2.1 Геолого-гидрологические особенности района

Район расширения карьера по инженерно-геологическим условиям харак­теризуется Воронежско-Тверской антеклизой. В ее пределах в основании четвертичной толщи залегают преимущественно верхнедевонские известняки и доломиты. Поверхность коренных пород в целом имеет платообразный ха­рактер, нарушающийся местами серией возвышенностей и узких ложбин. В разрезе четвертичного покрова преобладают ледниковые комплексы отложе­ний.

Современный рельеф региона преимущественно грядово-холмистый. Грунтовые воды приурочены, в основном, к надморенным водно - ледниковым и озерно-ледниковым пескам. В моренных глинистых толщах Грунтовые воды имеют спорадическое распространение и содержатся в пес­чаных линзах и прослоях.

Участок «Гралево» приурочен к Витебской возвышенности и Суражской низине, представляющей собой пологоволнистую моренную равнину позерского оледенения. В пределах участка «Гралево» равнина плавно повышается в юго-восточном направлении к водоразделу реки Западная Двина и Витьба. В южной части участка абсолютные отметки участка достигают 180-185 м, Уменьшаясь с северной части участка до 164-170 м. Расчлененность участка слабая. Ложбины стока поверхностных вод характеризуются широкими и по­логими склонами.

В структурно-тектоническом отношении изучаемый район расположен в западной части Восточно-Европейской платформы и приурочен к северо­западному склону Оршанской впадины северной части Приоршанской моно­клинали, к крупному локальному поднятию девонских пород.

В состав осадочного чехла района, залегающего на архейском кристалли­ческом фундаменте, входят отложения верхнего протерозоя, девонской и четвертичной систем.

Объектом проводимых работ являются отложения доломитов девонской системы, изученные на глубину до 131 м.

Размер промышленной залежи полезного ископаемого участка «Гралево» составляет 3-4,7х5,5 км.

Форма залежи полезного ископаемого в плане сложная, представляющая собой неправильный многоугольник. От центра и до южного фланга залежь разделяется на две части ложбинообразным понижением в кровли доломи­тов, где мощь вскрышных пород увеличивается до 45-50 м.

Поверхность доломитовой толщи в пределах площади подсчета запасов ровная, лишь на отдельных участках слабоволнистая. На этих участках отме­чаются небольшие замкнутые понижения и повышения с амплитудой 1 -3 м - редко поверхность доломитовой толщи осложнена ложбинообразными сни­жениями шириной 20-30 м, длиной 80-100 м и глубиной до 3-5 м. Полезное ископаемое имеет в основном тонко и мелкозернистую структуру, массив­ную однородную, реже неоднородно-пятнистую, пористо-кавернозную тек­стуру.

Цвет доломитов преимущественно серый различных оттенков. Содержа­ние доломита в породе изменяется от 92 до 100%. По химическому составу доломиты являются слабо известковистыми.

Учитывая литологические особенности слагающих доломитовую толщу пород, выделяются три основные разновидности доломитов: массивные, по­ристые и кавернозные.

Плотные разности доломитов характеризуются средней и высокой проч­ностью, прочностные показатели доломитов несколько увеличиваются с глубиной.

Геологическое строение, при котором четко выражено двухъярусное сложение, предопределяет развитие двух самостоятельных гидрогеологиче­ских этажей: верхнего - водоносного комплекса четвертичных отложений и нижнего - водоносного горизонта отложений франского яруса верхнего де­вона. Залегающие глубже водопроводящие отложения отделены от вод ниж­него горизонта мощной (до 59м) пачкой глинистых мергелей, являющейся региональным водоупором.

Водоносный комплекс нерасчлененных четвертичных отложений имеет повсеместное распространение на всей площади месторождения. Подземные воды приурочены к песчаным и песчано-гравийным породам. Крайняя невы­держанность водоносных отложений, залегающих в виде линз и различного рода прослоев, сходство в условиях питания, транзита и разгрузки подзем­ных вод, не позволяют выделить в этой толще отдельные водоносные гори­зонты, поэтому все они объединяются в единый гидрогеологический ком­плекс. Общая мощность прослоев грубозернистых пород (пески, гравий, пес­чано-гравийная порода, гравийно-галечники, валуны) составляют 12,8% от всей мощности четвертичных отложений, хотя в отдельных случаях достига­ет 50 и более процентов.

Преобладание в разрезе водоупорных глин, суглинков и супесей обуслав­ливает затрудненные условия питания и водообмена данного комплекса и создает условия для образования замкнутых водонасыщенных линз с огра­ниченными естественными запасами подземных вод и ресурсами последних близкими к нулю. Это обусловлено низким коэффициентом фильтрации, ко­торыми обладают данные полусвязные и связные породы (от 0,0001 до 0,01­0,02 м/сут), поэтому данные породы можно считать водоупорными.

Глубины уровней подземных вод находятся в зависимости с глубиной за­легания водоупорных толщ. При близком залегании водоупоров уровни под­земных вод первого от поверхности обводненного пласта (слоя) находятся в пределах 0,2-1 м. На пониженных участках рельефа отмечается заболочен­ность и тогда положение уровня совпадает с дневной поверхностью.

Подземные воды в замкнутых линзах или прослоях песчаного материала обладают напором. Статистические уровни их при этом устанавливаются от первых до 10-15 м ниже поверхности земли без закономерности и предопре­деляются исключительно местными частными условиями строения толщи, характерными для зон спорадического распространения подземных вод.

