Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии
Инженерно-геологические проблемы мегаполисов юга России и их влияние на строительство
Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТАГлава 2. Инженерно-геологические особенности территории Волгоградского мегаполиса
2.1. Солянокупольпая тектоника Волгоградского мегаполиса.
Волгоградский мегаполис расположен в пределах Прикаспийского со-лянокупольного бассейна - крупнейшего в мире региона развития соляных куполов. На территории, занимающей около 500 тыс. км2, насчитывается более 1758 соляных структур, в других регионах число их измеряется сотнями, и с появлением новых данных быстро увеличивается. В 60-х годах числоа куполова в ПКВ оценивалось от 1100 до 1200. Многообразие форм и условий залегания соли и надсолевых отложений позволяет на примере этого региона наиболее полно изучить особенности солянокупольной тектоники и ее влияния на условия строительства. Представления о тектонике региона в значительной мере определились в результате выполнения обширной программы региональных геолого-геофизических исследований, а также проведения поисково-разведочных работ (С. Эвентов, Х. Соколин).
В геотектоническом отношении Северный Прикаспий является наиболее прогнутой частью юго-востока Русской платформы, именуемой Прикаспийской впадиной (ПКВ). Она занимает юго-восточный угол Восточно-Европейской платформы в зоне полупустынь и сухих степей и характеризуется аридным и континентальным климатом с резким превышением испаряемости (800 - 1000 мм) над осадками (100 - 350 мм).
По структурным особенностям впадина разделена на две различные тектонические области - прибортовую зону и внутренние солянокупольные районы (Г.А. Бражников). Западная граница Прикаспийской впадины определяется по гравитационному уступу, который трассируется от Волгограда в северном направлении вдоль русла Волги. Выше г. Дубовки он постепенно отклоняется к востоку, переходит на левобережье и на широте г. Камышина располагается восточнее Волги на 30-32 км.
Хотя интерес к сравнительному геологическому изучению солянокупольных впадин возник относительно давно в связи с их высокой нефтегазоносностью, инженерно-геологические условия и особенности этих регионов как особого типа платформенных структур ранее не рассматривались. Помимо ПКВ, к ним относятся Примексиканская впадина (ПМВ) в США, североморская (СМ) в Европе и Габонская в Африке.
В первой части главы на основе обобщения большого фактического материала выполнен сравнительный анализ структурно-тектонических особенностей и связанных с ними особенностей строения осадочного чехла этих регионов. Наибольшее внимание уделено инженерно-геологическим особенностям толщи четвертичных отложений и палеогеографическим условиям их образования. Основой анализа помимо личных материалов автора явились труды Л. Б. Аристарховой, Ю. М. Васильева, А. Д.а Наумова,а Н. И.а Николаева, А. А. Свиточа, В. Н. Синякова, П. В. Федорова, В. Л. Яхимович и других исследователей.
Анализ позволил выявить однотипность и яркое своеобразие геолого-тектонических условий солянокупольных впадин, резко отличающее их от типичных внутриплатформенных структур, например,а Московской синеклизы. Для ниха характерны субокеанический тип земной коры, т. е. вздымание поверхности Мохоровичича, выклинивание гранитного и уменьшение базальтового слоя. Фундамент впадин погружен на аномальную глубину, достигая25 км в ПКВ. Основным типом тектонических движений на протяжении геологической истории всех впадин было погружение, что привело к формированию необычайно мощного осадочного чехла, разделенного на три комплекса: подсолевой, солевой и надсолевой.
Унаследованное прогибание продолжалось и в новейший этап развития каждой из впадин; это обусловило неоднократные трансгрессии морей и накопление на огромных территориях мощных толщ дисперсных плиоцен-четвертичных отложений, что также нетипично для внутриплатформенных структур. Показано, что строение этих толщ достаточно сложно вследствие неоднократных миграций береговых линий и долин рек. Поэтому в пределах каждого горизонта наблюдается пестрое сочетание осадков морского и континентального происхождения, которые взаимно замещают друг друга в плане и разрезе.
