.

1.3. Гидрогеологические условия. Приведена гидродинамическая и гидрохимическая зональность района полигона. Представлена схема разбивки надсолевого осадочного чехла на отдельные гидрогеологические зоны: зона активного водообмена, зона затрудненного водообмена, зона застойного режима. Приведена характеристика водоносных горизонтов: водовмещаю-щие породы, их мощность, зоны питания и разгрузки, глубина залегания, амплитуды колебания, минерализация, агрессивность. Дана характеристика во-доупоров. Основной рабочий горизонт (12Ь2-1) - базапьный песчаный пласт-коллектор водоносного горизонта нижне-байосских отложений.

1.4. Физико-механические свойства грунтов. Представлена характеристика состава и физико-механических свойств отложений Паромненского

купола с использованием результатов обобщающей работы В.Н. Синякова (1984), а также С.К. Арбузовой, С.Н. Егорова, Н.П. Затенацкой, М.В. Кленовой, H.A. Панкратовой, Ю.И. Панова, K.M. Пановой, Н.С. Реутовой, И.А. Сафохиной, В.И. Стешенко, Н.В. Коломийцева, И.В. Козяенковой.

Охарактеризованы плиоцен-четвертичные отложения, сложенные глинистыми, лессовыми и песчаными породами. Представлена характеристика свойств морских отложений, сложенных глинами и суглинками хвалынско-го, хазарского, бакинского и апшеронского горизонтов; аллювиапъно-морских отложений плейстоцена - голоцена, представленных глинистыми и песчаными породами; лессовых пород ательского и позднехвалынско-современного возраста; эоловых песчаных отложений голоцена, представленного мелкими и пылеватыми песками.

1.5. Современные геологические процессы и сейсмичность. В пределах описываемой территории широко развиты современные геологические и техногенные процессы. В разделе приведена характеристика каждого из наиболее распространенных геологических процессов, представленных подтоплением, заболачиванием, засолением, просадкой лессовых грунтов, набуханием глин, современными тектоническими движениями соляных структур (В.Н. Синяков и др., 2003).

Глава 2. История изученности современных движений соляных структур.

Изучением соляной тектоники Прикаспийской впадины - различных форм ее проявления, зональности распространения этих форм, их развития и генезиса занимались и занимаются многие исследователи: В.Я. Авров, П.Я. Авров, В.П. Авров, Г.Е.-А. Айзенштадт, М.С. Арабаджи, A.A. Борисов, Н.И. Буялов, П.А. Безруков, Ю.М. Васильев, А.Н. Гейслер, М.В. Горфункуль, Т.Н. Джумагалиев, B.C. Журавлев, М.П. Казаков, Л.В. Каламкаров, И.И. Кожевников, H.A. Калинин, B.C. Конищев, Ю.А. Кононов, В.И. Китык, Ю.А. Косыгин, Г.Н. Кричевский, Н.Я. Кунин, C.B. Кузнецова, Н.В. Неволил, И.П. Пермяков, П.А. Рождественский, A.A. Свиточ, В.Н. Синяков, Б.А. Соколов, H.H. Тихонович, Э.Э. Фотиади, В.Е, Хаин, М.М. Чарыгин, O.A. Шванк, C.B. Шумилин, Я.С. Эвентов, М.Б. Эздрин, A.JI. Яншин.

В 50-60 годы А.К. Певневым были выполнены первые систематические наблюдения на Баскунчакском куполе и выявлены смещения в компенсационной мульде озера Баскунчак, имеющие знакопеременный характер и указывающие на возможность инверсий. Они подтвердились другими инверсиями (1984), а по результатам наблюдений в 1987 - 1990 гг. на Светлоярском куполе была установлена неоднородность движений над вершиной купола, что зависит от его внутренней складчатости (В.Н. Синяков, 1991).

Изучены и опубликованы данные по 12 полигонам захоронения на Астраханском, Оренбургском, Карачаганакском и Тенгизском месторождениях в Прикаспии в работах А.Я. Гаева (1981), О.М. Севастьянова (1981, 1990), В.А. Грабовникова (1993).

ИГ процессы были изучены на кафедре ИГиГ ВолгГАСУ на примере полигона захоронения «Волжский Оргсинтез» на Паромненской соляной структуре и других полигонов в различных регионах. Совместно с В.Н. Власовым и Ю.С. Вильгельмом разработана математическая модель для оценки динамики массива и его влияния на сохранность скважин и экологическую безопасность полигона. Разработана структура и программа геодинамического мониторинга (Н.С. Омельченко, 1999), успешно реализованная на производстве.

Накопленный на полигоне подземной закачки «Волжский Оргсинтез» опыт подтвердил представления о неблагоприятных условиях над куполами. Исследования на полигоне не только подтвердили нестационарность движений во времени, но и позволили получить новые данные о скорости движений куполов, почти на порядок выше наблюдавшихся ранее.

Глава 3. Общая характеристика и оценка взаимодействия полигона закачки с геологической средой.

