автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.15, диссертация на тему:Анализ и прогноз техногенных изменений геологической среды при освоении месторождений Урала

Государственный комитет Российской Федерации . по высшему образованию

Московский государственный горный университет

ОД

На правах рукописи ЗАЙЦЕВ Александр Сергеевич

УДК 624.131.1 (470.5) : 502 : 543

АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ ТЕХНОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАЛА

Специальность 05.15.15 — Рудничная геология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в ГП Московском научно-производственном центре геолого-экологических исследований и использования недр ГЕОЦЕНТР-МОСКВА.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. ГАЛЬПЕРИН А. М., докт. техн. наук, проф. ЗОТЕЕВ В. Г., докт. техн. наук, проф. ПЕВЗНЕР М. Е.

Ведущая организация — ВНИМИ.

Защита диссертации состоится « I . » ■ 1994 г.

в . . . час. на заседании специализированного совета

Д-053.12.06 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский -проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке уииЕер-ситета.

Автореферат разослан « . /2,

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета л

докт. техн. наук, проф. НОВИК Г. Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с интенсивным хозяйствен-ым освоением Уральского региона большую актуальность рнобрела проблема оценки и прогноза техногенных измене-пй геологической среды. Особенно велико влияние на этот роцесс горнодобывающих комплексов. Добыча многих видов пнерального сырья на Урале ведется уже более 200 лет; в ре-попе известны несколько тысяч месторождений полезных ис-опаемых и рудопроявлений. Сейчас глубина шахт на Урале остигает 1400—1600 м, карьеров до 350—-430 м. В ближай-1ем будущем глубины освоения шахтами достигнут 2000 м, арьерамн — 500—700 м.

Добыча и переработка горнорудного сырья приводят к су-[ественному изменению природной среды, геологических про-ессов, земельных и водных ресурсов. Развитие Уральского егнонэ уже сейчас наталкивается на целый ряд серьезных воблем экологического порядка, многие из которых обуслов-гпь: техногенными изменениями геологической среды, требу-т оценки и прогнозирования этих изменений с целью опти-нзацин природопользования. Все это предопределяет акту-тьиость данной работы, поскольку систематического анализа прогнозирования последствий деятельности горнодобываю-еп промышленности на состояние геологической среды реги-1а не проводилось.

Цель исследований — разработка научных основ оценки :.хпогеш!Ых изменений геологической среды на базе исполь-жания геофизической информации в комплексе с традицион->гмн методами рудничной геологии, что позволяет расширь информационную базу прогнозов и повысить их обоснс-шность.

Основная идея — прямое использование геофизической ин-эрмации как индикатора изменения состояния и свойств гео-¡гнческой среды для прогноза распространения техногенных ¡мененнй и создание на этой основе прогностической модели, которую входят переменные с различными те'мпами изменена.

Задачи исследования заключались в следующем:

1) анализ связей между горно-геологическими и геофизическими показателями, прежде всего между трещиноватостью, изменением напряженного состояния, физико-механическими свойствами пород на различных месторождениях Урала, и сейсмоакустическими и электрическими параметрами среды;

2) выявление локальных и региональных закономерностей техногенных изменений геологической среды;

3) разработка методологии применения геофизических методов как инструмента изучения рудничной геологии и прогноза техногенных изменений среды;

4) разработка инженерно-геологической модели техногенных изменений среды и соответствующей ей геофизической модели;

5) разработка схемы инженерно-геологического районирования Урала с учетом современной тектоники как основы прогнозных -построений;

6) разработка и апробация нетрадиционных методик оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды на ряде эксплуатируемых месторождений Урала.

Объекты и методы исследований. В основу работы положены материалы о горно-теологических условиях, геофизических нолях и изменениях геологической среды Уральского региона, полученные в ходе экспедиционных работ с 1973 по 1990 г. при личном участии автора.

Исследования детально проведены в Домбаровском, Уча-линском, Тагило-Кушвинском и Качканарском районах, где действуют крупные горнодобывающие комплексы (ГДК). Обследовано состояние геологической среды на Северном, Среднем и Южном Урале (районы Североуральска, Карпниска, Кизела, Губахи, Соликамска, Красноуфимска, Наталышска, Кировграда, Дегтярки, Буланаша, Артемовского, Екатеринбурга, Режа, Уфалея, Карабаша, Бакала, Сатки, ЮУБРа, Коркина, Магнитогорска, Сибая, Гая, Орска, Медногорска), в том числе на 26 крупных разрабатываемых месторождениях железных, медных и никелевых руд, угля и флюсовых известняков.

В работе использованы также фондовые материалы ГОКов и ПГО Уралгеологпя, Оренбурггеология, Башкиргеология и Центрогеология.

Методологической базой работы являются исследования в области рудничной геологии, инженерной геологии месторождений и геологического прогнозирования. Изучался основной круг компонентов геологической среды, которые определяют характер техногенных изменений, и их связи с физическими полями. При натурном изучении техногенных изменений использован геофизический подход — экспериментальное изучение состояния среды в полевых условиях на ряде месторожде-

гий с использованием электро- и сейсморазведки в наземном : подземном вариантах, а также анализ, обобщение и сопо-тавление фондовых геофизических материалов других мето-,ов исследования и различных масштабов, до регионального ключительно. В работе широко использовано математическое юделирование.

Основная модель, использованная в работе, — это инже-ерно-геологическая модель среды, в которой распространяется геомеханнческие и гидрогеологические возмущения, обу-ловленные изъятием горной массы и воды. При этом индика-ором состояния среды и распространения воз'мущений слу-•::1т физические поля, которые могут «работать» в том же асштабе, что и указанная инженерно-геологическая модель. >сновпой метод локального прогноза — моделирование, экстраполяция тенденций и экспертные оценки; основной метод сгионального прогноза — экстраполяция локальных прогноив и экспертные оценки.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методология изучения, оценки и прогноза техногенных зменеиий с использованием режимных геофизических наблю-енин, позволяющих определять ряд специальных характери-гик геологической среды — показателей структуры и спек-рального состава геофизических полей различной природы.

2. Закономерности изменения структуры и спектрального эстава геофизических полей в области техногенного воздей-твня и их связь с формированием зон техногенных изменении юлогпческой среды. В зонах техногенных изменений проис-однт спектральная перестройка физических полей с повыше-ием доли белого шума и появлением дополнительных высо-очастотных компонентов спектра.

3. Формирование квазппериодических диссипативных груктур в импактной зоне техногенных изменений ироисхо-нт за счет стока массы (изъятия горной массы, воды или ефти), а на периферии — главным образом за счет измене-чя гидродинамики среды; поэтому предлагаемая прогнозная одель является двухмасштабной, учитывающей скорость медленных» геомеханических изменений (развитие зон обру-ения, сдвижения, изменения свойств массива), и скорость Зыстрых» гидродинамических изменений среды.

4. Результаты прогнозов изменения геологической среды в ральском регионе; установлено, что при сохранении суще-гвующих тенденций природопользования площади активного тоявления техногенной геодинамики могут возрасти в реги-те за период до 2010 г. почти вдвое.

Научная новизна диссертации заключается в том, что:

разработаны основные принципы оценки и прогноза тех-эгенных изменений геологической среды на базе комплекс-

ного использования геофизической и традиционной горно-геологической информации;

на примере Учалинского, Нижнетагильского и Качканар-ского районов исследованы механизм формирования и структура зон техногенных изменений среды и геофизических по-" лей при разработке месторождений;

разработаны и параметрически исследованы двухмасштаб-пые геолого-геофизические модели техногенных изменений, которые можно использовать в качестве инструмента прогнозирования в рудничной теологии;

для целей специального районирования исследованы на-пряженно-деформированиое состояние больших участков земной коры, характеристики многомерных распределений и пространственная изменчивость физических полей Урала (геомагнитного, гравитационного, рельефа, градиентов скоростей вертикальных тектонических движений).

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Результаты исследований непосредственно использовались при оценке запасов ряда медно-колчедапных месторождений Урала, вошли в отчеты с подсчетом запасов для ГКЗ. Выполнена оценка горно-геологических условий и последствий разработки 8 железорудных и медно-колчедан-ных месторождений Урала, в том числе для таких крупных ГД'К, как Учалннский, Нижнетагильский и Качканарский. Полученные результаты использовались при проектировании разработки месторождений.

Разработана и доведена до практического использования методика оценки техногенных изменений геологической среды с использованием данных инженерной геофизики, позволяющая повысить достоверность прогнозов.

Составлены методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению рудных месторождений Урала (в соавторстве с С. Г. Дубейковскпм, М. II. Бучкиным), используемые работниками геологической службы ГОКов.

Аиробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных и региональных конференциях и симпозиумах, в том числе «Инже-перно-геологпческое обоснование условий разработки месторождений» (Н. Тагил, 1977); «Оптимизация природной среды» (МФГО, Москва, 1981); «Изучение инженерно-геологических условий месторождений Урала различных генетических типов» (Свердловск, 1983); «Проблемы инженерной геологии в связи с промышлепио-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых» (Свердловск, 1984); «Вопросы охраны природы при разработке месторождений Урала» (Свердловск, 1984); «Вопросы инженерно-гео-логнческнх и гидрогеологических исследований в Уральском регионе» (Свердловск, 1985); «Влияние добычи полезных ис-

копаемых на окружающую среду» (ЮНЕП/ЮНЕСКО, Таллинн, 1986); «Гидрогеология, инженерная геология и охрана окружающей среды месторождений твердых полезных ископаемых» (Свердловск, 1986); «Инженерно-геологические исследования и оценка техногенного подтопления в Уральском регионе», (Свердловск, 1986); «Эффективные методы инженерно-геологических исследований Урала» (Пермь, 1986); «Современные проблемы инженерной геологии и. гидрогеологии территорий городов и городских агломераций» (Одесса, 1987); «Новые методы поисков, разведки и анализа .месторождений полезных ископаемых в связи с комплексным изучением недр Западного Урала» (Пермь, 1987); «Методы оценки напряженного состояния массивов горных пород при разработке месторождений Урала» (Североуральск, 1988); конференция НТП-90 ЛГО «Центр-геология» (Москва, 1990) п др.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 30 основных научных трудов, в том числе одна монография (в соавторстве) .

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, изложенных на 300 стр., включая 67 рисунков, 16 таблиц и список литературы— 139 названий. Основной объем работы можно условно подразделить на три части: 1—экспериментальные и теоретические исследования по оценке техногенных изменений среды с использованием геофизики, разработка геолого-теофизи-ческой модели, ее верификация, примеры; 2— прогнозное районирование, соответствующее используемой модели техногенных изменений геологической среды; 3 — обсуждение результатов прогноза.

Автор благодарит М. Н. Бучкина, 3. Г. Устинову, Л. П. Грибанову, М. Э. Аронзон, С. В. Николаева, Ю. А. Михайлова и других товарищей по совместной работе на Урале., Особенно большую помощь оказал М. Н. Бучкин, материалы кандидатской диссертации которого помогли автору справиться с огромным объемом работы по оценке техногенных изменений геологической среды Урала.

Автор признателен уральским геологам И. А. Печеркину, С. Г. Дубейковскому, А. Л. Алейникову, С. В. Палкину, Е. М. Ананьевой, Т. К. Костеровой, А. Д. Морозову, А. А. Арзамасцеву, оказавшим большую помощь в работе.

основное содержание работы Состояние изученности проблемы

В становлении и развитии методологии оценки и прогнозов горно-геологических условий разработки месторождений важную роль сыграли работы Г. Л. Фисенко, И. А. Турчанинова, М. В. Сыроватко, П. Н. Панюкова, В. Д. Ломтадзе, Б. В.

Смирнова, М. Е. Певзнера, Г. А. Голодковской, В. Г. Зотеева В. А. Мироненко, С. В. Николаева, В. В. Фромма и др., а так же многих зарубежных специалистов по механике горных по род (Ж. С. Ержанова, К. Тома, Л. Мюллера и др.).

Проблема оценки локальных и региональных техногенны: изменений природной среды и прогноза таких изменений впер вые достаточно серьезно прозвучала в 1976 г. на II Всесоюз ной конференции в Ленинграде «Проблемы инженерной reo логии в связи с рациональным использованием геологическо] среды». Различным аспектам этой проблемы были посвяще ны доклады Г. Г. Скворцова, В. Г. Зотеева, А. М. Гальперина И. П. Иванова и др.

Геомеханические процессы в горном деле являются объек том многолетних исследований, однако адекватный прогно их в более или менее сложных случаях до сих пор остаетс: проблематичным прежде всего потому, что их оценка и интер претация традиционно базируются на представлениях о пове дении элементов породных толщ как строительных конструк ций. Представляется, что горная геомеханика должна нсполь зовать возможности и другого подхода с позиции спнэргетик (Г. Хакен, 1980), с учетом самоорганизации нарушенного мае сива пород.

В последние 10—12 лет появляются указания на то, чт горнодобывающая деятельность обладает триггерным эффе* том, вовлекая «в работу»-горные массивы, несоизмеримые п размерам с областью непосредственного, техногенного во: действия (В. Н. Родионов, 1979, Г. Д. Панасенко, 1983).

¡Важная проблема изменения природной среды возникас в связи с образованием толщ техногенных грунтов при разр; ботке месторождений (отвалов и хвостохранилнщ). Этим вс ■просам посвящены исследования, проводимые в МГГУ (А. А Гальперин, М. В. Малышев и др.).

В связи с потребностями прогноза изменений геологшп ской среды создаются ведомственные базы данных о гори« геологических условиях разработки месторождений, гидроге* логии и инженерной геологии массивов. Наиболее приемлемс формой обобщения и систематизированного изложения эте информации является типизация и специальное инженерш геологическое районирование территории горнодобывающе] региона.

