авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

Научно-исследовательский институт

горной геомеханики и маркшейдерского дела

Межотраслевой научный центр ВНИМИ

Кемеровское Представительство

ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

ЮЖНОГО КУЗБАССА

Монография

Кемерово 2006

УДК 551.24;

551.432, 550.34

Лазаревич Т.И., Мазикин В.П., Малый И.А., Ковалев В.А.,

Поляков А.Н., Харкевич А.С., Шабаров А.Н.

Геодинамическое районирование Южного Кузбасса.- Кемерово:

Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела - межотраслевой научный центр ВНИМИ.

Кемеровское Представительство, 2006, 181 с.

Выявлены сейсмически и геодинамическии активные разломы на южной территории Кемеровской области, дана оценка представляемых ими сейсмических и геодинамических рисков. Произведено детальное геодинамическое районирование отдельных территорий области в районах городов Осинники, Киселевск, Малиновка. Установлены кинематические типы активных разломов и их связь с крупнейшими геодинамически активными структурами региона. Осуществлена прогнозная оценка степени и характера представляемой активными разломами геодинамической и сейсмической опасности для территории области.

Выполнена геофизическая заверка крупнейших геодинамически активных нарушений в подземных выработках действующих угольных шахт.

Представлен анализ влияния активных разломов на проявления горных ударов и внезапных выбросов на шахтах и рудниках Кузбасса. Отмечена обоснованность постановки вопроса о повышении коэффициента сейсмического риска территории Кемеровской области.

Книга рекомендуется для специалистов проектных и научно исследовательских институтов, высшей школы и работников угольной промышленности.

Табл.7, ил.23, список лит. 41 назв.

ББК ISBN © Лазаревич Т.И., Мазикин В.П., Малый И.А., Ковалев В.А.

Поляков А.Н., Харкевич А.С., Шабаров А.Н. © Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевой научный центр ВНИМИ Кемеровское Представительство, © ООО «Редакционно-издательская фирма «Весть», ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ............................................. 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА ГЕОДИНАМИЧЕС КОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НЕДР КЕМЕРОВ СКОЙ ОБЛАСТИ И ОПЫТА ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЙО НИРОВАНИЯ ПЛОЩАДЕЙ КУЗБАССА.....................

1.1. Анализ состояния сейсмической и геодинамической безопасности недр Кемеровской области. Краткие исторические сведения о происходивших землетрясениях... 1.2. Изученность тектонического строения недр Кузбасса........ 1.3. Опыт геодинамического районирования месторождений и площадей Кузбасса.................................... 1.4. В ы в о д ы............................................ 2. ПРОВЕДЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ НЕДР.................................................... 2.1. Особенности геодинамического режима и морфоструктурные признаки неоднородного строения недр на территории Южного Кузбасса...................................... 2.2. Методические особенности проведения геодинамического районирования южной территории Кемеровской области на основе морфоструктурного анализа...................... 2.3. Геодинамическое районирование южной территории Кемеровской области. Выделение блочной структуры недр методом структурной морфометрии...................... 2.4. Сопряженное дешифрирование аэрокосмофотоматериалов и топокарт, трассировка геодинамически активных структур.. 2.5. Детальное геодинамическое районирование отдельных участков южной территории Кузбасса в зонах его интенсивного промышленного освоения.................. 2.5.1. Геодинамическое районирование поля шахты «Осинниковская»...................................... 2.5.2. Геодинамическое районирование поля шахты «Алардинская»........................................ 2.5.3. Геодинамическое районирование поля шахты № Соколовского месторождения........................... 2.5.4. Геодинамическое районирование территории г. Киселевска 2.6. Анализ сейсмоактивности недр и сейсмогенных проявлений южной территории Кемеровской области на основе сейсмоло гических данных. Выделение сейсмогенных разломов и сейсмоконтролирующих структур........................

2.6.1. Эволюция сейсмогенных процессов в эпоху освоения природных богатств Кузбасса......................... 2.6.2. Положение сейсмогенных разломов В.И.Уломова на территории районирования. Их связь с промышленными мегаполисами Южного Кузбасса...................... 2.6.3. Энергетическое воздействие сейсмических событий на промышленные и жилые объекты Кемеровской области.. 2.6.4. Особенности структур группирования очагов сейсмических событий вокруг промышленных зон и крупнейших горнодобывающих предприятий области................ 2.7. Прогноз распределения современных полей напряжений в выделенных разломах Южного Кузбасса методами математического моделирования......................... 2.8. Заверка сейсмически и геодинамически активных разломов геофизическими методами.............................. 2.9. Типизация выявленных геодинамически активных разломов по масштабному признаку (протяженности разломов).

Положение зон геодинамического риска................... 2.10. Проведение системного комплексного анализа строения недр и положения зон сейсмического и геодинамического риска на территории Южного Кузбасса............................ 2.10.1. Активные разломы земной коры и связанные с ними риски 2.10.2. Принципы ранжирования разломов по степени опасности, понятие территориального риска....................... 2.11. В ы в о д ы........................................... 3. ВЛИЯНИЕ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ НА ДИНАМИКУ НЕДР ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ............... 3.1. Геодинамическая природа происходящих в Кузбассе горных ударов и внезапных выбросов........................... 3.2. Положение участков недр, подверженных наибольшему влиянию геодинамических процессов, влияющих на удароопасность и выбросоопасность угольных пластов и горных пород.........................................

3.3. Перспективы организации системы контроля и управления безопасным состоянием недр на основе инженерной сейсмологической сети Кузбасса........................ 3.4. В ы в о д ы............................................ 4. ОПИСАНИЕ ФОРМ СЕЙСМИЧЕСКОГО И ГЕОДИНАМИЧЕСКО ГО РИСКА. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДДЕРЖА НИЮ СЕЙСМОБЕЗОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИИ РАЙОНИРОВАНИЯ.........................................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................. Литература.................................................. ПРЕДИСЛОВИЕ Монография обобщает результаты многолетних научно исследовательских работ, проводимых институтом ВНИМИ под руководством авторов на шахтах Кузбасса с 1980 по 1991 г. согласно утвержденным ГКНТ СССР отраслевым планам научно исследовательских работ, а с 2004 г. - в соответствии с целевой региональной программой «Сейсмобезопасность территории Кузбасса», утвержденной губернатором А.Г. Тулеевым и законом Кемеровской области № 7803 от 18.11.2004 г.

Актуальность проведения этой работы обусловлена серьезно осложнившейся в последнее десятилетие геодинамической и сейсмической обстановкой на территории области. Проявилась она как в нарастании количества и масштабов происходящих аварий геодинамической природы на горнодобывающих предприятиях области, так и в активизации сейсмических процессов, включая их новые «серийные» формы проявления, как сейсмические события низкого энергетического класса, приуроченные к районам промышленных центров.

Происходящие на отдельных территориях области серийные сейсмические события характеризуются малой глубиной гипоцентров и вызывают ощутимую сотрясаемость земной поверхности, в связи с чем представляют опасность для проживания людей и эксплуатации экологически опасных промышленных объектов в зонах их проявления.

Связанные с ними разрушения и тревожные ожидания создают социальную напряженность у населения сейсмически активных территорий. Так, происходящие в г. Осинниках и его окрестностях с сентября 2005г. и по настоящее время (март 2006 г.) массовые сейсмические явления (землетрясения), несмотря на их, казалось бы, хаотическую разбросанность, оказались, практически, все расположены в зоне пересечения геодинамически активных разломов.

В работе использованы каталоги многолетних сейсмологических наблюдений Алтае-Саянской опытно-методической сейсмологической экспедиции СО РАН и консультативная помощь е ведущих специалистов д.т.н. А.Ф. Еманова и А.Г.Филиной.

Пространственное положение сейсмически и геодинамически опасных зон на территории области продиктованы строением недр региона и положением на его территории геодинамически активных разломов.

Многолетние исследования ВНИМИ позволяют утверждать, что разломы земной коры – важнейшие элементы геологического строения недр, и любое хозяйственное освоение территорий должно предваряться изучением геодинамической ситуации. В этой связи в «Инструкции по предупреждению газодинамических явлений в угольных шахтах». М., 2000 г., обязательным требованием для вновь проектируемых шахт, углубки горизонтов действующих шахт, является выполнение геодинамического районирования, п. 1.10 и Приложение «Инструкции…».

Геодинамическое районирование Южного Кузбасса выполнено по методике ВНИМИ, основу которой составляют методические построения и процедуры системного анализа строения недр по широкому спектру разноплановых геоинформационных показателей и системного обобщения сейсмологической, топографической, космофотографической, геологичес кой, геофизической, горно-технической информации.

При подготовке монографии особое внимание уделено методическим вопросам обобщения экспериментального материала для оценки общего геодинамического состояния шахтных полей и недр Южного Кузбасса, отличающегося исключительно высокой тектонической нарушенностью недр и нагруженностью его территории крупными горнодобывающими, металлургическими и химическими объектами, являющимися зонами риска.