Полигон закачки стоков с ОАО «Волжский Оргсинтез» расположен на северо-восточной окраине г. Волжского. Он включает в себя комплекс наземных и подземных сооружений: поверхностные технологические хранилища и сопутствующий комплекс других сооружений. Подземная часть полигона представлена нагнетательными, наблюдательными и контрольными скважинами; целевое назначение скважин - слежение за контуром распро-

охранения жидких отходов и пластовыми давлениями, наблюдение за вертикальной миграцией веществ из пласта-коллектора в буферные горизонты и регистрация пластовых давлений.

Направляемые на закачку стоки являются сильнозагрязненными, токсичными и трудноочищаемыми. Они образуются в процессе производства резиновых ускорителей, анилина, ксантогенатов, 2-нафтола, морфолина, сероуглерода. Основные показатели изменяются в широких пределах: рН - от 2,4 до 11,1; сульфаты - от 3700 до 131000 мг/л; минерализация - от 35260 до 103460 мг/л; ХПК - от 150 до 11290 мг/л. Содержание органических веществ составляет: альтакс - 123 мг/л, каптакс - 186 мг/л, тиурам - 37 мг/л, ксантоа-генты - 7086 мг/л, нафталин - 7,7 мг/л, 2-нафтол - 370 мг/л, анилин - 430 мг/л, метанол - 23350 мг/л, морфолин - 1140 мг/л. Минерализация жидких отходов находится в пределах от 10 до 40 г/л. Объем стоков составляет 6000 - 8000 м3/сут. Режим закачки - 24 часа в сутки. Закачка осуществляется в нижний байосский водоносный пласт - основной рабочий горизонт. Буферным горизонтом является верхний байосский водоносный горизонт, контрольным горизонтом является баррем-аптский водоносный горизонт.

В разделе представлена оценка возможных воздействий Паромненской структуры на полигон закачки и охарактеризованы распространение жидких отходов в вертикальном и горизонтальном направлениях, перетоки жидких отходов по затрубью и межтрубью, фильтрация жидких отходов в грунт из сооружений полигона, техногенная сейсмичность. Приведена структура и программа мониторинга (В.Н. Синяков и др., 2001).

Глава 4. Анализ результатов мониторинга современных движений Паромненской соляной структуры за период 1998 - 2006 гг.

4.1. Методика исследований. Современные движения земной коры на полигоне закачки промышленных отходов изучались в целях: контроля изменений состояния геологической среды при внедрении в ее глубинные слои жидких отходов; выявления деформационных характеристик, изменяющихся под действием постоянного и переменного воздействия на глубинные слои земли; выработки рекомендаций по возможному изменению режима закачки; совершенствования методики геодинамических исследований при организа-

ции мониторинга в регионах с аналогичными условиями.

Комплексное изучение деформаций и движений земной коры на полигоне закачки промышленных отходов включает количественную оценку горизонтальных и вертикальных составляющих векторов движений, изменений длин и превышений между реперами, определение различных параметров деформаций и сравнение их с фоновыми характеристиками путем: изучения инженерно-геологических условий территории полигона; создания геодинамического полигона; постановки высокоточных повторных геодезических измерений; изучения режима объемов закачки отходов и т. д.

В результате повторных высокоточных геодезических измерений на полигоне получены за период 1998-2006 гг. характеристики величин и скоростей вертикальных и горизонтальных движений. Для выявления закономерностей деформаций земной поверхности под действием закачки использовались современные методики обработки и анализа результатов исследования.

В главе представлены результаты работ с 1998 по 2006 гг., выполненные с помощью системы GPS и геометрического нивелирования на территории ПЗ, результаты сравнения разных эпох измерений, обобщение результатов опыта проведения работ по закачке, геофизических и геодезических измерений, выводы и рекомендации по проведению дальнейших работ.

4.2. Анализ результатов мониторинга вертикальных движений за период 1998-2006 гг.

Сравнение результатов разных эпох. Геодезические исследования выполнялись Институтом физики Земли (ИФЗ) с августа 1998г. по ноябрь 2003 г.; было выполнено 11 циклов геодезических исследований.

В период 1998 - 2001 гг. ВолгГАСУ изучалась динамика движений Па-ромненской структуры на геодинамическом полигоне ОАО «Волжский Орг-синтез» (В.Н. Синяков, C.B. Кузнецова и др., 2001). Исследования на полигоне выявили нестационарность движений во времени и позволили получить новые данные о скорости движений куполов, почти на порядок выше наблюдавшихся в Прикаспии ранее.

В период с августа 1998 г. по апрель 1999 г. мезвду первым и вторым циклами измерений для северного участка трассы нивелирования (вершина

купола) характерен подъем реперов, для южного участка нивелирования (склон купола) - оседания. Измерения третьего цикла (октябрь 1999 г.) показали, что на протяжении всей трассы нивелирования отмечается инверсия знака перемещений, т.е. вершина купола испытывала погружение (апрель 1999 г.), а на участке южного склона отмечается подъем. В период четвертого цикла измерений (май 2000 г.) наблюдалась обратная картина: вершинная часть купола испытала подъем до 8 мм (репер 3); южная часть трассы не изменила своего уровня 1998 г.