Традиционное инженерно-геологическое расчленение Ур ла на меридионально вытянутые узкие полосы в основном б зируется на структурно-формационном признаке. Между те для прогнозного районирования и оценки изменений геолог ческой среды крайне важен учет современной тектоники и н пряженного состояния земной коры. Региональные инжене но-геологические схемы такого типа отсутствуют.

Техногенная геодинамика территорий разработки полезных ископаемых Урала

Природная геодинамика Урала подчиняется пространственным регионально-геологическим и зонально-климатическим закономерностям и характеру современных тектонических движений.

Среди процессов природной экзогеодинамики (ЭГП), определяющих региональную инженерно-геологическую обстановку Урала, основными являются следующие: современная тектоническая активность; карстово-суффозиоиные процессы; оползни, обвалы; выветривание; эрозия;

заболачивание и заозеривание; пучение элювиальных грунтов; подтопление;

комплекс криогенных процессов.

Техногенное влияние на развитие ЭГП до последнего времени обычно проявлялось в виде «локальной» изменчивости фона ЭГП, их состава, режима и интенсивности. Однако в некоторых случаях уже проявляется и региональное влияние техногенных факторов, прежде всего на характер взаимосвязей изменения напряженного состояния больших участков земной коры с изменением порового давления, уровенного режима подземных вод и соответствующим фоном ЭГП (оползнями, заболачиванием, карстово-суффозионными процессами, выветриванием, сейсмичностью).

В результате интенсивной деятельности человека в ходе освоения и эксплуатации геосреды развиваются новые комплексы (парагенезисы) процессов, вид, масштабы, либо режим которых несвойственны данной природной обстановке. Как показывают дистанционные наблюдения и наземное обследование, существенная техногенная обусловленность региональной компоненты изменчивости ЭГП отмечается в некоторых районах деятельности горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Это относится, например, к таким районам, как СУБР, районы Кизела-Березников и Челябинска, Бакала и Сатки, районы добычи углеводородного сырья.

При отработке месторождений твердых полезных ископаемых область непосредственного воздействия техногенных факторов на геологическую среду охватывает обычно глубины порядка первых сотен метров — километра, на площадях порядка нескольких десятков (на отдельных месторождениях) до первых сотен квадратных километров (на группах месторождений, рудных узлах типа Нижнего Тагила, СУБРа, Сатки, Бакала; табл. 1). Однако вызываемое разработкой месторож-

дений (изъятием « перемещением значительных объемов горной массы и воды) нарушение квазиравновесного состояния геологической среды распространяется и глубже.

Таблица 1

Протяженность зон интенсивных техногенных гидрогеомеханических изменений геологической среды

Район деятельности ГДК Протяженность, км

Гай 7,5-11

Сибай 4,5-7

Магнитогорск 8—12

Учалы 5-8

Коркино 9,5-17

Бакал — Сатка 15-37

Карабаш 4—10

Артемовский 0,5—10

Нижний Тагил 4,5—9,5

Кушва 15-17

Качканар До 12

Кизел 30-45

СУБР 35—40

Освоение нефтяных и газовых месторождений оказывает влияние на краевые зоны Урала, особенно в северной его части, вызывая негативные изменения геологической среды. Существует связь между падением пластовых давлений при добыче нефти и газа, уплотнением продуктивных горизонтов, прогибом и уплотнением перекрывающих толщ, оседанием и дифференциальными деформациями земной поверхности, активизацией современных тектонических движений и сейсмичности, и развитием инженерно-геологических процессов на поверхности и в толще грунтов (заболачивание, подтопление, формирование зон повышенной трещииоватостн и водообнль-ности пород и др.).

Техногенные изменения геологической среды в Уральском регионе обусловливают активное развитие 'инженерио-геоло-гических процессов. Сюда относятся крупномасштабные обрушения с образованием провальных воронок глубиной дс 70—80 м и более, мощные оползни, заболачивание, пучение, карстово-суффозионные и эрозионные процессы, техногенное выветривание и сейсмичность и другие, часть которых ранее была несвойственна данной геологической и географическог обстановке.

В отдельную группу выделяются горно-геологические процессы, типа пучения пород в выработках, подземных оползней при крутом залегании пород, горных ударов, выбросов и взрывов газа, подземных пожаров, прорывов воды и выработки

и др. Подобные процессы особенно характерны для периферийных зон горно-складчатого Урала и его обрамления (Ки-зел, СУБР, Алапаевск, Челябинск).

На Урале около 10% подземных рудников и шахт опасны по горным ударам, в 80% районов в той или иной мере проявлены процессы сдвижения, 60% горнодобывающих районов расположены в зоне влияния карста и около 100% крупных карьеров затронуты гравитационными процессами.

В качестве характерных примеров влияния добычи полезных ископаемых на геологическую среду в диссертации рассмотрены районы Верхнекамского месторождения калийных солей, Полуночное марганцевое месторождение, Саткинские месторождения магнеэитов, Учалинское медио-колчеданное месторождение, Молодежное медно-цинковое месторождение, Коркинский карьер, Богословский карьер в г. Карпннске, шахты Кизеловского угольного бассейна.

Формирование крупных депрессионных воронок на Урале происходит либо вследствие осушения месторождений, либо при длительной работе мощных водозаборов подземных вод. Примером первых являются месторождения СУБРа, Бакала, Кизела, ЮУБРа, вторых — район Янгельского водозабора под Магнитогорском. Представление о размерах депрессионных воронок дает табл. 2.

Таблица 2

Размеры депрессионных воронок подземных вод в некоторых районах Урала

Объект Размеры депргсспонной воронки

п плане, км по глубине, м

ЮУБР (м ния Кургазакской груп- 8-10 150

пы)

Бакал 8-12 150-350

И. Тагил (Высокогорскос м-нме) 2,5-3 до 59-500

Кизел 20-30 200—300

2УБР 35—33 до 650

Наиболее заметными последствиями образования крупных депрессионных воронок являются опускание территории и активизация карстово-суффозионных процессов, а также изменение напряжеппо-деформированного состояния массивов пород и реже горные удары.

Наиболее серьезные последствия водопопиження и основательные меры борьбы с ними имеют место на СУБРе (хотя, по-видимому, определенные шансы имела бы не борьба с этими процессами, а сосуществование с ними).

' В настоящее время большое распространение на Урале получают техногенные грунты. Их можно разделить на две категории. Первые — формируются спонтанно при вскрышных работах, создании строительных котлованов, проходке шахт, обогатительных работах. Для этих грунтов обычна высокая неоднородность по физико-механическим свойствам, недоуп-лотненность, легкая насыщаемость атмосферными осадками и др. Однако грунты некоторых шламохранилищ не выдавливаются под нагрузкой и позволяют вести строительство без их уплотнения.

Вторая категория техногенных грунтов создается целенаправленно как основание инженерных сооружений, или же из таких грунтов возводятся сами инженерные сооружения (дамбы, плотины, насыпи дорог и др.). Геотехнические свойства здесь заранее определяются типом сооружения.

С созданием отвалов, гидроотвалов и шламохранилищ в некоторых местах тесно связан интенсивный рост заболачивания. Роль отвалов в заболачивании двоякая: во-первых, они частично перекрывают сток в мелких долинах и на склонах, а во-вторых, сами служат аккумуляторами воды. Заболачивание может частично изменить микроклимат района разработок и вызвать активизацию эрозионных процессов. Большие массы отвальных пород в сочетании со значительными площадями шламо- и водохранилищ способствуют интенсификации процессов конденсации влаги и в отдельных случаях уве-. личению количества осадков и новообразованию мерзлоты (Качканарский ГДК).

Экспериментальное и теоретическое изучение

процессов техногенных изменений геологической среды при разработке месторождений

Для оценки техногенных изменений геологической среды на участках горных работ нами проводилось изучение среды в полевых условиях с использованием электро- и сейсморазведки в наземном и подземном вариантах, а также анализ имеющихся фондовых геофизических материалов других методов исследования и различных масштабов (до регионального включительно).

Из геофизических характеристик массивов анализировались изменение по разрезу и в плане параметров электросопротивлении пород (характеризующих литологический состав, водонасыщенность, трещиноватость), данных акустического каротажа, ультразвукового прозвучивания керна и сейсморазведки (как характеристик упругопрочностных свойств и напряженного состояния пород), данных плотностного гамма-гамма-каротажа, нейтрон-нейтронного каротажа (трещиноватость, водонасыщение), а также данные гравиразведки и магниторазведки.

При учете характера связей различных геофизических показателей их инженерно-геологическая интерпретация существенно облегчается при использовании спектрального анализа. При этом геофизические регнстрограммы и графики профилирования рассматриваются как запись некоторого колебательного процесса, характеризующего поле свойств массива пород и изменение его напряженного состояния. Амплитуда и частота такой записи определяются особенностями состава, грещиноватостн, упругости и других инженерно-теологических характеристик пород. Сочетание этих различных компонент изменчивости пород дает в результате сложный по составу (спектру) колебательный процесс, где колебания различного пространственного периода и амплитуды накладываются друг на друга. Этот процесс часто может быть представлен в виде суммы наложенных друг на друга колебаний, обусловленных разными причинами.

Анализ регистрограмм электросопротивлений и скоростей продольных волн в породах в различных сечениях шахтного или карьерного поля позволяет выявить общий характер его изменчивости и определить устойчивые ее компоненты. Идентификация выделенных компонент изменчивости массива основывалась прежде всего на данных документации керна и учитывала природу использованного геофизического показа-толя.

В том случае, когда такие сопоставления сделаны (обычно идентификация участков спектральной кривой затруднений не вызывает), то может быть дана и количественная оценка влияния на упругопрочностпые свойства пород различных по характеру изменений и степени нарушенное™ массива. Количественно интенсивность / регулярной пространственной изменчивости дан юго свойства можно оцепить как / = 5^ /Тх1, т. е. как отношение дисперсии данного свойства к соответствующему пространственному периоду Тх, воспользовавшись для этой цели кривой спектральной плотности дисперсии. Такая мера изменчивости позволяет выделить участки рудного поля с максимальной изменчивостью свойств, одновременно учитывая так называемый «масштабный эффект». Естественно ожидать для таких участков, в частности, более интенсивного проявления инженерно-геологических процессов. Наш опыт работ на месторождениях твердых полезных ископаемых Урала свидетельствует о том, что предлагаемый показатель изменчивости массива /, оцениваемый по регистрограммам скоростей продольных волн, обычно составляет 3—8 тыс. м/с2, а в зонах техногенных изменений этот показатель возрастает до 10— 12 тыс. м/с2 прежде всего за счет появления новых уровней изменчивости массива и увеличения дисперсии свойств на «старых» уровнях.

Не вызывает сомнений принципиальная возможность использования «геофизических» показателей как индикаторов свойств и состояния пород. Никто не сомневается в правомерности использования в инженерной геологии таких «физических» показателей состояния пород, как объемный вес; равным образом необходимо подходить и к использованию таких показателей состояния массива, как скорость упругих волн или электросопротивление, без «перевода» их в другие привычные показатели.

Для выделения техногенных аномалий нами разработан ряд способов обработки рядов режимных геофизических наблюдений. Один из них назван «методом корреляции накопленных сумм» геофизических параметров.

Используя геофизику как индикатор состояния среды, мы исходим из концепции о физико-теологической модели. В наших исследованиях мы приняли эту модель в виде некоторого источника возмущения (прежде всего изъятия горной массы и воды), соответствующего реальному инженерному сооружению (системе горных выработок), рассматриваемого вместе с областью его заметного взаимодействия с природными геофизическими полями. Работа шахты, карьера, водозабора приводит к появлению и развитию вокруг них аномальных зон особого вида — техногенных аномальных зон в геологических и геофизических полях. Техногенной 'геофизической аномалией следует считать отклонения уровня, структуры или спектрального состава поля от их нормальных фоновых значений, обусловленные влиянием инженерных сооружений (системы выработок). Рабочая физико-геологическая модель отрабатывалась и уточнялась на месторождениях Учалинской группы, в районе Качканара; совершенствование модели велось в ходе режимных геофизических наблюдений на отрабатываемых месторождениях в районе Нижнего Тагила.

В результате этих работ постепенно выяснилось, что в геофизическом смысле техногенное изменение среды представляет собой пространственное явление, которое характеризуется периодической к случайной изменчивостью на локальном уровне и обладает трендом в виде (экспоненциально) спадающей функции вблизи от источника техногенного воздействия.

Опыт исследования на Учалинском карьере показал, что в пмпактной области наиболее резко меняется характер гео-электрическпх показателей, что связано с полным нарушением здесь физико-химической обстановки существования пород, раскрытием трещин, активизацией процессов взаимодействия глинистых минералов с водой. Что касается изменения сейсмических свойств пород, то наиболее резко они меняются в зоне разгрузки н особенно в зоне активных и «подготовляющихся» деформаций. Переход из зоны нарушенного режима ЭГП к зоне разгрузки характеризуется изменением средних

значений электросопротивлений от 900 до 2800 Ом-м, а скоростей продольных волн — от 3000 до 1000 м/с. Зона разрушения пород и активного проявления деформаций характеризуется чрезвычайно широким спектром упругих и электрических характеристик пород. При этом индикатором «назревающих» деформаций является 1,5—2-кратное снижение скоростей упругих волн в массиве.

Подводя итоги этих работ, отметим, что работы в Учалип-ском районе были начаты нами еще в 1975 г. с целью определить применимость и возможности геофизического подхода к оценке техногенных воздействий на геологическую среду. Основной вывод из этих работ тот, что геофизические показатели являются весьма чутким индикатором происходящих техногенных изменений; была впервые сформулирована геолого-геофизическая модель техногенной аномалии. Было установлено, что в ходе техногенного воздействия на геологическую среду ее структура изменяется относительно быстрее, чем изменяется состав. Поэтому из четырех параметров геологической среды как системы (структура, состав, жесткость, уровень функционирования) определяющим является структура. В дальйейшем именно изучению изменений структуры геологической среды с помощью геофизики уделялось основное внимание.

