Применение гипотезы о проявлнии сил гравитационной упругости при решении геоэкологических задач (на примере Западного Донбасса)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение гипотезы о проявлнии сил гравитационной упругости при решении геоэкологических задач (на примере Западного Донбасса)

И.Н. Подрезенко,

Я.Я. Сердюк

Аннотации

Пропонується поняття про силу гравітаційної пружності тіла планети, яка в непорушеному гірничому масиві знаходиться у рівновазі з силою ваги. При порушенні природного стану надр відбувається закономірний перерозподіл цих сил, який справляє суттєвий вплив на геоекологічний стан.

Предлагается понятие о силе гравитационной упругости тела планеты, которая в ненарушенном горном массиве находится в равновесии с силой тяжести. При нарушении природного состояния недр происходит закономерное перераспределение данных сил, которое оказывает существенное влияние на геоэкологическую обстановку.

Устойчивое развитие предполагает глубокие знания о взаимодействии природных и техногенных процессов, которые позволяют обеспечить безопасность общества за счет рационального природопользования.

В ИППЭ НАН Украины на основе теоретических построений разработано понятие о новой силе - силе гравитационной упругости вещества планеты (Fг.у.) [1]. Существующее представление о распределении сил тяжести (Fт) и предлагаемое распределение сил тяжести и гравитационной упругости в недрах планет представлено на рисунках 1 и 2. Сила гравитационной упругости направлена в противоположную сторону силе тяжести и находится в постоянном взаимодействии с ней. Данные силы в ненарушенном природном состоянии уравновешивают друг друга.

Согласно теоретических построений о взаимодействии вышеуказанных сил, подробно представленных в работе [1], справедливо следующее отношение: гравитационный геоэкологический горный

или Кг.ж. . R = -mq

где Кг.ж. - гравитационная жесткость; R - радиус планеты; m - масса планеты; q - ускорение силы тяжести.

Упором сил тяжести и гравитационной упругости являются центры планет. Следовательно, если в статическом плане рассматривать равновесие этих сил на планете, то при большей массе залегания пород на одном из участков поверхности планеты для сохранения общего равновесного состояния должно выполняться условие:

(m ± Дm)q = -К(R ± ДR),

т.е. превышение или понижение ДR отсчитывается от усредненной поверхности сфероида планеты.

Для Земли мы это наблюдаем в виде залегания материков среди окружающих их океанов. В то же время, мы видим, что на одинаковых и даже низинных участках материков есть породы более плотные и менее плотные. В этом случае возникает дополнительная сила , действующая на центр тяжести (упор) и в соответствии с третьим законом Ньютона, от упора начнет действовать сила, равная , но противоположная по направлению. Примером этого взаимодействия являются Южный и Северный полярные круги Земли, имеющие разные массы вещества, что в результате возможного взаимодействия этих сил способствовало созданию геоидной формы Земли. Необходимо отметить, что участки с повышенной плотностью пород, где возникает дополнительная сила , будут сильнее взаимодействовать с силами притяжения Луны и Солнца, которые обусловят максимальное изменение ускорения свободного падения в этих районах. Для проверки этого взаимодействия нами рассматривался Керченский полуостров, где залегают более плотные породы (железорудные месторождения) и прилегающая к нему территория. Оказалось, что изменение Дq, наблюдаемое в течении 5-7 лет для Керчи, Ленино-II и Ленино-I составило соответственно 8,25.10-1 мгал, 7,0.10-1 мгал и 6,25.10-1 мгал. Вне зоны залегания железорудных месторождений Старый Крым, Феодосия и Судак изменение Дq составило 0,75.10-1 мгал, 1,5.10-1 мгал и 1,0.10-1 мгал. То есть вертикальное движение поверхности Земли в месте залегания более плотных пород под воздействием Луны и Солнца имеет большую амплитуду колебаний.

Керченский полуостров разделяет глубинный разлом, который является продолжением Орехово-Павлоградского глубинного разлома. Разная амплитуда движения блоков с разных сторон глубинного разлома свидетельствует о том, что в их зонах может существовать повышенная открытая трещиноватость, которая способствует повышению гидравлической взаимосвязи подземных водоносных горизонтов. Для выявления наличия гидравлической связи водоносных горизонтов Западного Донбасса в качестве примера было рассмотрено влияние Орехово-Павлоградского глубинного разлома и его ответвлений, имеющих проекцию на поверхности земли с. Троицкое - озеро Соленый Лиман на формирование химсостава подземных и речных вод. В пределах данной территории были определены участки разгрузки ювенильных хлоридно-натриевых вод Украинского щита через зоны глубинных разломов и установлен их вклад в минерализацию р. Самара. Оказалось, что изменение ионного состава вод по мере удаленности от области разгрузки ювенильных вод имеет следующую последовательность Cl- > SO42- > НСО 3-. Полученные данные позволили определить место для сооружения гидрологического створа для определения фонового химсостава речных вод, что дало возможность установить влияние шахтного водоотлива на минерализацию р. Самара.

Попутно было установлено, что к положению в плане глубинного разлома с. Троицкое - озеро Соленый Лиман приурочены курганы: Могила-Баба, Могила Орлова, Могила - Высокая. Известно, что с тектоническими разломами многие исследователи увязывают геопатогенные зоны, где может ощущаться негативное влияние на человека. Гипотетически можно предположить, что древние волхвы могли подсознательно определять эти геопатогенные зоны и устраивать свои погребения в этих зонах для того, чтобы их обезопасить от ограбления. Это почти фантастическое предположение требует, конечно, более детальной проработки, как в историческом, так и в экологическом аспекте.

