Подорванов Н.С., Савченко Е.А. Природа карстовых процессов в галогенных осадках донецкой перми на примере Бахмутской котловины (Труды совещания по вопросам комплексного изучения режима подземных и поверхностных вод в карстовых районах, 1969)

Подорванов Н.С., Савченко Е.А. (Трест «Артемгеология») Природа карстовых процессов в галогенных осадках донецкой перми на примере Бахмутской котловины // Труды совещания по вопросам комплексного изучения режима подземных и поверхностных вод в карстовых районах — Л., 1969. – С. 80-84.

Отложения пермской системы наиболее широко развиты в пределах Бахмутской котловины, которая является одной из основных структурных элементов Донецкого бассейна и слагает ее центральную часть. Отложения нижней перми в Донбассе разделяются на четыре свиты: картамышскую (медистых песчаников), никитовскую (известняково-доломитовую), славянскую (соленосную) и краматорскую.

Картамышская свита представлена песчано-глинистой толщей и галогенных пород почти не содержит. Никитовская свита сложена песчано-глинистыми отложениями с пластами карбонатных пород и ангидрита (гипса). На северо-западе Бахмутской котловины отмечаются пласты соли мощностью до 40 м. Мощность свиты достигает 250 м. Славянская свита состоит главным образом из галогенных осадков гипса, ангидрита, каменной соли. Меньшее распространение в ней имеют глинистые и карбонатные породы. Отдельные пласты каменной соли здесь достигают 50 м. Полная мощность славянской свиты достигает 500 м. Краматорская свита представлена в виде переслаивающихся пластов каменной соли и песчано-глинистых пород с отдельными пропластками гипса (ангидрита). Пласты каменной соли преобладают в ее разрезе. Мощность их обычно не превышает 15— 20 м. Суммарная мощность пластов каменной соли достигает 389 м при общей мощности свиты 463,5 м.

Нижнепермские отложения Донбасса сопоставляются со швагериновым горизонтом Русской платформы и Приуралья и входят в состав нижней части сакмарского яруса нижнего отдела пермской системы. На значительной части площади нижнепермские отложения перекрываются песчано-глинистой толщей пестроцветных пород, относимых к верхней перми с мощностью до 300 м. Обнажаясь на дневной поверхности, или залегая под незначительным по мощности (до 60—70 м) покровом более молодых пород, хемогенные осадки подвергаются постоянному воздействию атмосферных и подземных вод. Под влиянием этих факторов происходит растворение пластов каменной соли, переход под воздействием процесса гидратации ангидритов в гипсы с последующим их выщелачиванием. Обычно выщелачивание галогенных пород отмечается до глубины 40—250 м, а в среднем составляет 110—115 м, что соответствует зоне активного водообмена.

Поверхность выщелачивания соляных пластов (соляное зеркало) обычно наклонена в сторону, противоположную направлению движения подземных вод. В результате выщелачивания пластов каменной соли образуются подземные пустоты.

Породы, залегающие над пластами каменной соли, после образования пустот проседают, становятся трещиноватыми и водопроницаемыми. Трещиноватость в этих породах способствует дальнейшему распространению процессов карстообразованпя на глубину. Интенсивное развитие процессов выщелачивания пластов каменной соли и гипсов происходит при условии активного движения подземных вод с выносом солей за пределы карстующегося массива в области разгрузки.

Процессы выщелачивания галогенных осадков на глубине проявляются на дневной поверхности в виде общего проседания, образования трещин отрыва и оседания, образования соляных озер, карстовых воронок и провалов. Пласты гипсов, широко развитые в надсолевой толще славянской свиты и в зоне активного водообмена никитовской свиты, также легко поддаются выщелачиванию подземными водами и карстуются. Наиболее благоприятные условия для формирования соляного и гипсового карста создаются в пониженных местах рельефа и поймах рек.

Ниже зоны активного водообмена, которая соответствует мощности «гипсовой шляпы», нижнепермские отложения славянской и краматорской свит безводны. Исключение составляют пласты известняков. Наиболее мощные из них залегают в почве Брянцевского и Подбрянцевского соляных пластов славянской свиты, разрабатывающихся шахтами. Вблизи зон выщелачивания пластов каменной соли, когда мощность солесодержащих пород, считая от кровли первого пласта соли до кровли известняка, не превышает 50 м, известняки водоносны, хотя и дают незначительные притоки. При мощности этой зоны более 50 м известняки воды не содержат, так как трещины в них залечены каменной солью. Это очень важно для соляных шахт, эксплуатация которых немыслима даже при незначительных притоках.

Формирование карста в галогенных осадках нижней перми ставит под угрозу безопасность эксплуатации существующих зданий и сооружений, отдельных участков, железнодорожных магистралей, делает непригодными для строительства и использования под сельскохозяйственные угодья значительные площади на территории густонаселенных районов Донбасса. Активно протекающие естественные карстовые процессы наблюдаются в настоящее время в районе поселка солерудника им. Карла Либкнехта, г. Славянска, с. Дроновки, где в октябре 1964 г. в 16 м от железнодорожной магистрали Москва—Кавказ возникла карстовая воронка. Буровыми работами под железнодорожным полотном в районе с. Дроновки в пластах гипса никитовской свиты на глубине 20—40 м вскрыты полости мощностью до 6 м.