Такого роДа исследования проведены в районе Качканар-ского габбро-пироксенитового массива, где разрабатывается Гусевогорское титаномагнетитовое месторождение.

Для оценки техногенных изменений свойств и состояния пород здесь использованы методы обычного визуального изучения массивов в бортах карьеров, а также керна скважин. Кроме того, применены методы прямых измерений показателей свойств при лабораторных испытаниях пород (« в образце») и при проведении геофизических исследований («в массиве»), Наконец, кроме пря'мого сопоставления данных измерений использованы методы специальной обработки данных сейсмо-и электроразведки.

Особенно заметные изменения фиксируются при сравнении прочностных показателей, определенных на образцах из керна, и монолитов для амфиболитизированных пнроксени-тов. Результаты испытаний образцов из монолитов свидетельствуют о более чем двукратном снижении прочностных свойств пород в уступах в результате взрывных воздействий, разгрузки и осушения. Характеристики упругих свойств пород «в куске» изменяются значительно меньше (порядка 10%). Значения коэффициента поперечной деформации остаются практически без изменения.

По многим профилям, пересекающим зону техногенных изменений, тенденция к уменьшению V («в среднем») и увеличению р («в среднем») вуалируется большим размахом ам-

плитуд полевых параметров, особенно вблизи очагов техногенного воздействия. Этот феномен можно представить себе математически, выразив геолого-геофизическую модель техногенных изменений среды как суперпозицию экспоненциально спадающей функции и ряда некратных гармоник. Тогда в зависимости от сдвига фаз мы можем получить вблизи очага техногенного воздействия чрезвычайно резкую и «неоднозначную» изменчивость физических параметров среды; на некотором расстоянии от очага «неоднозначность» сглаживается и поведение функции изменения геологической среды становится более предсказуемым. Подобное модельное представление соответствует данным полевых наблюдений.

При изучении техногенных изменений среды в р-не деятельности Нижне-Тагильского ГДК. были выбраны три участка на разрабатываемых железорудных месторождениях с постановкой детальных исследований масштаба 1 : 500—1 : 5000. В ходе работ на опорных участках выполнялось как наземное, так и подземное инженерно-геологическое, геофизическое и геохимическое изучение изменений состояния массивов пород и их состава под влиянием техногенного воздействия.

Анализ данных инженерно-геологических, геофизических и маркшейдерских наблюдений на опорных участках — Высокогорском, Лебяжинском и Естюнинском месторождениях — свидетельствует о том, что на первых двух участках процесс техногенного разрушения геологической среды приобретает стационарный характер, а на Естюнинском месторождении, которое разрабатывается сравнительно недавно, этот процесс еще не стабилизировался, не установились параметры сдвижения и т. п.

В связи с интенсификацией добычи в целом интенсивность развития геомеханических изменений массивов пород в па-стоящее время определяется темпами ведения горных работ. Радиус областей развития деформаций сдвиже.тия составляет в настоящее время по различным месторождениям от 700 до 1800 м.

Техногенное изменение свойств и состояния скальных пород (сиенито-диоритов, вулканогенно-осадочных метаморфи-зованных пород) при глубинах отработки до 500—700 м, обусловленное главным образом разгрузкой, осушением массивов и вибрационным воздействием, фиксируется геофизическими методами на расстояниях до 2,5—4 км от источников возмущения и более, в зависимости от свойств среды, сроков и интенсивности добычи полезного ископаемого.

В районе Нижнего Тагила масштаб влияния геодинамических процессов таков, что позволяет говорить о формировании техногенных геологических структур, интенсивном техногенном выветривании и даже о техногенном метаморфизме горных пород. Изменения геологического и гидрогеологического

полей при разработке месторождений отражаются и на характере геофизических полей различной природы (геомагнитное, геоэлектрическое, поле скоростей упругих волн и др.).

Изменение скоростей упругих воли и электрических сопротивлений пород в окрестностях шахт и карьеров позволяет контролировать напряженно-деформированное состояние массивов пород вблизи участков разработки. Нами использованы в этих целях сейсмоакустические методы оценки напряженного состояния пород (наряду с другими — изучением дискования и др.) —сейсмические и акустические измерения в массиве и на керне скважин, лабораторные испытания пород. На контрольных пунктах в горных выработках выполнялись периодические измерения электрических сопротивлений и скоростей. В ходе режимных наблюдений по системе датчиков выявилась активная динамика полей напряжений в массивах пород, не всегда явным образом связанная с динамикой горных работ.

Как показывает обработка данных сейсмо- и электропрофилирования, в окрестностях шахт и карьеров под влиянием техногенного возмущения геологической среды меняется не только уровень и структура, но также и спектральный состав геофизических полей; в частности, возрастает доля высокочастотных составляющих спектра и доля «белого» шума. Очевидно, этот факт отражает «приспособление» геологической среды к условиям техногенного воздействия. В целом по рассматриваемому району фоновая изменчивость полей электрических сопротивлений и скоростей упругих волн характеризуется следующими пространственными периодами: 300—400, 550—600, 1600—1700 и 2700—3000 м; наибольшая дисперсия полей наблюдается на двух последних уровнях периодичности, что объясняется изменчивостью вещественного состава и тре-щиноватостью пород.

«Импактная» (локальная) изменчивость геофизических полей, отмечаемая вблизи очагов техногенного возмущения геологической среды, отличается увеличением доли случайного шума в спектре и более короткими пространственными периодами: 55—70, 100—120 и 200—350 м с примерно одинаковой дисперсией поля на всех уровнях периодичности. Эта периодичность накладывается либо на линейный, либо на экспоненциальный тренд поля. Подобный характер изменчивости является признаком того, что геологическая среда в пределах разрабатываемого месторождения поддерживается в стационарном, но неравновесном состоянии за счет интенсивного изъятия, притока и перемещения вещества и энергии. Корот-копериодные структурные компоненты, возможно, потенциально существуют и в «нетронутом» массиве, но проявляются лишь в области техногенных изменений. Явление спектральной перестройки физических полей в зонах техногенного изме-

нения геологической среды с повышением доли «белого» шума и появлением периодических высокочастотных компонент спектра обнаружено нами впервые. Этот факт использован при изучении структуры и динамики зон техногенных изменений геологической среды в других районах добычи полезных ископаемых на Урале.

•Поскольку существует прямая взаимосвязь между структурной организацией массива и его гидродинамическими характеристиками, очевидно, должна существовать связь и соответствующих периодичлостей структуры для «возмущенной» гидродинамики. Для поиска таких взаимосвязей нами проанализированы данные по водоотливу на месторождениях Нижнетагильского ГДК. В формировании водопритоков по всем изучаемым месторождениям отчетливо обнаруживаются периодичности, не связанные с изменением водности года. По Высокогорскому месторождению периодичность изменения водопритоков, связанная с формированием зоны осушения, меняется от 2 до 5 лет, по Лебяжинскому — 3 года, по Естюнин-скому — 6 лет.

Анализ данных о водоотливе и водопонижении показывает, что скорость роста объема осушения массива — от 29,43 до 46,253 м3/год. При периодичности изменения водопритоков два года (первый период развития зоны осушения до 1968 г.) пространственный период изменчивости массива составляет: Г, = 29,4X2 = 58,8 м.

При периодичности 5 лет (современное состояние) пространственный период составляет: Г2 = 46,25X5 = 231,25 м. Далее, очевидно, должен «включиться» следующий уровень пространственной периодичности массива.

Полученные результаты совпадают с данными геофизической оценки структурной периодичности массива (55—70 м и 200—250 м). Пространственный Тх и временной Г, периоды

в гидромеханической модели можно связать показательной

т

зависимостью вида: 7^=0,16 где размерность Т(—год; Тх— м.

Для Лебяжинского месторождения соответствующий эффективный в гидродинамическом отношении пространственный период составляет около 120 м, для Естюнинского участка— 252 м. Для сравнения: по Гусевогорской группе месторождений (Качканар) эффективная периодичность техногенных структур массива составляет 160—200 м.

Инженерно-геологическая модель техногенных изменений среды и ее математическая формулировка

Для дальнейшего изложения существенно отметить, что протяженность области изменения геологической среды, фиксируемая геофизическими методами, превышает протяжен-

ность обычно рассматриваемой в горном доле зоны непосредственного влияния горных работ. По нашим экспериментальным данным размеры зоны влияния превышают зону импакт-ного воздействия более чем на 1—2 порядка; формирование квазипериодических диссипативных структур вблизи импакт-ной зоны происходит за счет стока массы (изъятие горной массы и воды), а на периферии влияние идет главным образом за счет изменения гидродинамической компоненты. Новообразованные структуры области техногенных изменений среды и гидродинамическое поле имеют периодический характер.

Исследование геомеханических изменений, происходящих в подрабатываемом массиве, позволяет выявить целый ряд эффектов, которые могут быть истолкованы как .проявления синэргетических свойств системы массив— горная выработка. Одним из проявлений самоорганизации массива следует считать известное образование вокруг выработки весьма жестких породных «конструкций» сводового или кольцевого типа — своего рода самоконструирование. Формирование этих структур происходит в результате разделения толщи на блоки, установления новых связей между ними и прогрессирующего самозаклинивания образующихся систем по мере развития сдвижения массива к выработанному пространству. За рубежом получил распространение метод проходки туннелей ИАТМ, использующий управление прочностью массива на основе его самоорганизации с образованием подобных кольцевых структур. Другим известным эффектом, который тоже может считаться выражением регулярного поведения массива, является стабильность периодических шагов обрушения непосредственной и основной кровель в пределах выемочного участка.

В толще подрабатываемых пород можно наблюдать и значительно более сложные варианты самоорганизации.

Примером «слоистого» типа являются угольные месторождения, на которых геомеханические процессы изучены наиболее полно, а закономерности движения массива в сторону выработанного пространства выражены достаточно четко. Установлено, что на некотором расстоянии от источника возмущения (выработки), а при выемке тонких пластов — уже в непосредственной кровле формируются арочные структуры; «волна» формирования этих структур перемещается вслед за очистным забоем. Расположенные выше слои (ряды блоков) с некоторым запаздыванием (фазовым сдвигом) копируют перемещение нижележащих слоев, причем по мере удаления от источника возмущения характеристики перемещений элементов массива (логично назвать их волной возмущения) приобретают все большую устойчивость. Амплитуда и длина этой волны определяются в значительной мере литологией подрабатываемой толщи.

2

17

В отличие от распространения волн возмущения вблизи выработок, являющегося процессом вынужденных колебаний, поддерживаемым за счет продвижения выработанного пространства и высвобождения внутренней энергии массива, сдвижение пород на достаточном удалении над выработками имеет характер периодически затухающих колебаний.

Распределение зон сгущения трещин приводит к своеобразной ритмичности -строения подрабатываемой толщи. Ритмичность строения подчеркивается распределением трещино-ватости внутри пачек; в каждой пачке расчлененность пород ослабевает от подошвы к кровле (Артемовский, Буланаш). Подобный характер дизъюнктивной расчлененности подрабатываемых толщ типичен для различных каменноугольных бассейнов страны (Мохов А. В., 1984). Расчлененность подработанной толщи фиксируется по сдвижениям глубинных реперов, геофизическими методами, по результатам опытно-фильтрационных работ в скважинах, а также в некоторых случаях непосредственно, как это имеет место в Коркинском разрезе, где карьером вскрыты участки ранее проводившейся подземной разработки.

Таким образом, формирование новых дискретных уровней структуры массива и волновой характер развития деформаций в нем при подработке в равной степени присущи процессу самоорганизации системы массив — горная выработка. При этом стабильность параметров реакции геологической среды отмечается в условиях достаточно разнообразных видов техногенных воздействий.

Основные геомеханические преобразования среды на месторождениях полезных ископаемых в неслонстых толщах протекают во многом аналогичным образом: некоторые особенности отражают различия в строении вмещающего массива и отличия в технологии освоения таких месторождений по сравнению с угольными.

При развитии горных работ зона пластических и псевдо-пластичес.ких деформаций циклически распространяется в окружающую область массива, при этом происходит заметное снижение прочностных характеристик пород в массиве, .подготавливающее дальнейшее разуплотнение среды н резкие сдвиговые деформации («сток массы») в сторону выработанного пространства.

Расслоение кровли не столь явно выражено, как в слоистых угленосных толщах, однако и здесь наблюдается определенная ритмичность в распределении и сгущении техногенных трещин. Процесс циклической активизации сдвижений определяется не только ходом ведения горных работ, но и свойствами самой среды. Скорость распространения возмущений в плане, по данным маркшейдерских наблюдений, составляет первые метры в год, динамические углы сдвижения изменя-

ются в пределах 50—75°. Таким образом, самоорганизация массива неслоистых пород (например, сиенито-диоритов) представляет собой в целом неравновесный процесс, проходящий через ряд состояний локального равновесия; при этом одним из важных «саморегуляторов» формирующихся структур служит,- по-видимому, динамический угол сдвижения, уменьшающийся во времени.

По механизму и причинам деформаций выделяются следующие их типы:

разуплотнение пород вследствие разгрузки; разуплотнение пород вследствие выветривания; набухание;

пластическое течение;

Хрупкое разрушение (трещинообразование, формирование провальных воронок);

изменение объема и плотности при прохождении воли давления в гидросфере;

уплотнение в результате осушения. ,. . Эти. изменения геологической среды наиболее отчетливо проявляются в зоне импактного воздействия и локализованы в пределах 1,5—3 км от источника возмущения. Дальше распространяется влияние зоны осушения, изменение объема и плотности при прохождении волн давления; это влияние меняет характер процессов в подземной и наземной гидросфере, а также характер ЭГП.