В монографии показано, что решению проблем геодинамической безопасности недр Кузбасса поможет создаваемая в настоящее время по инициативе руководства области инженерная сеймологическая сеть, включающая шесть сейсмостанций с центром сбора и обработки информации в г. Кемерово в Центре мониторинга ГУ МЧС России по Кемеровской области.

Авторы выражают глубокую признательность сотрудникам ВНИМИ и его Кемеровского Представительства, принимавшим непосредственное участие в проведении инструментальных наблюдений, их обобщении и оформлении на отдельных этапах многолетних исследований, коллегам по Представительству и сотрудникам головного института ВНИМИ Скитовичу В.П., Зубкову В.В., Цирелю С.В., Голоудину Р.И., Мельникову Е.К., Кобылянскому Ю.Г., Киселеву В.А., Гусевой Н.В., Антонову О.М., Головко Е.Н., Поляковой Г.А., Головко Г.С., (КузГТУ) и Рудакову В.А. (ВостНИИ).

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НЕДР КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ И ОПЫТА ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ ПЛОЩАДЕЙ КУЗБАССА 1.1. Анализ состояния сейсмической и геодинамической безопасности недр Кемеровской области. Краткие исторические сведения о происходивших на е территории землетрясениях Кузбасс является современным сейсмоактивным регионом, где за последние 200 лет произошло около 20 крупных естественных землетрясений с магнитудой 3,6 – 6,5. А с меньшей магнитудой ежегодно фиксируются сотни землетрясений, большая часть из которых представляет собой сейсмические события низкой энергии неглубоких гипоцентров.

Значительный рост количества сейсмических явлений отмечается в последние десятилетия. При этом активизация сейсмических процессов происходит в зонах, где ранее происходили крупные землетрясения, а в настоящее время ведется активная эксплуатация недр в условиях высокой тектонической и неотектонической нарушенности недр.

С активизацией сейсмических явлений возрастает степень риска аварий, способных вызвать катастрофические последствия, как при освоении природных ресурсов (таких как уголь, руда, нефть и газ), так и при производстве и транспортировке горючих и ядовитых веществ. В этом отношении Кемеровская область, практически на всей ее территории, является зоной повышенного риска, т.к. имеет высочайшую концентрацию горнодобывающих, металлургических, машиностроительных предприятий и химических производств.

В Кузбассе интенсивная разработка различных полезных ископаемых – угля, железной и золотой руды, строительных материалов ведется уже на протяжении более 100 лет с концентрацией добычи на ограниченной территории. На площади Кузбасса, составляющей всего 27 тыс. км2, разработку подземным и открытым способом осуществляют более 300 предприятий и к настоящему времени из недр извлечено уже около 10 млрд. тонн полезных ископаемых, а глубина работ достигла 1000 м от поверхности.

В бассейне ежегодно из естественно-геологической среды извлекается, перемещается и складируется на земной поверхности до 400 млн. м3 горной массы. Перемещение крупных объемов природных ископаемых на протяжении последних десятилетий изменяет геологическую среду региона, нарушает стабильность и равновесное состояние его недр, являющихся чувствительными индикаторами деятельности человека.

В последние десятилетия, предположительно вследствие масштабного инженерного воздействия промышленных объектов Кузбасса на его недра, в регионе произошла активизация проявлений горных ударов, толчков, внезапных выбросов угля и газа, оползневых явлений, сейсмических и динамических явлений. Эта активизация обостряет в целом геодинамическую обстановку и повышает опасность эксплуатации горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, а также объектов химической, металлургической промышленности, крупных энергетических сооружений, а также в целом всех систем жизнеобеспечения региона.

Структура недр Южного Кузбасса отличается весьма высокой тектонической нарушенностью. Недра региона поражены многочисленными системами крупных и малоамплитудных разрывных нарушений различной амплитуды и ориентации. Сложная тектоника региона является главной причиной высокой аварийности и травматизма на подземных горных работах. Высокой нарушенностью пластов наложены серьезные ограничения на повсеместное использование высокопроизводительных механизированных комплексов. Самые нарушенные участки угольных пластов зачастую вообще оказываются недоступны для их извлечения ввиду технологических ограничений и представляемой ими опасности для производства подземной добычи.

Постановка задачи Исследование тектонической нарушенности шахтных недр Кузбасса на протяжении всего периода его освоения являлось приоритетной задачей геологической науки и практики. Тем не менее единая картина тектонического строения его недр стала выстраиваться лишь после освоения достаточно крупных площадей угледобычи и развития горных работ на глубину.

С ростом масштабов подземной добычи начиная с шестидесятых годов минувшего века заметно проявила себя неотектоническая активность недр региона. В этот период обнаружилась активность новейших геодинамически активных разломов. В зонах их влияния возникли специфические динамические формы проявления горного давления в подземных выработках сначала на рудниках Горной Шории, а в последствии на глубоких угольных шахтах Междуреченского, Прокопьевско-Киселевского и Анжерского районов Кузбасса. С развитием горных работ на глубины более 250-350 м на отдельных участках шахт и рудников вблизи геодинамически активных зон стали проявляться горные удары и внезапные выбросы В силу малоамплитудной или безамплитудной кинематики, геодинамически активные разломы обычно не выявляются традиционными методами геологического картирования ни на стадии геологоразведочных работ, ни на стадии эксплуатационной разведки.

Вместе с тем, они практически повсеместно проявляют себя в рельефе земной поверхности, в ландшафтных, гидрологических, почвенно растительных и других признаках е строения и покрова, а также в аномалиях природных геофизических полей.

Часто для распознавания геодинамически активных структур используется зрительный образ земной поверхности на космо- и аэрофотоснимках, на которых активные разломы обнаруживают себя по тонально контрастирующим областям рисунка, отражающим дискретные границы глубинного строения недр.

Отмеченные свойства геодинамически активных разломов легли в основу разработанной ВНИМИ методики геодинамического районирования недр [1], регламентирующей разнообразные методические построения и процедуры проведения системного анализа строения недр по широкому спектру разноплановых геоинформационных показателей.

Предписанные методикой процедуры позволяют наиболее достоверно устанавливать контуры геодинамически активных разломов и распознавать их кинематические характеристики на основе синтеза дополняющей друг друга сейсмологической, топографической, космофотографической, геологической, геофизической, технологической информации.

В основе модели геодинамического поведения недр лежат представления о блочном строении геологической среды, неотектонической природе современной активности геологических нарушений, иерархическом построении систем геодинамически активных нарушений.

Под геодинамически активными разломами в геодинамике понимаются прорастающие в современный период развития разломы земной коры, отличающиеся более активным развитием деформаций геологической среды вдоль их створных направлений, высокой концентрацией напряжений и повышенной проницаемостью недр вдоль их простирания, развитием структурных изменений примыкающих к ним участков горного массива (малоамплитудных разрывов, флексур, послойных нарушений, раздувов и пережимов пластов и т.д.).

Прорастающие разломы представляют собой природные тектонические процессы, на которые, тем не менее, влияет и техногенная деятельность человека.

По природе своего образования все геодинамически активные разломы в реальной геологической среде находятся в соподчиненном положении. Они ранжируются по масштабному признаку на структуры различного иерархического уровня, при этом каждый из разломов находится в иерархической подчиненности от разломов более крупного ранга. Более активными движениями обычно отличаются разломы самых крупных масштабных рангов, однако максимальная концентрация напряжений чаще приурочена к разломам среднего или самого мелкого масштабного ранга (более «молодым» в ряду иерархической подчиненности).

При производстве подземных горных работ геодинамически активные разломы являются источниками повышенных рисков возникновения аварий, горных и горно-тектонических ударов, внезапных выбросов, внезапных обрушений кровли, и других опасных событий и явлений геодинамической природы. Явления эти сопровождаются выделением больших запасов упругой энергии, сопоставимых с энерговыделениями при мелкофокусных землетрясениях.

Структурные блоки представляют собой часть геологической среды, расположенные между активными геологическими нарушениями.

Они отличаются относительной консервативностью геодинамического поведения, более стабильными и выдержанными геодинамическими характеристиками. Ведение горных работ во внутренних частях структурных блоков наиболее безопасно, развитие непредсказуемых геодинамических процессов в этих зонах маловероятно.

Зоны сопряжения геодинамически активных разломов представляют собой наиболее опасные участки недр, характеризующиеся самыми высокими рисками развития опасных геодинамических процессов и явлений, проявления горных и горно-тектонических ударов на подземных горных работах, развития крупных оползней и обрушений в бортах угольных разрезов.

Формирующиеся в недрах Кузбасса геодинамически активные структуры тесно связаны с пересекающими его территорию крупными сейсмогенными разломами. Положение наиболее крупных из этих разломов установлено коллективом ученых-сейсмологов под руководством В.И. Уломова в рамках проводимой ими целевой работы по сейсмическому районированию территории России и сопредельных стран.