Скорости вертикальных перемещений изменяются в широких пределах для различных участков трассы. Так, скорости подъема на северном участке достигли 8,85 мм/год, а опускания на южном участке - 4,48 мм/год. При инверсии знака вертикальных перемещений скорость опускания на северном участке достигла 14,8 мм/год, а скорость подъема на южном участке 6,4 мм/год.

Автором детально изучалась динамика деформационных движений Па-ромненской структуры за период 1998 - 2006 гг. Исследования подтвердили величины скоростей движений купола и нестационарность движений во времени, установленные ранее, и позволили получить новые данные о скорости движений куполов, проанализировать и оценить характер тектонических движений в целом в исследуемой области за весь период наблюдений.

В целом на участке Паромненской структуры отмечаются неравномерные вертикальные движения поверхности земли. В их характере прослеживаются определенные пространственные закономерности, позволяющие выделить ряд участков. К первому из них относятся реперы, приуроченные к вершине купола (рп. 3). К второму участку относятся реперы в привершинной северо-западной части купола (рп. 1,2,2А). К третьему участку относятся реперы в переходной юго-западной зоне (рп. 6,4,7). К четвертому участку относятся реперы на склонах мульды (рп. 0,4Р, 14П) (рис. 1).

В работе представлены графики вертикальных перемещений реперов, характеризующих каждый из четырех выделенных участков. На рис. 2-3 представлены графики вертикальных перемещений вершины купола и склона Паромненской мульды.

Зк контрольны* окважину

л11 ГРИНТОВЫ« р«п»ра

H«0/WHMH КРО»ЛИ ООЛИ

^ плинии разлома

^-троооа «мтрммн

Рис. 1. Тектоническая позиция и схема деформационной сети на Паромненском геодинамическом полигоне.

репер 3

Рис. 2. График вертикальных перемещений вершины купола во времени (период измерений 1998-2006 гг.).

репер 0

Рис. 3. График вертикальных перемещений склона мульды во времени (период измерений 1998-2006 гг.).

Результаты точного нивелирования показывают, что на полигоне закачки жидких отходов продолжаются активные колебательные вертикальные движения. Наиболее неравномерные вертикальные движения, осложненные ярко выраженными инверсиями, характерны для первого и второго участков Паромненской соляной структуры (вершина купола и привершинная северозападная часть). Скорость роста на этих участках в период наблюдений составила 0,7 - 13,8 мм/год. При инверсии знака вертикальных перемещений скорость опускания северного и северо-западного участков купола достигла 0,2 - 16,5 мм/год. Более равномерные устойчивые вертикальные движения с незначительными инверсиями отмечены на третьем и четвертом участках (переходная юго-западная зона и склоны мульды). Скорость погружения третьего участка структуры в период 1998-2006 гг. составила 1,2 - 6,0 мм/год.

При смене знака движений скорость поднятий этого участка составила 0,3 - 3,2 мм/год. Скорость погружения склонов мульды (четвертый участок) составила 0,2 - 4,5 мм/год. При инверсии этот участок поднимался со скоростью 0,1 -10,6 мм/год. В целом для участка непосредственного инжектирования жидкости в недра и прилегающей к нему на юго-востоке территории (зона мульды) характерным является опускание. Запад и северо-запад изучаемой территории (вершина и привершинная часть купола) испытывает поднятие. Эти результаты подтверждают представления о росте куполов в современную эпоху и прогибании мульд. Такое поведение Паромненской соляной структуры может быть интерпретировано как унаследованное геологическое развитие оседания Восточно-Паромненской мульды, вполне характерное для данного типа структур, созданных солянокупольной тектоникой.

Установлена закономерность осадки репера 0 (склон мульды - место закачки) от времени, которая подтверждается данными корреляционного анализа. Графики зависимостей, уравнения регрессии и показатели тесноты связей представлены на рис. 6.

Проверка значимости коэффициентов корреляции показала, что все рассчитанные соотношения значимы. Максимальная теснота связи между величиной времени I и осадкой с1П была выявлена для степенной модели (Л2 = = 0,8684, у = 0,9357, что соответствует тесной связи) (В.Т. Трофимов, 2005).

репера

у = -0,5257х + 0,3295 R1 - 0,8502

8.00

6.00 4.00 2,00

у =• -2,2988Ln(x) + 0,7414 RJ = 0,7145

0.00 ^

у -0,0209хг - 0,2544* - 0,3034 R1-0,8627

-2.00 чоо ■«.00 -8.00 -10.00

1.П1Д

у = 12,944e"0,0613* R1- 0,8684

у= 13,425K"0,1611 R2 = 0,6926

I

S

I

a ? 8 ! S ÏS 1 8 1 I I

Рис. 6. Связь между величиной времени t и осадкой репера 0 (период 1998 - 2006

гг.).

4.3. Анализ результатов мониторинга горизонтальных движений за период 1998 - 2006 гг. Мониторинг горизонтальных движений в пределах полигона осуществлялся методом спутниковой геодезии или методом GPS (Global Positional System).CHCTeMa сети деформационного GPS мониторинга охватывает площадь 35 кв. км. Конструкция деформационной сети представляет собой многоугольник, состоящий из прилежащих друг к другу треугольников, стороны которых контролируют горизонтальное деформирование изучаемого участка на миллиметровом уровне точности.