Упорядоченный характер развития сдвижения обусловливает определенную пространственную регулярность строения области техногенных изменений среды, проявляющуюся, в частности, в периодичности структуры различных геофизических полей. Отклонения параметров геологической среды вблизи • очагов техногенного воздействия от их фоновых значений можно описать некоторыми периодическими функциями пространственных координат и времени, если отвлечься от свойства дискретности процесса самоорганизации и сделать два других допущения. Во-'первых, можно считать, что отклонения параметров геологической среды от фоновых "значений при достаточном увеличении расстояния от источника возмущений должны асимптотически в среднем стремиться к нулю; во-вторых, можно считать, что эти отклонения могут менять знаки (например, уплотнение — разуплотнение, ускорение — замедление), даже если возмущающее воздействие не меняет своего характера (обратное происходит, например, при «гашении» отработанных месторождений и их консервации), т. е. при некоторых условиях возможен «пульсирующий» характер зоны влияния.

!При указанных-условиях математическую модель пространственного изменения параметров геологической среды в

2*

19

процессе самоорганизации массива в самом общем виде можно представить как функцию

у = Ае-*х-С1>[1 + fisln<o(jc-Cf)'], (1)

где ш = 2л/Х, К — эффективная длина пространственной волны (или пространственный период изменчивости Тх)\ со — частота основной или эффективной гармоники изменчивости данного параметра среды iro пространственной координате х; С — скорость распространения возмущений; С = const или С = = С(х, t)\ А, В, k — константы среды.

Константы среды в уравнении определяются из рядов маркшейдерских, гидрогеологических и специальных геофизических наблюдений. Модель описывает период перехода к стабилизации изменений в среде под воздействием возмущения. Первый, относительно короткий период нарастания интенсивности изменений в импактной зоне мы не рассматриваем, его характеристики очевидны (в принятом масштабе это дельта-функция).

Калибровка исходного уравнения путем сопоставления расчетов с данными наблюдений приводит к следующей математической формулировке модели техногенных изменений геологической среды:

u=Vi e2'7/jri ^sin ~~ j + V2 е-" ^sln j , (2)

где V\ — средняя скорость «медленных» геомеханических изменений среды (распространение зон обрушения, сдвижения, разуплотнения), в расчетах диапазон изменения Vi принят от 10 до 15 м/год; V2 — скорость «быстрых» гидродинамических, гидромеханических и гидротеологических изменений среды, в расчетах в качестве V2 принята среднеминимальная скорость распространения продольных волн в массиве, равная 1800Х Х107 м/год; К, Т — эффективные периоды пространственной и временной изменчивости среды (или длина волны изменчивости), м к год; х, t — пространственная и временная, координата с размерностями соответственно м и год; и — функция отклика, имеет размерность скорости (происходящих изменений), м/год.

Параметрическое исследование полученной инженерно-геологической модели показывает, что:

1) скорость «грубых» геомеханических изменений среды типа обрушений и сдвижений ощутимо меняется по х, t лишь в пределах 500—800 м от источника возмущения, а далее зависит— в данном конкретном случае — от скорости продвижения фронта горных работ;

2) после очередного скачка уровней через 4—5 лет гидро-геомеханическая реакция среды стабилизируется, скорость из-

менения гидродинамических условий составляет 30—40 м/год;

3) гидродинамическая реакция среды в течение одного года после возмущающего воздействия заметна даже на расстоянии 10—¡15 км от источника возмущения.

Указанные особенности инженерно-геологической модели (рис. 1, 2) соответствуют данным наблюдений, отвечают фактическому поведению системы; модель использована нами в качестве предиктора при.аналитическом локальном прогнозировании техногенных изменений геологической среды.

Инженерно-геологическое районирование Урала как основа регионального прогноза техногенных изменений геологической среды

Применительно к разработанной модели техногенных изменений геологической среды нами составлена новая схема инженерно-теологического районирования Урала, учитывающая анализ региональных физических полей и напряженное состояние массивов 'пород.

Для оценки изменений напряженного состояния нами использованы результаты повторных высокоточных нивелирований,. выполняемых на Урале и сопредельных территориях с 1925 г.

Один из постулатов горной геомеханнки гласит, чго уменьшение напряжений в некотором объеме геологической среды размером / во времени ( пропорционально величине этих напряжений а и обратно пропорционально /:

— (йо,/й1)^У{а/1), (3)

где V—коэффициент пропорциональности, имеющий размерность скорости; его можно отождествить со скоростью деформирования, за счет которого в объеме среды размером / происходит релаксация напряжений. Эта скорость пропорциональна коэффициенту вязкости среды. В любом случае величину У/1 можно представить как градиент скорости деформирования ^гас! V).

Тогда соотношение (3) запишется в виде

-{(1а,/<И) = \%та&У\-а. (4)

Уравнение (4) позволяет сформулировать дополнительный постулат: уменьшение напряжений в данном объеме геологической среды во времени пропорционально величине этих напряжений и градиенту скорости деформирования; следовательно, чем больше при прочих равных условиях градиент ско-эости деформирования данного участка земной коры, тем меньше региональный фон напряжений.

Используя уравнение (4), можно приближенно оценить соотношение уровней напряжений в зонах разгрузки и концентрации:

°к/3р = (1ёгас1 Ур\1 \grad Ук\)-к, (5)

где ак — уровень напряжений в зонах концентрации; сгР— уровень напряжений в зонах разгрузки; §гас!Ук, §гас! соответствующие градиенты скоростей деформирования; /г— коэффициент, характеризующий соотношение времени релаксации напряжений в зонах концентрации и разгрузки, /¿>1.

Наибольшие значения дгад V и контрастность поля градиентов характерны для Уфимского выступа, районов, расположенных восточнее Челябинска и Серова, северо-западнее Ки-зела и юго-западнее Орска. Здесь величины градиентов скоростей тектонических движений могут достигать местами (20—25) • 10~3 мм/км в год, и весьма вероятна релаксация напряжений, обусловленная общим планом современных текто'-' пичсских движений, формационными особенностями разреза и его тектоникой. По-видимому, в ряде случаев (Североуральский бокситоносный район — СУБР, Челябинск, Соликамск) нельзя исключать техногенный фактор — связь изменений напряженно-деформированного состояния больших участков земной коры с изъятием горной массы и изменением пластовых и уровенного режима подземных вод. Минимальные значения градиентов скоростей вертикальных тектонических движений характерны для внутренних частей Уральского региона, в частности для зоны Тагнло-Магнитогорского прогиба, где на многих участках величина gтad V = (2—4)- Ю-3'мм/км в год.

С учетом приведенных данных нами построена схема распределения основных зон разгрузки и концентрации напряжений в земной коре Среднего и Южного Урала. Зоны максимальных региональных напряжений выделены по минимальным значениям поля градиентов скоростей вертикальных тектонических движений и минимума поля деформации сдвига; основные зоны разгрузки напряжений—; по..максимумам' градиентов скоростей движений и контрастности полей деформаций. Медленная релаксация напряжений может быть уско-рета формационными особенностями разреза и насыщенностью среды разрывными нарушениями.

В зонах разгрузки напряженное состояние формируется в значительной степени под действием гравитационных сил. Плотность пород в таких зонах (в массиве) примерно 2,67— 2,71 г/см3; следовательно, на глубинах около 1 км напряжения в зонах разгрузки равняются приблизительно 26:— 27 МПа. Соотношения градиентов скоростей вертикальных тектонических движений в зонах концентрации и разгрузки

*= Шгхр(2.7/х1)зш(2р1*1/2)

Ш=1800?хр(-2!)ят(2р1*х/200)

Характер реакции геологической среды в масштабе рис.2. . Характер реакции геологической среды в иасштабе медленных изменений. ' ■ бнстрых изменений

О

Условные обозначения

— - границы регионов П порядка;

-- - границы регионов Ш порядка;

- Геопатогенные "узлы" (пересечения структур уральского и диагональных направлений)

Регионы П порядка:

I- Северо-Уральский;

П- Центрально-Западноураль-ский;

Ш- Восточно-Уральский;

Регионы П-Ш порядка;

1Уа- Средне-Уральский; 1У6- Полярно-Уральский.

■ Регионы Ш порядка:

1- Челябинский;

2- Ивдельский.

Рис. 3 . Схеиа инженерно-геологического районирования горно-складчатого Урала

напряжений составляют 5—8 и даже 'несколько более, а напряжения в зонах их концентрации, рассчитанные по уравнению (5), могут превышать 200 МПа.

■В субширотном направлении вкрест простиранию основных уральских структур действуют сжимающие тектонические напряжения, величина которых иногда достигает 80 МПа. Наиболее сильное субширотное сжатие испытывают район Нижнего Тагила — Екатеринбурга — Челябинска (со стороны Уфимского выступа): зоны, расположенные севернее Кизела, а также восточнее и юго-восточнее Орска. Субширотные сжимающие существенно (на порядок) превышают их теоретические значения, вычисленные только с учетом гравитационной составляющей напряженного состояния. Подобная ориентировка сжимающих напряжений приводит, например, к тому, что подземные горные выработки субмеридионального направления «заплывают» быстрее, чем субширотные.

Полученная схема распределения основных зон разгрузки и концентрации напряжении подчеркнула необходимость существенного уточнения классической схемы районирования Урала. В этой связи нами был проведен анализ региональных геофизических данных.

Для проведения многомерного статистического алализа были выбраны данные, отражающие региональную изменчивость: гравитационного поля, обычно коррелирующего с изменением вещественного состава и напряженного состояния массивов пород: магнитного поля, отражающего литофпзическую неоднородность земной коры и тектонические линеаменты; рельефа, с характером которого связана дренироваиность и энергетика экзогенных геологических процессов; градиентов скоростей вертикальных тектонических движений, как индикаторов изменении напряженно-деформированного состояния больших участков земной коры.

Схемы исходных полей масштаба 1 : 1 000 000 были разбиты равномерной сетью с шагом 12,5X 12,5 км. В качестве входных данных по Северному, Среднему и Южному Уралу использовались значения полей в узлах этой сети.

Задача анализа и сопоставления этих полей решились с использованием программ классификации и распознавания геологических объектов по комплексу разнородных входных данных, разработанных институтом НИИгеофизнка и ЛГУ. Искалось наилучшее разбиение территории Урала на области, характеризующиеся различными статистическими свойствами геофизических полей. В качестве критерия разбиения в алгоритме принята степень различия многомерных распределений исходных полей в разных областях (средних значений, дисперсий иковариаций).

■В результате анализа установлены следующие характеристики изменчивости и взаимосвязей региональных физических

полей Урайа, используемые далее при инженерно-геологическом районировании:

1. В пределах приподнятых горных массивов Урала установлена преимущественно субмеридиональная (уральская) ориентировка изолиний физических полей. Здесь фиксируются относительно пониженные значения магнитного поля и градиентов вертикальных тектонических движений (ВТД), повышенные значения полей напряжений и рельефа. Установлена значимая положительная корреляция гравитационного, магнитного полей и рельефа.

-При переходе к областям остаточных горных массивов знак градиента изменения всех характеристик физических полей сохраняется.

2. В пределах остаточных горных массивов и пенепленизи-рованных территорий широко распространена диагональная ориентировка изолиний комплексного параметра, отражающего классификацию физических полей; имеются также фрагменты субмеридионального и субширотного направлений. Здесь установлена отрицательная корреляция рельефа и градиентов ВТД, магнитного и гравитационного полей — связь между рельефом и тектоникой не является унаследованной.

3. В пределах окраин горноскладчатого Урала фиксируется максимальное значение градиентов ВТД и магнитного поля. Установлена высокая парная корреляция почти всех физических полей, за исключением пары «Рельеф — магнитное поле».

Совместный анализ уровней и структуры физических полей и распространения геологических процессов в Уральском регионе позволяют проследить следующие их взаимосвязи.

Карстовые процессы, парагенетически связанные с вещественным составом пород, их обводненностью и рельефом, наиболее интенсивно проявляются в тех зонах, которые отличаются максимальными градиентами гравптационпгго поля и минимумами магнитного поля.

Гравитационные склоновые и эрозионные процессы наиболее интенсивное развитие получают в областях с высокими уровнями гравитационного поля и пониженными — магнитного, а также в обстановке сравнительно невысоких ((3—5)X Х10-3 мм-км/год) градиентов ВТД, в зонах концентрации поля напряжений.

Заболачивание и заозеривание характерно прежде всего для областей с максимальными значениями градиентов ВТД и магнитного поля, в зонах разгрузки напряжений в земной коре.

Проявления природных и техногенных землетрясений наиболее характерны при следующем сочетании условий: низкие градиенты ВТД — высокие градиенты магнитного поля — высокие градиенты гравитационного по ля.

'Помимо приуроченности тех или иных геологических процессов к областям с различными характеристиками многомерных распределений физических полей, особенности их проявления связаны со структурными особенностями шолей. Очень широк спектр геологических процессов, в том числе техногенных, на участках стыков структурных зон геофизических полей субмеридионального (уральского) и диагональных направлений; мы назвали эти участки «геопатогенными узлами».' Здесь, как свидетельствуют наблюдения на рудниках, весьма велик риск возникновения горных ударов, больших во-допрнтоков, подземных пожаров, внезапных прорывов воды, выбросов угля и газа, техногенных землетрясений, т. е. процессов с высокой энергетикой.

На таких участках существенно осложняются инженерно-геологические условия разработки полезных ископаемых; да и вообще условия хозяйственного освоения территории; это, например, районы восточнее Свердловска, северо-западнее Кизела, район Ивделя и др. (рис. 3). Кроме того, эти тектонические узлы характеризуются неблагоприятным воздействием на человека и высокой чувствительностью геологической среды к техногенным возмущениям; поэтому негативные последствия нарушения природного равновесия могут быть особенно велики, включая аварийные ситуации. Велик риск неправильных решений. Примеры некоторых аварий — районы Полуночное, Соликамск, Карпинск, Артемовский и ряд других.