Результатом проведенной этим коллективом работы явилось построение комплекта карт сейсмического районирования всей территории России и Северной Евразии, включая территорию Кемеровской области (рис. 1.1). Разработанный ими документ ОСР имеет статус общероссийского нормативного документа (главные редакторы В.Н. Страхов, В.И. Уломов).

Заложенная в основу методики ОСР-97 концепция оценки сейсмической опасности недр основывается на построении модели источников землетрясений (модели очаговых зон - МОЗ) и модели возможного сейсмического эффекта от их проявления (МСЭ).

Модель источников землетрясений строится на основе линеаментно-доменно-фокальной (ЛДФ) модели зон возникновения очагов землетрясений (зоны ВОЗ). В ней рассматриваются четыре масштабных уровня территориального охвата районируемой территории: регион (как структурно обособленный элемент земной коры с индивидуальным характером сейсмического режима) и три его основных структурных элемента – линеаменты, домены и потенциальные очаги землетрясений.

Линеаменты служат основным каркасом ЛДФ модели и отображают на земной поверхности в генерализованном виде оси верхних кромок трехмерных и относительно четко выраженных сейсмоактивных структур. Линеаменты несут основную часть сейсмического потенциала, так как вдоль них размещаются очаги наиболее крупных землетрясений (для линеаментов принята магнитуда М6). Линеаменты могут пересекать друг друга, создавая решетку и повышенную сейсмическую опасность в е дислокационных узлах, поскольку вблизи этих узлов влияние на недра оказывают сразу два линеамента.

Домены – это участки недр между линеаментами, внутри которых с приблизительно равной плотностью рассеиваются очаги землетрясений невысоких магнитуд. Для Кузбасса – это территориально рассеянные очаги с магнитудами менее 5,0.

3. 3.6 0 6.0 6.1 9 2 3.6 0 6.0 6.1 9 2 4.9 2 5.0 4.1 9 1 4.9 2 5.0 4.1 9 1.3 0 1.0 3.1 8 8 4.3 0 1.0 3.1 8 8 6 Ки сел вск 6.1 1 2.0 3.1 9 0 Ки сел вск 5.6 2 7.0 3.1 8 7 6.1 1 2.0 3.1 9 0 3 5.7 1 9.0 7.1 8 9 5.7 1 9.0 7.1 8 9 8 5.6 2 7.0 3.1 8 7 Н о во ку зн ец к Прокопьевск Н о во ку зн ец к Межд у р еч ен ск Прокопьевск 2 0.1 0.1 9 6 Межд у р еч ен ск О си н н и ки 4.2 0 9.0 1.1 9 4 4.2 0 9.0 1.1 9 4 О си н н и ки 4 2 0.1 0.1 9 6 4 1 1.1 1.1 9 5 4 1 1.1 1.1 9 5 расчетная балльность,соответствующ ая расчетная балльность,соответствующ ая среднем у периоду 1000 лет среднем у периоду 500 лет Условные обозначения - 6 баллов 3.6 0 6.0 6.1 9 2 -7 баллов 4.9 2 5.0 4.1 9 1 - 8 баллов - 9 баллов 4.3 0 1.0 3.1 8 8 очаги исторических зем летрясений 6 Ки сел вск.1 9 0 6.1 1 2.0 5.6 2 7.0 3.1 8 7 Н о во ку зн ец к 5.7 1 9.0 7.1 8 9 Межд у р еч ен ск Прокопьевск сейсм ические крупнейшие разлом ы О си н н и ки по В.И. Улом ову 2 0.1 0.1 9 6 6 4.2 0 9.0 1.1 9 4 4 1 1.1 1.1 9 5 расчетная балльность,соответствующ ая среднем у периоду 5000 лет Рис. 1.1. Схема сейсмического районирования территории Кемеровской области на основе комплекта карт общего сейсмического районирования территории России ОСР-97.

Потенциальные очаги землетрясений представляют собой наиболее опасные зоны пересечения линеаментов. Методикой определяется зависимость энергии вероятных землетрясений возможной периодичности их проявлений от размеров примыкающих к ним линеаментов. Потенциальные очаги землетрясений характеризуются теми же кинематическими типами, что и ранее зарегистрированные в них очаги землетрясений.

При генерализованном сейсмическом районировании, каким является ОСР-97, надежными являются выделения линеаментов, генерирующих землетрясения с магнитудой M max=6.0. При этом линеаменты, с Mmax включают в себя и линеаменты меньших рангов, поскольку вдоль них происходят и землетрясения с MMmax. Очаги землетрясений с Mmax=5,5, как правило, принадлежат доменам. Следует отметить, что методика ОСР-97 указывает на возможность снижения порога граничных магнитуд при выполнении детального сейсмического районирования.

Как следует из вышеизложенного, концепция геодинамического районирования недр, заложенная в методику геодинамического районирования, имеет весьма близкие аналогии с концепцией сейсмического районирования ОСР-97 в части модельного представления элементов геологической среды. Выделяемые в процессе районирования геодинамически активные разломы, геодинамические блоки и узлы сочленения разломов в линеаментно-доменно-фокальной модели зон ВОЗ соответствуют понятиям линеаментов, доменов и потенциальных очагов землетрясений.

В дальнейшем изложении материалов районирования использо вание понятий доменов, фокальных областей и линеаментов соотносится с соответствующими им понятиями геодинамически активных разломов, структурных блоков и узлов сопряжения активных разломов. На основе отмеченных аналогий строится обобщенная модель строения геологичес кой среды с выделением в ней активных разломов, блоковых структур и опасных зон в местах сопряжения разломов, несущих одновременно риски проявления геодинамических и сейсмических процессов.

Эти положения используются для построения единых модельных представлений о территориальном распределении зон рисков и оценки мер этих рисков в зависимости от природы их источников.

Таким образом, оценки рисков проявления сейсмических и геодинамических явлений должны основываться на детальном изучении строения геологической среды и выявлении главенствующих форм структурных связей и отношений на участках прогнозируемого развития этих явлений.

1.2. Изученность тектонического строения недр Кузбасса Систематические исследования геологического строения бассейна начались в 1914 г., когда под руководством Л.И. Лутугина была начата геологическая съмка региона. В результате была составлена первая геологическая карта масштаба 1:200000 и опубликована монографическая сводка, в которой впервые было дано целостное систематическое описание геологического строения и полезных ископаемых Кузнецкого бассейна.

Современное представление о геологическом строении и минеральных ресурсах бассейна сложилось в результате выполнения большого объма геологоразведочных и научно-исследовательских работ, выполненных в 1930-1980 гг. В конце 50-х – начале 60-х годов прошлого века были опубликованы полистные комплекты геологических карт масштаба 1:200000 и объяснительные записки к ним.

В 1964 г. была издана «Геологическая карта Кузнецкого бассейна и его горных обрамлений» масштаба 1:500000 под редакцией В.И.

Яворского (составлена карта в 1961 г.) и в 1965 г. – объяснительная записка к карте [2]. На тот период времени это была наиболее полная сводка по геологии Кузнецкого бассейна и обрамляющих его территорий Кузнецкого Алатау, Горной Шории, Салаира и Томь-Колыванской складчатой области. На карте и геологическом разрезе к ней достаточно полно отображены разрывные нарушения, выявленные к этому времени, однако в «Объяснительной записке …» описанию характера дизъюнктивов уделено очень мало внимания, и практически ничего не говорится о сейсмичности территории и геодинамической обстановке.

Более полные и подробные сведения о геологическом строении и полезных ископаемых региона были опубликованы в 7 томе монографии «Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР», вышедшем в 1969 г. [3].

В 2000 году была издана Геолого-промышленная карта Кузнецкого бассейна масштаба 1:100000 под редакцией А.З. Юзвицкого [4] и объяснительная записка к ней. На этой карте очень детально отображены разрывные нарушения, однако они практически никак не охарактеризованы с точки зрения геодинамической опасности. Кроме того, южная граница карты ограничена широтой 5320, и значительная часть юга Кемеровской области оказывается вне площади этой карты.

Последняя из обобщающих работ по геологии Кузнецкого бассейна датирована 2003 годом – это том II «Угольной базы России», - вышедший под редакцией В.Ф. Череповского [5]. В ней достаточно полно представлены сведения о стратиграфии, тектонике, угленосности территории, условиях отработки угольных пластов, но крайне скупо и в самой общей форме охарактеризована геодинамическая ситуация.

Несмотря на длительную историю геологических исследований, изученность Кузнецкого бассейна неравномерна. Детальными геологоразведочными работами охвачено не более 20% территории бассейна до глубин 500-1200 м. Почти вся площадь бассейна покрыта детальными гравиметрическими и магнитными съмками, пересечена густой сетью сейсмических профилей, однако разрабатываемые на их основе геологические модели нуждаются в подтверждении прямыми геологическими наблюдениями на обнажениях или бурением.