2.2. Влияние соляной тектоники на инженерно-геологические условия региона
Характерной и очень важной особенностью областей галокинеза является соляная тектоника. Первоначальная мощность солевого комплекса составляла в ПКВ 3 - 4 км; в наше время поверхность соли резко расчленена, и мощность комплекса колеблется на отдельных структурах от 0 до 10 км.а Соляные структуры представлены положительными формами (купола, антиклинали) и сопряженными с ними отрицательными формами - межкупольными депрессиями, компенсационными мульдами, мульдами оседания и грабенами. В работе показано, что соляная тектоника оказывает влияние на все компоненты ИГУ рассматриваемых территорий.
Влияние галокинеза на геологическое строение выражается в появлении на участках открытых соляных куполов скальных пород палеозоя - кайнозоя, а также галоидов соляного комплекса, в целом нетипичных для впадин, перекрытых чехлом четвертичных пород. Напротив, во многих межкупольных депрессиях соль полностью отсутствует. На соляных куполах наблюдается дислокация покровных пород, уменьшение их мощности и изменение состава в сторону более грубого, а в отрицательных структурах мощность покровных отложений резко возрастает. Ярким примером является мульда купола Новобогатинск Прикаспийской впадины, где подошва четвертичных отложений выявлена на глубине 500 м; в работе приведен ряд сходных данных по другим территориям.
Существенное значение для ИГУПрикаспия имеет связь соляных структур с условиями залегания хвалынских шоколадных глин, являющихся основанием многих сооружений. По условиям залегания, особенностям состояния и физико-механических свойств глины разделяются на две разновидности, для которых предлагались такие названия, как глины нетрещиноватые и трещиноватые, большой и малой мощности, глубокого и мелкого залегания (Приклонский и др., 1956; Егоров, 1968; и др.). Но ни один из этих признаков не учитывает всего комплекса различий. Поэтому в современной литературе хвалынские глины подразделяют на разновидности участков отрицательных и положительных солянокупольных структур.
Глины первой разновидности мощностью до 20 м накапливались в межкупольных депрессиях, выраженных в рельефе пониженными участками с неглубоким залеганием УГВ, в связи с чем глины обводнены, имеют высокую влажность, пористость и консистенцию и низкую прочность и высокую сжимаемость. Глины, как правило, ненабухающие.
Глины второй разновидности располагаются на повышенных участках в виде маломощного (до 5 - 7 м) слоя. Они залегают выше УГВ, сильно выветрелы, имеют низкую влажность и пористость, высокую прочность и слабуюаа деформируемость, сильно набухают.
В ВолгГАСУ автором исследована связь условий залегания этих разновидностей хвалынских глин с соляными структурами разных знаков на примере двух ИГ разрезов протяженностью 50 км, один из которых ориентирован вдоль правого берега Волги, второй расположен в Волго-Уральском междуречье. Было выявлено отчетливое сходство профилей, отражающих соляную тектонику, с условиями залегания глин. Депрессии, в которых располагаются глины первой разновидности, соответствуют межкупольным депрессиям, а глины второй разновидности залегают над соляными куполами.
В рельефе влияние соляной тектоники заключается в том, что положительные соляные структуры отражаются повышенными участками поверхности, излучинами рек, деформацией террасовых уровней, усилением густоты овражного расчленения. Отрицательные соляные структуры выражены в виде меандрирующих участков речных долин, лиманов, солегрязевых западин - соров и других пониженных участков.
Весьма специфическими формами рельефа Прикаспия являются бугры Бэра - удлиненные невысокие гряды, сложенные эоловыми песчано-глинистыми и лессовыми породами, и ареалы их распространения соответствуют участкам солянокупольных поднятий, что доказано Л.Б. Аристарховой. Аналогичные формы рельефа, получившие название алевритово-глинистых дюн имеются в Примексиканской впадине (X. Бернард, 1968). В работах ВолгГАСУ установлено, что границы района их распространения близки контурам солянокупольного района Рио-Гранде.
Гидрогеологические условия краевых впадин также находятся под влиянием галокинеза. Соляные купола играют роль очагов разгрузки, по которым происходит миграция подземных вод. Минерализация вод вблизи куполов увеличивается, достигая степени рассолов, что отмечается на многих участках ПКВ, в ФРГ, ГДР и США. Глубина залегания УГВ в Прикаспии также зависит от типа соляных структур. На возвышенных участках, соответствующих куполам, УГВ располагается на глубине 15Ч20 м, а в пределах бессточных впадин, отражающих мульды, она равна 2 - 4 м.
