nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2023-46-1-20-35nznistu-268Research ArticleГеофизикаGeophysicsМоделирование гидродинамического режима техногенного водоносного горизонта в пределах участка «Ноябрьский» рудника «Айхал»Modeling hydrodynamic regime of the technogenic aquifer within the Noyabrsky site of the Aikhal minehttps://orcid.org/0000-0002-2169-123XЯнниковА. М.YannikovA. M.

 Янников Алексей Михайлович, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель директора по научной работе

г. Мирный

 Aleksey M. Yannikov, Cand. Sci. (Geol. & Mineral.), Deputy Director for ResearchMirny 

yannikov90@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7835-6048СтручковаА. С.StruchkovaA. S.

 Стручкова Агита Сергеевна, заведующая сектором гидрогеологического и гидродинамического моделирования

г. Мирный

 Agita S. Struchkova, Head of the Sector of  Hydrogeological and Hydrodynamic ModelingMirny 

StruchkovaAS@alrosa.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3593-2524КорепановА. Ю.KorepanovA. Yu.

 Корепанов Алексей Юрьевич, заведующий Лабораторией горно-геологических проблем разработки месторожденийг. Мирный

 Aleksey Yu. Korepanov, Head of the Laboratory of Mining and Geological Problems of Field Development

Mirny 

KorepanovAYu@alrosa.ruИнститут «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО)Россия“Yakutniproalmaz” Institute, PJSC “ALROSA”Russian Federation2023070420234612035Copyright © Янников А.М., Стручкова А.С., Корепанов А.Ю., 20232023Янников А.М., Стручкова А.С., Корепанов А.Ю.Yannikov A.M., Struchkova A.S., Korepanov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/268

Участок «Ноябрьский» используется для закачки дренажных высокоминерализованных вод, образующихся при разработке кимберлитовой трубки «Айхал» (Республика Саха (Якутия), Россия). Производимая с 2013 г. в скважины участка закачка вод привела к формированию локализованного внутримерзлотного техногенного водоносного горизонта. Учитывая фильтрационные параметры формируемых коллекторов толщи многолетнемерзлых пород, а также подтвержденную полезную емкость участка, его эксплуатацию планируют вести как минимум до 2044 г. Несмотря на сравнительно небольшие объемы закачки (до 430 м3/сут.), прогнозирование динамики изменения гидродинамического режима техногенного горизонта является интересной задачей, обладающей большой практической значимостью для обеспечения экологической и промышленной безопасности. Оценка техногенного влияния, а также последующее прогнозирование динамики гидродинамического режима в пределах участка «Ноябрьский» были осуществлены методами моделирования в программном обеспечении Modflow. В настоящее время сформированная линза рассолов характеризуется неравномерными фильтрационными параметрами, что обусловлено особенностями тепло- и массопереноса при использовании толщи многолетнемерзлых пород для закачки дренажных вод. На основе результатов прогнозного моделирования можно сделать вывод, что использование метода закачки дренажных вод рудника «Айхал» в толщи многолетнемерзлых пород на участке «Ноябрьский» позволяет уменьшить степень влияния горных и добычных работ как на геологическую среду изучаемого района посредством локализации ее на планово ограниченном сравнительно небольшом по площади участке, на котором непосредственно осуществляется закачка, так и на окружающую среду посредством исключения попадания в поверхностные воды дренажных рассолов до 2044 г.

The Noyabrsky site is used for the injection of highly mineralized drainage waters formed during the development of the Aikhal kimberlite pipe (Republic of Sakha (Yakutia), Russia). The water injected into the wells of the site since 2013 has formed a localized intrapermafrost technogenic aquifer. Taking into account the porosity parameters of the formed permafrost reservoirs, as well as the confirmed useful capacity of the site, its operation is planned to continue until 2044 at the very least. Despite relatively small injection volumes (up to 430 m3/day), forecasting dynamical changes in the hydrodynamic regime of the technogenic water horizon is a challenging task, which is of significant practical importance for the provision of environmental and industrial safety. The assessment of the anthropogenic impact, as well as the subsequent forecasting of the hydrodynamic regime dynamics within the Noyabrsky site, were carried out by modeling methods in the Modflow software. The brine lens formed today is characterized by uneven porosity parameters, which is due to the peculiarities of heat and mass transfer when using permafrost for drainage water injection. Based on the results of predictive modeling a conclusion can be derived that the use of the method of Aikhal mine drainage water injection into the permafrost strata at the Noyabrsky site allows to reduce the influence degree of mining and production operations on the geological environment of the studied area through its localization on an intentionally limited, relatively small area, where injection is carried out, as well as on the environment, by preventing drainage brines from entering surface waters until 2044.

