Geological Model of the Mechanism of Formation of Gas-Dynamic Hazard Centers in the Rocks of the Sylvinite-Carnallite Zone at the Verkhnekamskoye Potassium-Magnesium Salt Deposit

In the course of the research, a geological model of the mechanism of formation of gas-dynamic hazard centers in the rocks of the sylvinite-carnallite zone at the Verkhnekamskoye potassium salt deposit was developed. During the formation of gas-dynamic hazard centers in the rocks of the sylvinite-carnallite zone, the sources of gas-saturated fluids were gas-bearing aqueous solutions, including fluids from oil-bearing deposits located in the thickness of rocks underlying the salt deposit. The paths of ascending migration of gas-saturated fluids could be: rupture tectonic faults, thrusts, through zones of increased fracturing and permeability zones above the slopes of reef structures. Migration of gas-saturated fluids into the salt thickness from the underlying rocks occurred in a subvertical direction (from the bottom up). In the rocks of the sylvinite-carnallite zone, the lateral direction of migration of gas-saturated aqueous solutions prevailed over the vertical one due to the pronounced anisotropy of filtration properties. Fluids moved laterally along numerous clay layers, interlayers and intergranular space. During the migration of gas-saturated fluids in the rocks of the sylvinite-carnallite zone, epigenetic transformations of salt rocks occurred: replacement of sylvinites with rock salt, sylvinization of carnallites, formation of rocks of mixed composition (sylvinite + carnallite). During sylvinization of carnallites, the migration of aggressive gas-saturated fluids occurred in the direction from the zones of replacement of sylvinites with rock salt and variegated sylvinites in the direction of development of carnallite rocks. Variegated sylvinite as a product of epigenetic processes in rocks of the sylvinite-carnallite zone near the contact with carnallite rock has increased porosity and decreased strength. The patterns of free gas distribution in the layers of the sylvinite-carnallite zone are determined by the work of the three-zone functional system of halogen metasomatism. The decomposition of carnallite was accompanied by the formation of a deficit of the solid phase, the value of which could vary in a wide range of values and reach almost 70%. In areas of complete decomposition of carnallite in rocks of the sylvinite-carnallite zone, voids were formed due to the deficit of the solid phase. These voids, by analogy, can be considered a process of natural “undermining” of the overlying layers and “overmining” of the underlying ones. The effect of natural “undermining” was accompanied by the formation of crack systems in the undermining part of the sylvinite-carnallite zone due to unloading from rock pressure and rock displacement, through which free gases migrated into the undermining layers. As a result, in the rocks of the sylvinite-carnallite zone, under the influence of natural “undermining”, in the zone of unloading from vertical stresses due to destruction and stratification at the contacts of layers and layers, as well as along clay interlayers, favorable conditions are created for the filtration of free gases into it.

Геологическая модель механизма образования очагов газодинамической опасности в породах сильвинито-карналлитовой зоны на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей

В процессе проведения исследований разработана геологическая модель механизма образования очагов газодинамической опасности в породах сильвинито-карналлитовой зоны на Верхнекамском месторождении калийных солей. При образовании в породах сильвинито-карналлитовой зоны очагов газодинамической опасности источниками газонасыщенных флюидов являлись газоносные водные растворы, в том числе и флюиды из нефтеносных месторождений, расположенных в толще пород, постилающих соляную залежь. Путями восходящей миграции газонасыщенных флюидов могли быть: разрывные тектонические нарушения, надвиги, сквозные зоны повышенной трещиноватости и зоны проницаемости над склонами рифогенных структур. Миграция газонасыщенных флюидов в соляную толщу из подстилающих пород происходила в субвертикальном направлении (снизу вверх). В породах сильвинито-карналлитовой зоны латеральное направление миграции газонасыщенных водных растворов преобладало над вертикальным вследствие ярко выраженной анизотропии фильтрационных свойств. Флюиды в латеральном направлении двигались по многочисленным глинистым слоям прослойкам и межзерновому пространству. В процессе миграции газонасыщенных флюидов в породах сильвинито-карналлитовой зоны происходили эпигенетические преобразования соляных пород: замещение сильвинитов каменной солью, сильвинитизация карналлитов, образование пород смешанного состава (сильвинит+карналлит). При сильвинизации карналлитов миграция агрессивных газонасыщенных флюидов происходила в направлении от зон замещения сильвинитов каменной солью и пестрых сильвинитов в направлении развития карналлитовых пород. Пестрый сильвинит как продукт эпигенетических процессов в породах сильвинито-карналлитовой зоны вблизи контакта с карналлитовой породой обладает повышенной пористостью и пониженной прочностью. Закономерности распределения свободных газов в пластах сильвинито-карналлитовой зоны обусловлены работой трехзонной функциональной системы галогенного метасоматоза. Разложение карналлита сопровождалось образованием дефицита твердой фазы, величина которого могла изменяться в широком диапазоне значений и достигать почти 70 %. На участках полного разложения карналлита в породах сильвинито-карналлитовой зоны из-за дефицита твердой фазы формировались пустоты. Эти пустоты по аналогии можно считать процессом природной «подработки» вышележащих пластов и «надработки» нижележащих. Эффект природной «подработки» сопровождался формированием в подработанной части сильвинито-карналлитовой зоны за счет разгрузки от горного давления и сдвижения пород систем трещин, через которые происходила миграция свободных газов в подработанные пласты. В результате в породах сильвинито-карналлитовой зоны под воздействием природной «подработки» в зоне разгрузки от вертикальных напряжений за счет разрушений и расслоений по контактам слоев и пластов, а также по глинистым прослоям создаются благоприятные условия для фильтрации в нее свободных газов.