Состав и физико-механические свойства породтакже испытывают влияние соляной тектоники, изученное в ВолгГАСУ по данным более 1200 полевых и лабораторных определений на примере двух разновидностей хвалынских глин, расположенных на куполах и мульдах. Состав и физико-механические свойства глин двух разновидностей имеют различия, отражающие неодинаковую историю их формирования.
В развитии современных геологических процессов соляной тектонике принадлежит особая роль. Принципиально важное и еще недооцененное значение имеют современные движения рельефа, происходящие на куполах со скоростью от 1 до 14,8 мм/год.
С соляными куполами связаны разрывные дислокации рельефа, которые могут оказывать влияние на инженерные сооружения. По данным Е. Вербика, на побережье Мексиканского залива между городами Викторией и Бомонтом (Техас) обнаружены сотни разломов, сконцентрированные в районах интенсивного соляного диапиризма. Более 10% разломов активны, что отражается в деформациях и разрушениях автомобильных и железных дорог, смещениях и разрывах пород плейстоцена и голоцена. Разрывные дислокации на соляных структурах имеются также в ФРГ и Прикаспии.
Среди экзогенных процессов особенно значение имеет соляной карст, наиболее интенсивный из всех его разновидностей. Карст и его активизация под влиянием техногенеза представляет одну из самых серьезных ИГ проблем в Германии, особенно в городах. Приведенные в работе данные показывают, что эта проблема характерна для многих областей галокинеза, в том числе и в связи с созданием куполов в качестве подземных хранилищ.
Несмотря на ограниченное развитие соляного карста на территории ПКВ, можно предвидеть неизбежность его распространения в связи с активным ростом освоения уникальной нефтегазоносной провинции.
В работе показано влияние соляных структура на развитие других экзогенных процессов. Положительным соляным структурам в ПКВ сопутствуют денудационные процессы: речная и овражная эрозия, плоскостной смыв, дефляция, а отрицательные структуры являются участками речной, озерной, болотной и эоловой аккумуляции. Просадочность лессовых пород и набухание глин на куполах значительно выше, чем в депрессиях, что отражает различия в рельефе и увлажненности пород. Установлено опосредованное влияние соляных структур различного знака на развитие оползней.
2.3. Строение земной коры, фундамента и осадочного чехла. Волгоградский мегаполис расположен в юго-восточной части Русской платформы. В пределах описываемой территории ее фундамент сложен архейско-протерозойскими метаморфическими сериями и древними интрузиями, а платформенный чехол - осадочными среднедевонскими и более молодыми породами. Толща осадочных пород над фундаментом имеет мощность от 2 до 10-18 км, увеличиваясь к Прикаспию.
Нижняя часть пермской системы представлена доломитами, известняками и ангидритами, кунгурский ярус - толщей соли, залегание которой в ПКВ искажено галокинезом. В соляных куполах мощность соли измеряется километрами, а в мульдах сокращается до нуля. Верхний отдел системы сложен известняками, доломитами и глинисто-мергельной толщей.
Триасовая система сложена песчаниками, алевролитами, глинами, мергелями и известняками. Юрская система представлена глинами, алевритами, алевролитами, песчаниками, известняками и мергелями.
Огложекия меловой системы широко распространены. Характерен турон-коньякский ярус. В основании залегает песчанистый мел, фосфориты, выше - писчий мел, мергели, опоки, алевриты, песчаники.
Палеогеновая система включает три отдела. Древнейшими являются отложения сызранской свиты, сложенные опоками. Выше залегают песчаники, еще выше - слюдистые пески с глыбами песчаника. Камышинская свита представлена глиной, на которой залегают пески и песчаники. Пролейская свита сложена песками с прослоями опок и песчаников. Сызранская .свита представлена песками с прослоями опок и песчаников, мечеткинская - песками и песчаниками. Киевская свита представлена мергелями и глинами. Майкопская сложена слоистыми глинами.
Неогеновая система подразделяется на два отдела: миоцен и плиоцен.