В 80-е и особенно 90-е годы геологоразведочные работы значительно сократились, и геологическая служба, лишенная бюджетного финансирования, оказалась на грани полного разрушения. Сейчас в бассейне в небольших объмах продолжаются региональные работы, связанные с обновлением Государственной геологической карты, режимные гидрогеологические наблюдения, тематические исследования по метановому проекту и разведка локальных площадей по заказам угольной отрасли [5].

По современным представлениям, Кузнецкий бассейн и смежные с ним регионы составляют комплекс структур западной части Алтае Саянской складчатой области, входящей в состав Урало-Монгольского подвижного пояса. Бассейн представляет собой крупную тектоническую депрессию, заполненную мощными вулканогенно-осадочными толщами, которые залегают на разнородном фундаменте. Формирование осадочно вулканогенного комплекса продолжалось приблизительно 350 млн. лет – с раннего палеозоя по средний мезозой.

Оставаясь зоной преимущественного опускания, Кузнецкий прогиб пережил ряд этапов складкообразования, сопровождавшихся поднятиями и глубокой денудацией. Современные очертания и внутреннюю структуру он приобрел в основном к концу юры – началу мела. Угленосность бассейна связана с четырьмя этапами углеобразования: девонским, каменноугольно – пермским, юрским и палеоген – неогеновым.

Практический интерес в настоящее время представляют только угли каменноугольного и пермского возраста, которые детально изучены и интенсивно разрабатываются.

Многоэтапность геологического развития и переходное тектоническое положение бассейна на стыке геологических систем с различной степенью мобильности предопределили неоднородность его тектонической структуры с усложнением от молодых комплексов к более древним, от средней части к периферии и по направлению с востока на запад – от каледонских обрамляющих структур к герцинским.

В Кузнецком бассейне выделяются пликативные (складчатые), дизъюнктивные (разрывные) и инъективные дислокации. Наиболее широко, почти повсеместно, распространены разнообразные смятия и разрывы слоистой структуры, сформированные преимущественно горизонтальными тектоническими движениями в комбинации с глыбовыми перемещениями кристаллического фундамента.

Складчатые дислокации представлены широким диапазоном порядков – от микроформ, не выходящих за пределы тонкого угольного или породного прослоя, до складок протяженностью в десятки км и амплитудой до 1000 м. Широко распространены моноклинали, зачастую осложненные флексурами. Разрывные дислокации также различны по размеру – от едва заметных трещин до региональных разломов длиной более 100 км и амплитудой до 3 км и более. Почти все крупные и подавляющее большинство среднеамплитудных разрывов представлены взбросами и надвигами, образовавшимися в условиях горизонтального сжатия.

Картирование тектонических нарушений по материалам геологоразведочных работ в целом носит вероятностный характер.

Вскрытие разрывных нарушений горными работами зачастую обнаруживает несоответствие их прогнозного и фактического положения.

Нередки случаи неподтвержденных нарушений, либо пересечения их в непредвиденном месте, что также служит источником повышенных рисков аварий и происходящих несчастных случаев.

Как показал опыт геодинамического районирования недр, малоамплитудная нарушенность недр повсеместно возрастает в створных направлениях геодинамически активных разломов, где им сопутствует повышенная концентрация напряжений в массиве и повышенная проницаемость недр.

Таким образом детальное картирование тектонических нарушений в недрах Кузбасса является непременным и важным условием решения проблем безопасности эксплуатации недр, но не способно решить эту проблему в целом. В современном геодинамическом и сейсмическом режиме Кузбасса самые высокие риски исходят от геодинамически активных и сейсмогенных разломов, индуцирующих природные и техногенные землетрясения, а также геодинамические явления с большими разрушительными последствиями.

1.3. Опыт геодинамического районирования месторождений и площадей Кузбасса До настоящего времени геодинамическое районирование недр на территории Кузбасса осуществлялось лишь фрагментарно, на отдельных участках действующих и проектируемых шахтных полей и месторождений и в основном производилось в связи с возникавшими на горнодобывающих предприятиях области задачами освоения проблемных площадей угледобычи.

Все проводимые по геодинамическому районированию работы выполнялись по единой методике ВНИМИ [1]. До настоящего времени эта методика является единственным действующим межотраслевым нормативным документом по геодинамическому районированию недр, обеспечивающим единый стандарт реконструкции строения недр по комплексу геоинформационных показателей геологической среды и морфологическим признакам строения земной поверхности для действующих шахт и горизонтов, а также вновь осваиваемых угольных, рудных и нерудных месторождений.

За последнее десятилетие геодинамическое районирование выполнено для участков полей шахт «Алардинская», «Усинская», «Распадская», «Осинниковская», №7 (Соколовское месторждение), «Ерунаковская 8», «Первомайская», «Анжерская», «Судженская», для Талдинской и Нарыкской площадей угледобычи, Таштагольскому месторождению и др. Часть результатов выполненного районирования шахтных полей, находящихся на территории Южного Кузбасса в обобщенном виде представлены в последующих разделах отчета.

Следует отметить, что геодинамическое районирование месторождений Кузбасса, наряду с районированием рудных месторождений СУБРа и Норильска, во многом носило характер «обучающих задач», поскольку важнейшие методические положения методики адаптировались к реальным условиям шахт и рудников, уточнялись и получали развитие непосредственно в процессе выполнения процедур районирования на основе фактических данных. Таким образом, основные результаты районирования прошли испытание и проверку самой практикой горных работ.

Накопленный в настоящее время фактический материал геодинамического районирования шахтных полей и месторождений Кузбасса подтверждает единую природу и общность геодинамического поведения недр региона, справедливость идей ранжированности и иерархической соподчиненности разномасштабных геодинамически активных структур, цикличности развития и локальной проявленности происходящих в них геодинамических процессов.

1.4. В ы в о д ы Кузбасс является современным сейсмоактивным регионом с нарастающей динамикой развития современных сейсмических и геодинамических процессов.

Нарастанию природной сейсмической активности территории Кузбасса способствуют: высокий уровень техногенной нагрузки на его недра, реструктуризация угольной отрасли на основе закрытия путем затопления около 40 нерентабельных шахт и резкая интенсификация технологий открытой и подземной добычи, значительно возросшие глубины разработки, освоение новых площадей угледобычи.

Кузбасс отличается высокой степенью тектонической нарушенности недр. Недра региона поражены многочисленными системами крупных и малоамплитудных разрывных нарушений различной амплитуды и ориентации. Сложная тектоника региона является главной причиной высокой аварийности и травматизма на подземных горных работах.

Главенствующими формами тектонической нарушенности недр региона являются его глубинные разломы, многие из которых имеют единые корни с крупнейшими Алтае-Саянскими континентальными разломами.

Геодинамическая активность недр региона проявляет себя с 1960-х годов, сначала в виде отдельных проявлений динамических форм горного давления в подземных выработках рудников Горной Шории, а в последствии на глубоких угольных шахтах Междуреченского, Прокопьевско-Киселевского и Анжерского районов Кузбасса. С развитием горных работ на глубинах более 250-350 м вблизи геодинамически активных зон стали проявляться горные удары и внезапные выбросы.

В последние годы, при достигнутых на шахтах глубинах разработки, составляющих максимально 850 м, геодинамически активные разломы являются источниками повышенных рисков возникновения аварий, горных и горно-тектонических ударов, внезапных выбросов, внезапных обрушений кровли, и других опасных событий и явлений геодинамической природы. Явления эти сопровождаются выделением больших запасов упругой энергии, сопоставимых с энерговыделениями при мелкофокусных землетрясениях.

Для оценки рисков проявления сейсмических и геодинамических явлений используются методы сейсмического и геодинамического районирования недр. Эти методы основываются на единых модельных представлениях о строении геологической среды и предусматривают выявление геодинамически активных разломов (линеаментов), геодинамических блоков (доменов) и узлов пересечения разломов (фокальных зон), как специфических форм структурных связей и отношений, способствующих проявлению опасных сейсмических и геодинамических событий.

В основу методики геодинамического районирования ВНИМИ заложены методические построения и процедуры системного анализа строения недр по широкому спектру разноплановых геоинформационных показателей. Предписанные методикой процедуры позволяют наиболее достоверно картировать геодинамически активные разломы и распознавать их кинематические характеристики на основе системного обобщения сейсмологической, топографической, космофотографической, геологической, геофизической, горно-технической информации.

До настоящего времени геодинамическое районирование на территории Кузбасса проводилось лишь для локальных территорий угледобычи. Опыт его проведения подтвердил единую природу и общность геодинамического поведения недр региона, справедливость заложенных в его методику идей ранжированности и иерархической соподчиненности разномасштабных геодинамически активных структур, цикличности развития и локальной проявленности происходящих в них геодинамических процессов.

2. ПРОВЕДЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ НЕДР В основе метода геодинамического районирования недр ВНИМИ, использованного при решении задач геодинамического районирования южной территории Кемеровской области, лежат следующие основополагающие принципы современной геодинамики недр:

неотектоническая природа современной активности геологичес ких нарушений;

иерархическое построение систем геодинамически активных нарушений;

специфика развития вертикальных и горизонтальных тектонических процессов;

возможность использования систем «маркирующих» признаков проявления геодинамической активности геологических нарушений на основе стандартных и специализированных форм горно-геометрического анализа строения недр и земной поверхности.

Методический подход к проводимому районированию недр Кузбасса состоял в последовательном решении следующих задач:

трассировки геодинамически активных разломов на территории Южной части Кемеровской области по комплексу выявленных на этой территории морфологических и топометрических признаков дискретного строения геологической среды;

установления кинематических типов выявленных активных разломов и их связи с системами крупных геологических нарушений на территории области;

прогнозирования степени и характера представляемой этими нарушениями геодинамической и сейсмической опасности для территории области.

Решение первой задачи осуществлялось с привлечением разработанной во ВНИМИ схемы геодинамического районирования недр, основанной на системном анализе широкого перечня геоинформационных показателей и использовании методов:

морфометрического анализа рельефа земной поверхности;

анализа материалов космо- и аэрофотосъемок территории области;

анализа сейсмической активности недр Кемеровской области;

проведения геофизического мониторинга территории контроля в материалах которого разломы проявляют себя в различных формах аномалий природных геофизических полей;

анализа происходивших на горнодобывающих предприятиях области аварий геодинамической природы (горных ударов и внезапных выбросов).

Назначение методов топографического, космо- и аэротопографического анализа состояло в раскрытии морфометрических признаков проявления геодинамической активности недр, а также наличия и местоположения активных разломов в структуре недр Южного Кузбасса и вмещающих его участков земной коры.

Решение второй задачи заключалось в установлении кинематичес ких типов выявленных активных разломов, реконструкции, описании и прогнозной оценке поведения выявленных систем активных нарушений в условиях происходящего нарастания сейсмической и геодинамической активности недр региона.

Решение третьей задачи заключалось в описании форм геодинами ческого риска, представляемого выявленными геодинамически активными структурами для территории области, е промышленных зон и населенных пунктов.

2.1. Особенности геодинамического режима и морфоструктурные признаки неоднородного строения недр на территории южного Кузбасса Своеобразие геодинамического режима недр южного Кузбасса определяется наличием двух доминирующих факторов: пересечением указанного участка недр крупной сейсмогенной структурой, начинающейся от озера Байкал и пересекающей недра Кузбасса в районе Междуреченска, Новокузнецка и Прокопьевска, а также наличием здесь серии крупных разломов. Прежде всего, это дугообразные пограничные разломы близмеридионального простирания, обращенные выпуклостью на восток и отделяющие Кузнецкую депрессию от горно-складчатых сооружений Салаира (Тырганский разлом), Кузнецкого Алатау и Горной Шории (Мартайгинский разлом).

Тырганский разлом представляет собой взбросо-надвиг амплитудой в несколько километров, по которому салаирские структуры надвинуты на Кузнецкий бассейн. Сместитель Мартайгинского разлома имеет крутое восточное падение, в районе Таштагола он расщепляется в южном направлении на три самостоятельные ветви. Помимо этих двух основных дизъюнктивных нарушений первого порядка, на территории проявлен ряд поперечных к ним разломов второго порядка (с севера на юг): Кытмановский, Ташелгино-Темирский и Темиртаусский. Как правило, сместители всех упомянутых разломов сопровождаются множеством сближенных поверхностей скалывания и зонами дробления шириной в десятки и сотни метров.

Помимо основных разрывных нарушений первого и второго порядка, на территории широко проявлены многочисленные более мелкие разломы разнообразной морфологии и ориентировки. Наряду со взбросами и надвигами встречаются сбросы, сдвиги и более сложные комбинированные формы. Как правило, мелкие разломы приурочены к боковым частям крупных сместителей, замкам и крыльям складок и участкам резкого перегиба их шарниров. Широко развиты и послойные нарушения.

Есть основания считать разрывные нарушения, проявленные на описываемой территории, активными на современном этапе геологического развития Кузнецкого бассейна. Здесь начиная с 1898 г.

регистрируются крупные землетрясения, и эта территория входит в зону 7 балльной сейсмической активности [6]. Эпицентры большей части землетрясений приурочены к зонам Тырганского, Кытмановского и Ташелгино—Темирского разломов.

Приуроченность большинства землетрясений, регистрируемых сейсмостанцией Таштагол, к зоне Мартайгино-Шорского разлома также не может быть случайной. К настоящему времени на территории Кузбасса зафиксировано 700 естественных землетрясений энергетического класса K7 [5]. Из рис. 4.1 также видно, что к этим разломам приурочены крупные аварии на шахтах и рудниках.

О современной активности разломов говорит и такой факт. По данным геотермических исследований, горные породы в зонах крупных разломов характеризуются повышенной в сравнении со смежными участками температурой, что может свидетельствовать о распространении этих разломов на большую глубину и подъме по ним термальных вод и газов. Повышенная геодинамическая активность недр Кузнецкого бассейна отрицательно сказывается на работе горнодобывающих предприятий и представляет определнную угрозу объектам гражданского и промышленного строительства, автомобильным и железным дорогам, трубопроводам, и т.п.

Исключить или минимизировать ущерб от геодинамических проявлений, грамотно оценить территориальные риски, связанные с наличием на площади активных разломов, можно лишь на основании результатов геодинамического районирования недр, трассировки выявленных активных разломов и оценке представляемой ими потенциальной опасности.

Физико-географические характеристики объектов районируемой территории обусловлены положением его в зоне тектонического сочленения Кузнецкой Котловины и обрамляющей е системы горных хребтов Кузнецкого Алатау (на востоке), Салаирского Кряжа –(на западе) и Горной Шории (на юге). Рельеф района резко расчленнный с резкими эрозионными формами, характерными для низкогорий и хорошо развитой гидросетью. Рассекающая территорию области, е главная водная артерия - река Томь, имеет обширную площадь водосбора, питается в основном склоновым стоком с поверхности мелкосопочника. через разветвленную сеть более мелких рек и ручьев.

Территория районирования покрыта густой сетью малых рек с хорошо выраженным рисунком резких изгибов («изломов») и «ветвления»

русел рек на склонах и в тальвегах, отражающих тектоническое строение недр. Абсолютные отметки земной поверхности занимают диапазон от 210-225 м в долинах рек до 610-620 м на водоразделах.

Крупнейшими элементами неоднородного строения недр на территории области являются резко обозначенные границы господствующих на этой территории крупных геологических систем, залегающих в недрах Кузнецкой котловины, в отрогах Кузнецкого Алатау, Горной Шории и Салаирского Кряжа. Эти области отмечены контрастными различиями на уровне всех физико-географических характеристик, включая различия геологического, географического, климатического характера.

Основными структурообразующими элементами рельефа являются крупные сопочные ансамбли, покрывающие предгорные участки обрамляющих Кузнецкую котловину горных систем. Конфигурация мелкосопочной конструкции продиктована вариацией господствующих направлений простирания гребней сопок с преобладанием СЗ-ЮВ и СВ ЮЗ простираний. Ширина по гребню колеблется в среднем от 50 до 150 м, достигая на отдельных участках 500 м. Относительные превышения основного водораздела над тальвегами рек второго порядка в их средних руслах составляет 250-300 м, а над долинами основных рек (Томи, Кондомы, Усы, Мрасс-Су)– до 400 м.

Как для главного, так и для второстепенных водоразделов, характерны вытянутые очертания. Численные значения их уклонов имеют средние значения 0,1-0,2, достигая на крутых изломах рельефа 0,4-0,5 и снижаясь в низинах до 0,02-0,1. Гривам и холмам присущи округлые формы с выпуклыми, волнистыми, уступообразными склонами, часто со следами древних и современных оползней.

На участках, представленных крепкими устойчивыми к выветриванию горными породами, русла рек резко сужаются, образуя перекаты. На остальных участках долины рек имеют V-образную, корытообразную, реже коробчатую форму поперечного профиля, что характеризует залегающую в их основании геологическую толщу, как дискретную среду. Даже при хорошо разработанной долине (реки Кондома, Мрасс-Су), речной поток на отдельных его дистанциях принимает неустойчивые формы, подмывая то правый, то левый берег, и оставляя старицы, протоки, озера.

Повсеместно в вершинах рек наблюдаются современные эрозионные размывы. Ступенчатое строение речных долин, проявление оползней, современные размывы в верхних руслах рек свидетельствуют о продолжающейся эрозионной деятельности.

Характерной чертой строения рельефа являются широкое развитие оползней, обусловленных крутыми бортами долин, обводненностью и слабой устойчивостью рыхлых четвертичных отложений. Признаками их развития служат оползневые уступы и трещины, искривленные стволы деревьев, бугры выпирания. Отмечены случаи активизации оползневых процессов во время ведения строительных работ, подработки территорий.


