Карст района Гарлыкского месторождения калийных солей (Туркменистан)

Разработка месторождений калийных солей сопровождается риском их затопления, что ведет к безвозвратной потере запасов [12, 13].

Мировая практика показывает, что аварии и даже полное затопление калийных рудников часто связаны с карстовыми процессами [9]. При эксплуатации рудников происходит нарушение напряженного состояния массива, режима и химического состава подземных и поверхностных вод, что в совокупности может привести к активизации карста.

В ближайшее время в Туркменистане начнется эксплуатация Гарлыкского (Карлюкского) месторождения калийных солей, в открытии которого принимал участие сотрудник геологического факультета Пермского университета

К. В. Тиунов [1]. Он обратил внимание на достаточно интенсивное развитие карста в этом районе [19], изучение которого систематически не проводилось. Для предварительной оценки карстоопасности нами были изучены различные фондовые и опубликованные материалы по этой территории.

При поисково-разведочных работах в так называемых «закрытых» платформенных районах Туркменистана было установлено широкое развитие верхнеюрской соленосной формации. Изучение ее разрезов позволило предположить широкое развитие карста, особенно в краевой северной ее части. Наиболее интенсивно карстовый процесс развивался в подошвенной и кровельной частях формации. Доказательством развития карста, в част-

ности, являются наличие брекчиевидной толщи известняков в основании формации и выпадение верхней части разреза келловей-оксфорда. Сокращение мощности, а иногда и полное исчезновение соляной толщи связано с внутриформаци-онными перерывами в осадконакоплении. Подобный разрез четко прослеживается на Гарлыкском калийном месторождении [16, 18].

Месторождение расположено в Лебапском велаяте Туркменистана. В тектоническом плане территория относится к эпиплатформенной орогенической области [17] и, согласно выделенным мегатипам обстановок карстообразования, принадлежит к орогенам с быстрыми неоген-четвертичными поднятиями субтропического климатического пояса [10]. Согласно районированию [15], месторождение расположено в Гаурдак-Кугитангском карстовом районе (рис. 1), где растворимыми породами являются верхнеюрские известняки, гипсоангидриты, каменные и калийные соли. Здесь развиты поверхностный, подземный и глубинный виды карста, которые в некоторых районах достигают высокой интенсивности [3, 23]. Характерным примером являются останцы у села Ходжаифил. Девять останцов, сложенные гипсами гаурдакской свиты, тянутся на 4 км. На останцах встречаются провальные воронки, овраги, рвы, трещины, колодцы, шахты, пещеры, карстовые источники, плотность и густота которых различна. Наибольшая закарстованность наблюдается в останцах с высокими относительными отметками [3].

Геологический разрез территории представлен верхнеюрскими водовмещающими известняками, перекрытыми практически водонепроницаемой толщей ангидритов, каменной и калийной солей и глин, комплексом нижнемеловых отложений, представленных чередованием песчаников, реже известняков и доломитов с глинами, аргиллитами, алевролитами и прослоями гипсов, и четвертичными аллювиально-пролювиальными отложениями [7].

Месторождение приурочено к Карлюк-ской предгорной равнине, которая примыкает к юго-западному склону хребта Куги-тангтау. Здесь мощность трещиноватых горизонтов достигает 400 м. С трещиноватостью генетически связаны процессы карстообразования, которые наблюдаются в карбонатной части верхней юры: в сероносных известняках, для которых типична почти повсеместная закарстованность, и в известняках келловея-оксфорда, характеризующихся заметным количеством проявлений лишь в областях выхода на поверхность. В результате интенсивной трещиноватости известняков и закарсто-ванности район представляет собой весьма благоприятную поверхность для инфильтрации и инфлюации атмосферных осадков [2, 7].

Расположенное неподалеку в Гаурдак-ском районе месторождение серы, по мнению некоторых исследователей, образовалось в результате проявления карстовых процессов. Карстующимися отложениями являются верхнеюрские и нижнемеловые галогенно-карбонатные породы [20]. Однако процессы карстообразования как в рудных горизонтах, так и во вмещающих их отложениях проявляются здесь и впоследствии. Формированию карста способствуют хорошая инфильтрационная и ин-флюационная способности известняков гиссарской свиты верхней юры. Главным фактором, определившим высокую сква-жинность и водопроницаемость пород, является разрывная тектоника. Карстовые формы в основном приурочены к рудоконтролирующим тектоническим нарушениям. По данным картирования подземных выработок, коэффициент закар-стованности серных руд достигает 10% [15].

У подножия хребта Кугитангтау обнажаются карстующиеся сульфатные поро-ды.Гипсовый карст этого района связан с выщелачиванием гипсов и ангидритов гаурдакской свиты верхней юры [4, 7, 25].

Время образования карста, по некоторым данным, оценивается начиная с позднего плиоцена по современное [19].

Рис. 1. Обзорная схема карстовых районов Туркменистана (по [15] с дополнениями авторов)

Подземные воды на площади месторождения отличаются минерализацией 210 г/л и, как правило, хлоридно-сульфатным, хлоридно-натриевым и кальциево-натриевым составом. В районе Гарлыкского участка воды имеют также сульфатный натриевый, хлоридно-сульфатный натриево-кальциевый состав с содержанием сероводорода от 458 до 656 мг/л и метана в газовом составе в количестве, превышающем 80% [7, 26].