Изучение горизонтальных движений земной поверхности полигона закачки за период 1998 - 1999 гг. было выполнено в ВолгГАСУ по определению значений 18 длин линий, охватывающих вершинную часть купола, Вос-точно-Паромненскую мульду и склон между ними (В.Н. Синяков, C.B. Кузнецова и др., 2001). В дальнейшем горизонтальные движения земной коры на Паромненском куполе детально изучались автором по 18 линиям, охватывающим эту территорию.

В работе также разработаны и представлены схемы деформационной сета и величин горизонтальных деформаций в различные эпохи измерений. В целом, анализ данных GPS мониторинга на территории полигона за период 1998 -2006 гг. позволяет сделать вывод, что горизонтальные перемещения дифференцированы в пространстве (величины перемещений порядка 0-33 мм) и различны по направлению. Одни пункты сохраняют ориентировку перемещений в течение нескольких эпох измерений. Для другой группы пунктов

ориентировка горизонтальных перемещений меняется от одной эпохи измерений к другой. Причиной данного явления является также унаследованное геологическое развитие роста Паромненского купола и оседания мульды. Наблюдается нормальное развитие солянокупольной структуры в виде вертикальных и горизонтальных движений, осложненных инверсиями при смене знака движений, как это наблюдалось на многих других солянокупольных структурах.

За весь период наблюдений наблюдалось растяжение линий между мульдой и куполом. Увеличение длин линий характерно для северовосточной части полигона, включая направление к южной части (в направлении от вершины и привершинной части купола к переходной зоне), т.е. эта зона испытывает растяжение. Для центральной и юго-западной части полигона характерны деформации сжатия. Эти данные подтверждают вышесказанные представления о росте куполов в современную эпоху и прогибании мульд, с периодическими инверсиями. Деформационный мониторинг полигона закачки жидких отходов требует продолжения в дальнейшем.

4.4. Оценка влияния закачиваемых отходов в подземные горизонты на современные тектонические движения Паромненской соляной структуры. Следующий этап работы заключался в оценке предполагаемого влияния закачиваемых отходов на вертикальные перемещения поверхности земной коры и расчете прогнозных их перемещений на полигоне на период 2007 -2011 гг.

В период наблюдений 1998 - 2006 гг. установлено, что в непосредственном месте закачки, не зависимо от вариации объемов закачиваемых жидких отходов, наблюдается постоянное оседание участка, о чем свидетельствует график вертикальных перемещений репера 0 (склон мульды - место закачки) во времени в период 1998 - 2006 гг. (рис. 3).

В работе приведен график динамики объема закачиваемых жидких отходов за период 1998 - 2006 г. где видна отчетливая тенденция снижения объемов закачиваемых отходов в период с 1998 по 2006 гг.

Таким образом, в зоне закачки (склон мульды), независимо от объемов закачиваемых отходов, наблюдается оседание поверхности земной коры, что

в очередной раз подтверждает унаследованное геологическое развитие оседания мулвдыи роста Паромненсюго купола. В связи с этим бьш выполнен прогноз вертикал шых перемещений исследуемого участка на период с 2007 по 2011 гг. При расчете прогнозных перемещений склона мулвды были рассмотрены различные виды математических функций, для выбора оптимальных (рис. 11).

репер О

"■"*" у = -0,7874* + 12,251

I*2 = 0,846

у = -3,12341л (х) + 12,894 Я2 = 0,8448

у = 0,0661х2 - 1,4747х + 13,626 Я2 = 0,8845

у = 13,799х-<,зи Я2 = 0,8334

у = 12,961 еаю"" '■т Я2 = 0,8857

Рис. 11. Связи между величиной времени t и осадкой рп. 0.

Установлено, что наиболее благоприятным видом зависимости для составления прогноза вертикальных перемещений репераО является полиномиальная функция вида у + bx + с, по сю л ы<у для нее выявлена максимальная теснота связи между величиной Еремени и осадной (^ = 03845,410 соответству ег тесной связи).

В диссертационной работе представлен график прогнозных вертикальных движений склона мулвды(рп.О) на период 2007 - 2011 гг., рассчитанных по полиномиальной зависимости (рис. 12). Прогнозное изменение высотного положения репераО напериод 2007 - 2011 гг. представлено в табл.2. Среднегодовая сюростьоседаниярепераО в период 2007-20 И гг. — 1,15 мм/год.

При оценке связей между объемом стоков на полигоне захоронения и осаднэй было выявлено увеличение осадки при увеличении объема закачиваемой жидюста, что противоречит здравому смыслу. Поэтому кающийся парадокс вполне понятен и обусловлен постоянным оседанием реперов, приуроченных кПаромненсмэй мулвде. Врегиональномпланеонаиспытывает

.11).

репер 0

dH, мм

у = 0,0002х2 - 0,3929х + 4,8393 R!= 0,8897

Рис. 12. Связи между величиной времени t и прогнозной осадкой рп. 0 на период 2007-2011 гг.

Таблица 2

Изменение высотного положения репера 0 на прогнозный период 2007-2011 гг.