В зависимости от растворимости пород, слагающих соленосные отложения, от концентрации формирующихся подземных вод и направления их движения, от направления и степени трещиноватости пород, от мощности надсолевых пород и их литологического состава, скорость выщелачивания различна. Особенно активно протекают карстовые процессы там, где естественное выщелачивание гипсов и каменной соли ускоряется производственной деятельностью человека при эксплуатации полезных ископаемых: каменной соли, естественных рассолов, гипса. Длительная эксплуатация природных рассолов на Славянском рассолопромысле привела к интенсивной просадке и провалам земной поверхности на площади около 170 га, значительная часть которой входит в пределы застроенной части города. На площади г. Славянска неоднократно наблюдалось образование провальных воронок. За 1951—1963 гг. здесь снесено 87 домов, которые под воздействием карстовых процессов оказались непригодными для жилья. В неустойчивой зоне находится около 330 домостроений, ряд заводских зданий и т. д.

Интенсивные просадки земной поверхности с образованием провальных воронок в черте г. Славянска вынудили прекратить здесь в 1961 г. добычу естественных рассолов. Прекращение рассолодобычи существенно снизило интенсивность процессов карстообразования. Однако на этой площади отмечается прогрессивный рост естественного выщелачивания пластов каменной соли. Вынос поверхностными и подземными водами солей в пересчете на твердую соль увеличивается ежегодно; в 1964 г. он достиг 60 тыс. т, тогда как в 1961 г. был равен 30 тыс. т.

Заброшенные и затопленные соляные шахты рано или поздно дают начало активному развитию процессов карстообразования. Атмосферные и поверхностные воды, просачиваясь в горные выработки, выщелачивают породы соленосной толщи вокруг ствола, что приводит к обрушению последнего и дальнейшему выщелачиванию каменной соли в целиках и по контуру горных работ. Выщелоченные в той или иной степени целики соли не выдерживают нагрузки выше лежащих пород и разрушаются, что приводит к обрушению кровли с образованием провальных .воронок на дневной поверхности. Эти провальные воронки образуются, как правило, внезапно, что делает их особенно опасными. Вокруг провальных воронок на значительной площади происходит образование мульды оседания. Подобные явления наблюдаются в районе бывших соляных шахт им. Шевченко и шахты № 1 им. Артема. Шахта им. Шевченко, которая разрабатывала пласт соли на глубине 164 м, была затоплена в 1941 г. В 1942 г. обрушились стволы и на их месте образовались провальные воронки, заполненные водой. Воронки образуются внезапно, до настоящего времени не выходят за пределы горных выработок. Диаметры воронок достигают 75—150 м, глубина 15—20 м.

Горные выработки шахты им. Шевченко находятся в 100 м и более от железнодорожных линий. Проведенными здесь в 1965 г. геофизическими и гидрогеологическими работами установлено, что со времени затопления шахты продвижение выщелачивания по пласту от горных выработок в сторону железных дорог, т.е. по падению пород, совпадающему с направлением движения подземных вод, незначительное. Скважины, заложенные в 30—45 м от контура горных работ, вскрыли Брянцевский пласт, не затронутый выщелачиванием. При этом концентрация рассолов, заполняющих горные выработки, превышает 300 г/л, т.е. находится на грани насыщения.

За пределами горных работ на поле шахты им. Шевченко происходит в настоящее время естественное выщелачивание Надбрянцевского пласта каменной соли (на глубине 80—90 м) и карстование верхней части гипсов славянской свиты в пределах глубин 20—40 м. По Надбрянцевскому пласту в горных выработках затопленной соляной шахты им. Артема на глубине 210 м продвижения выщелачивания не отмечено.

Эта шахта затоплена в 1925 г. В 1945 г. произошло обрушение ствола с образованием провальной воронки, которая размещается на расстоянии 50 м от ст. Ступки. От провальной воронки развивается мульда оседания в сторону железнодорожной магистрали Москва—Кавказ.

Необходимо отметить, что над горными выработками шахты № 1 им. Артема образование провальной воронки произошло лишь вокруг ствола. Вокруг воронки сформировалась мульда оседания над горными выработками, связанная со сдвижением горных пород в сторону образовавшейся провальной воронки. Образование больших внезапных провалов (как над горными выработками шахты им. Шевченко) здесь не происходит потому, что горные выработки находятся на большой глубине (200—210 м) под мощным покровом (около 100 и более меттров) песчано-глинистых отложений дроновской свиты, в то время как на поле шахты им. Шевченко их мощность изменяется от 0 до 40—50 м.

Трестом «Артемгеология» проводится планомерное изучение карстовых процессов в пределах Бахмутской котловины: производят карстологические съемки, геофизические и буровые работы, режимные гидрогеологические и маркшейдерские наблюдения.

В результате проведенных работ были сделаны следующие выводы.
1. Карстовые процессы протекают в галогенных породах нижнепермского возраста, залегающих вблизи земной поверхности, под воздействием подземных и поверхностных вод в зависимости от структурных и гидрогеологических особенностей. В пределах зоны активного водообмена процессы достигают глубин 40—250 м.
2. Ниже соляного «зеркала» галогенные породы безводны. Известняки водоносны ниже соляного зеркала до 50 м.
3. Выщелачивание пластов каменной соли и растворение гипсов активно протекают при движении подземных вод с выносом солей в область разгрузки (район г. Славянска, с. Дроновка, с. Брянцевка и др.) и не происходят при застойном режиме (шахта им. Шевченко и шахты № 1 им. Артема, ст. Ступки).

Скачать PDF