Тагильцев С.Н._Гидрогеомеханика_Питер 2025.ppt

1.

ГИДРОГЕОМЕХАНИКА
КАК ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
ОСНОВА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ МПИ
В СКАЛЬНЫХ МАССИВАХ

2. Гидрогеомеханическая стратификация

3.

•Горноскладчатый
Урал

4. Количество открытых трещин и водоносных зон по глубине Шемурское медное месторождение

5. Изменение фильтрационных свойств скальных пород с глубиной Месторождение Юбилейное

Кср, м/сут
0,00
50
100
Глубина середины интервала, м
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05

6. Изменение химического состава подземных вод с глубиной

Содержание хлор-иона, %-экв.
40
50
60
70
80
Содержание сульфат-иона, %-экв.
90
0
0
0
100
100
200
200
300
400
500
600
700
Глубина середины интервала, м.
Глубина середины интервала, м.
30
20
30
40
50
60
300
400
500
600
700
800
800
900
900
1000
10
1000
Скв.1
Скв.2
Скв.3
Скв.4

7. Изменение химических показателей подземных вод с глубиной

М, мг/л
1000
1500
2000
2500
6
0
0
100
100
200
200
300
400
500
600
700
Глубина середины интервала, м.
Глубина середины интервала, м.
500
рН
6,5
7
7,5
8
8,5
300
400
500
600
700
800
800
900
900
1000
1000
Скв.1
Скв.2
Скв.3
Скв.4

8.

Интервал опробования, м.
374
373
372
371
370
Скв. 1С
381
380
379
378
383
381
380
379
378
377
592-1250
Скв. 2К
604,5-1350
382
592-782
Интервал опробования, м.
402-521
450-592
296-450
190-296
135-190
88,5-135
Интервал опробования, м.
320-413
375
227-322
376
382
172,5-220,5
383
Абсолютная отметка статического уровня
подземных вод
377
Абсолютная отметка статического уровня
подземных вод
526-650
420-526
320-420
Скв. 3Ю
125-172
600-1300
350-400
305-352
382
220-320
378
254-300
170-220
120-170
70-120
Абсолютная отметка статического уровня
подземных вод
379
200-250
150-200
111,4-150
Абсолютная отметка статического уровня
подземных вод
380
Изменение напоров подземных вод по интервалам
опробования
383
Скв. 4С
381
380
379
378
377
376
Интервал опробования, м.

9.

В разных водоносных горизонтах движение
подземных вод происходит разнонаправленно

10.

ОСНОВНОЙ ДРЕНИРУЮЩИЙ ГОРИЗОНТ
Глубина 300 м

11.

12.

Угольные месторождения.
Кузбасс, Донбасс

13. Количество водоносных зон по глубине. Кузбасс

14. Количество и частота водопоглощений по глубине. Восточный Донбасс

15. Количество водопоглощений по глубине. Восточный Донбасс

16. Распределение водоупорных горизонтов и напоров в терригенных отложениях

17. Сопоставление гидрогеологической и геомеханической стратификации  

Сопоставление гидрогеологической
и геомеханической стратификации
Гидрогеолог. зональность
Характеристики
трещиноватости
Геомеханическая зональность
Интервал
глубин, м
Средняя мощн., м
Зона выветривания
Горизонт
максимальной
раскрытости трещин
Зона разгрузки тектонических
напряжений
От поверхности
до 100
100
Верхняя
подзона
трещин
отрыва
От 100 до 200
100
Нижняя
подзона
трещин скола
От 200 до 400
200
370÷420
50
Верхняя
подзона
От 400 до 700
300
Нижняя
подзона
От 700 до 1000
400
От 1000
-
Горизонт
интенсивной
трещиноватости
Зона активного водообмена
Горизонт
значительной
трещиноватости
Относительный водоупор
Горизонт
минимальной
трещиноватости
Горизонт средней
трещиноватости
Зона затрудненного водообмена
Региональный водоупор
Горизонт
затухающей
трещиноватости
Отсутствие
взаимосвязан.
систем трещин
Зона
растягивающих
вертикальных
напряжений,
хрупкая
деформация
Зона вертикальных нейтральных
напряжений
Зона
сжимающих
вертикальных
напряжений,
хрупкая
деформация
Хрупко-пластическая
деформация

18.   Выводы  

Выводы
Фильтрационные свойства скальных пород
связаны с наличием открытых проницаемых
трещин. Подземные воды в верхней части
гидрогеологического разреза, до глубины 400 - 1000
м, формируют единый трещинный водоносный
комплекс. Вертикальная структура водоносного
комплекса не имеет тесной связи с литологическим
составом пород и практически не зависит от
геологической слоистости.
• 1.

19. 2. ВЫВОДЫ 2. Открытые проницаемые трещины в палеозойских породах рассматриваются в гидрогеомеханике как результат деформации

ВЫВОДЫ
2. Открытые проницаемые трещины в палеозойских
породах рассматриваются в гидрогеомеханике как
результат деформации скальных массивов под
воздействием современных тектонических сил.
Закономерное изменение количества проницаемых
трещин в разрезе объясняется и обосновывается на
основе аналитических зависимостей, описывающих
изменение напряженного состояния массивов горных
пород
с
глубиной.
Приповерхностная
зона
проницаемых трещин, мощностью 600 – 1000 и более
метров,
рассматривается
как
зона
хрупкой
деформации
земной
коры.

20.