№ Изменение высот ЛН№ между циклами в мм о, мм

репера 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г.

0 -7,7 -8,5 -9,3 -10,1 -10,9 ±2,4

ЛНср - среднее значение изменения высот, мм; о - стандарт отклонения, мм

постоянное оседание, на которое не влияют закачиваемые объемы стоков.

В работе представлены корреляционные графики связи между величиной объема закачиваемых отходов и осадкой склона Паромненской мульды в период 1998 - 2006 гг.

Заключение

1. Уточнены пространственные закономерности геологического строения, состава, состояния и физико-механических свойств горных пород, тектонических структур, ГГУ, современных природных и ИГ процессов на исследуемой территории на основе анализа литературных данных.

2. Выполнены анализ и обобщение многочисленных опубликованных и фондовых материалов, позволивших выявить состояние изученности современных движений соляных структур.

3. По данным исследований представлены анализ и обобщение результатов мониторинга современных тектонических движений (вертикальных и горизонтальных) Паромненской структуры за период наблюдений 1998-2006 гг. на полигоне и оценка влияния этих движений на безопасность полигона.

4. Уточнены основные закономерности современных вертикальных

движений соляной структуры: геологическая унаследованность; нестационарность во времени; скорость роста купола 0,7 -13,8 мм/год, оседаний - 0,2 - 16,5 мм/год; скорость погружения мульд 0,2 - 9,8 мм/год, а поднятий - 0,1 -10,6 мм/год.

5. Выявлена неустойчивость во времени и пространстве характера горизонтальных перемещений: растяжение преобладает в северо-восточной части полигона, сжатие — в центральной и юго-западной части полигона (склон мульды).

6. Уточнена тектоническая позиция и выявлены пространственные закономерности различных структурных зон Паромненского купола и его обрамления, ярко различающихся по характеру тектонических движений.

7. Выполнена оценка возможного влияния закачиваемых отходов в подземные горизонты на современные тектонические движения Паромнен-ской соляной структуры. Установлена индифферентность современных движений к объему закачки.

8. Выполнен вероятностный прогноз вертикальных перемещений склона мульды на период 2007 - 2011 гг.

9. Выполнен прогнозный расчет контура распространения жидких отходов за 14 лет(с 1992 по 2006 гг.) и 19 лет (с 1992 по 2011 гг.) эксплуатации полигона.

Основные положения диссертации

опубликованы в следующих работах: В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ:

1. Каехтина, М. А. Результаты инженерно-геологического мониторинга на полигоне закачки жидких высокотоксичных отходов «Волжский Оргсшггез» / М. А. Каехтина, В. Н. Синяков // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2008. -Вып. 12(31).-С. 38-42.

2. Каехтина, М. А. Характеристика современных движений Паромненского соляного купола / М. А. Каехтина // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2009. - Вып. 15 (34). - С. 39-44.

В других научных изданиях:

3. Каехтина, М. А. Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы строи-

тельства современных полигонов хранен™ жидких отходов в Западном Прикаспии / М. А. Каехтина, Н. С. Марченко // Ежегодная студенческая научно-техническая конференция ВолгГАСУ. Волгоград, 24-27 апреля 2007 г. : сб. ст. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2007.-С. 229-232.

4. Каехтина, М. А. Инженерно-геологические условия участка трассы и очереди скоростного трамвая / М. А. Каехтина, Н. С. Марченко // Ежегодная студенческая научно-техническая конференция ВолгГАСУ. Волгоград, 24-27 апреля 2007 г.: сб. ст. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2007. - С. 226-229.

5. Каехтина, М. А. Эколого-геохимические условия в зоне трассы скоростного трамвая / М. А. Каехтина [и др.] // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : материалы V Междунар. науч. конф., 16-20 мая 2007 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2007.-С. 30-33.

6. Каехтина, М. А. Инженерно-геологические условия как фактор обеспечения комфортности проживания человека (на примере строительства и эксплуатации подземных полигонов жидких отходов в Западном Прикаспии) / М. А. Каехтина // Инновационные ресурсы для развития строительства жилья в Волгоградской области : материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2008. - С. 284-288.

7. Каехтина, М. А. Геоэкологическая безопасность Волгоградской области и юга России в целом / М. А. Каехтина // Геоэкологические проблемы Северного Кавказа: материалы 2-ой Всерос. науч.-практ. конф. - Махачкала : Дагестан, гос. пед. ун-т, 2008. - С. 127-131.

8. Каехтина, М. А. Программа радикальной модернизации стандартной системы контроля процессов в области обезвреживания жидких отходов методом закачки в подземные горизонты и ее научное обоснование 1М. А. Каехтина // Моя страна - моя Россия : сб. материалов ежегод. Всерос. конкурса молодежных авт. проектов. - М., 2008. - С. 108 -110.

9. Каехтина, М. А. Оценка безопасности захоронения жидких токсичных отходов глубокие горизонты на основе инженерно-геологических исследований территории закачки ОАО «Волжский Оргсинтез» в Западном Прикаспии / М. А. Каехтина // Региональные проблемы экологической безопасности : сб. материалов регион, науч.-практ. конф. - Воронеж : [ВГПУ], 2008. - С. 112-115.