Таким образом, к признакам проявления современной геодинамической активности недр и дискретного строения подстилающей геологической среды на территории южной части Кемеровской области относятся:

резкая расчлененность рельефа (контрастные понижения рельефа в оврагах и речных долинах), свидетельствующих о продолжающихся в современную эпоху воздымающих движениях земной поверхности;

резкие различия ландшафтных оформлений по границам крупных природных образований;

азимутально выдержанная гидрографическая и сопочная сеть в направлениях главных осей деформаций земной коры на территории Кузбасса (ССЗ-ЮЮВ);

линеаризованные формы строения морфоструктур, (протяженные и узкие конфигурации долин и водоразделов, простирающихся на десятки км);

ступенчатый профиль речных долин, характерный для дискретного строения подстилающих их участков недр;

неустойчивый гидрографический режим рек (старицы, протоки, озера);

относительное превышение глубины эрозии в тектонических блоках более древних пермских угленосных отложений по сравнению с блоками более молодых юрских образований;

активное развитие современных оползневых процессов на склонах сопок и горных хребтов;

заметное отставание эрозионных процессов на участках, представленных крепкими, устойчивыми к выветриванию породами (особенно в руслах рек);

неравновесное состояние устойчивости склонов, легко нарушаемое при инженерном воздействии на грунт (планировка поверхности, строительные работы, подработка склонов горными выработками);

очаговые проявления резких изломов и перегибов рельефа, несвойственные длительно денудируемым поверхностям (пенепленам), но характерные для активных областей;

подчиненное положение главенствующих элементов рельефа по отношению к геологическому строению недр (тектонической границе юрских отложений, крупным геологическим нарушениям - разломам, складкам);

наличие областей преобладания овальных форм оврагов и водоразделов, наследующих особенности глубинного строения недр в зонах кольцевых структур.

Перечисленные элементы рельефа не свойственны древним, эродированным формам рельефа (пенепленам) и в целом свидетельствуют о преобладании различных форм современных блоковых движений земной коры, свойственных развивающимся и относительно молодым платформенным системам.

Признаком воздымающих движений тектонических блоков на территории Западной части Алтае-Саянского региона является превышение гипсометрических отметок их вершинной поверхности значения +300 м.

Морфотектонические блоки, превышающие указанные отметки, характеризуются как испытывающие в современную эпоху медленные поднятия, а залегающие в их основании участки недр – как находящиеся в поле современных сжимающих деформаций земной коры.

Для построения «Схемы зон сейсмического и геодинамического риска на территории южной части Кемеровской области» масштаба 1:500000 (см. п. 2.7) были использованы следующие материалы:

результаты морфоструктурного анализа топографических карт;

результаты инструментального и экспертно-логического дешифрирования космических снимков;

карта разломной тектоники Кузбасса масштаба 1:1250000;

карта эпицентров землетрясений с K7 за 1963-1999 гг., горных ударов и внезапных выбросов на территории Кузбасса масштаба 1:2500000;

геологическая карта Кузнецкого бассейна и его горных обрамлений масштаба 1:500000;

результаты математического моделирования напряжнного состояния блочного массива;

результаты геофизических наблюдений в подземных выработках шахт Кузбасса.

2.2. Методические особенности проведения геодинамического районирования южной территории Кемеровской области на основе морфоструктурного анализа Составление геодинамической карты. В процессе составления геодинамической карты последовательно производилась подготовка ее фактологической основы, а затем комплексная интерпретация полученных материалов. Исходными данными для ее составления служат: карта имеющихся в заданном районе рельефообразующих разломов, выраженных в его современном ландшафте и гипсометрическая карта этой территории.

Интерпретация таких фактических материалов заключается в определении границ разноуровневых геодинамических блоков одного выбранного масштабного ранга на базе совмещенных карт гипсометрии района и системы отдешифрированных на его территории рельефообразующих – активных разломов.

Подготовка гипсометрической карты для использования в качестве исходных геодинамических данных требует изготовления ее красочного варианта. Эта работа методически не сложна, но достаточно трудоемка. Выбор гипсометрических уровней для основы геодинамической карты во всех случаях с шагом не менее 0,1 разницы между отметками вершин водоразделов заданного участка. Однако на ней могут вычленяться и более крупные уровни как одинакового, так и переменного вертикального интервала. Их раскраска производится по возможности в цвета обычных географических карт, но отчасти для контрастности может выполняться в произвольных расцветках.

Дешифрирование геодинамически активных рельефообразующих разломов В качестве геодинамически активных разломов нами считаются несцементированные зоны дробления коренных пород, прерывающие упругие свойства горного массива, независимо от амплитуды или без видимого смещения разделенных ими смежных тектонических блоков.

Геодинамически активные разломы как несцементированные зоны дробления проявляются в ландшафте и рельефе, благодаря своим аномальным, по сравнению с неразрушенными участками массива, прежде всего механическим и гидрогеологическим, а также геофизическим, геохимическим и др. характеристикам.

Коренные породы в этих зонах легче поддаются эрозионно денудационному разрушению, а сами зоны дробления служат каналами миграции подземных и грунтовых вод, что через растительность предопределяет их аномальный узкополосовой облик в естественном ландшафте местности на аэрофотоснимках и космоснимках. В зависимости от своей повышенной либо пониженной обводненности такие активные разломы прослеживаются на указанных снимках в виде, соответственно, темно- или светлоокрашенных узких и нитевидных спрямленных линий (тектоногенных линеаментов).

Тектоногенные линеаменты, кроме того, выделяются своим дисконформным расположением в общем облике эрозионно денудационного рельефа. Нередко они трассируются в рельефе местности так называемыми тектоническими бороздами и уступами, а так же подчеркиваются спрямленными отрезками речных и сквозных долин, прямолинейными ограничениями поднятий и заболоченных низин.

Иногда, в силу недостаточной разрешающей способности снимков данного масштаба, тектоногенные линеаменты прослеживаются только в виде прямолинейных или спрямленных дугообразных границ, которые разделяют поля фотоизображения, различающиеся заметно не одинаковыми тональностью и рисунком.

Указанные линеаменты, как показывает опыт геологосъемочных и поисково-разведочных работ, практически всегда бывают обусловлены наличием несцементированных зон дробления коренных пород. В современный ландшафт такие зоны дробления телескопируются даже сквозь мощный чехол рыхлых кайнозойских образований именно благодаря аномальности своей гидрогеологической, а, зачастую, также геохимической, геотермической и других характеристик.

В случае подпитки подземными, особенно минерализованными и газонасыщенными, или даже просто грунтовыми водами, они обуславливают появление на черно-белых снимках контрастно темноокрашенных полос относительно более пышной растительности.

Реже, когда зоны дробления дренируют поверхностные воды, они выглядят светлоокрашенными. Тектоногенные линеаменты, разграничивающие участки с контрастно отличающейся тональностью фотоизображения, очевидно разделяют смежные блоки разной геодинамической активности и потому с заметно неодинаковыми уровнями грунтовых вод, а также мощностью и составом рыхлых образований и, как следствие, типом растительности.

Показательно, что количество проявленных в ландшафте и дешифрирующихся на снимках геодинамически активных разломов (зон дробления) всегда существенно больше (на 1-2 порядка), чем тектонических нарушений, показанных на геологических картах соответствующего масштаба. Это обусловлено тем, что согласно требованиям на геологических картах фиксируются только те разломы, которые сопровождаются смещением границ геологических тел с амплитудой не менее 2-х мм в заданном масштабе, а остальные, малоамплитудные зоны дробления не отображаются.

С другой стороны, определенная часть геологически закартированных (крупноамплитудных) разломов, вследствие последующего диагенеза, метаморфизма или эндогенной минерализации бывает сцементирована и, не будучи неотектонически подновлена, не сопровождается современными зонами дробления. Такие разломы, естественно, не являются геодинамически активными и при указанной методике дешифрования не фиксируются.

Вышеизложенные принципы выделения геодинамически активных, а, с другой стороны, геологоструктурно значимых тектонических нарушений, обуславливают значительные различия системы отдешифрированных активных разломов и тех, которые подлежат отображению на геологических и геофизических картах одинакового масштаба.

Тектоногенные линеаменты, выявляющиеся по вышеуказанным признакам на космо- и аэрофотоснимках, в силу непостоянства масштаба материалов дистанционных съемок переносятся на топографическую карту визуально и поштучно. При этом требуется, чтобы масштаб дешифрируемых дистанционных материалов и топографической карты был сходным или отличался не более чем в 2-3 раза в ту или другую сторону.

Геодинамически активные разломы, дешифрирующиеся на космо- и аэрофотоснимках любого определенного масштаба, обычно относятся к 3 4 порядкам – разным рангам. Принадлежность таких разломов к разным масштабным рангам определяется, в первую очередь, шириной, а также длиной соответствующих им тектоногенных линеаментов на снимках.

