Главная » Учебные материалы » Геология » Диссертации » МГУ им. Ломоносова » Аспирантура и докторантура » Кандидатские диссертации » Моделирование влияния солеотвалов калийных комбинатов на фильтрационные свойства водовмещающих пород (на примере территории влияния 2-го Соликамского калийного рудоуправления)
Для студентов МГУ им. Ломоносова по предмету ГеологияМоделирование влияния солеотвалов калийных комбинатов на фильтрационные свойства водовмещающих пород (на примере территории влияния 2-го Соликамского Моделирование влияния солеотвалов калийных комбинатов на фильтрационные свойства водовмещающих пород (на примере территории влияния 2-го Соликамского 2019-03-13СтудИзба

Моделирование влияния солеотвалов калийных комбинатов на фильтрационные свойства водовмещающих пород (на примере территории влияния 2-го Соликамского калийного рудоуправления)

Описание

Актуальность проблемы. Калийные производственные рудоуправления формируют комплексное влияние на геологическую среду. Долговременные хвостохранилища легко растворимых солей и пульп (солеотвалы, шламохранилища, рассоло-сборники), являются источниками загрязнения подземных вод и геологической среды, что в дальнейшем должно приводить к преобразованию пустотного пространства пород вследствие физико-химических процессов взаимодействия постепенно разбавляющихся в подземных водах рассолов и растворимых минералов пород (карбонатов, сульфатов) и может инициировать своеобразный карстовый процесс. Кроме того,
выемка полезного ископаемого приводит к образованию пустот в продуктивных пластах в виде системы штреков. Даже при обратной закладке прочностные свойства
хвостов, закладываемых в штреки значительно хуже, чем у породы. Это приводит к
образованию своего рода мульд оседания, причем осадки могут быть значительными и
неравномерными, что, в свою очередь, приводит к образованию новых и раскрытию
старых трещин. Совокупность всех процессов влияет и на земную поверхность, переформирует пустотное пространство пород и изменяет распределение пористости и
проницаемости (фильтрационно-емкостные свойства) массивов, ухудшает качество
подземных вод и, в конечном итоге, поверхностных, принимающих разгружающиеся
подземные воды.
На территории Верхнекамского месторождения калийных солей ВКМКС (Березниковско–Соликамский промышленный район) основным полезным ископаемым
являются хлорид калия, содержащийся в руде в соизмеримых количествах с хлоридом
натрия. Последний не может быть утилизирован в получаемых количествах и складируется в солеотвалы, имеющие значительную площадь 80-160 га с накоплением
хлорида натрия к концу работы ГОК до 7-10 млн. тонн. При сроке работы ГОК 50-80
лет время полного растворения солеотвала около 500 лет. За это время рассол, поступающий из него в геологическую среду с концентрацией более 320 г/л, сформирует
большое тело загрязненной воды. После растворения солеотвала загрязненная вода
будет еще долгое время находиться в породах. Поэтому время влияния солеотвала
больше времени его существования. Шламохранилища, так же сопутствующие калийному производству, имеют соизмеримые площади и из них поступает рассол около 160 г/л. Срок распреснения шламохранилищ меньше – около 200 лет, время распреснения подземных вод примерно то же, что и загрязнения.
Соленые подземные воды имеют большую ионную силу и могут растворять
имеющиеся в породах карбонатные и сульфатные минералы в виде заполнителей
трещин и в составе пород. Это в свою очередь будет приводить к возрастанию пористости и проницаемости трещиноватых водовмещающих пород, изменению скорости
миграции солей. В рассматриваемых условиях это может привести к ухудшению защитных свойств надсолевой толщи, препятствующей поступлению подземных вод на
кровлю соляной залежи.
Цель работы – разработка методики моделирования трансформаций трещинного пространства геологической среды при воздействии поступающих с поверхности
рассолов хлорида натрия.
В задачи исследования входили:
 Анализ литературных данных по проблемам влияния солеотвалов на подземные
воды, рассолов на растворимость минералов, методикам моделирования геомиграционных процессов и обоснования моделей;
 Определение количественного распределения растворимых минералов в разных
видах – в составе пород и заполнителя трещин;
 Построение геомиграционной схемы надсолевой толщи в окрестности объекта на
основе анализа и обобщения фактических данных;
 Разработка метода моделирования миграции подземных вод с физико-химическими
обменными процессами и трансформацией трещинного пространства;
 Математическое моделирование распространения рассолов и изменения пористости и проницаемости пород надсолевой толщи;
 Анализ возможностей альтернативных простых методов моделирования этих процессов.
Базисный объект исследований. Территория влияния 2-го Соликамского калийного производственного рудоуправления (СКПРУ-2) на подземные воды. Выбор этого объекта определяется не только наличием фактического материала по гидрогеологическим условиям, но и расположенными примерно в 15 км к северо-западу створами скважин с детальными исследованиями минералов заполнителей трещин, проведенными Л.В. Мигуновым [1977] в 1962-1966 годах при работах по инженерным изысканиям для Верхнекамской ГЭС. Развитая им теория инфильтрационной минеральной зональности надсолевых толщ используются в этой работе. Рассмотренное геологическое строение и гидрогеологические условия, в той или иной мере, присущи территориям всех калийных рудоуправлений Березниковско-Соликамского промрайона.
Фактический материал. Геологическое строение и гидрогеологические условия объекта охарактеризованы более чем сотней скважин различного назначения
(разведочные, структурные, гидрогеологические). Использовались результаты регулярных наблюдения за режимом уровней и химическим составом вод проводящиеся с
1987 года. Вследствие недостаточности данных на объекте о детальном распределении
проницаемости по вертикали, привлекались данные расходометрии по скважинам
территории ВКМКС. Характеристика и количественная оценка минерального заполнителя трещин выполнена на основе результатов кандидатской диссертации Л.В.
Мигунова [1977].
Методы исследования. Основным методом исследования является математическое моделирование миграции подземных вод с учетом равновесных физико-химических процессов взаимодействия подземных вод и пород. Моделирование осуществлялось при помощи программного комплекса PMWin (Chiang W.H.), включающего необходимые для этого программы моделирования фильтрации (MODFLOW) и моделирования массопереноса с физико-химическими процессами в многокомпонентной гидрогеохимической системе (PHT3D). При реализации модели
взаимодействия была дополнена и откорректирована база термодинамических параметров, используемая PHT3D. Для учета эффектов, возникающих за счет высокой
плотности поступающего рассола в однокомпонентной постановке использовалась
программы MT3DMS и SEAWAT. Кроме того, для выбора наилучшего метода решения задач с переменной плотностью фильтрующихся растворов проводилось сравнение различных методов представления этого процесса с использованием других программ.
Для переопределения значений фильтрационно-емкостных свойств при растворении-осаждении минерального заполнителя трещин использовались собственные алгоритмы, развитые в данной работе и реализуемые при помощи электронной таблицы Excel. Модель строилась на основе параметров полученных при верификации
геофильтрационных моделей и при анализе литературных данных, последнее было
особенно необходимо для определения процессов массообмена подземных вод и пород. Дополнительные процедуры обработки фактического материала, построения
геометрии области моделирования и взаимоотношений слоев выполнялись методами
интерполяции на соответствующем математическом обеспечении.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработана методика моделирования миграции подземных вод с учетом равновесных физико-химических процессов (растворения и осаждения минералов) и изменения во времени фильтрационно-емкостных свойств пород надсолевой толщи.
2. Для моделирования изменения пористости и проницаемости трещиноватых пород
под действием техногенных рассолов необходимо начальное условие – природное
распределение концентраций компонентов подземных вод, формируемое моделированием геомиграции до стабилизации полей концентраций, в случае данной работы втечение 1000 лет.
3. Под действием фильтрации рассола из солеотвала через первые десятки лет в верх-
ней части пород, содержащих гипс в виде заполнителя трещин мощностью 4-8 м, гипс полностью исчезает. На кровле залегающего ниже слоя гипсов происходит растворение приводящее к резкому увеличению горизонтальной проницаемости. Размер области растворения по горизонтали около 2 км. Этот процесс идет до конца периода засоления подземных вод в этой части пород – около 500-700 лет.
4. Для решения задач с переменной плотностью потока от сосредоточенного источника применимы методы, основанные на конвективно-дисперсионном массопереносе. Методы, применяющиеся для моделирования миграции несмешивающихся разноплотностных жидкостей, дают результаты, не согласующиеся с фактическими
наблюдениями.
5. Для прогноза изменения фильтрационно-емкостных параметров трещиноватых по-
род возможно ограниченное применение более простого моделирования миграции
рассолов с дополнительными расчетами растворения минерального заполнителя
трещин. Однако это является крайне трудоемкой задачей, практически вырождающейся в моделирование многокомпонентной миграции с физико-химическими
процессами для достижения приемлемой точности.