Гуровская свита залегает в долинах древних палеорек, сложена крупными песками с галькой, перекрытыми коричневыми глинами. Ергенинская свита сформировалась в начале плиоцена в речных и дельтовых условиях и сложена песками мощностью до 30-40 м. Скифская свита развита к западу от Волгограда, где Волго-Донской водораздел покрыт красно-бурыми глинами и суглинками; это отложения древних долин донской системы, заполняющие палеорусла шириной 10-20 м, врезанные на глубину до 20 м.
В верхнеплиоцен-антропогеновую стадию в ПКВ обособилась область прогибаний, в которой происходили крупнейшие трансгрессии Каспия - акчагыльская, апшеронская, бакинская, хазарская, хвалынская, новокаспийская; их важнейшим результатом было накопление мощной толщи морских, в ос-новном глинистых осадков.
Глава 3. Геоморфологические условия
Прикаспийская впадина в целом в орографическом плане разделяется на Прикаспийскую низменность и обрамляющие ее с запада, севера и востока возвышенности: Сыртовую равнину, Общий сырт, Подуральское (Урало-Эмбенское) плато, часть Ергенинской и Приволжской возвышенностей. Прикаспийской аккумулятивной низменности соответствует в неотектоническом плане новейшая синеклиза, а возвышенности являются участками поднятий и представлены денудационными равнинами от олигоценового до раннеплейстоценового возраста.
Прикаспийская низменность представляет плоскую равнину, чрезвычайно полого наклоненную к морю: абсолютная высота низменности составляет на окраинах 48-50 м, у моря - 28 м.
Основными генетическими типами морфоструктуры являются аккумулятивные равнины морского, эолового и аллювиального происхождения. Рельеф низменности имеет ярко выраженную концентрическую зональность: северную часть низменности занимает морская аккумулятивная равнина, освободившаяся из-под уровня моря в середине верхнего плейстоцена и сложенная преимущественно глинистыми породами; далее к югу располагается песчаная поверхность морской верхнехвалынской равнины конца верхнего плейстоцена и сформировавшейся на ней эоловой равнины голоценового возраста, а на самом побережье моря располагается неширокая полоса приморской равнины голоценового возраста. Аккумулятивная равнина долины Волги пересекает всю низменность.
Морская аккумулятивная равнина нижнехвалынского возраста располагается между предсыртовым уступом на севере и нулевой горизонтальюа на юге. Поверхность равнины сложена преимущественно морскими суглинками и глинами, реже песками.
Чрезвычайно малая амплитуда неровностей рельефа, наряду с засушливостью климата, относительной молодостью рельефа и отсутствием рек с постоянным стоком обусловливают его малую расчлененность.
К отрицательным формам рельефа относятся многочисленные бессточные впадины, образование которых связано с соляной тектоникой, а также нетектоническими причинами.
Помимо названных в главе 2, впадинами тектонического происхождения являются лиманы в межкупольных депрессиях (Большом Лимане и др.), а также многочисленные озерные и соровые котловины, приуроченные к соляным структурам и линиям тектонических нарушений, что было установлено по космическим снимкам. К впадинам нетектонического происхождения относятся падины. Большие падины (диаметром 0,5-5 км) образовались в неровностях морского дна, небольшие (глубиной от 0,5 диаметром 0,1-0,3 км) имеют суффозионно-просадочное происхождение, как и степные блюдца диаметром от 1 до 20-30 м.
Морская аккумулятивная равнина верхнехвалынского возраста соответствует территории распространения верхнехвалынской трансгрессии, за исключением центральной части, где на песчаном верхнехвалынском субстрате образовалась эоловая равнина голоценового возраста.
Поверхность равнины сложена верхнехвалынскими морскими и аллювиально-морскими песчаными и супесчаными отложениями, в значительной степени перевеянными, что обусловило образование массивов бугристых, бугристо-котловинных и бугристо-барханных песков, слабо закрепленных растительностью.а Имеются плоскодонные депрессии глубиной 1-2 м, протяженностью 0.2-1.5 км, занятые мелкими озерами.
Эоловая аккумулятивная равнина голоценового возраста, образовавшаяся в результате перевеванияа верхнехвалынских песчаных осадков, имеет абсолютные отметки от 0 на севере до -20 на юге и характеризуется чередованием бугристых и бугристо-барханных песков с массивами барханных гряд, ориентированных с юго-востока на северо-запад. Отрицательные формы рельефа представлены дефляционными котловинами, часто занятыми солончаками, сорами и соляными озерами. Глубина дефляционных котловин достигает 8 м, диаметр 2000 м.