Прогноз изменения геологической среды Урала и проблема управления геологическими процессами в связи с оптимизацией природопользования

Методика и общий характер локального прогноза техногенных изменений геологической среды рассмотрены на примере Тагпло-Качканарского ТПК.

Для прогнозирования возможных техногенных изменений геологической среды проведено районирование с выделением участков наиболее чувствительных к техногенному воздействию. Как показывает опыт работ, чувствительными областями геологической среды являются зоны стратиграфических и тектонических контактов, геоморфологические границы, а также зоны развития наиболее контрастных в литологическом отношении и сильно тектонически нарушенных пород. Выделение таких участков по материалам наземной геофизики велось также по показателям изменчивости, спектральному составу полей, а также методом корреляции накопленных сумм показателей различных геофизических методов.

Приблизительную оценку чувствительности, жесткости и инерционности различных блоков (объемов) геологической среды на месторождении для использования в концептуальной

2'1

прогнозной модели мы получили в ходе режимных наблюдений с использованием геодезических, гидрогеологических и геофизических методов..

Прогноз изменений .геологической среды в связи с добычей полезных ископаемых проведен с учетом целого ряда факторов. Это прежде всего нарушение режима подземных и поверхностных вод, расширение воронок депрессии, продвижение зоны сдвижения, изменение напряженного состояния .массивов п свойств пород, .переформирование ландшафтов, изменение гидро- и геохимии района. Составленные нами прогнозы предусматривают учет прежде всего гидрогеомеханических изменений среды.

.На Тагильском участке ТПК интенсивность развития геомеханических изменений массивов пород в настоящее врем* в целом определяется темпами ведения горных работ. Скорость продвижения фронта зон обрушения по различным месторождениям составляет обычно 3—7 м/тод (до 15— 20 м/год). Зона непосредственного влияния на свойства и со стояние скальных пород (при глубинах отработки до 500— 700 м) обусловлена главным образохМ разгрузкой, гидростати ческим, гидродинамическим и вибрационным воздействиями фиксируется геофизическими методами на расстояниях дс 2,5—3 км и более от источников возмущения; размеры зонь возмущения гидрогеологического режима на порядок выше Значительные ландшафтные изменения прослеживаются ш расстояниях до 3—7 км от источников техногенного воздейст вия. Заметные геохимические изменения отмечаются пример но на 18% обследованной территории. Гидрохимические уело вия района постоянно меняются в связи с возрастанием объ емов сброса шахтных вод и промстоков.

Кроме процессов сдвижения и гидродинамики в райош проявляются и другие разнообразные фор'мы реакции геоло гической среды при ее взаимодействии с ГДК. Изменяет« .микросейсмический фон, формируется новая физико-химиче екая обстановка в зонах осушения и под отвалами, идет тех ногенное минералообразование, активизируются суффозия i техногенное выветривание, заболачивание и т. п.

■Прогнозы для района Нижнетагильского ГДК показали что при сохранении существующих темпов и методов добыч} полезного ископаемого в ближайшие 20 лет из хозяйственной оборота в городе будет изъято по меньшей мере 350—500 п земель (промзона и частично жилая застройка), а измененш ландшафта захватят до 180 км2. Гидродинамические условш существенно изменятся на территории от 60 до 150 км2. Нару шение и усложнение гидрогеологической обстановки при от работке глубоких горизонтов Высокогорского и Лебяжинскоп месторождений прежде всего выразится во встречном продви женин их депрессионных воронок — первой на север, а вто

рой — на юг, за р. Тагил. В связи с этим можно ожидать увеличения водопритоков за счет поверхностных вод. При углублении горных выработок следует ожидать проникновения в них боле минерализованных вод; следовательно, при разработке глубоких горизонтов сброс рудничных вод будет возможен лишь после их предварительной обработки.

Результаты выполненных локальных прогнозов техногенных изменений геологической среды представлены в табл. 3.

Таблица 3

Локальный прогноз изменений геологической среды в районах деятельности горнодобывающих комплексов (на 2005—2010 гг.)

Площадь развития изменений геологической

среды, км^

Район деятельности ГДК геомеханические гидродинамические изменения изменение масштаба,

изменения режима н вида ЭГП

Гай

Сибай — Баймак У чалы — Межозерный Коркино Бакал — Сатка Карабаш Артемовский Нижний Тагил Кушва Качканар Кизел

30-35 80-100 2000-2300

20-25 100—150 2000-2500

30—35 80-100 1900 2200

55—70 200-250 4000-4500

120—150 1500—1600 5000—5500

20—30 200—250 2000-2400

35-40 250-300 1000-1300

25 110 3800

20-25 130—170 4000-4500

35 до 100—120 до 4000

45-60 1500-2000 4500-5000

Для регионального прогноза изменений геологической среды Урала до 2005—2010 гг. попользованы в основном метод экстраполяции тенденций и экспертные оценки, уточненные локальными прогнозами на основе гидромеханической модели изменений среды.

Наложение карт инженерно-геологического районирования, чувствительности среды, инженерно-геологических условий и. схемы прогнозных техногенных воздействий позволило в общих чертах оконтурить наиболее нагруженные и неустойчивые территории, определить примерные масштабы и площади дальнейшего распространения техногенных изменений геологической среды при разработке месторождений Урала. Наиболее условным является прогноз по Приполярному и Полярному Уралу, прежде всего в силу сложности оценки изменений геокриологических условий; по этой части Уральского региона использованы проработки 3. М. Дзениш, Н. Г. Обер-мана, Т. В. Роменской, Б. В. Дедеевой и др. (Карты поражен-

ности ЭГП, карты мерзлотно-тидрогеологического районирования 1 : 1 500 000 и др.).

В качестве основных региональных карт при разработке прогноза попользованы также составленная нами карта инженерно-геологического районирования и составленная М. -Н. Бучкиным в 1985 г. на основе обобщения огромного материала карта инженерно-теологических условий разработки месторождений полезных ископаемых Урала.

Согласно прогнозу, в ближайшие 15—20 лет, территория активного проявления техногенной геодинамики возрастет на Урале почти вдвое (при сохранении существующих тенденций природопользования). На территориях горнодобывающих комплексов импактные изменения среды захватят площади до нескольких сотен км2. В таких районах, как Бакал — Сатка. Карабаш, Кировград — Нижний Тагил — Кушва, СУБР, Ки-зел, земельный и водный потенциал уже в значительной мере ■истощен, и при дальнейшем хозяйственном освоении земель будет необходима техническая и биологическая мелиорация.

Изменение целого ряда компонент геологической среды под влиянием деятельности человека во многих местах Урала уже переходит в категорию региональных; то же относится и к некоторым геодинамическим процессам. На Северном и Дрнтюлярком Урале это прежде всего криогенные и карстовые процессы. На Северном Урале, кроме того, в районе СУБРа, а также в районах Кизела — Березников процессы техногенной геодинамики включают горные удары, выбросы угля и газа, проявления «наведенной» сейсмичности, т. е. эффекты, связанные с нарушениями равновесия земной коры, при разработке месторождений, изменении пластовых напоров в результате откачек воды, извлечения нефти и газа, техногенной активизации соляной тектоники.

Подобных же нарушений устойчивости земной коры мы можем ожидать в районе Нижнего Тагила — Кушвы, вероятно, даже с более интенсивными проявлениями, при дальнейшей активизации горнодобывающей деятельности в этом районе.

Далее к югу, на Среднем Урале, — территория экстенсивного развития техногенных геодинамических 'процессов, таких, как карстово-суффозионные процессы, заболачивание, пучи-нообразование, подтопление. Они связаны с техногенными воздействиями и с тектонической обстановкой.

В пределах Южного Урала хозяйственная деятельность человека также в основном будет сопровождаться экстенсивным развитием изменений геологической среды. Геомеханические техногенные процессы и эрозия активизируются в крупных районах добычи полезных ископаемых — Бакал — Сатка— ЮУБР, Орск — Гай — Медногорск, Учалы — Магнитогорск — Сибай.

Чрезвычайно сложным вопросом остается управление гео-тогнческимн и инженерно-теологическими процессами.

Управление горно-теологическими процессами практически невозможно без четко налаженной инженерно-геологической службы на шахтах и карьерах. Анализ аварий на калийных пахтах Соликамско-Березниковского района, в Кизеловском Зассейне, на ряде карьеров показывает, что нередко отсутствует достоверная инженерно-геологическая оценка условий эазработки полезного ископаемого. Существующая ннженер-по-геологическая служба слаба и не обеспечивает полноценной информации. Явно недостаточная инженерно-геологнче-:кая информация существенно сдерживает внедрение в производство новых технологий, а -порою не обеспечивает и безопасность ведения горных работ, затрудняет ликвидацию последствий аварий. Недостаточно сведений о физико-механических ;войствах пород в массиве и их изменениях, влиянии трещи-юватости, разрывных нарушений, напряженного состояния на поведение массивов. Ординарной причиной затопления уголь-шх, а в последнее время и калийных шахт является отсутст-згге надежных .материалов по перекрывающим водоупорным голщам, их свойствам, расположению крупных водопроводя-цпх разломов и т. д.

Огромные масштабы техногенных изменении среды Урала требуют перехода к более активному управлению геологическими процессами. Зта проблема находится в самой начальной стадии решения. Создание системы лнтомонптор'пнга в регионе затормозилось. Чрезвычайная серьезность скпадываю-цейся на Урале экологической обстановки в достаточной мене не осознается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании результатов выполненных исследований разработаны теоретические положения, совокуп-юсть которых составляет новое крупное достижение г. развитии перспективного направления оценки и прогноза техпогеп-1ьтх изменений геологической среды крупного региона.

Основные выводы диссертации заключаются в следующем:

1. Впервые дана региональная оценка техногенной изме-тенности геологической среды Урала па основе систематизации анализа п обобщения материалов по отдельным месторождениям и региону в целом. Установлено, что региональная [зменчивость инженерно-теологической обстановки и фона экзогенных геологических процессов в основной своей части связана с современной тектоникой и напряженным состоянием земной коры. В этой связи исследована региональная изменчивость напряженно-деформированного состояния земной <оры Урала. На основе обработки имеющейся геодезической

и геофизической информации получена общая картина расположения зон разгрузки и концентрации напряжений в массивах. Одной из основ выполненного инженерно-теологического районирования п прогноза является картографическое моделирование, сопоставляющее геоморфологические и геоднна-мические'поля с полями физических свойств пород.

2. Полученная на новой информационной базе схема нн-женерно-геологнческого районирования Урала с выделением субширотных и диагональных инженерно-геологических таксонов и тектонических узлов отражает общие закономерности ■распределения в регионе удароспасных зон, зон повышенной годообилыюсти и возможной активизации карстово-суффози-опных процессов, а также участков проявления некоторых других горно теологических процессов, таких, как техногенная сейсмичность, выбросы воды и газа.

3. Впервые на Урале выделены региональные «геопатогенные узлы», характеризующиеся неблагоприятным воздействием на человека и высокой чувствительностью геологической среды к техногенным возмущениям. На таких территориях существенно осложняются горно-геологическая обстановка разработки полезных ископаемых и вообще условия хозяйственного освоения территорий. Велик риск принятия неправильных технических и технологических решений, поэтому последствия нарушения природного равновесия могут быть особенно велики, включая катастрофические ситуации. Часть негативных прогнозов уже оправдались (БКРУ, Аша, Карпинск, Гу-баха).

4. Разработано новое направление оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды при осгоении месторождений, где инструментом изучения техногенных изменений является комплекс методов геофизики, а индикатором состояния среды — изменение уровней, структуры и спектрального состава физических полей.

В этих целях разработана методологическая база постановки и обработки данных режимных геофизических наблюдений в окрестности шахтных и карьерных полей, позволяющая определить ряд специальных характеристик геологической среды.

5. Экспериментально установлены и теоретически исследованы на примере Учалинского, Нижнетагильского и Качка-нарского рудных районов механизм формирования и структура зон техногенных изменений геологической среды; выявлены основные закономерности изменения уровней и структуры физических полей в области техногенного возмущения среды. Обнаружено формирование новой пространственно-временной периодической упорядоченности среды.

Полученные данные позволяют со значительной степенью достоверности дать прогноз прежде всего гндрогеомехаииче-

:ких изменений массивов пород в имиактной области при отработке новых участков и горизонтов месторождений, что ведома важно при определении степени риска для окружающей зольшинство уральских месторождений промышленной и городской застройки.

6. Теоретически предсказана и экспериментально обнару-кена связь между диссипативными структурами, пространственной периодичностью геофизических полей в области техно-"енных изменений геологической среды и периодичностью изменений водопритоков в шахты и карьеры.

7. На основе обнаруженных закономерностей обоснована шженерно-теологическая модель техногенных изменений гео-югической среды и предложена ее математическая формули-)овка. Уравнения, моделирующие поведение геологической :реды при техногенном воздействии, отражают структурную геоднородность массивов и неравномерное (с ускорением и ;амедлением) распространение изменений. Циклическое рас-фостранение возмущений от источника техногенного воздействия происходит в геологической среде на расстояние, пре-жшающее во много раз размеры зоны непосредственного воз-[ействия (шахтного или карьерного поля). В этом смысле, как •кспериментально установлено с использованием геофизиче-ких методов, изменение среды не подчиняется принципу Сен-5енана (на котором основаны многие расчеты горно-геологи-еских процессов).

8. Впервые разработаны локальные прогнозы изменения еологической среды на 15 разрабатываемых месторождениях ^рала. С использованием методов экстраполяции тенденций [ экспертных оценок на основе выполненного инженерно-гео-югическото районирования дан прогноз изменения геологиче-кой среды региона в целом на период до 2010 г.