Закономерности распределения
тектонических напряжений в
верхней части геологического
разреза горно-складчатых
регионов

21. Распределение напряжений в зоне хрупкой деформации ЗК

1.
σ3 = γH
σ1 = Roc + γH/ λ
2.
σ1 = Roc + B∙ γH
B = 1/λ
3.
σ1 = Roc + bH
b = γ/λ ≈ 0,1
4.
σ1 = Roc + 0,1H

22.

Взаимосвязь характеристики
φ, λ, В, b
φ, град
20
25
30
35
40
λ
0,5
0,4
0,33
0,27
0,22
В
2,0
2,5
3,0
3,7
4,6
b
0,054
0,068
0,082
0,10
0,12

23.

Распределение напряжений в верхней части земной коры
σ1,
λγН
γН

24. Распределение напряжений по глубине. Северо-Песчанское месторождение

Ro/2 + γH/λ
γH
Фактические данные
Зависимость σ1 = γH
Зависимость σ1 = Ro/2 + γH/λ

25.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОРОДНЫХ МАССИВАХ
Кольского п-ва, Ср. Азии ( по Н.С. Булычёву, 1989); Урала (по Н.П. Влоху, 1994)
а – Кольский полуостров; б – Средняя Азия
1-5, 8-14 – номера месторождений;
6 – расчётные горизонтальные напряжения ( Н);
7 – расчётные вертикальные напряжения ( Н).
- напряжения, перпендикулярные простиранию;
- напряжения, параллельные простиранию пород;
1-7 – номера месторождений.

26.

Изменение горизонтальных напряжений с глубиной
в породных массивах Урала
по Н.В.Влоху, 1994г.
σI – напряжения, перпендикулярные простиранию;
σII – напряжения, параллельные простиранию пород;
1-7 – номера месторождений

27.

Изменение горизонтальных направлений с глубиной
По Н.С. Булычёву, 1989
а – Кольский полуостров;
б – Средняя Азия
1-5, 8-14 – номера месторождения
6 – расчётные горизонтальные напряжения (λγH);
7 – расчётные вертикальные напряжения (γH)

28.

Значения геомеханических параметров
Автор, место
измерений
Roc,
МПа
λ
φ, град
Н. Хает
16
0,27
35
Кольский
полуостров
27
0,31
32
Средняя Азия
14
0,45
22
Средний Урал
12
0,35
29
Северо-Песчанское
10
0,36
28

29. Гидрогеомеханика тектонических нарушений

30. Геодинамическая этажность верхней части земной коры. Формирование разломов в поле тектонических напряжений

31.

ВЛИЯНИЕ ТИПА ДЕФОРМАЦИИ
НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ РАЗЛОМА
40
60
Пластично-хрупкая
Хрупко-пластичная
деформация
деформация
– водоносная зона;
– водоупорная зона;
– значение угла скола.

32.

РОЗЫ – ДИАГРАММЫ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
ОРИЕНТИРОВКИ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
Вид розы-диаграммы в
соответствие с
представлениями
о геодинамической этажности
Сдвиг
Земной коры.
Сброс
Типовой вид розыдиаграммы, получаемой по
натурным данным
Сдвиг Надв
Сдвиг иг
Сброс
Сброс
Сдвиг
Надв
иг
Сдвиг
Сдвиг Надв
иг

33.

СХЕМА РАЗНОНАПРАВЛЕННОГО ДВИЖЕНИЯ ВДОЛЬ
РАЗЛОМОВ
ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НАПРАВЛЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ГЛАВНОГО МАКСИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ПЛАСТИЧНЫЕ СДВИГИ
Направление
воздействие главного
максимального
напряжения
изменяется
на угол 25-30 град
ХРУПКИЙ СДВИГ
СБРОС
ХРУПКИЙ
СДВИГ
ПЛАСТИЧНЫЕ
СДВИГИ
НАДВИГ

34.

35.

СТРУКТУРА ПРОНИЦАЕМОСТИ
ПРИРАЗЛОМНЫХ ЗОН
– тектонический разлом и направление движения
;берегов;
– зона растяжения – зона высокой проницаемости
– зона сжатия – зона низкой проницаемости.

36.

Формирование зон растяжения и сжатия

37. Преобладающие ориентировки разломов в поле тектонических напряжений с азимутом ГМН 260°

38. Направление ориентировки разломов по скважинам

39. Ориентировка разломов на поисковых участках

Участок
Северный
№
скв.
Ориентировка
(град.)
Структура разлома
1
312
левый сдвиг
2
256
сброс
3
6
4
302
304
223
левый сдвиг
левый сдвиг
правый сдвиг
5
354
надвиг
Южный

40. Сводная таблица результатов фильтрационных и геофизических работ

Геофизические
характеристики
Динамические характеристики
Участок
Северный
Южный
№ скв
Дебит,
л/с
Понижение,
м
Удельный
Дебит, л/с
ρ выявл.среднее,
Ом*м
ρ фоновое,
Ом*м
1
7,0
5,80
1,21
210
270-300
2
7,0
6,15
1,14
224
293-300
3
5,0
7,40
0,68
269
342-375
6
2,0
10,34
0,19
155
300-360
4
5,5
2,07
2,66
337
450-550
5
9,5
4,65
2,04
313
450-600

41. Выводы

• 1. Тектонические нарушения, активные в
современном
поле
напряжений,
обладают
выраженной гидрогеологической структурой.
• 2. Разломы разных кинематических типов
(сдвиги, надвиги, сбросы) имеют в современном
поле напряжений разную ориентировку и
специфические гидрогеологические особенности.
• 3. Взаимодействие (пересечение) активных
разломов приводит к формированию зон
растяжения – с высокой проницаемостью, и
сжатия – с водоупорными свойствами.