Анализ водного режима и эволюции массива грунтов рекультивированного объекта горного производства

Приведено описание исследований водного режима и эволюции массива грунтов рекультивированного объекта горного производства. Авторами выдвигается гипотеза о непосредственной взаимосвязи водного режима массива грунтов рекультивированного хвостохранилища с деформационными процессами в поверхностном слое хвостохранилища. Разработана и прошла апробацию методология, учитывающая помимо исследования некоторых коллекторских свойств горных пород, таких как пористость и проницаемость, влагонасыщенность и сжимаемость, результаты мониторинга сейсмоданных на исследуемой территории. В результате выполненных исследований были определены основные параметры, влияющие на техногенез Унальского хвостохранилища, среди которых: климатические особенности (горно-долинные ветра, сезонность и обильность осадков); объем поступающей воды с водосборной площади, специфический характер водного режима массива грунтов рекультивированного объекта горного производства. Определено и дифференцировано количество воды по объему поступления осадков на поверхность хвостохранилища основными путями. В ходе полевых работ был исследован водный режим рекультивированного хвостохранилища, проанализированы полученные результаты и сформулирован вывод о том, что для целостного представления эволюции его техногенеза необходима разработка новых методов мониторинга. В заключение предлагается выделить в отдельное направление исследований мониторинг напряженно-деформируемого состояния тела хвостохранилища с учетом сейсмических факторов и их влияния на эволюцию водного режима массива грунтов с вероятностью образования «плывунов».

Фоменко В. А., Маковозова З. Э., Соколов А. А., Аксенова М. А., Ковалев Г. C. Анализ водного режима и эволюции массива грунтов рекультивированного объекта горного производства // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 5. – С. 118–129. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_5_0_118.

Исследования выполнены в Южном федеральном университете за счет средств Российского научного фонда (проект № РНФ/23-37-ГЛ, № 23-77-00015).

Фоменко Владимир Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: vafomenko@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0002-3791-8793,
Маковозова Залина Элгуджаевна² — канд. геол.-минерал. наук, доцент, e-mail: geologistik@bk.ru, ORCID ID: 0009-0000-3555-4394,
Соколов Андрей Андреевич¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: anso@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0002-1127-9612,
Аксенова Мария Анатольевна¹ — ассистент кафедры, e-mail: maaksenova@sfedu.ru, ORCID ID 0009-0005-5482-4691,
Ковалев Георгий Сергеевич² — студент, e-mail: georkovalev@mail.ru, ORCID ID 0009-0005-6016-0545,
¹ Филиал Южного федерального университета в г. Геленджике,
² Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).

Соколов А.А., e-mail: anso@sfedu.ru.

1. Brantut N., Heap M. J., Baud P., Meredith P. G. Mechanisms of time-dependent deformation in porous limestone // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2014, vol. 119, no. 7, pp. 5444— 5463. DOI: 10.1002/2014JB011186.

2. Cacace M., Blöcher G. M., Watanabe N., Moeck I., Börsing N., Scheck-Wenderoth M., Kolditz O., Huenges E. Modelling of fractured carbonate reservoirs: outline of a novel technique via a case study from the Molasse Basin, southern Bavaria, Germany // Environmental Earth Sciences. 2013, vol. 70, no. 8, pp. 3585—3602. DOI: 10.1007/s12665-013-2402-3.

3. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геоэкологических рисков при ведении открытых и подземных горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 205—216. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-205-216.

4. Moosavi S. A., Goshtasbi K., Kazemzadeh E., Bakhtiari H. A., Esfahani M. R., Vali J. Relationship between porosity and permeability with stress using pore volume compressibility characteristic of reservoir rocks // Arabian Journal of Geosciences. 2014, vol. 7, no. 1, pp. 231—239. DOI: 10.1007/ s12517-012-0760-x.

5. Ghabezloo S., Sulem J., Saint-Marc J. Evaluation of a permeability—porosity relationship in a low-permeability creeping material using a single transient test // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2009, vol. 46, no. 4, pp. 761—768. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2008.10.003.

6. Benson P., Schubnel A., Vinciguerra S., Trovato C., Meredith P., Young R. P. Modeling the permeability evolution of microcracked rocks from elastic wave velocity inversion at elevated isostatic pressure // Journal of Geophysical Research. 2006. DOI: 10.1029/2005JB003710.

7. Anovitz L. M., Cole D. R. Characterization and analysis of porosity and pore structures // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2015, vol. 80, no. 1, pp. 61—164. DOI: 10.2138/rmg.2015.80.04.