9. Результаты исследований использованы -при оценке загсов ряда медно-колчеданных месгорол<деннй Урала и со-тавлении глав в отчеты с подсчетом запасов для ГКЗ. Ре-ультаты оценки горно-теологических условий и прогнозы тех-югенных изменений использованы при создании проектов 'азработки 8 крупных железорудных и медно-колчеданных «есторождений Урала, в том числе Учалннского, Западио-)зерного, Молодежного, Летнего, Комсомольского. Составлены методические рекомендации по инженерно-геологическому ;зучению рудных месторождений Урала.

Основные положения диссертации опубликованы з рабо-ах:

1. Зайцев А. С., Аронзон М. Э. и др. Геометризацип инженерио-геоло-ических комплексов с использованием скважинной геофизики. Труды СЕГИНГЕО, 1976, вып. 108, с. 41-47.

2. Зайцев А. С., Аронзон М. Э. Использование геофизических данных при инженерно-геологическом районировании. — Инж. геология, 1980, № 5, с. 80—85.

3. Зайцев А. С., Богомол А. А. и др. Роль физико-механических свойств .вмещающих пород в локализации колчеданного оруденения на Подольском месторождении' (Ю. Урал). — В сб.: Геология, пански и разведка рудных п нерудных месторождений Урала. Свердловск: СГИ, 1980, вып. 3, с. 57— 66.

4. Зайцев А. С., Аронзон М. Э. Итоги инженерно-геологического изучения рудных месторождений. — В сб.: Вопросы изучения режима подземных вод и инжЕнерно-геологичсских процессов. — М.: ВСЕГИНГЕО, 1980, вып. 137, с. 47—58.

5. Зайцев А. С. Инженерно-геологическое расчленение с учетом геофизической информации и данных экспресс-методов. — Инж. геология, 1981, Л» 4, с. 97—105.

6. Зайцев А. С., Грибанова Л. П., Вознесенский А. С. Использование моделей надежности при оценке способов укрепления бортов карьеров.— В сб.: Оптимизация воздействия общества на природную среду. М.: МФГО СССР, 1981, с. 136—139.

7. Зайцев А. С., Аронзон М. Э. и др. Ускоренный способ расчета сцепления и углов внутреннего трения скальных пород.— Разведка и охрана недр, 1983, № 3, с. 45—47.

8. Зайцев А. С., Михайлов Ю. А., Шевченко В. М. Опыт использования сейсмических методов для оценки напряженного состояния пород. — Инж. геология, 1984, № 5, с. 89—94.

9. Зайцев А. С., Бучкин М. Н. Проблемы инженерно-геологического мониторинга в районах деятельности горнодобывающих комплексов.— Докл. V Всесоюзной конференции «Проблемы инженерной геологии в связи с промышлеино-гражданским строительством и разработкой месторождений». Свердловск: СГИ, 1984, т. 2, с. 45—48.

10. Зайцев А. С., Михайлов Ю. А. и др. Изучение напряженного состояния массивов сейсмическими методами. — Докл. V Всесоюзной конференции «Проблемы инженерной геологии в связи с промышлепно-граждап-скнм строительством и разработкой месторождений». Свердловск: СГИ, 1984, т. 2, с. 176—179.

11. Зайцев А. С., Николаев С. В. и др. Комплексное изучение изменений геологической среды для обоснования природоохранных мероприятий п Нижнетагильском горнодобывающем районе. — В сб.: Гидрогеологические и инженерно-геологические аспекты охраны геологической среды и ■водных ресурсов. М.: МГУ, 1985, с. 62—72.

12. Зайцев А. С., Бучкин М. II., Дубейковский С. Г. Методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению рудных месторождений Урала. Свердловск: СГИ, 1985, 68 с.

¡13. Зайцев А. С., Бучкин М. Л., Коробейников В. А. Изменение геологической среды Урала под влиянием разработки месторождении полезных ископаемых. — Докл. Международной конференции ЮНЕП/ЮНЕСКО Таллинн, 1986.

14. Зайцев А. С. Опыт изучения техногенных изменении геофизических лолей при разработке месторождений полезных ископаемых. — Разведочная геофизика. М.: ВИЭМС, 1986, вып. 3, с. 1—8.

15 Зайцев А. С., Дубейковский С. Г., Гумам О. М. Инженерно-геологическое расчленение разрезов п гсометризация железорудных месторождений Урала (на примере Тагило-Кушвинекого района). — Горный журнал, 1986, № 10, с. 26—33.

16. Зайцев А. С., Грибанова Л. П. Влияние Нижнетагильского горнодобывающего комплекса на компоненты геологической среды — Экспресс-,информация. М.: ВИЭМС, 1986, № 1, с. 1—6.

17. Зайцев А. С., Арзамасцев А. А. Обследование состояния геологической среды на месторождениях Урала. — Экспресс-информация М • ВИЭМС, 1986, № 1, с. 37—38. '

18. Зайцев А. С., Грибанова J1. П. О повышении эффективности инженерно-геологического опробования на стадии разведки рудных, месторождений.— Инж. геология, 1985, № 1, с. 101—103.

19. Зайцев А. С., Грибанова Л. П., Устинова 3. Г. Изменение геологической среды и его прогноз в связи с деятельностью ГДК- — Инж. геоло-гия4 1986, № 3, с. 77—83.

,20. Зайцев А. С., Устинова 3. Г. Контроль состояния геологической среды в районах деятельности крупных горнодобывающих комплексов. — Разведка и охрана недр, 1986, № 3, с. 33—36.

21. Зайцев А. С. Корреляция региональных карт Урала. — Тез. докл. региональной конференции «Методы оценки напряженного состояния массивов горных пород». Свердловск: СГИ, 1987, с. 9.

22. Зайцев А. С., Грибанова Л. П., Вовк Л. А. Оценка устойчивости геологической среды к влиянию полигонов твердых бытовых я промышленных отходов. — В сб.: Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территорий городов и городских агломераций. М.: Наука, ,1987, с. 243—'244.

23. Зайцев А. С., Грибанова Л. П. и др. Оценка влияния полигонов складирования твердых бытовых и промышленных отходов на геологическую среду. — Инж. геология, 1987, № 4, с. 68—73.

24. Зайцев А. С. О принципах инженерно-геологического районирования Урала. — Тез. докл. региональной конференции «Новые методы поисков, разведки ,н анализа месторождений». Пермь: ПГУ, 1987, с. 63—64. ,

'25. Зайцев А. С. Возможности региональной оценки напряженного состояния массивов пород в связи с разработкой полезных ископаемых Урала. — Изв. вузов, Геология и разведка, 1987, № 7, с. 82—'87.

26. Зайцев А. С., Мохов А. В. Эффекты самоорганизации при сдвижении и деформациях породных толщ на участках подземной разработки. — Экспресс-информация. М.: ВИЭМС, 1987, вып. 8, с. 1—10.

27. Зайцев А. С. Закономерности развития экзогенных процессов Урала и его инженерно-геологическое районирование.— Экспресс-информация. М.: ВИЭМС, 1988, вып. 11, с. 1—8.

28. Зайцев А. С., Кутьина О. Г. и др. Многомерный анализ региональных геофизических полей Урала. — Инж. геология, 1989, № 2, с. 66—72.

29. Зайцев А. С. Применение геофизических методов для оценки сохранности архитектурных памятников.—'Разведка и охрана недр, 1989, № 10, с. 58—60.

30. Зайцев А. С., Печеркин И. А., Бучкин М. Н. Уральский и Пайхой-ско-Новоземельский регионы. —В кн.: Инженерная геология СССР, Урал, Таймыр и Казахская складчатая страна. М.: Недра, 1990, с. 107—140.

Подписано в печать 26.11.1993 г. Формат 60X90/16 Объем 2 п. л. + З вкл. Тираж 100 экз. Заказ № 571.

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект, 6

Введение.

Глава I. Состояние проблемы оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды в связи с разработкой полезных ископаемых.II

Глава 2. Общая характеристика природных условий Урала и размещение полезных ископаемых.

2.1. Физико-географические условия.

2.2. Стратиграфия и магматизм.

2.3. Тектоника.

2.4. Размещение основных типов полезных ископаемых.

2.5. Геоморфология и коры выветривания.

2.6. Гидрогеологическая обстановка.

2.7. Физико-геологические явления и процессы.

Выводы.

Д^ава 3. Техногенная геодинамика территорий разработки полезных ископаемых.

3.1. Основные источники региональных техногенных нагрузок.

3.2. Изменения геологической среды и характер геодинамических процессов, сопровождающих добычу полезных ископаемых.

3.3. Влияние крупных депрессионных воронок подземных вод. .10?

Выводы.

Глава 4. Экспериментальное и теоретическое изучение процессов техногенных изменений геологической среды при разработке месторождений.

4.1. Связи между геофизическими и инженерно-геологическими характеристиками пород. Геолого-геофизическая модель техногенных изменений среды.

4.2. Изменение состояния и свойств массива пород в окрестности Учалинского карьера по данным геофизики.

4.3. Изменение инженерно-геологической обстановки и геофизических полей в районе Качканара.

4.4. Изменение геологической среды в районе Нижнего Тагила.

4.5. Инженерно-геологическая модель техногенных изменений среды и ее математическая формулировка.2СЬ

Выводы.

Глава 5. Инженерно-геологическое районирование Урала.

5.1 Региональная оценка поля напряжений.22-5.

5.2. Многомерный анализ физических полей Урала и схема его инженерно-геологического районирования.

Выводы.2 ¿

Глава 6. Прогноз изменения геологической среды Урала и проблема управления геологическими процессами в связи с оптимизацией природопользования.

6.1. Методика и общий характер локального прогноза техногенных изменений геологической среды (на примере Тагило-Качканарского ТПК).25^

6.2. Региональный прогноз изменения геологической среды

Урала в связи с добычей полезных ископаемых.

6.3. Проблема управления геологическими процессами.

Выводы.28.

Актуальность работы. В связи с интенсивным хозяйственным освоением Уральского региона большую актуальность приобрела проблема оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды. Особенно велико влияние на этот процесс горнодобывающих комплексов. Добыча многих видов минерального сырья на Урале ведется уже более 200 лет; в регионе известны несколько тысяч месторождений полезных ископаемых и рудопроявлений. Сейчас глубина шахт на Урале достигает 1400-1600 м, карьеров до 350-430 м. В ближайшем будущем глубины освоения шахтами достигнут 2000 м, карьерами -500-700 м.

Добыча и переработка горнорудного сырье приводят к существенному изменению природной среды, геологических процессов, земельных и водных ресурсов. Развитие Уральского региона уже сейчас наталкивается на целый ряд серьезных проблем экологического порядка, многие из которых обусловлены техногенными изменениями геологической среды, требуют оценки и прогнозирования этих изменений с целью оптимизации природопользования. Все это предопределяет актуальность данной работы, поскольку систематического анализа и прогнозирования последствий деятельности горнодобывающей промышленности на состояние геологической среды региона не проводилось.

Цель исследований - разработка научных основ оценки техногенных изменений геологической среды на базе использования геофизической информации в комплексе с традиционными методами рудничной геологии, что позволяет расширить информационную базу прогнозов и повысить их обоснованность.

Основная идея - прямое использование геофизической информации как индикатора изменения состояния и свойств геологической ■ среды для прогноза распространения техногенных изменений» и создание на этой основе прогностической модели, в которую входят переменные с различными темпами изменения.

Задачи исследования заключались в следующем:

1) Анализ связей между горногеологическими и геофизическими показателями, прежде всего между трещиноватоетью, изменением напряженного состояния, физико-механическими свойствами пород на различных месторождениях Урала, и сейсмоакустическкми и электрическими параметрами среды,

2) Выявление локальных и региональных закономерностей техногенных изменений геологическое среды.

3) Разработка методологии применения геофизических методов как инструмента изучения рудничной геологии и прогноза техногенных изменений среды.

4) Разработка инженерно-геологической модели техногенных изменений среды и соответствующей ей геофизической модели.

5) Разработка схемы инженерно-геологического районирования Урала с учетом современной тектоники как основы прогнозных построений.

6) Разработка и апробация нетрадиционных методик оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды на ряде эксплуатируемых месторождений Урала.

Объекты и методы исследований. В основу работы положены материалы о горногеологических условиях, геофизических полях и изменениях геологической среды Уральского региона, полученные в ходе экспедиционных работ с 1973 по 1990 г. при личном участии автора.

Исследования детально проведены в Домбаровском, Учалинском,

Тагило-Кушвинском и Качканарском районах, где действуют крупные горнодобывающие комплексы (ГДК). Обследовано состояние геологической среды на Северном, Среднем и.Южном Урале (районы Северо-уральска, Карпинска, Кизела, Губахи, Соликамска, Красноуфимска, Иатальинска, Кировграда, Дегтярки, Буланаша, Артемовского, Екатеринбурга, Режа, Уфалея, Карабаша, Бакала, Сатки, ЮУБРа, Корки-на, Магнитогорска, Сибая, Гая, Орска, Еедногорска), в том числе на 26 крупных разрабатываемых месторождениях железных, медных и никелевых руд, утля и флюсовых известняков,

В работе использованы также фондовые материалы ГОКов и ПГО Уралгеология, Оренбурггеология, Башкиргеология и Центргеология. кетодологической базой работы являются исследования в области рудничной геологии, инженерной геологии месторождений и геологического прогнозирования. Изучался основной круг компонентов геологической среды, которые определяют характер техногешшх изменений, и их связи с физическими полями« При натурном изучении техногешшх изменений ■ использован геофизический подход -экспериментальное изучение состояния среды в полевых условиях на ряде месторождений с использованием электро- и сейсморазведки в наземном и подземном вариантах, а также анализ,обобщение и сопоставление фондовых геофизических материалов других методов исследования и различных масштабов, до регионального включительно, В работе широко использовано математическое моделирование.