Достаточно уверенно дешифрируются тектоногенные линеаменты от неразличимой ширины (до 0,1 мм) и до ширины в 2 мм, а изредка и более.


Широкие линеаменты, пересекаясь относительно узкими зонами разломов, как правило, бывают заметно смещены. Поэтому при определении масштабного ранга отдешифрированных разломов, наряду с шириной, должна учитываться их реконструированная длина в виде суммы нередко значительно смещенных отрезков нарушений. Самые крупные из дешифрирующихся активных разломов, шириной более 1 мм обычно принадлежат к предыдущему рангу нарушений, а узкие (шириной до 0,2 - 0,3 мм), как правило, внутриблоковые линеаменты относятся к более высоким порядкам, нежели заданный масштаб геодинамического районирования.

Необходимо отметить, что геодинамические блоки выбранного масштаба ( из числа различаемых на использованных снимках) с разных сторон обычно ограничиваются активными разломами неодинаковых порядков и активности. По простиранию многих из дешифрирующихся активных разломов, кроме того, нередко существенно и целенаправленно изменяется вертикальная амплитуда новейших геодинамических подвижек. Поэтому такие разломы на одних отрезках могут выступать в качестве внутриблоковых, а на других – являются межблоковыми и даже различаются по уровню своей активности.

Общий рисунок и конфигурация отдешифрированных тектоногенных линеаментов, а также гипсометрическое положение разделенных ими геодинамических блоков и их сопоставление с топографической картой позволяют проводить морфологическую классификацию выявляемых таким способом соответствующих активных разломов. По прямолинейной или дуговой конфигурации в плане они, прежде всего, подразделяются на круто- и относительно пологопадающие.

В общем случае, за исключением конических и цилиндрических радиально-кольцевых систем нарушений в районах развития купольных соленосных и нефте-газоносных, а также магматогенных структур, сместители дуговых разломов бывают наклонены внутрь дуги и тем положе, чем круче ее изгиб. При достаточно расчлененном рельефе угол наклона сместителя дуговых разломов может быть определен с точностью до 50 - 100 по его пересечениям с горизонталями.

Геодинамически активно проявляющиеся дуговые сбросы и взбросы распознаются по относительному гипсометрическому положению разделенных ими геодинамических блоков на фронтальной части дуги.

Сбросы обнаруживаются по относительно пониженному положению геодинамического блока, располагающегося внутри дуги, а взбросы, наоборот, отличаются повышенным положением такого блока. При этом, дуговые сбросы и взбросы на краях дуги естественным образом постепенно превращаются в сбросо-сдвиги или, соответственно, взбросо сдвиги противоположного, лево- и правостороннего характера на разных флангах такого нарушения.

Прямолинейные тектоногенные нарушения в основной массе классифицируются как сбросы. Однако, в отдельных случаях, существенно сдвиговый характер крупнейших активных разломов может распознаваться по общему рисунку отдешифрированных линеаментов.

Сдвиговый характер такого разлома проявляется наличием оперяющих полудуговых взбросов, располагающихся с одной, либо встречнонаправленно с обеих сторон осевого нарушения.

Выделение геодинамических блоков. Геодинамическое районирование анализируемой территории предполагает проведение количественной оценки относительной подвижности геодинамических блоков, которые ограничиваются выявленными активными разломами, в данном случае, отдешифрированной системы тектоногенных линеаментов, а также с учетом изменчивости ее рисунка. При этом, количественной картографической оценке поддается амплитуда, как правило, только вертикальной составляющей новейших относительных смещений выявленных геодинамических блоков. Это достигается на основе совмещения системы отдешифрированных геодинамически активных разломов (и разграниченных ими блоков) с гипсометрической картой рассматриваемого района.

Горизонтальная составляющая новейших относительных смещений таких геодинамических блоков может приблизительно оцениваться лишь в исключительных случаях, когда вдоль отдельных активных разломов обнаруживаются очевидные симметричные коленчатые смещения нескольких водораздельных гряд и разделяющих их долин современных водостоков, либо в результате длительного геодезического мониторинга.

Картографическая количественная оценка новейших относительных вертикальных смещений выявленных геодинамических блоков производится путем сопоставления абсолютных отметок вершин их водоразделов. При этом, в качестве минимально значимой величины относительно неодинакового гипсометрического положения смежных геодинамических блоков считается, как это широко принято при морфометрических исследованиях [8, 9], примерно 0,1 разницы между максимальной и наименьшей абсолютными отметками водоразделов в пределах исследующейся площади. На основе анализа абсолютных отметок вершин водоразделов выявляются сопоставимые по масштабному рангу, гипсометрически обособленные блоки и (или) группы сопряженных элементарных блоков одноуровневого высотного положения.

В результате указанного анализа, в пределах района обнаруживаются геодинамические блоки и группы сопряженных элементарных блоков среднего гипсометрического положения, а также относительно опущенные и сравнительно приподнятые блоки 2- гипсометрических уровней в каждой из названных категорий.

Кроме того, в итоге рассмотренного метода геодинамического районирования, отдешифрированные указанным способом активные разломы подразделяются на две категории: малозначительных в данном масштабе, внутриблоковых (если их амплитуда менее 0,1 от разницы между максимальной и минимальной абсолютными отметками вершин водоразделов) и межблоковых, с амплитудой в 0,1 и более от разницы указанных отметок.

Исходя из величины картографически оцениваемых новейших относительных вертикальных смещений смежных геодинамических блоков, межблоковые разломы по такой количественной оценке могут подразделяться на весьма активные (с амплитудой в 0,3 и более от разницы отметок вершин водоразделов), активные (с амплитудой 0,2-0,3) и рядовые (с амплитудой до 0,2 от разницы отметок вершин водоразделов).

Анализ рисунка отдешифрированной системы выраженных в ландшафте рельефообразующих тектоногенных нарушений заданного масштаба является вторым обязательным условием выделения межблоковых нарушений. Этот анализ носит самостоятельный характер, но тоже производится путем совмещения сетки всех отдешифрированных разломов с отдельно подготовленной гипсометрической картой, выполненной в цветном варианте.

При этом, основным критерием для выделения выступает выбор достаточно протяженных нарушений, разграничивающих участки района с существенно неоднородным рисунком менее протяженных нарушений явно более высоких порядков. Критерием неоднородности этих участков, прежде всего, является существенно различная, зачастую ортогональная ориентировка малых нарушений, субпараллельных внутри каждого из обособляющихся участков.

Так, с одной стороны такого межблокового разлома более мелкие нарушения бывают параллельны или субпараллельны ему и примыкают под острым углом. Тогда как на смежном участке – геодинамическом блоке, они могут быть ориентированы вообще в другую сторону или поперек этого пограничного нарушения. В других случаях межблоковый разлом разграничивает площади развития субпараллельных высокопорядковых нарушений и участки распространения малых радиально кольцевых или даже вихревых структур цилиндрического и конического типов. По данному второму условию выделенные блоки с одной или даже двух сторон могут соседствовать с блоками того же уровня, но разной ориентировкой внутриблоковых нарушений.

Третьим критерием выделения геодинамических блоков служит характер ориентировки собственно всей системы вычленяемых межблоковых нарушений и каждого из ее элементов - конкретных межблоковых разломов. Эта ориентировка должна конформно сочетаться с конфигурацией всех главных элементов рельефа в исследуемом районе.

Это условие предопределяется самой методикой дешифрирования именно рельефообразующих разломов, а также значимой величиной вертикальной амплитуды хотя бы на отдельных отрезках межблоковых нарушений.

Критерий конформности главных элементов рельефа и межблоковых разломов достигается за счет их выделения из всей системы нарушений именно на фоне специально подготовленной для этого цветной гипсометрической карты района.

Последним, по существу контрольным условием выделения геодинамических блоков, служит соблюдение правила их сомасштабности.

Принадлежность выявленных таким способом разноуровневых геодинамических блоков к единому масштабному рангу контролируется сопоставимостью их площадных размеров, которые (как всякие однопорядковые природные объекты) не должны превышать соотношения 1:10, а в основной массе обязаны укладываться в пределах 1:3 – 1:5.

Масштаб геодинамического районирования, то есть выбор ранга выделяемых геодинамических блоков в каждом конкретном случае определяется заданным масштабом топографической основы и, соответственно, используемых материалов дистанционных съемок. При этом, всякий раз предполагается выявление и анализ амплитуды новейших относительных смещений геодинамических блоков единого масштабного ранга.

Решение такой задачи с учетом авторского характера этой работы, как и всяких классификационных исследований природных объектов, в целях максимально возможной нивелировки фактора субъективности, требует соблюдения определенных методологических приемов и контрольных ограничений.

Выполнение этого требования обеспечивается, прежде всего, указанным ранее ограничением порога минимально значимого вертикального смещения смежных блоков в 0,1 разницы отметок вершин водоразделов. Кроме того, необходимо учитывать постоянно неравномерную дифференцированность природных явлений и объектов (в том числе, амплитуды новейших, геодинамически активных разломов), а также возможность наличия аномально больших абсолютных отметок современного рельефа, обуславливаемых не контрастностью новейших сбросов, а иными природными явлениями.