Водообильность четвертичных отложений находится в зависимости от гранулометрического состава пород характерными для зон спорадического распространения подземных вод.

Питание четвертичного водоносного комплекса происходит за счет ин­фильтрации атмосферных и поверхностных вод (верхняя часть комплекса до водоупора), перетекания из нижележащих водоносных горизонтов (нижняя часть комплекса), а также путем перетекания через гидравлические окна из одних линз и прослоев в другие. Перетекания не играют существенной роли в интенсивности водообмена. Примером того могут служить песчаные лин­зы, вскрываемые в карьере Гралево. В процессе ведения вскрышных работ из линз отмечалось лишь слабое высачивание воды. После вскрытия всей мощ­ности высачивание прекращалось и линзы становились практически сухими, хотя в то же время высачивание из мелких песчаных прослоев и линз, зале­гающих в верхней части разреза, не только не прекращается до настоящего времени, но и не изменялось за последние 20 лет.

Разгрузка подземных вод происходит в различного вида искусственные и естественные эрозионные врезы западины и борта существующего карьера.

Водоносный горизонт карбонатной толщи франского яруса верхнего де­вона имеет повсеместное распространение и является основным на террито­рии участка «Гралево». Его обводненность, положение пьезометричесих уровней, мощность - это ведущие факторы, влияющие на горнотехничесие условия добычи полезного ископаемого, на выбор схемы и методики отра­ботки месторождения, поэтому на всех стадиях и очередях изучение гидро­геологических условий участками месторождения в целом этому горизонту придавалось первостепенное значение.

Подземные воды приурочены к кавернозным трещиноватым доломитам, залегающим под толщей четвертичных отложений, а в русле реки Западная Двина и выходящим на дневную поверхность или находящимся под водой.

Активная разработка участка «Гралево» изменила естественную картину гидрогеологических условий: напоров в водоносной толще; характера и ве­личины питания водоносного горизонта; основных расчетных гидрогеологи­ческих параметров. Подземные воды в настоящее время приобрели, как пра­вило, безнапорный характер. Существовавшие до ведения мощных водоот­ливов из карьеров напоры до 9 м над кровлей доломитов в верхней части толщи в настоящее время полностью сработаны.

Условия питания, транзита и разгрузки подземных вод описываемого го­ризонта предопределяются геологической структурой района, влиянием реки Западная Двина, трещиноватостью, кавернозностью и анизотропностью во­довмещающих пород, дренирующим влиянием действующих водозаборов и водоотливов.

Основное питание водоносный горизонт получает в северных районах Белоруссии и южных Латвии, где толща доломитов выходит на дневную по­верхность, и непосредственно на участке исследований, где она обнажается в русле река Западная Двина и в чашах карьеров.

Значительные изменения положения уровня воды в реке позволяют оста­новить некоторые особенности режима подземных вод и условия их питания и разгрузки. При ненарушенном гидрогеологическом режиме горной выра­ботки «Гралево» положение пьезометрических уровней увеличивалось в обе стороны от реки, уместно предположить, что река дренировала подземные воды. При повышении уровня воды в реке наступал подпор потока подзем­ных вод, а при достаточно высоком и питание водоносного горизонта под­земных вод за счет речных вод. Изменение направления движения вод в об­ратную сторону препятствовала кольматация русла реки. Введение в строй мощных водоотливов (карьеры Руба, Верховье, Тяков-Койтово, Гралево) по­влекло за собой поступление воды из русла реки только в одну сторону - в сторону водоотливов, что в конечном счете, приводит к существенной кальматации русла реки. Пропускная способность русловых отложений и доло­митов, обнажающихся в русле, небезгранична и привела к отрыву уровня подземных вод от руслового потока и возникновения эффекта «дождевания» речных вод.

С 1973 г. с момента пуска карьера «Гралево» начались регулярные ре­жимные наблюдения за гидрогеологическими параметрами карьера и уровневому режиму подземных вод. Анализ результатов наблюдений показал, что по мере увеличения водоотлива из карьера, уровень подземных вод оказался оторванным от вод реки Западная Двина. Река перестала играть безусловную роль гидравлической границы с постоянным напором, а количество воды, поступающей из реки в карьер путем фильтрации, не превышает определен­ной величины подземного дождевания. Увеличение отбора воды из карьера ограничивается пропускной способностью доломитовой толщи и при дости­жении определенного критического значения величины понижения даль­нейшее снижение уровня воды в карьере практически не влияет на увеличе­ние водоотлива.

Другие поверхностные водотоки в пределах возможного влияния водоот­лива из карьера «Гралево» в формировании подземных вод описываемого го­ризонта играют весьма незначительную роль, т.к. он надежно перекрыт мощ­ной (30 и более метров) толщей преимущественно глинистых пород, являю­щихся водоупором.

В одообильность пород карбонатной толщи - высокая. Удельные дебиты скважин достигают 95 и более л/с, хотя обычно находятся в пределах 5-20л/с, уменьшаясь иногда до 0,8 л/с.

Первые годы разработки месторождения Руба, карьера «Гралево» (1974­-5

1980гг.) объем водоотлива составлял около 350-390 тыс. м /сут. В после­дующем он возрос, достигая в отдельные годы 726,8 тыс. м /сут. (1985 г.) и 719,45 тыс. м /сут. (1989 г.). В настоящее время объем водоотлива колеблется в пределах 400-600 тыс. м /сут., сброс воды осуществляется в реку Западная Двина.