10. Каехтина, М. А. Поверхностные накопители жидких отходов - окружающая среда и человек (экологическая катастрофа «Большого Лимана») / М. А. Каехтина // Региональные проблемы экологической безопасности : сб. материалов регион, науч.-практ. конф. - Воронеж : [ВГПУ], 2008. - С. 115-117.

11. Каехтина, М. А. Методы обезвреживания жидких токсичных отходов и их влияние на окружающую среду Западного Прикаспия / М. А. Каехтина // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование. Ч. И. Рациональное природопользо-

вание : материалы всерос. науч.-практ. конф. с Междунар. участием, 13-15 марта 2008 г. -Оренбург; Пермь : Изд-во Пермс. гос. ун-та, 2008. - С. 146-151.

12. Каехтииа, М. А. Анализ изменения инженерно-геологических условий в Западном Прикаспии на примере территории полигона закачки «Волжский Оргсинтез» / М. А. Каехтина II Многообразие современных геологических процессов и их инженерно-геологическая оценка : тр. Междунар. науч. конф., Москва, геологии, фак. МГУ. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 2009. - С. 177-178.

13. Каехтина, М. А. Анализ результатов инженерно-геологического и геоэкологического мониторинга на полигоне закачки жидких отходов «Волжский Оргсинтез» / М. А. Каехтина // XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 11-14 нояб. 2008 г. : направление № 16 "Архитектура, градостр-во, стр-во и экол. проблемы": тез. докл. - Волгоград: Изд-во ВолгГАСУ, 2009. ~ С. 31 -36.

14. Каехтина, М.А. Проблема безопасности жизнедеятельности на полигонах подземного захоронения жидких отходов на примере Паромненского соляного купола / М. А. Каехтина // Ученые Волгограда - развитию города: сб. ст. - Волгоград: МУП «Городские вести», 2009.-С. 131-136.

15. Каехтина, М. А. Оценка современных движений солянокупольных структур на примере Паромненского соляного купола и их влияние на инженерно-геологические условия полигонов подземной закачки / М. А. Каехтина, С. В. Честнов // Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии : тр. Междунар. науч. конф., Москва, геол. фак. МГУ, 25-26 мая 2010 г. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2010. - С. 176 - 177.

16. Каехтина, М. А. Актуальность выполнения радиационно-экологических требований при современных инженерно-геоэкологических изысканиях дня гражданского строительства на примере г. Волгограда / М. А. Каехтина [и др.] // Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии : тр. Междунар. науч. конф., Москва, геол. фак. МГУ, 25-26 мая 2010 г. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2010. - С. 116-117.

17. Каехтина, М. А. Факторы радоноопаспости на территории г. Волгограда / М. А. Каехтина [и др.] // Сергеевские чтения. Вып. 12 : Научное обоснование актуализации нормативных документов инженерно-геологических и инженерно-экологических взысканий : материалы годич. сессии Науч. совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта, 2010 г.). - М.: РУДН, 2010. - С. 191-196.

18. Каехтина, М. А. Современные движения солянокупольных структур на примере Паромненского соляного купола и их влияние на инженерно-геологические условия полигонов подземной закачки / М. А. Каехтина, С. ВДестнов /I Сергеевские чтения. Вып. 12 : Научное обоснование актуализации нормативных документов инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий : материалы годич. сессии Науч. совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (23-24 марта, 2010 г.). - М. : РУДН, 2010.-С. 125-130.

КАЕХТИНА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ПОЛИГОНЕ ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ В СОЛЯНОКУПОЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ (НА ПРИМЕРЕ ПОЛИГОНА ЗАКАЧКИ «ВОЛЖСКИЙ ОРГСИНТЕЗ»)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Подписано в печать 11Л 0.10 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ Xs.%40

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Сектор оперативной полиграфии ЦИТ 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Каехтина, Марина Александровна

Введение.

1. Общая характеристика инженерно-геологических условий полигона закачки.

1.1. Стратиграфия.

1.2. Тектоника.

1.3. Гидрогеологические условия.

1.4.Физико-механические свойства грунтов.

1.5. Современные геологические процессы и сейсмичность.

2. История изученности современных движений соляных структур.

3. Общая характеристика и оценка взаимодействия объектов полигона с геологической средой.

3.1. Техническая характеристика полигона закачки.

3.2. Оценка возможных воздействий Паромненской соляной структуры на полигон закачки.

3.3. Распространение жидких отходов в вертикальном и горизонтальном направлениях.

3.4. Перетоки жидких отходов по затру бью и межтрубью.

3.5. Фильтрация жидких отходов в грунт из сооружений полигон.

3.6.Техногенная сейсмичность.

3.7. Структура и программа мониторинга.

4. Анализ результатов геодинамического мониторинга современных тектонических движений Паромненской соляной структуры за период

1998-2006 гг.).

4.1. Методика исследований.

4.2. Анализ результатов мониторинга вертикальных движений за период 1998-2006 гг.

4.3. Анализ результатов мониторинга горизонтальных движений за период 1998-2006 гг.