многолетнемерзлые породырассолытехногенный водоносный горизонтдренажные водыАйхалpermafrostbrinestechnogenic aquiferdrainage watersAikhalReferencesГриневский С.О. Гидрогеодинамическое моделирование взаимодействия подземных и поверхностных вод. М.: Инфра-М, 2012. 152 c.Grinevskii S.O. Hydrogeodynamic modeling of underground and surface water interaction. Moscow: Infra-M; 2012. 152 p. (In Russ.).Колганов В.Ф., Акишев А.Н., Дроздов А.В. Горногеологические особенности коренных месторождений алмазов Якутии. Мирный: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. 576 с.Kolganov V.F., Akishev A.N., Drozdov A.V. Mining and geological features of primary diamond deposits in Yakutia. Mirny: LAP Lambert Academic Publishing; 2015. 576 p. (In Russ.).Климовский И.В., Готовцев С.П. Криолитозона Якутской алмазоносной провинции. Новосибирск: Наука, 1994. 167 с.Klimovskii I.V., Gotovtsev S.P. Cryolithozone of the Yakutsk diamondiferous province. Novosibirsk: Nauka; 1994. 167 p. (In Russ.).Янников А.М., Янникова С.А., Овчинникова М.Ю., Корепанов А.Ю. Использование многолетнемерзлых пород для закачки дренажных вод коренных месторождений алмазов на примере участка «Ноябрьский» (рудник «Айхал») // Вестник Пермского университета. Геология. 2021. Т. 20. № 3. С. 284–299. https://doi.org/10.17072/psu.geol.20.3.284.Yannikov A.M., Yannikova S.A., Ovchinnikova M.Yu., Korepanov A.Yu. Using permafrost for pumping drainage water from primary diamond deposits on the example of the Noyabrskiy site (Aykhal mine). Vestnik Permskogo universiteta. Geologiya = Bulletin of Perm University. Geology. 2021;20(3):284-299. (In Russ.). https://doi.org/10.17072/psu.geol.20.3.284.Дроздов А.В. Захоронение дренажных рассолов в многолетнемерзлых породах (на примере криолитозоны Сибирской платформы). Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 295 с.Drozdov A.V. Drainage brine burial in permafrost (on the example of the permafrost zone of the Siberian Platform). Irkutsk: Irkutsk State Technical University; 2007. 295 p. (In Russ.).Гидрогеология СССР. Т. XX. Якутская АССР / ред. А.И. Ефимов, И.К. Зайцев. М.: Недра, 1970. 384 с.Efimov A.I., Zaitsev I.K. Hydrogeology of the USSR. Vol. 20. Yakut ASSR. Moscow: Nedra; 1970. 384 p. (In Russ.).Толстихин О.Н., Шепелев В.В., Никитина Н.М. [и др.]. Мерзлотно-гидрогеологические условия Восточной Сибири / отв. ред. П.И. Мельников. Новосибирск: Наука, 1984. 191 с.Tolstikhin O.N., Shepelev V.V., Nikitina N.M., et al. Permafrost-hydrogeological conditions of Eastern Siberia. Novosibirsk: Nauka; 1984. 191 p. (In Russ.).Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 507 с.Drozdov A.V., Iost N.A., Lobanov V.V. Cryohydrogeology of diamond deposits in Western Yakutia. Irkutsk: Irkutsk State Technical University; 2008. 507 p. (In Russ.).Янников А.М. Гидрогеология Алакит-Мархинского кимберлитового поля (Республика Саха (Якутия)). Мирный: Изд-во ЗЯНЦ/ЯНА, 2022. 131 с.Yannikov A.M. Hydrogeology of the Alakit–Markhin kimberlite field (Republic of Sakha (Yakutiya)). Mirny: ZYANTS/YANA; 2022. 131 p. (In Russ.).Chen M., Izady A., Abdalla O.A. An efficient surrogate-based simulation-optimization method for calibrating a regional MODFLOW model // Journal of Hydrology. 2017. Vol. 544. P. 591–603. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.12.011.Chen M., Izady A., Abdalla O.A. An efficient surrogate-based simulation-optimization method for calibrating a regional MODFLOW model. Journal of Hydrology. 2017;544:591-603. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.12.011.Hughes J.D., Russcher M.J., Langevin C.D., Morway E.D., McDonald R.R. The MODFLOW application programming interface for simulation control and software interoperability // Environmental Modelling & Software. 2022. Vol. 148. P. 105257. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105257.Hughes J.D., Russcher M.J., Langevin C.D., Morway E.D., McDonald R.R. The MODFLOW application programming interface for simulation control and software interoperability. Environmental Modelling & Software. 2022;148:105257. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105257.Kelson V. Predicting collector well yields with MODFLOW // Ground Water. 2012. Vol. 50. Iss. 6. P. 918–926. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2012.00910.x.Kelson V. Predicting collector well yields with MODFLOW. Ground Water. 2012; 50(6):918-926. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2012.00910.x.Ameli A.A., Craig J.R. Semi-analytical 3D solution for assessing radial collector well pumping impacts on groundwater-surface water interaction // Hydrology Research. 2017. Vol. 49. Iss. 1. P. 17–26. https://doi.org/10.2166/nh.2017.201.Ameli A.A., Craig J.R. Semi-analytical 3D solution for assessing radial collector well pumping impacts on groundwater-surface water interaction. Hydrology Research. 2017;49(1):17-26. https://doi.org/10.2166/nh.2017.201.Hill M.C., Cooley R.L., Pollock D.W. A controlled experiment in ground water flow model calibration // Groundwater. 1998. Vol. 36. Iss. 3. P. 520–535. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1998.tb02824.x.Hill M.C., Cooley R.L., Pollock D.W. A controlled experiment in ground water flow model calibration. Groundwater. 1998;36(3):520-535. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1998.tb02824.x.Акулова В.В., Дроздов А.В., Дроздова Т.И., Худоногова Е.В. Техногенные новообразования как результат взаимодействия мерзлого массива пород и дренажных рассолов. Подземная гидросфера: материалы Всерос. совещ. по подземным водам востока России. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. С. 358–361.Akulova V.V., Drozdov A.V., Drozdova T.I., Khudonogova E.V. Technogenic neocrystallisations as a result of the frozen rock mass and drainage brine interactions. In: Podzemnaya gidrosfera: materialy Vseros. soveshch. popodzemnym vodam vostoka Rossii = Underground hydrosphere: proceedings of All-Russian meeting on underground waters of the Russian East. Irkutsk: Irkutsk State Technical University; 2006, p. 358–361. (In Russ.).Алексеев С.В., Дроздов А.В., Дроздова Т.И., Алексеева Л.П. Первый опыт захоронения соленых дренажных вод карьера трубки Удачная в многолетнемерзлые породы // Криосфера Земли. 2002. Т. 6. № 2. С. 61–65.Alekseev S.V., Drozdov A.V., Drozdova T.I., Alekseeva L.P. The first experience of burial of saline drainage waters of Udachnaya pipe quarry into permafrost. Kriosfera Zemli = Earth's Cryosphere. 2002;6(2):61-65. (In Russ.).Алексеев С.В., Гунин В.И., Дроздов А.В. [и др.]. Особенности миграции высокоминерализованных стоков карьера трубки Удачная в многолетнемерзлых породах при их подземном захоронении // Тезисы докладов III конференции геокриологов России. М.: Изд-во МГУ, 2005. С. 5–12.Alekseev S.V., Gunin V.I., Drozdov A.V., et al. Migration features of highly mineralized effluents from the Udachnaya pipe open pit in permafrost under their underground burial. In: Tezisy dokladov III konferentsii geokriologov Rossii = Report abstracts of 3d conference of Russian geocryologists. Moscow: Lomonosov Moscow State University; 2005, p. 5–12. (In Russ.).Янников А.М., Трифонов Н.С., Лепокурова О.Е. Влияние разрывных нарушений на обводнение и газоносность глубоких горизонтов трубки «Айхал» (Республика Саха (Якутия)) // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2021. № 1.С. 104–113. https://doi.org/10.17308/geology.2021.1/3342.Yannikov A.M., Trifonov N.S., Lepokurova O.E. The impact of faults on the water inflow and gas content of the deep levels of the Aikhal pipe (republic of Sakha (Yakutia)). Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Geologiya = Proceedings of Voronezh State University. Series: Geology. 2021;1:104-113. (In Russ.). https://doi.org/10.17308/geology.2021.1/3342.Боревская В.А., Гаврилов И.Т., Грабовников В.А., Егоров Н.Н., Ефимова И.В., Зильберштейн Б.М. [и др.]. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков / ред. В.А. Грабовников. М.: Недра, 1993. 335 с.Borevskaya V.A., Gavrilov I.T., Grabovnikov V.A., Egorov N.N., Efimova I.V., Zil'bershtein B.M., et al. Hydrogeological studies to justify the underground disposal of industrial wastewater. Moscow: Nedra; 1993. 335 p. (In Russ.).Дроздов А.В. Оценка перспективности участка «Левобережный» для захоронения дренажных рассолов трубки «Удачной» // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2013. № 1. С. 146–156.Drozdov A.V. Evaluation of “Levoberezhny” site perspective for burying drainage brines of pipe “Udachnaya”. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii = Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences of the Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits. 2013;1:146-156. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.