При нарушении равновесия горного массива водоотливом взаимодействие сил гравитационной упругости и тяжести особенно четко проявляется для водоносных горизонтов, где сила гравитационной упругости при наличии водоупоров обуславливает напорный характер этих горизонтов. При выемке горных пород и в результате шахтного водоотлива "снижается" напор водоносных горизонтов, то искусственно уменьшается сила гравитационной упругости и на этом участке планеты (горного массива). Следовательно, увеличивается давление вышележащих пород, которые в зависимости от их физико-механических свойств, трещиноватости начинают проседать, сохраняя повышенное давление на краевой границе проседания. Граница проседания в этом случае всегда будет находиться внутри контура депрессионной воронки, образуемой в результате действия шахтного водоотлива и работы водозабора. Проседание земной поверхности будет происходить тогда, когда снижение гравитационной упругости уменьшится настолько, что вес вышезалегающих пород превысит силу физико-механических взаимосвязей в горном массиве. Повышенное давление на краевой границе проседания обусловит избыточный подпор подземных вод сразу же за депрессионной воронкой. Таким образом, происходит уравновешивание сил гравитационной упругости и силы тяжести. Количественная оценка взаимодействия данных сил при отработке угольных пластов и шахтном водоотливе для определения величин проседания и методов борьбы с этим явлением требует специальных исследований.

Согласно вышеуказанной природе взаимодействия сил при отработке угольных пластов приток воды будет происходить с вышележащих водоносных горизонтов в районе развития депрессионной воронки за счет увеличения трещиноватости пород в результате проседания земной поверхности (увеличение силы тяжести), так и с нижележащих горизонтов за счет раскрытия трещин под действием силы гравитационной упругости. Исходя из того, что нижние водоносные горизонты более минерализованы, то по изменению минерализации и количеству шахтного водоотлива мы можем косвенно судить о возможном возникновении проседания земной поверхности. Интенсивный подток воды в горные выработки менее минерализованной воды также будет указывать на увеличение проседания земной поверхности. Подток более минерализованной воды с нижних горизонтов будет свидетельствовать о стабилизации процесса проседания.

Исходя из новых представлений, сразу же вне зоны депрессионной воронки в результате перераспределения сил тяжести и гравитационной упругости произойдет некоторое увеличение напора как грунтовых, так и напорных подземных вод. Величина этого напора будет зависеть от многочисленных геолого-гидрогеологических факторов. Главные из них: уклон и направление потока напорных и грунтовых вод, фильтрационные свойства водовмещающих пород, тектоническая нарушенность района, условие дренирования подземных вод поверхностными водотоками. Но именно в этой краевой зоне депрессионной воронки при наличии повышенной трещиноватости пород будет происходить переток более минерализованных вод из нижележащих водоносных горизонтов в вышележащие (вплоть до грунтовых вод).

При изложении представления о взаимодействии силы гравитационной упругости и силы тяжести, нами рассматривалась:

· природная (фоновая) минерализация и минерализация шахтных вод при вводе шахты в эксплуатацию;

· режим шахтного водоотлива и вариация величины минерализации шахтных вод в период эксплуатации шахт;

· фоновый (природный) напор подземных вод и напор подземных вод в условиях техногенно-нарушенного их режима;

· связь полученных результатов с уменьшением (увеличением) расхода и минерализации вод р. Самара.

Изучение условий формирования гидрогеологического и гидрогеохимического режима поверхностных и подземных вод на примере Западного Донбасса позволило:

· выявить, что вначале эксплуатации шахт Западного Донбасса минерализация и ионный состав шахтных вод соответствовал природной минерализации этих вод;

· установить взаимосвязь проседания земной поверхности с величиной шахтного водоотлива и изменением минерализации шахтных вод;

· установить, что некоторое временное повышение уровня грунтовых и подземных вод на периферии депрессионной воронки связано с действием водозаборов и шахтного водоотлива, обусловившего перераспределение сил гравитационной упругости и сил тяжести в горном массиве;

· установить, что на участке с. Петровка - с. Богуслав уменьшение минерализации вод р. Самара обусловлено увеличением дренирования ею повышенного уровня пресных грунтовых вод и подземных вод харьковского горизонта;

· выявить, что подток минерализованных вод с более глубоких водоносных горизонтов (каменноугольных водоносных горизонтов) возможен только в зонах регионального подъема их уровней сразу же за границами депрессионной воронки.

Перечень ссылок

1. Подрезенко И.Н. Природа формирования силы гравитационной упругости, как фактора определяющего экологию земных оболочек // Матеріали четвертої Міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів". ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ, 2007. - С. 82-84.

2. Оценка влияния горнодобывающей промышленности на экологическую обстановку в Днепропетровской области: Отчет / ДГИ, А.М. Антропцев, В.Г. Пасечный, Д.И. Герасимюк, 1992. - 218 с.

3. Комплексная оценка экологической ситуации в области, прогноз ее изменения, разработка и поэтапная реализация мониторинга и оздоровления окружающей среды: Отчет / ИППЭ НАНУ: Кушинов Н.В., Сердюк Я.Я., Инин В.Д., Тяпкин О.К. и др. - Днепропетровск, 1994. - 79 с.

Размещено на Allbest.ru