Основная модель, использованная в работе - это инженерно-геологическая модель среды, в которой распространяются геомеханические и гидрогеологические возмущения, обусловленные изъятием горной массы и воды. При этом индикатором состояния среды к распространения возмущений служат физические поля, которые могут "работать" в том же масштабе, что и указанная инженерно-геслогическая модель. Основной метод локального прогноза - моделирование, экстраполяция тенденций и экспертные оценки; основной метод регионального прогноза - экстраполяция локальных прогнозов и экспертные оценки•

Научные положения« выносимые на защиту:

1« Методология изучения, оценки и прогноза техногенных изменений с использованием режимных геофизических наблюдений, позволяющих определять ряд специальных характеристик геологической среды - показателей структуры и спектрального состава геофизических полей различной природы.

2. Закономерности изменения структуры и спектрального состава геофизических полей в области техногенного воздействия и их связь с формированием зон техногенных изменений геологической среды. В зонах техногенных изменений происходит спектральная перестройка физических полей с повышением доли белого шума и появлением дополнительных высокочастотных компонентов спектра.

3. Формирование квазипериодических диссипативных структур в импактной зоне техногенных изменений происходит за ачет стока массы (изъятия горной массы, воды или нефти), а на периферии -главным образом за счет изменения гидродинамики среды; поэтому предлагаемая прогнозная модель является двухмасштабной, учитывающей скорость "медленных" геомеханических изменений (развитие зон обрушения, сдвижения, изменения свойств массива), и скорость "быстрых" гидродинамических изменений среды.

4. Результаты прогнозов изменения геологической среды в Уральском регионе^ установлено, что при сохранении существующих тенденций природопользования площади активного проявления техногенной геодинамики могут возрасти в регионе за период до 2010 г, почти вдвое.

Научная новизна диссертации заключается в том, что: -разработаны основные принципы оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды на базе комплексного использования геофизической и традиционной горногеологической информации

-на примере Учалинского, Нижнетагильского и Качканарского районов исследованы механизм формирования и структура зон техногенных изменений среды и геофизических полей при разработке месторождений;

-разработаны и параметрически исследованы двухмасштабные геолого-геоу-изические модели техногенных изменений, которые можно использовать в качестве инструмента прогнозирования в рудничной геологии;

-для целей специального районирования исследованы напряженно-деформированное состояние больших участков земной коры, характеристики многомерных распределений и пространственная иэменчивс вость физических полей Урала (геомагнитного, гравитационного, рельефа, градиентов скоростей вертикальных тектонических двизкео \ ним).

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований, Результаты исследований непосредственно использовались при оценке запасов ряда аедноколчеданных месторождений Урала, вошли в отчеты с подсчетом запасов для ГКЗ. Выполнена оценка горно-геологических условий и последствий разработки 8 желез'оруд пых и медноколчеданных месторождений Урала, в том числе для таких крупных ГДК, как Учалинский, Нижнетагильский и Качканарский, Полученные результаты использовались при проектировании разработки месторождений.

Разработана и доведена до практического использования методика оценки техногенных изменений геологической среды с использованием данных инженерной геофизики, позволяющая повысить достоверность прогнозов.

Составлены "Методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению рудных месторождений Урала" (ь соавторстве с СоГ.Дубейковским, М.Н.Бучкшьым), используемые работниками геологической службы ГОКов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международном, всесоюзных и региональных конференциях и симпозиумах, в том числе: "Инженерно-геологическое обоснование условий разработки месторождений", Н.Тагил, 1977; "Оптимизация природной среды", МЕГО, M., 1981; "Изучение инженерно-геслогических условий месторождений Урала различных генетических типов", Свердловск, 1983; "Проблемы инженерной геологии в связи с промышленно-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых", Свердловск, 1984; "Вопросы охраны природы при разработке.местороадений Урала", Свердловск, 1984; "Вопросы инженерно-геологических и гидрогеологических исследований в Уральском регионе", Свердловск, 1985; "Влияние добычи полезных ископаемых'на окружающую среду", ШЕЛ/ЮНЕСКО, Таллинн, 1986; "Гидрогеология, инженерная геология и охрана окружающей среды месторождений твердых полезных ископаемых", Свердловск: 1986; "Инженерно-геологические исследования и оценка техногенного подтопления в Уральском регионе", Свердловск, 1986; "Эффективные методы инженерно-геологических исследований Урала", Пермь, 1986; "Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территорий городов и городских агломераций", Одесса, 1987; "Новые методы поисков, разведки и анализа месторождений полезных ископаемых в связи с комплексным изучением недр Западного Урала", Пермь, 1987; "Методы оценки напряженного состояния массивов горных пород при разработке месторождений Урала", Североуральск, 1988; конференция НТП-90 ЯГО "Центргеология", Москва, 1990, и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано около 30 научных работ. Основные положения диссертационной работы вошли в том "Урал" подготовленного нового издания монографии "Инженерная геология", включены в разработанные ВСЕГШЗГЕО методические рекомендации по инженерно-геологическим исследованиям при разведке рудных месторождений, а также в "Методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению рудных месторождений Урала", Свердловск, 1985 г.

Сттзуктура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, изложенных на 300 стр., включая 67 рисунков, 16 таблиц и список литературы - 139 названий. Основной объем работы можно условно подразделить на три части: I -экспериментальные и теоретические исследования по оценке техногенных изменений среды с использованием геофизики, разработка геолого-геофизической модели, ее верификация, примеры; 2 - прогнозное районирование, соответствующее используемой модели техногенных изменений геологической среды; 3 - обсуждение результатов прогноза.

Основные выводы диссертации заключаются в следующем:

I. Впервые дана региональная оценка техногенной измененно-сти геологической среды Урала на основе систематизации, анализа и обобщения материалов по отдельным месторождениям и региону в целом. Установлено, что региональная изменчивость инженерно-геологической обстановки и фона экзогенных геологических процессов в основной своей части связаны с современной тектоникой и напряженным слстоянием земной коры. В этой связи исследована региональная изменчивость напряженно-дефодиированного состояния земной коры Урала. На основе обработки имеющейся геодезической и геофизической информации получена общая картина расположения зон разгрузки и концентрации напряжений в массивах.

Одной из основ выполненного инженерно-геологического районирования и прогноза является картографическое моделирование, сопоставляющее геоморфологические и геодинамические поля с полями физических свойств пород.

2. Полученная на новой информационной базе схема инженерно-геологического районирования Урала с выделением субширотных и диагональных инженерно-геологических таксонов и геопатоненных зон отражает общие закономерности распределения в регионе удароопас-ных участков, зон повышенной водообильноети и возможной активизации каретово-суффозионных процессов, а также участков проявления некоторых других горно-геологических процессов, таких как техногенная сейсмичность, выбросы воды и газа.

3. Впервые на Урале выделены региональные геопатогенные зоны, характеризующиеся неблагоприятным воздействием на человека и высокой чувствительностью геологической среды к техногенным возмущениям. На таких террирориях существенно осложняются горно-геологическая обстановка разработки полезных ископаемых и вообще условия хозяйственного освоения территорий. Велик риск принятия неправильных технических и технологических решений, поэтому последствия нарушения природного равновесия могут быть особенно велики, включая катастрофические ситуации. Часть негативных прогнозов уже оправдалась СБКРУ, Аша, Карпинск, Губаха).

4. Разработано новое направление оценки и пронноза техногенных изменений геологической среды на основе комплексного использования данных режиных геофизических наблюдений, с помощью предложенных автором специальных характеристик геологической среды

- показателей структуры и спектрального состава геофизических полей различной природы. Таким образом, инструментом изучения техногенных изменений является комплекс методов геофизики, а индикатором состояния среды - изменение уровней, структуры и спектрального состава физических полей.

В этих целях разработана методологическая база постановки и обработки данных режимных геофизических наблюдений в окрестности шахтных и карьерных полей, с использованием электро- и сейсморазведки в наземном и подземном вариантах, а также анализ, обобщение и сопоставление фондовых геофизических материалов других методов исследований и различных масштабов (до регионального включительно) .

5. На основе разработанной методики экспериментально установлены и теоретически исследованы на примере Учалинского, Нижнетагильского и Качканарского рудных районов механизм формирования и структура зон техногенных изменений геологической среда; при этом выявлены основные закономерности изменения уровней и структуры физических полей в области техногенного возмущения среды. Впервые обнаружено явление спектральной перестройки физических полей в зонах техногенных изменений среды с повышением доли белого шума и воявлением периодических высокочастотных компонентов спектра. Это явление обусловлено формированием своеобразных дис-сипативных структур массива - иначе говоря, новой пространственно-временной ^ упорядоченности среды.

Новообразованные структуры области техногенных изменений геологической среды имеют периодический характер, что отражается, в частности, на формировании гидродинамического поля и водоприто-ков в горные выработки.

Полученные данные об изменении различных компонентов геологической среды позволяют со значительной степенью достоверности дать прогноз прежде всего гидрогеомеханических . изменений массивов пород в импактной зоне при отработке новых участков и горизонтов месторождений, что весьма важно при определении степени риска для окружающей большинство уральских месторождений промышленной и городской застройки.

6. Теоретически предсказана и экспериментально обнаружена связь между диссипативными структурами, пространственной периодичностью геофизических полей в области техногенных изменений геологической среды и периодичностью изменений водопритоков в шахты и карьеры.

7. На основе обнаруженных закономерностей разработана инженерно-геологическая модель техногенных изменений среды, учитывающая то обстоятельство, что формирование квазипериодических дис-сипативных структур в импактной зоне техногенных изменений происходит за счет стока массы (изъятия горной массы, воды или нефти) а на периферии - главным образом за счет изменения гидродинамики среды.

Предложена математическая формулировка инженерно-геологической модели.

Модель является двухмасштабной, учитывающей скорость "медленных" геомеханических изменений (развитие зон обрушения, сдвижения, изменения свойств массива), и скорость "быстрых" гидродинамических изменений среды. Уравнения, моделирующие поведение геологической среды при техногенном воздействии, отражают структурную неоднородность массивов и неравномерное, с ускорением и замедлением, распространение изменений. Циклическое распространен ние возмущений от источника техногенного воздействия происходит в геологической среде на расстояние, во много раз превышающее размеры зоны непосредственного воздействия (т.е. шахтного или карьерного поля). В этом смысле, как установлено экспериментально с помощью методов геофизики, изменение среды не подчиняется принципу Сен-Ввнана (на котором основаны многие расчеты горно-геологических процессов).

8. Впервые разработаны локальные прогнозы изменения геологической среды на 15 разрабатываемых месторождениях Урала. С использованием методов экстраполяции тенденций и экспертных оценок на основе выполненного инженерно-геологического районирования дан прогнвз изменения геологической среды региона в целом на период до 2010 г. Согласно прогнозу, сохранение существующих тенденций природопользования чревато тем, что террирория активного проявления техногенной геодинамики возрастет за этот период почти вдвое.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании результатов выполненных исследований сформулированы научные положения, составляющие в совокупности основы нового направления оценки и прогноза техногенных изменений геологической среды крупного региона.

1. Л. Основные публикации автора по теме работы и направлениям исследований

2. Применение микросейсмической разведки для оценки состояния и динамики склонов (соавт. Белый Л.Д. и др.). В сб.: "Вопросы инженерной геологии. Докл. советских ученых к Межд. конгрессу МИГ". Изд. МГУ, 1970. С. 76-82.

3. Геэмегризация инженерно-геологических комплексов с использованием скважинной геофизики (соавт. Аронзон М.Э. и др.). Тр. ВСЕГИНГЁО, вып. 108, 1976. С. 41-47.

4. Использование геофизических данных цри инженерно-геологическом районировании (соавт. Аронзон М.Э.). йнж. геология, 1980, Jfe 5. С. 80-85.

5. Итоги инженерно-геологического изучения рудных месторождений (соавт. Аронзон М.З.) В сб.: тр. ВСЕГШГЕО, вып. 137,1980. С, 47-58.

6. Инженерно-геологическое расчленение с учетом геофизической информации и данных экспресс-методов. Кнж. геология,1981, JH. С. 97-105.

7. Использование моделей надежности при оценке способов управления бортов карьеров (соавт. Грибанова Л.П., Вознесенский A.C.). Тр. Всес. симпоз. "Оптимизация воздействия общества на природную среду", МФ ГО СССР. М., 1981. С. 136-139.2Эи.

8. Ускоренный способ расчета сцепления и углов внутреннего трения горных пород (соавт. Аронзон М.Э. и др.). Разв.и охрана недр, 1953, JÉ 3. С. 45-47.

9. Опыт использования сейсмических методов дшя оценки напряженного состояния пород (соавт. Михайлов Ю.А., Шевченко В.М.).-Инж. геология, 1984, Ш 5. С. 89-94.

10. Изучение напряженного состояния скальных массивов сейсмическими методами (соавт. Михайлов Ю.А. и др.). Там же, С. 176-179

11. Методические рекомендации по инженерно-геологическому изучению рудных месторождений Урала (соавт. Бучкин М.Н., Ду-бейковский С.Г.). Свердловск, 1985. 68 с.

12. Изменение геологическом среды Урала под влиянием разработки месторождений полезных ископаемых (соавт. Бучкин М.Н., Коробейников В.А.). Докл. Междунар. конф. ЮНЕЕ/ЮНЕСКО. Таллин, 1986.

13. Опыт изучения техногенных изменений геофизических полей при разработке месторождений полезных ископаемых. Разв. геофизика, вып.З. ОНТИ ВИЭМС, 1986. С. 1-8.

14. Инженерно-геологическое расчленение разрезов и геометризация железорудных месторождений Урала (на примере Тагило-Кушвинского района). (Соавт. Дубейковский С.Г., Гуман О.М.). -Горный журнал, 1986, J 10. С. 26-33.