8. Шабанов М. В., Маричев М. С., Манджиева С. С., Соколов А. А. Формирование хемоземов в условиях длительного воздействия аэропромышленных выбросов горно-металлургического комбината // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 727—740. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-3-727-740.

9. Lucia F. J. Petrophysical parameters estimated from visual descriptions of carbonate rocks: a field classification of carbonate pore space // Journal of Petroleum Technology. 1983, vol. 35, no. 3, pp. 629—637. DOI: 10.2118/10073-PA.

10. Яицкая Н. А., Бригида В. С. Геоинформационные технологии при решении трехмерных геоэкологических задач: пространственная интерполяция данных // Геология и геофизика Юга России. — 2022. — Т. 12. — № 1. — С. 162—173. DOI: 10.46698/VNC.2022.86.27.012.

11. Шестопалов В. Л., Фоменко В. А., Соколов А. А., Мирошников А. С. Сравнительный анализ деформационных методов мониторинга сейсмической активности горных районов Черноморского побережья и Камчатки // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 4. — С. 535—543. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-535-543.

12. Фоменко В. А., Соколов A. A., Лолаев A. Б., Аймбетова И. О. Некоторые результаты работ по оценке эманаций радона Унальского хвостохранилища // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 576—585. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-576-585.

13. Дзебоев С. О. Влияние техногенеза на формирование природно-технической системы — намывной техногенный грунтовый массив и экологическая безопасность горных территорий (на примере Унальского хвостохранилища, Республика Северная Осетия — Алания): Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. геол.-минерал. наук. — Владикавказ, 2022. — 21 с.

14. Сейсмический риск и инженерные решения: Пер. с англ. / Под ред. Ц. Ломнитца, Э. Розенблюта. — М.: Недра, 1981. — 375 с.

15. Вознесенский Е. А. Землетрясения и динамика грунтов // Соросовский образовательный журнал. — 1998. — № 2. — С. 101—108.

16. Zaalishvili V. B., Melkov D. A., Martyushev N. V., Klyuev R. V., Kukartsev V. V., Konyukhov V. Y., Kononenko R. V., Gendon A. L., Oparina T. A. Radon emanation and dynamic processes in highly dispersive media // Geosciences. 2024, vol. 14, no. 4, article 102. DOI: 10.3390/geosciences14040102.

17. Bakhtiari H. A., Moosavi A., Kazemzadeh E., Kamran G., Esfahani M. R., Vali J. The effect of rock types on pore volume compressibility of limestone and dolomite samples // Geopersia. 2011, vol. 1, no. 1, pp. 37—82. DOI: 10.22059/jgeope.2011.22163.

18. Meng F., Li X., Baud P., Wong T. Bedding anisotropy and effective stress law for the permeability and deformation of clayey sandstones // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. DOI: 10.1007/s00603-020-02306-w.

19. Menke H. P., Maes J., Geiger S. Upscaling the porosity-permeability relationship of a microporous carbonate for Darcy-scale flow with machine learning // Scientific Reports. 2021, vol. 11, no. 1, 2625. DOI: 10.1038/s41598-021-82029-2.

20. Settari A., Al-Ruwaili K., Sen V. Upscaling of geomechanics in heterogeneous compacting reservoirs / SPE Reservoir Simulation Symposium. Society of Petroleum Engineers, 2013. DOI: 10.2118/ 163641-MS.

21. Hassanzadegan A., Guérizec R., Reinsch T., Blöcher G., Zimmermann G., Milsch H. Static and dynamic moduli of malm carbonate: a poroelastic correlation // Pure and Applied Geophysics. 2016, vol. 173, no. 8, pp. 2841—2855. DOI: 10.1007/s00024-016-1327-7.

22. Rashid F., Glover P., Lorinczi P., Collier R., Lawrence J. Porosity and permeability of tight carbonate reservoir rocks in the north of Iraq // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2015, vol. 133, pp. 147—161. DOI: 10.1016/j.petrol.2015.05.009.

23. Lucia F. J. Rock-fabric petrophysical classification of carbonate pore-space for reservoir characterization // AAPG Bulletin. 1995, vol. 79, pp. 1275—1300. DOI: 10.1306/7834d4a4-1721-11d78645000102c1865d.

24. Lucia F. J. Origin and petrophysics of dolostone pore-space // Geological Society, London, Special Publications. 2004, vol. 235, no. 1, pp. 141—155. DOI: 10.1144/GSL.SP.2004.235.01.06.