4.4. Оценка влияния объемов закачиваемых отходов в подземные горизонты на современные тектонические движения Паромненской соляной структуры.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Анализ результатов инженерно-геологического мониторинга на полигоне захоронения жидких отходов в солянокупольных областях"

Актуальность проблемы. Полигоны захоронения (ПЗ) жидких отходов в глубокие водоносные горизонты, являются объектами повышенного экологического риска. В особенности риск возникает при их размещении-в . солянокупольных областях, что связано с современными движениями (СД) соляных структур, рост которых активно продолжается в современную эпоху (Гольдберг, 1995). Главная особенность солянокупольных структур (СС), оказывающая огромное влияние на условия подземного захоронения, состоит в их непрекращающемся движении очень сложного характера - они имеют различную скорость и знак. Кроме того, участки куполов часто сопровождаются разломами и грабенами оседаний. Все это оказывает решающее значение при оценке возможного нарушения герметичности нагнетательных скважин, их разрушения и изменения гидрогеологических условий (ГГУ).

Тем не менее, следует отметить, что в условиях Прикаспийской впадины с плоским рельефом и неглубоким залеганием грунтовых вод подземное захоронение не имеет альтернатив, и соляные купола все чаще используются как подземные хранилища (ПХ) углеводородов и промышленных отходов. Их активное техногенное воздействие сопровождается усилением нагрузок на геологическую среду, что приводит к деформациям земной поверхности, подземных и наземных сооружений, пожарам, подтоплению территорий, авариям, а также к гибели людей. Как правило, это происходит в результате отсутствия детального изучения инженерно-геологической (ИГ) обстановки на проектируемых объектах техногенеза и последующего мониторинга формирующихся техногенных процессов. Главные причины неудач заключаются^ в том, что при проектировании емкостей не учитываются^ собственные перемещения купола, а также структура внутренней складчатости соли, влияющая на величину и направление деформаций и емкостей, а также поверхности земли. Кроме того, участки куполов часто сопровождаются разломами и грабенами оседаний, а также характеризуются повышенной набухаемостью и просадочностыо, развитием подтопления, что приводит к деформациям и авариям сооружений.

Все эти проблемы возникают потому, что движения соляных структур и их влияние на верхний массив геологической среды, а также на природно-технические системы и среду обитания изучены недостаточно.

Основной целью работы является изучение современных движений земной коры на полигоне закачки промышленных отходов на примере Па-ромненского соляного купола и оценка влияния солянокупольной тектоники на геологическую среду и объекты техногенеза на полигоне ПЗ «Волжский Оргсинтез».

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- углубление представлений о влиянии современных движений соляных структур на геологическую среду;

- характеристика и оценка взаимодействия объектов полигона с геологической средой;

- разработка методологии анализа данных мониторинга;

- обобщение и анализ результатов мониторинга вертикальных и горизонтальных современных тектонических движений Паромненской соляной структуры за период наблюдений 1998-2006 гг. на геодинамическом полигоне и оценка влияния этих движений на безопасность полигона;

- оценка возможного влияния закачиваемых отходов на современные тектонические движения Паромненской соляной структуры.

Научная новизна.

- на основе анализа литературных данных уточнены пространственные закономерности строения, состава, состояния- и физико-механических свойств горных пород, тектонических структур, современных природных и ИГ процессов исследуемой территории;

- подтверждено влияние современной динамики СС на формирование ИГ условий исследуемой территории: мощность, состав, состояние и свойства надсолевых пород комплекса, рельеф, ГГУ, современные геологические процессы; подтверждено инструментальными наблюдениями формирование над куполами зон растяжения с повышенной трещиноватостью, флюидопро-ницаемостью;

- уточнены закономерности современных движений соляных куполов, скорость роста которых в Прикаспии 0,7 - 13,8 мм/год, а оседаний - 0,2 - 16,5 мм/год, что значительно выше предполагавшейся ранее. Установлен сложный пространственный характер движения купола, обусловленный: его,' внутренней складчатостью. Устойчивые вертикальные движения характерны для участков, приуроченных к мульдам, скорость погружения которых 0,2 - 9,8 мм/год, а поднятий - 0,1 - 10,6 мм/год. Инверсии движений во времени являются универсальным явлением на фоне общей тенденции роста куполов и погружения мульд;

- выявлена неустойчивость во времени и пространстве характера горизонтальных перемещений;

- уточнена тектоническая позиция и выявлены пространственные закономерности различных структурных зон Паромненского купола;

- установлена индифферентность современных тектонических движений к объему закачиваемых стоков;

- выполнен вероятностный прогноз вертикальных перемещений склона Паромненской мульды на период 2007 - 2011 гг.;

- выполнен прогнозный расчет контура распространения жидких отходов за 14 (с 1992 по 2006 гг. ) и 19 (с 1992 по 2011 гг.) лет эксплуатации полигона.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, ИГ аналогий, районирования, корреляционно-регрессионного анализа, картирования, гидрогеологии.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Выполненные исследования могут найти широкое применение при разработке проектов полигонов ПЗ в солянокупольных областях для предприятий химической; газо- и нефтеперерабатывающей промышленности в других регионах и за рубежом, а также других зданий и сооружений различного функционального назначения.

