А - ГИ УрО РАН

А.А. БОРИСОВ
РЕЗУЛЬТАТЫ ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
РАЙОНОВ ПРЕДПОЛАГАЕМОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ГАЗОВОЗДУШНЫХ СКОПЛЕНИЙ В ВЫРАБОТКАХ БКПРУ-1
При оценке возможных последствий затопления рудника БКПРУ-1 было
установлено, что в приподнятых участках выработанного пространства возможно
формирование газо-воздушных смесей, содержащих повышенные концентрации
горючих газов (метан и его гомологи, водород). Наиболее значительные объемы
данных скоплений с содержанием до 38% горючих газов прогнозируются в
выработках пласта В. Территориально они располагаются под пос. Зырянка, юговосточной и северо-западной частями Семинского пруда и прилегающим к ним
береговых участков. Формирование газо-воздушных скоплений в выработках пласта
КрII предполагается в пределах городской застройки (район скважины № 80/3) и
прилегающей части Семинского пруда. При оценке возможной опасности данных
явлений нельзя исключить, что развитие процессов сдвижения надсолевой части
разреза может привести к формированию зон трещиноватости, по которым
определенная часть горючих газов может разгружаться в приповерхностную часть
разреза. При этом в случае значительной интенсивности данных процессов не
исключается возможность накопления значительных концентраций горючих газов в
подвальных помещениях, что создает угрозу для жизнедеятельности.
Для наблюдения за данными процессами было принято решение о
проведении режимных газогеохимических наблюдений за приповерхностным
газовым фоном в пределах территории прогнозируемых газо-воздушных
скоплений с использованием высокочувствительного экспресс-газоанализатора
Ecoprobe-5 (фирма RS DINAMICS Ltd, Чехия). Опыт подобных исследований на
аварийном участке БПКРУ-1 показал, что приповерхностный газовый фон
является чутким индикатором техногенного изменения состояния ВЗТ и
надсолевой части разреза [1]. Установлено, что активизация «газового дыхания»
недр, связанная с высвобождением газов в процессе выщелачивания соляной
толщи, приводит к формированию за сравнительно короткое время (4-5 месяцев)
в подпочвенном воздухе высококонтрастных газовых аномалий, представленных
высокими концентрациями метана и водорода. Конструктивные особенности
газоанализатора Ecoprobe-5 позволяют с помощью ИК-датчика фиксировать
содержание в подпочвенном газе метана, суммарного содержания углеводородов
С1-С5 и диоксида углерода с чувствительностью 0,002%. Программа исследований
включает ежемесячное опробование с шагом опробования 50 м профилей,
пересекающих территорию предполагаемых газо-воздушных скоплений в
выработках. В качестве основного параметра при мониторинговых
газогеохимических наблюдениях принят метан, являющийся основным
компонентом углеводородных газов калийных пластов и обладающий наиболее
высокой миграционной способностью. Опробование фоновых участков показало,
что его максимальные концентрации метана в составе подпочвенного воздуха
редко превышают 400 ppm.
Результаты проведенных исследований показали, что в настоящее время
концентрации метана в составе подпочвенного воздуха на большей части
обследуемой территории не превышают фоновых значений. На отдельных
локальных участках зафиксировано более высокое содержание метана в
подпочвенном воздухе (до 800-2900 ppm), что связывается с наличием зон
природно-техногенной трещиноватости, являющихся своеобразными каналами
естественной дегазации породного массива надсолевой части разреза.
30
а) район городской застройки
б) район поселка Зырянка
Рис. 1. Характер распределения метана в составе подпочвенного воздуха
(по результатам опробования 25-28 февраля 2009 г.)
В районе городской застройки аномальная зона выявлена на участке
пересечения ул. Демьяна Бедного с ул. Тельмана и ул. Рудничной, где в
подпочвенном воздухе стабильно фиксируются концентрации метана,
превышающий условный фоновый уровень. В районе п. Зырянка аномалии
приурочены к территории, прилегающей к пруду, южной окраине и
примыкающих к ней дачно-садовых участков (рис. 1). Последняя аномалия носит
мозаичный кольцевой характер и приурочена к краевым частям мульды оседания
земной поверхности, где предполагается наличие зон техногенной
трещиноватости надсолевой части разреза, по которым осуществляется дегазация
породного массива. По данным хроматографического анализа сорбированных в
почво-грунтах газов, отобранных в данных районах, содержание метана в их
составе не превышает 0,0006 объем. % (0,003 см3/кг), водород – отсутствует, что
позволяет утверждать об отсутствии генетической взаимосвязи этих аномалий с
калийными пластами. Опробование приземных слоев воздуха в пределах
выявленных аномалий показало полное отсутствие метана и его гомологов, т.е.