15. Влияние Нижнетагильского горнодобывающего комплекса на компоненты геологической рреды (соавт. Грибанова Л.П.). ЭИ ОйТИ ЗйЭМС, 1986, ü I. С. 1-6.

16. Обследование состояния геологической среды на месторождениях Урала (соавт. Арзамасцев A.A.). Там же, с. 37-38.

17. О повышении эффективности инженерно-геологического опробования на стадии разведки рудных месторождений (соавт. Грибанова Л.П.). Инж. геология, 1985, J! I. С. I0I-I03.

18. Изменение геологической среды и его прогноз в связи с деятельностью ГДК (соавт. Грибанова Л.П., Устинова З.Г.). -инж. геология, 1986, 1 3. С. 77-83.

19. Контроль состояния геологической среды в районах деятельности крупных горнодобыванцих комплексов (соавт. Устинова З.Г.). Разв. и охрана недр, 1986, 3 3. 0. 33-36.

20. Корреляция региональных карт Урала. Тез. докл. per. конф. "Методы оценки напряженного состояния массивов горных пород", Свердловск-Североуральск, 1987. С. 9.

21. Оценка влияния полигонов складирования твердых бытовых и промышленных отходов на геологическую среду (соавт. Грибанова Л.П. и др.). Инжв геология, 1987, 1 4. С. 68-73.

22. О принципах инженерно-геологического районирования Урала. Тез. докл. per. конф. "Новые методы поисков, разведки и анализа месторождений в связи с комплексным изучением недр Западного Урала". Пермь, 1987. С. 63-64.

23. Возможности региональной оценки напряженного состояния массивов пород в связи с разработкой полезных ископаемых Урала. Изв. вузов, Геология и разведка, 1987, J 7. С. 82-87.

24. Эффекты самоорганизации при сдвижении и др формациях породных толщ на участках подземной разработки (соавт. Мохов A.B.). ЭИ ОНТИ ВИЭМС, 1987, вып.8. С. 1-10.

25. Закономерности развития экзогенных процессов Урала и его инженерно-геологшеское районирование. ЭИ ОНТИ ВИЭМС, 1988, вып. II. С. 1-8.

26. Многомерный анализ региональных геофизических полей Урала (соавт. Кутьина О.Г. и др.). Инж. геология, 1989, J® 2. С. 66-72.

27. Применение геофизических методов для оценки созфаннос-ти архитектурных памятников. Разв. и охрана недр, 1989,$ 10. С. 58-60. w п . о .

28. MpAfeCvCvm \Л. VW^tÄo^o-VUßcäeNvüV\V>cKv<vN ^eryU>HV\, \t) V-SK.

29. KHXßH^W ГвСАстп^ (XCP w ViXbA*<lV£<19V CVAÜÄ4. CTO^X^.м.шЪф'д-i WiOr, сД^-iVo

30. Б. Основные использованные источники

31. Акпарисова Г.В. Антропогенные изменения компонентов геологической среды г. Воркуты, "йнж.-геокриол. исслед.". Якутск, 1984. С. 16-26.

32. Алейников A.I. и др. Геодинамика лрала по данным натурных и модельных исследований/ Геология и геофизика. 1977. Л 2. С. 156-158.

33. Ардашев К.А., Ахматов В.И.,Еатков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. М.,: Недра, 1981. 128 с.

34. Ваньковская В.M.,Воронов В.Г., Сухоплюева Т.М. Типизация шахт Кизеловского угольного бассейна по степени их влияния на гидрогеологические условия. В сб.: "Охрана и рац. использ. геол. среды". Пермь, 1987, С. 96-99.

35. Берлянт A.M. Картографическая экстраполяция как способ географического прогнозирования. В сб.: "Новое в тематике, содержании и методах составления экономич. карт. МФГО. EL, 1979. С. 15-20.

36. Берлянт АЛЛ. Вопросы теории использования геоизображений в научных исследованиях. В сб.: "Науч.-техн. црогр.и пробл. теории картогр." МФГО. M., 1987. С. 13-25.

37. Бродовои В.В. Геофизические исследования в рудных провинциях. М., Недра, 1984. 270 с.

38. Бучкин М.Н. Типологическое прогнозирование инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых крупного горнодобывающего региона (на примере Урала): Автореф. канд. дисс. M., 1985. 24 с.

39. Воинов S.A. и др. Пространственно-временной анализ процесса разрушения горного массива на примере Сввероуральских бокситовых месторождений. Физ.-тех. пробл. разр. полез, иск., Наука, Новосибирск, 1987. С. 22-27.2 У4.

40. Гаев А.Я. О результатах исследований геологической среды ^рала и Цредуралья. В сб. : "Охрана и рац. использ. геол. среды". Пермь, 1987. С. 6-14.

41. Географическим прогноз. Теория, методы, региональный аспект. Ред. Герасимов И.П. Преображенский B.C. М., Наука, 1986. С. 7-34, 81-88.

42. Герович Э.Г. К вопросу о сдвижении горных пород при разработке нефтяных и газовых месторождений. В сб.: "Охрана и рац. использ. геол. среды". Пермь, 1987. G. 60-64.

43. Гидрогеологические и инженерно-геологические аспекты охраны геологической среды и водных ресурсов. Г^ред. Питьевой К.Е. Изд. МГУ, 1985. 164 с.

44. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. Кн. 2. М., Мир, 1984. 286 с.

45. Говард А.Д., Ремсон И. Геология и охрана окружающей среды. I., Недра, 1982. 584 с.

46. Гвршков С.П. Экзодинамические процессы освоенных территорий. М., Недра, 1982. 286 с.

47. Горяинов H.H. и др. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии. М., Недра, 1985. 184 с.

48. Гречищев С.Е. и др. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов. М., Наука, 1984. 230 с.

49. Гроздова О.И. Картографирование и региональные прогнозы техногенных изменений подземной гидросферы. Обзор ВИЭМС. M., 1987. 64 с.

50. Демек Я. Теория систем и изучение ландшафта. М., Прогресс, 1977. 222 с.

51. Дончева A.B. и др. Устойчивость природных комплексов и антропогенные нагрузки. Уч. зап. Тарт. ун-та, 1981, Ш 495. С. 90-94.

52. Дружинин B.C., Рыбалка B.M. Особенности глубинного строения Урала по данным ГСЗ.- В сб.: "Вопросы геологической корреляции и металлогении Урала". Изд.Геолфонда РСФСР. М.,1983. с. 38-48

53. Дружинин B.C. и др. Использование результатов много волновой сейсморазведки при изучении земной коры Урала.-Геологияи геофизика. 1985, М

54. Емлин Э.Ф. Геодинамические процессы на активно разрабатываемых колчеданных месторождениях Урала. -НТО горное, Свердловск, 1984. 72 с.

55. Ержанов Ж.С., Тома К. и др. Реология и сейсмомеханикапородного массива. А-Ата, Наука, 1984 г. 200 с.

56. Зильбершмидт В.Г., Спиркова С.И. Прогнозирование оседания кровли продуктивных пластов калийного месторождения, возникающего в результате эксплуатации нефтяных залежей. -Охрана и рац.использ.геол.среды. Пермь, 1987. с.64-71

57. Зобнин А.В. Определение фильтрационных параметров напорных водоносных горизонтов в трещиноватых известняках с использованием волн давления. Сб.ВСЕГИНГЕО, I98S. с.95-101

58. Золоев К.К. и др. Эволюция представлений о геологическом развитии и металлогении Урала. -Разв. и охрана недр, 1990, т 5. с.6-11

59. Зотеев В.Г., Ножин А.Ф. Расчет напряженно-деформированного состояния и устойчивости бортов глубоких карьеров, сложенных трещиноватыми скальными породами. -Матер. У1 Всес.конференции, Фрунзе, 1979. с.269-274

60. Иванов И.П. Оценка изменений инженерно-геологических условий в горнодобывающих районах. -Зап.Ленинградского горного ин-та, 1986, 109. с.П-16

61. Иванов И.П. Инженерно-геологические исследования в горном деле. -Л., Недра, 1987. 256 с.

62. Исследование горного давления геофизическими методами/ Под ред. Ризниченко Ю.В., Виноградова С.Д. М.; Наука, 1967.2X2 с.

63. Исследования механизма развития экзогенных геологических процессов и ^факторов, их обусловливающих. / Под ред. Шеко А.И. М.: ВСЕГЙНГЕО, 1985. 120 с.

64. Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Прогноз землетрясений. -Итоги науки и техники. Сер. Физика Земли, т. 6. Изд. ВИНИТИ. М., 1980. 182 с.

65. Ковалев A.A. Геодинамическая модель и металлогения Южного Урала. ЭИ ВИЭМС, 1983, вып. 6. С. 5-13.

66. Комплзксные оценка и црогноз техногенных изменений геологической среды. / Под ред. Трофимова В.Т. М., Наука,1985. 104 с.

67. Костерова Т.К. Инженерно-геологическое расчленение и оценка свойств элювиальных грунтов Южного и Среднего Урала. Авгореф. канд. дисс. М., 1986.

68. Кучай В.К. и др. Вероятностный геологический прогноз по косвенным изображениям. М., Недра, 1986. 208 с.

69. Левкович P.A. и др. Геодинамический эффект создания крупных водохранилищ в сейсмоактивных областях. Изд. Наука, 1982. 76 с.

70. Ломтадзе В.Д., Чхеидзе Д.В. Инженерно-геологические основы рационального использования геологической среды и ее охраны при разработке М.П.И. 27 Мездунар. геол. конгр. Тез. докл. М., 1984, т. 8. С. 90-91.

71. Лопатина Е.Б. Пространственный анализ интегральной антропогенной нагрузки. В сб.; "Региональный экологический мониторинг". М., Наука, 1983. С. 24-28.2ЭУ.

72. Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. М.: Наука, 1977. 213 с.

73. Маслов H.A., Туезов И.К. Расчет механических напряжений в литосфере Земли на основе гравитационных данных. Б сб.; "Геологическое истолкование потенциальных полей". Киев, Наукова думка, 1983. 236 с.

74. Методика разработки поисковых прогнозов изменения геологической среды. / Под ред. Мощанского В.А. Изд. МГУ, 1988. 252 с.

75. Михайлов Ю.В., Устинова З.Г. Изменение гидрогеологических условий под влиянием деятельности горнодобывающего комплекса Тагило-Кушвинского района (Сред. Зрал). Сб. науч. тр. ВСЕГИНГЕО. M., 1985. С. 34-38.

76. Миханков Ю.М., Федоров Б.Г. Прогнозирование изменений геоморфологических систем при техногенном воздействии. Изд. ЛГУ, 1984. 144 с.

77. Мохов A.B. Методика прогнозной оценки гидрогеологических условий подработки затопленных выработок на пологих и наклонных пластах каменноугольных отложений. Автореф. канд. дисс. М., 1984.

78. Муллер P.A. и др. Теоретические методы расчетов сдвижений и деформаций земной поверхности, вызванных горными работами. ЦНИЭИуголь. -M.f 1977. С. 4-17.

79. Николаев C.B., Тимонина М.С. Влияние разработки рудных месторождений Южного Урала на изменение отдельных компонентов геологической среды. В сб.: "Исслед. влияния гор. разработок на подз. воды и массивы г.п.и ВСЕГИНГЕО. М., 1985.1. С. 98-102.

80. Николаев C.B., Сенатская Г.С., Свиточ H.Â., Толстых Т.Н. Методически! подход к разработке рекомендации по охране геологической среды в горно-добывающих районах. -инж. геология, 1990, Jê I. С. 86-93.

81. Оптимизация природной среды. Тез. докл. Всес. симпоз. МФГО. M., 1981. 368 с.

82. Осипов Ю.Б., Бучкин *LH., Аронзон М.Э. Типологическое прогнозирование инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых Урала. Инж. геология, 1987, M 2. С.56-63.

83. Охрана геологической среды от отрицательного воздействия предприятий горно-добывающего профиля. Докл. Всес. науч. конф. Изд. МГУ, 1984. 262 с.

84. Оценка изменений гидрогеологических условий под влиянием производственной деятельности. / Под ред. Фомина В.М.1. М., Недра, 1978. 264 с.

85. Панасенко Г.Д. Техногенная активизация тектонических процессов в Хибинском массиве, задачи и пути ее изучения.

86. В сб.: Геофизические исследования на Европейском Севере СССР. Апатиты, 1983. С. 25-38.

87. Панин В.И., Тимофеев В.В., Жозырев А.А., Никитин В.Н., Резниченко А.П. Опыт применения сейсмического просвечиваниядля изучения напряженного состошия пород в массиве. Инж. геол., 1981, Jë 5. С. 95-101.

88. Петухов Й.М., Линьков А.М. Механика горных ударов и выбросов. М., Недра, 1983. 280 с.

89. Печеркин И.А. и др. Карстово-суффозионные процессы и их прогноз. В сб.: "Инж. геол. и геол. среда? Дэкл. на28 сес. Междун. геол. конгр." M., 1989. С. 86-96.

90. Плотников И.И. Условия возникновения прорывов воды через зону сдвижения при разработке бокситовш. месторождений Урала. "ta. геол.", 1987, Ш 2. С. 51-55.

91. Пестников И.И. Горные удары при освоении бокситов Урала. Горн, журнал, IS89, 14. С. 49-52.

92. Попов И.Б. и др. Методика составления инженерно-геологических карт. М., Госгеолшдат, 1950. 48 с.

93. Попов И.В. Инженерная геология СССР, ч. I. Изд. МГУ, 1961. 178 с.

94. Попов C.B. Карст на скарновых месторождениях железных РУД Урала. 13 сб.: "Геология, поиски и разв. руд. и неруд. местор. Урала". Вып. 3. Изд. СГМ. Свердловск, 1980. С. 102-107.