Морская аккумулятивная равнина голоценового возраста протягивается узкой полосой вдоль побережья Каспийского моря и сложена маломощным чехлом песчаных и супесчаных отложений. Абсолютные отметки поверхности от - 25 до - 27 м. На отдельных участках встречаются реликты бэровских бугров, ложбины стока, образованные сгонно-нагонными процессами, аа также начальныеа формы эоловой переработки.
Аллювиальные и аллювиально-морские аккумулятивные равнины представлены дельтой и долиной Волги.
В долине Волги выделяется пойма и 5 надпойменныха террас различногоа возраста. Наиболее древняя (бакинская) терраса, имеющая нижнечетвертичный возраст, в настоящее время сильно деформирована и встречается лишь на отдельных участках в северной части долины, где перекрывается лессовыми породами верхнего горизонта сыртовой толщи. Четвертая (хазарская) терраса имеет абсолютные отметки до 70-75 м и ширину до 18 км, аллювий представлен песками, глинами и суглинками. Третья терраса, отвечающая начальной стадии нижнехвалынской трансгрессии, прослеживается вдоль левого склона долины в Сыртовом Заволжье и имеет абсолютные отметки поверхности от 30-35 до 50-55 м при ширинеа от 2-3 до 15-22 км, сложена лиманно-аллювиальными суглинками, супесями и песками. Вторая терраса в явном виде прослеживается на севере Заволжья, а в пределах Прикаспийской низменности сливается с морской равниной нижнехвалынского возраста. Рельефообразующими породами являются преимущественно хвалынские глины, а также пески, суглинки и супеси. Первая (верхнехвалынская) терраса прослеживается в долине Волги ниже Волгограда, а также выше устья р. Еруслана. Абсолютные отметки поверхности колеблются от 25 до 0 м, высота над урезом воды от 2 до 5 м. Состав аллювия преимущественно песчаный. Пойменная терраса имеет наибольшую ширину (до 30-40 км) ниже Волгограда (где от Волги отделяется рукав Ахтуба) и сильно расчленена рукавами на многочисленные острова, сложенные в основном песчаным и супесчаным материалом. Ближе к центральной части преобладают суглинистые разности.
На возвышенностях, расположенных по периферии впадины, основными генетическими типами морфоструктуры являются денудационные равнины палеогенового, плиоценового и раннеплейстоценового возраста.
Денудационные равнины палеогенового возраста распространены на юго-западном склоне возвышенности Общий Сырт и характеризуются абсолютными отметками поверхности от 360 м на водоразделах до 100-80 м - в долинах. Рельеф равнины увалистый. Начиная со второй половины олигоцена, она испытывала устойчивые поднятия, в результате которых на дневную поверхность были выведены отложения юры, мела и палеогена, в четвертичное время перекрытые чехлом лессовых пород. Аналогичное строение и возраст имеет денудационная равнинаа Приволжской возвышенности в районе г. Камышина. Равнина характеризуется развитой овражно-балочной сетью и небольшими, но глубоко врезанными речками.
Денудационные равнины плиоценового возраста представлены двумя областями на западе и востоке территории. Одна из них, включающая часть Приволжской и Ергенинской возвышенностей, имеет волнистую поверхность с отметками 120-220 и является обращенной морфоструктурой, поднятой в конце плиоцена.
Поверхностная толща представлена лессовыми породами мощностью в основном 10-20 м (до 50 м), подстилаемыми отложениями палеогена и неогена.
Интересно отметить связь морфологии земной поверхности с геологической структурой как основы выработки представлений о механизмах образования форм рельефа, в частности соотношения между высотами земной поверхности и глубинами залегания поверхности Мохоровичича. По опубликованным В.В. Бронгулеевым данным, поворот Волги у Волгограда с северо-востока на юго-запад и далее круто на юго-восток повторяет очертания зоны погружений поверхности Мохоровичича. В рельефе этот поворот соответствует переходу от Приволжской возвышенности к возвышенности Ергеней, причем существует пограничная зона между этими возвышенностями, отчетливо выраженная в рельефе в форме седловины. Впервые этот интересный феномен опубликован в диссертационной работе.
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по геологии-минералогии