поступления опасных компонентов в атмосферу не происходит и
зафиксированные явления не представляют опасности для жизнедеятельности. В
настоящее время можно констатировать, что на участках мониторинга признаки
масштабной дегазации недр и формирования опасных концентраций горючих
газов в приповерхностной части разреза отсутствуют.
Вместе с тем, в феврале 2009 года в районе русла р. Зырянка были
зафиксированы поверхностные газовые проявления. Данная территория выходила за
рамки мониторинговых наблюдений и находится примерно на удалении 1 км от них. С
целью выяснения особенностей приповерхностного газового фона в данном районе 1618 февраля 2009 г. проведено газогеохимическое опробование вдоль участка
зафиксированных газопроявлений. По результатам опробования превышение фоновых
значений метана в составе подпочвенного воздуха зафиксировано на 10 пикетах,
причем на 3 из них на левом берегу р. Зырянка напротив участка наиболее
31
интенсивных газопроявлений его содержание достигало «ураганных» значений метана
(15588-36458 ppm или 1,5-3,6 %). Близкое содержание метана (3,5%) зафиксировано по
данным хроматографического анализа пробы газа, выделяющегося в русле р. Зырянка.
Отобранные в данном районе пробы сорбированных в почво-грунтах газов
характеризуются содержанием метана в количестве 0,14-0,53 объем. % (0,53-0,81
см3/кг)
и
присутствием
водорода
(0,0040,030 %), что позволяет предполагать их возможное формирование за счет
выщелачивания калийных пластов. Опробование приземных слоев воздуха на
участках выявленных аномалий показало, что их загрязнение углеводородными газами
не происходит, т.е. разгружающиеся газы полностью перехватываются почвенным
покровом, играющим роль эффективного сорбционного геохимического барьера.
Более низкое, чем в подпочвенном воздухе, содержание метана в сорбированных
почво-грунтами газах свидетельствует об отсутствии стабильного очага
выщелачивания в районе газопроявлений и относительно кратковременном характере
данных процессов.
25-28 февраля 2009 г. произведено
вторичное
опробование
участка
зафиксированных
газопроявлений
и
профилей в направлении провальной
воронки и пос. Зырянка. По результатам
опробования зафиксировано значительное
снижение концентраций метана в составе
подпочвенного воздуха (462-4200 ppm).
Это отмечено и в составе поверхностных
газопроявлений в русле р. Зырянка: по
данным
газоанализатора
Ecoprobe-5
максимальное содержание метана СН4max
в выделяющемся газе колеблется в
пределах 695-1541 ppm (0,07-0,15 объем.
%).
Исходя
из
полученной
Рис. 2. Содержание метана
информации
об
особенностях
в подпочвенном воздухе
приповерхностного газового фона, можно
в районе поверхностных
предполагать, что наиболее вероятным
газопроявлений
источником
поверхностных
газопроявлений явилось растворение
соляной толщи в районе провала, что привело к формированию в надсолевой
части разреза свободных газо-воздушных скоплений. При восстановлении
уровней подземных вод после завершения затопления рудника произошла
импульсная разгрузка газо-воздушной смеси по зоне природной трещиноватости,
к которой приурочено русло р. Зырянка.
Приведенные
данные
свидетельствуют,
что
перераспределение
высвобождающихся при выщелачивании калийных пластов газов в надсолевой части
разреза может иметь сложный характер, а их разгрузка в приповерхностную часть
наиболее вероятна по зонам природно-техногенной трещиноватости геологической
среды, что необходимо учитывать при дальнейших исследованиях, в т.ч. планируемом
размещении автоматизированных станций газогеохимического мониторинга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисов А.А. Некоторые результаты газогеохимического мониторинга в
районе развития аварийной ситуации на БКПРУ-1 // Стратегия и процессы
32
освоения георесурсов: материалы ежегод. науч. сес. ГИ УрО РАН по результатам
НИР в 2007 г. – Пермь, 2008. – С. 26-28.
33