Характеристики диссертации

Предмет
Учебное заведение
Просмотров
123
Скачиваний
1
Размер
797,75 Kb

Список файлов

    Картинка-подпись
    Хочешь зарабатывать на СтудИзбе больше 10к рублей в месяц? Научу бесплатно!
    Начать зарабатывать

    Комментарии

    Поделитесь ссылкой:
    Рейтинг-
    0
    0
    0
    0
    0
    Поделитесь ссылкой:
    Сопутствующие материалы
    FREE
    Минералогия, возраст и генезис проявлений берилла Уральской изумрудоносной полосы
    FREE
    Методика и результаты прогнозирования типов геологического разреза и проницаемости коллекторов на территории Восточной и Западной Сибири по данным сейсморазведки
    -11%
    Магнитная стратиграфия вулканических пород Маймеча-Котуйской провинции и длительность формирования траппов Северо-запада Сибирской платформы
    FREE
    Кристаллические структуры высокоупорядоченных минералов из поздних ассоциаций, связанных с магматическими комплексами
    Кристаллизация алмаза в карбонатных расплавах минералогического значения (эксперимент при 5.5-84.0 ГПа)
    -11%
    Компрессионное деформирование прибрежно-морских мерзлых грунтов при оттаивании (Европейский Север России, Западная Сибирь)
    Свежие статьи
    Популярно сейчас
    Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
    Ответы на популярные вопросы
    Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
    Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
    Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
    Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
    Отзывы студентов
    Ставлю 10/10
    Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
    Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
    Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
    Студизба ван лав ❤
    Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
    Отличный сайт
    Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
    Маленький отзыв о большом помощнике!
    Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
    Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
    Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
    Спасательный островок
    Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
    Всё и так отлично
    Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
    Отзыв о системе "Студизба"
    Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
    Отличный помощник
    Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
    Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
    Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
    Спасибо за шикарный сайт
    Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
    Популярные преподаватели
    Нашёл ошибку?
    Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
    Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
    Предложить исправление
    Добавляйте материалы
    и зарабатывайте!
    Продажи идут автоматически
    5076
    Авторов
    на СтудИзбе
    455
    Средний доход
    с одного платного файла
    Обучение Подробнее