К последним относятся зачастую весьма значительные превышения отдельных структурно обособленных геологических областей на фоне сравнительно умеренных высот окружающих их гребней водоразделов, сложенных доминирующими в районе породами иного генезиса. В случаях, когда рассматриваемая территория охватывает части разнотипного рельефа, например равнинного и гористого, крупно среднемасштабное геодинамическое районирование (масштаба 1:200 000 и крупнее) таких участков следует проводить по отдельности.

2.3. Геодинамическое районирование южной территории Кемеровской области. Выделение блочной структуры недр методом структурной морфометрии В настоящее время для решения различных практических задач требуется как можно более точная и полная информация о залегающих структурах и тектонических нарушениях. Поскольку морфометрические методы обладают высокой экономической эффективностью, так как не нуждаются в дорогой специальной аппаратуре и позволяют быстро изучить территорию, как в крупном, так и в мелком масштабе, то исследования целесообразно начинать именно с них.

Морфоструктурный метод дает возможность быстрее и дешевле, по сравнению с обычными геолого-геофизическими методами, получить качественные результаты выявления разломов и структур, а также определять их размеры и простирание.

Этот метод основан на изучении различных характеристик рельефа и речной сети, обязанных своим происхождением новейшим движениям, наследующим древний структурный план.

Разработанная геодезистами современная теория высот рельефа земной поверхности основана на учете потенциала силы тяжести.

Рельеф и сила тяжести неразрывно связаны между собой.

На высоты рельефа, а, следовательно, и на степень его расчлененности, оказывают влияние не столько процессы, происходящие на поверхности, и литология рельефослагающих пород, сколько глубинное залегание пород различной плотности, которые и создают основную составляющую гравитационного поля [Философов В.П. Замечания по теории и практике морфометрического метода // Морфометрический метод при геологических исследованиях. Саратов. 1963. С. 249-261].

Основой теории метода морфометрии являются не порядки долин и их связь с количеством террас, развитых в данных долинах, а связь высот рельефа и денудационно-аккумулятивных процессов с гравитационным полем Земли, а также с движениями и структурами земной коры [10].

Глубинные породы оказывают решающее влияние на распределение высот рельефа, а также на интенсивность эрозионно денудационных процессов, протекающих на поверхности Земли.

Геологическая интерпретация морфометрических карт позволяет выявить связь между геоморфологическими и неотектоническими процессами, между формами поверхности и тектоническими структурами, между высотами рельефа, движениями и мощностью земной коры.

Сама зона разлома, иногда шириной до нескольких километров, может находиться в условиях сжатия, растяжения или сдвига.

Наиболее чутко реагирует на относительное смещение блоков гидросеть, что позволяет широко привлекать геоморфологические данные для оценки геомеханических условий блоков.

Значение морфометрии определяется тем, что для любой известной структуры можно установить более или менее четкое отображение ее в рельефе и гидросети в виде целой системы геоморфологических признаков («прямая задача» морфометрии). Это, в свою очередь, дает возможность выявления по таким признакам неизвестных ранее структур («обратная задача»).

Для более точного выявления тектонических структур известен и с успехом применяется один из вариантов метода структурной морфометрии метод гониобазит, разработанный В.П. Философовым и Ю.В. Черняевым.

Для выявления тектонических блоков и их активности на рассматриваемой территории строятся карты гониобазит разных порядков.

За речную долину первого порядка принимается долина, в которой имеется постоянный водоток, но в которую не впадает другая речная долина. Речная долина второго порядка возникает от слияния двух речных долин первого порядка. Чем меньше порядок водотока, тем вероятнее его связь с единичными трещинами или группами трещин.

Водотоки более высоких порядков развиваются по зонам более крупных тектонических разломов.

Установлено, что диаграммы-розы направлений разломов и трещин совпадают с диаграммами-розами направлений и суммарных спрямленных отрезков рек и ручьев [Милашев В.А. К вопросу о связи гидросети с разломами и тектонической трещиноватостью пород. Инф.

Бюлл. НИИГА, вып. 7, 1958. Москалев Н.П.,Скарятин В.Д. Кн. Труды Всесоюзного совещания по трещинным коллекторам нефти и газа.

Гостоптехиздат, 1961].

На наличие разломов указывают такие характерные особенности гидросети, как ломаные очертания долин в плане с наличием крутых структурных поворотов, сквозные долины, крестообразное расположение долин, наличие встречных притоков, спрямленные берега озер и др.

При составлении схемы блоковой тектоники с указанием направления и интенсивности движения отдельных блоков учитывается рисунок гониобазит согласно следующим правилам:

Участки тектонических поднятий выделяются по относительному сгущению гониобазит, а участки тектонических впадин по их разреженному рисунку.

Сближение параллельных отрезков гониобазит может указывать на наличие границы между участками (или блоками), поднимающимися и опускающимися или имеющими различные скорости движения.

Границы между участками проводятся с учетом высот рельефа и денудационных останцов.

Наличие тупых и отдельных острых углов и почти полное отсутствие параллельных отрезков гониобазит, а также большие заложения между ними и отсутствие замкнутых контуров указывает на опускание данного участка или относительно малую скорость движения.

Наличие тупых и отдельных острых углов между прямолинейными отрезками гониобазит, относительно большие высоты гониобазит и, что особенно характерно, наличие замкнутых контуров может указывать на поднимающиеся блоки или блоки, имеющие относительно повышенную скорость движения.

Сложный рисунок пересекающихся гониобазит, их остроугольная, асимметричная форма указывает на присутствие сдвиговых и надвиговых нарушений.

Карты базисных поверхностей также дают возможность определять характер соотношения рельефа с тектоникой.

Границы между структурными элементами четкие, когда наблюдается резкий переход от впадины к поднятию с большим углом падения, но возможны и нечеткие границы, которые объясняются плавным переходом впадин в поднятия.

Некоторое несовпадение границ между структурными элементами, устанавливаемых по морфометрическим картам разных порядков, объясняется, вероятно, несовпадением плотностных границ на глубине.

По картам базисных поверхностей второго порядка устанавливаются поверхностные, а по картам третьего и высших порядков глубинные разделы плотностей. Это зависит от того, что долины более высоких порядков связаны с более глубоко залегающими разрывными нарушениями и отражают влияние глубоких масс.

Таким образом, тектонический блок может быть ограничен как разрывным нарушением, так и границей между породами различной плотности.

Поскольку карты гониобазит позволяют проследить развитие разрывных нарушений и движение тектонических блоков не только в пространстве, но и во времени, то нарушения, фиксирующиеся на картах высших порядков, более древние и распространены на большую глубину, чем нарушения, установленные по картам низших порядков, которые приурочены к верхним, структурным ярусам.

На основании анализа морфометрических карт с использованием имеющихся геологических и геофизических материалов составляется схема тектоники и схема новейших движений земной коры.

Для выявления границ тектонических блоков рассматриваемого района Кузбасса были построены карты гониобазит 1-го и 2-го порядков для топографической карты масштаба 1:500000.

Следует отметить, однако, что на мелкомасштабных топографических картах отсутствует значительное количество рек, и речные долины 1-го порядка соответствуют долинам 4-го порядка на карте среднего масштаба (1:100000). В тоже время долины 1-го порядка на картах среднего масштаба обычно соответствуют долинам 3-го и даже 4-го порядка, показанных на картах крупного масштаба (1:50000,1:25000).

Указанные соотношения являются приблизительными и требуют уточнения для различных геоморфологических районов.

Невозможность установить точный порядок рек, а также сечение горизонталей через 50 м на карте масштаба 1:500000, позволяет провести границу тектонического блока достаточно приблизительно, в некоторых случаях со значительным смещением (особенно вдоль долин крупных рек).

Для получения более точных границ тектонических блоков необходимо выполнять указанные построения по картам масштаба 1:200000 или 1:100000.

Под границей тектонического блока в данном случае понимается разрывное нарушение или граница между различными структурами (антиклиналь, синклиналь), или участками (блоками), поднимающимися и опускающимися или имеющими различные скорости движения, что выражается в характерном рисунке гониобазит.

Форма разрывных нарушений и рисунок гониобазит связаны между собой. Эта связь зависит от возраста разлома и возраста речных долин, от амплитуды перемещения по разлому, от наклона плоскости разлома и от глубины его заложения [10].

Для рассматриваемой территории характерно господство прямого рельефа.

При анализе конфигурации гониобазисных поверхностей отдельные детали тектонического строения и крупные разрывные нарушения дешифрируются достаточно отчетливо.

Результаты районирования представлены на рис. 2.1. Зеленые и коричневые тонированные области на рисунке указывают положение угольных и рудных шахт и разрезов Кузбасса.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.