С северо-востока и юго-востока Гарлыкское месторождение калийных солей ограничено зоной глубокого размыва соленосных отложений и частично ангидритов гаурдакской свиты. Изучение механизма образования зоны размыва, проведенное Кугитангской ГРЭ ПО «Туркмен-геология» (1990), позволило назвать эту структуру карстово-эрозионной долиной. Долина представляет собой желобообразную асимметричную впадину, крутой борт которой является северо-восточной и юго-восточной границей месторождения. Карстово-эрозионная долина заполнена неогеновыми и четвертичными отложе- ниями. По мнению исследователей, причинами возникновения долины явились следующие факторы: глубинная эрозия речной долины; боковая эрозия со стороны Кугитангтау; развитие зоны трещиноватости и дробления вдоль границ месторождения в результате активных правосторонних подвижек вдоль предполагаемого Узун-Кудукского разлома.

Особенностью карстовых процессов региона является не только их влияние на формированиезалежей серной руды и каменной и калийной солей, но и последующее воздействие [22].

Поверхностные формы карста района месторождения представлены каррами, понорами, воронками, провалами, колодцами, площадями оседания, провальными озерами, карстовыми реками и источниками и связаны с породами разного литологического состава. Поноры, воронки и провалы, галереи шахты широко развиты в гипсах и ангидритах гаурдакской свиты [4-7, 14, 15, 23]. Одна шахта открывается в борту большого провала и уходит на глубину более 60 м [5, 8]. По степени выпол- нения карстовых полостей глинистым и обломочным материалом (кольматация) и степени их обводненности выделяются два типа карста: активный (современный) и пассивный (преимущественно древний) [15].

Карстовые формы наблюдаются и в перекрывающих четвертичных отложениях, залегающих непосредственно на юрских или меловых хемогенных породах [22]. Своеобразны погребенные древние долины, образовавшиеся в местах растворения галогенных пород гаурдакской свиты.

Подземные карстовые формы широко представлены пещерами, среди которых наиболее крупными являются пещеры Карлюкской группы в гипсах (рис. 2) [6]. Здесь в некоторых крупных залах встречаются редкие по сравнению с кальцитовыми гипсовые образования. Это сотни больших сталагмитов, обросших блестящими кристаллами гипса, некоторые из них достигают 6 м в высоту. На многие километры своды и стены лабиринтов покрыты корой гипсовых кристаллов [11].

Район характеризуется активной деятельностью подземных вод, наличием подземных рек, обилием карстовых источников с высоким дебетом [4].

Таким образом, в районе развиты преимущественно гипсовый и соляной виды карста, являющиеся наиболее опасными из-за высокой растворимости этих пород, а также глубинный карбонатный. Карст оказывает комплексное влияние на все компоненты природного ландшафта и хозяйственную деятельность человека.

Судя по имеющимся материалам, наибольшее опасение вызывают провалы, сформировавшиеся в 2,5 км к северо-востоку от месторождения (рис. 3). Форма провалов почти круглая, стены отвесные. Они образовались в толще речных отложений и пластах гипса. По данным исследований 1986 г., диаметр отверстия первого провала около 20 м, глубина 40 м. Вторая провальная шахта представляет собой карстовое озеро, имеет диаметр отверстия более 20 м, исследованная глуби- на составляет 62 м. На дне озера была обнаружена воронка, уходящая еще глубже (рис. 4, 5, 6). Вода в озере минерализованная (около 3 г/л), что также косвенно подтверждает высокую интенсивность карстовых процессов [21, 24]. Данный водоем является единственным пока установленным местообитанием койтендагского слепого гольца, узкоареального эндемика, относящегося к очень редким видам. В настоящее время отмечается тенденция сокращения численности его особей. В связи с этим, Н. И. Шилиным и М. В. Перела-довым был предложен комплекс мер по сохранению данного вида [24].

В 5 км к востоку от поселка Гарлык (Карлюк), на склонах Кугитангского хребта, по некоторым данным есть еще одна провальная шахта с подземным озером на дне. Вокруг него радиальные трещины, целые блоки раздробленных горных пород. Стены отвесные, неровные, на дне – глыбы обрушившихся скал. Карстовая полость образовалась в толще крутопадающих ангидритов [21]. На космических снимках видно множество других отрицательных форм рельефа, незаполненных водой, скорее всего, связанных с карстовыми процессами.

Таким образом, карстовые процессы в известняках, гипсах, солях широко развиты в районе Гарлыкского месторождения. Отметим также, что при разработке расположенного неподалеку Гаурдакского серного месторождения отмечалась техногенная активизация карста [20].

Выполненный анализ опубликованных и фондовых материалов, а также космических снимков показывает, что из отрывочных данныхне ясен масштаб карстовых явлений и, что немаловажно, не понятна глубина проявления карста по отношению к разрабатываемым калийным пластам. Для обеспечения безопасности рудника необходимы детальное изучение карстовых процессов и оценка возможности их активизации при разработке месторождения, а также проведение карстового мониторинга.

Рис. 2. Расположение Карлюкских пещер

Рис. 3. Провалы в районе Гарлыкского месторождения

Рис. 5 . Схема озера на дне провала и большой подземной полости [23]

Рис. 4. Карстовое озеро на дне провала

Рис. 6. Карстовый провал, заполненный водой

Подготовлена при поддержке гранта РФФИ 16-35-00104 мол_а «Миграция углеводородов при фильтрационно-диффузионном переносе в карстовых районах».