На основе анализа данных о современных движениях земной коры, мониторинга закачки жидких отходов в подземные горизонты на полигоне закачки «Волжский Оргсинтез» оценены недостатки в системе геодинамического мониторинга и предложены мероприятия по модернизации системы геодезических наблюдений для получения более достоверных данных. Теоретические положения и методические разработки используются при чтении лекционных курсов и проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Инженерная геология», «Геоэкология», «Опасные природные процессы» для студентов строительных, геоэкологических и других специальностей ВолгГАСУ.

Фактический материал. Работа выполнена на основе исследований автора в течение 2007-2010 гг. во время работы соискателем и обучения в аспирантуре на кафедре ИГ и геоэкологии ВолгГАСУ. Был использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: геофизических, инженерно-геологических, геодезических, гидрогеологических, гидрохимических и других исследований институтов: «ИФЗ РАН» г. Москва, Новочеркасского политехнического института, НИИ «Недра», Российской Экологической Академии», а также АООТ «Волгограднефтегеофизика», ЭПОС, ПО «Пигмент», НИОПИК (г. Москва) и др. организаций.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту»

1. Разработана методология анализа данных комплексного мониторинга.

2. Подтверждено влияние движения соляных структур на строение, состав и свойства надсолевых пород, рельеф, ГГУ, геологические процессы, формирование зон растяжения и сжатия.

3. Уточнены основные закономерности вертикальных движений соляных структур: нестационарность во времени, геологическая унаследован-ность; скорость роста купола 0,7 - 13,8 мм/год, оседаний — 0,2 - 16,5 мм/год; скорость погружения мульд 0,2 - 9,8 мм/год, а поднятий - 0,1 - 10,6-мм/год.

4. Выявлена неустойчивость во времени и пространстве характера горизонтальных перемещений: растяжение в северо-восточной части полигона, сжатие - в центральной и юго-западной части полигона (склон мульды).

5. Уточнена тектоническая позиция и выявлены пространственные закономерности различных структурных зон Паромненского купола и его обрамления, ярко различающихся по характеру тектонических движений.

6. Выполнено ИГ районирование, разработана тектоническая позиция и схема деформационной сети на Паромненском полигоне. Представлены новые графики оседаний участков Паромненской СС.

7. Обоснована необходимость продолжения деформационного мониторинга полигона закачки жидких отходов в дальнейшем.

8. Выполнена оценка возможного влияния закачиваемых отходов на: современные тектонические движения Паромненской структуры. Установлена индифферентность движений по отношению к объему закачки.

9. Выполнен вероятностный прогноз вертикальных перемещений склона Паромненской мульды на период 2007 - 2011 гг., а также прогнозный расчет контура распространения жидких отходов за 14 (с 1992 по 2006 гг. ) и 19 (с 1992 по 2011 гг.) лет эксплуатации полигона.

Апробация работы. Основные положения представлены в научной дипломной работе на тему «Инженерно-геологические проблемы строительства полигонов захоронения жидких отходов в Западном Прикаспии» (2007 г.), отражены на Всероссийском конкурсе молодежных авторских проектов «Моя страна - моя Россия», Москва, 2008), докладывались на отечественных и. международных совещаниях и конференциях («Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», Волгоград, ВолгГАСУ, 2007, 2009; «Ежегодная студенческая научно-техническая конференция ВолгГАСУ», Волгоград, ВолгГАСУ, 2007; «XXI Региональная конференция молодых исследователей», Волгоград, ВолгГАСУ,. 2007; «Региональные проблемы экологической безопасности», Воронеж, ВГПУ, 2007; «Геоэкологические проблемы Северного Кавказа», Махачкала, 2008; «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование», Оренбург, ОГУ, 2008; «Многообразие современных геологических процессов, и их инженерно-геологическая оценка», Москва, МГУ, 2008; «XIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области», Волгоград, ВолгГАСУ, 2008; «Инновационные ресурсы для развития строительства жилья в Волгоградской области», Волгоград, ВолгГАСУ, 2008; научная конференция «Сергеевские чтения», Москва, 2010; международная научная конференция «Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии», Москва, МГУ, 2010):

В 2008 г. конкурсная работа-проект автора «Программа радикальной модернизации стандартной системы контроля процессов в области обезвреживания жидких высокотоксичных отходов методом закачки в подземные горизонты и ее научное обоснование» заняла первое место и была удостоена премии по поддержке талантливой молодежи, установленной Указом Президента Российской Федерации от 6 апреля 2006 г. № 325, а также золотой медали всероссийского проекта «Моя страна - моя Россия» I степени (№ 52).

Автор принимала активное участие в научно-исследовательских работах: 1) «Анализ изменения геологической среды полигона закачки жидких отходов» (договор № .1017/06, 2007 г.); 2) «Анализ изменения геологической среды полигона закачки жидких отходов» (договор № 93/07, 2008 г.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 18 работах.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 143 страниц состоит из введения, 4 глав и заключения. Текст работы сопровождается 11 таблицами, 48 рисунками, списком из 124 библиографических источников, 6 приложениями.