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

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

 

3. Антропогенные процессы (32 вида, по классификации Ф.В. Котлова) также обладают чертами сходства и различия. Обращает на себя внимание резкая активизация соляного карста под влиянием деятельности человека, которая представляет серьезную проблему и может сыграть отрицательную роль в продолжающемся освоении территории Прикаспийской впадины.

Весьма характерной чертой для каждой из рассматриваемых областей является развитие процессов набухания и усадки высокодисперсных глин, причиняющих огромный ущерб (в США он превышает убытки, приносимые землетрясениями, ураганами и наводнениями), повсеместны антропогенные оползни. Вместе с тем имеются отличия, обусловленные зонально-климатическими факторами. Так, на песчаных равнинах юга Прикаспийской впадины под влиянием деятельности человека резко и в широком масштабе активизируются эоловые процессы, а на территории впадин гумидной зоны роль антропогенной дефляции и аккумуляции ничтожна.

Вместе с тем на преобладающей части территории Прикаспийской впадины, сложенной глинистыми и лессовыми породами, наиболее значительные изменения геологической среды связаны с нарушением природного водного баланса и влажностного режима пород зоны аэрации: на застроенных территориях происходит повышение уровня грунтовых вод, образование верховодки и новых водоносных горизонтов, увеличение влажности пород, возникает подтопление, заболачивание, вторичное засоление пород. Изменение влажности вызывает просадку лессовых пород, уменьшение их проч-кости и размокание, коррозию. Важно отметить, что выполненное в ВолгГАСУ обобщение данных 2553 исследований коррозионной активности 27 видов важнейших генетических типов пород Прикаспия показало, что все породы, за исключением современных аллювиальных песков и суглинков, обладают средней и повышенной активностью, что связано с их засоленностью, обусловленной аридным климатом.

Хотя отдельные из перечисленных процессов и отмечаются на территории впадин гумидной зоны, их роль невелика.

В то же время на территории Североморской и особенно При-мексиканской впадин широко развиты процессы, связанные с интенсивной эксплуатацией подземных вод, практически отсутствующие в Прикаспии или имеющие локальный характер: образование депрессий подземных вод, оседание земной поверхности и формирование гидрогеохимических аномалий в связи со смешением пресных вод с минерализованными. Эти различия отражают неодинаковую степень освоенности регионов, а также, косвенно, - зонально-климатические особенности, предопределившие преобладание на территории впадин гумидной зоны пресных вод, а в Прикаспии - минерализованных, непригодных для водоснабжения.

В главе охарактеризованы мульды оседания, возникающие в связи с отбором нефти, газа и конденсата на территории Примексиканской впадины и в других нефтегазоносных регионах, показана вероятность их образования в процессе эксплуатации крупных месторождений Прикаспия; приведена характеристика ряда других процессов и явлений.

Глава 7. Пространственные закономерности инженерно-геологических условий

Существует несколько схем ИГР территории Прикаспийской впадины или отдельных ее фрагментов (Н.И. Николаев и И.В. Попов, 1965; И. В. Попов, 1970; И.М. Цыпина и В.П. Лазарева, 1971; Ю.И. Панов, К.М.Панова, Д.Н. Афремов, Ц.С. Гринберг, 1978), разработанных до уровня регионов второго порядка или областей и требующих дальнейшего развития.

Предлагаемая схема районирования, основанная на принципах, предложенных И. В. Поповым (1961), с учетом современных представлений (И.С. Комаров, 1967; Г.А. Голодковская и И.В. Попов, 1978; Е. М. Сергеев, 1976; В.Т. Трофимов, 1979, 1982) доведена до уровня инженерно-геологических районов, выделенных на специально составленной карте (В.Н. Синяков, С.В. Кузнецова, 1984).

Прикаспийская впадина в этой схеме рассматривается в качестве инженерно-геологического региона второго порядка (часть Восточно-Европейской платформы), единого с позиций инженерно-геологической зональности.

При выделении типов областей 1-го порядка (табл. 2) учитывались тип рельефа, отражающий историю геологического развития территории в новейший этап, и геологическое строение поверхностной толщи. При выделении областей второго порядка дополнительно учитывался возраст рельефа, что позволило обособить территории, однообразные по неотектоническим, палеогеографическим факторам и, как следствие, по особенностям рельефа и геологического строения.

Таблицаа 2

Систематика типов инженерно-геологических областей

Области первого порядка	Области второго порядка
Область аккумулятивных равнин, сложенных морскими четвертичными отложениями	Область аккумулятивных равнина раннехвалынского возраста
	Область аккумулятивных равнин поздне-хвалынского возраста
	Область аккумулятивных равнин голоценового возраста
Область аккумулятивных равнин, сложенных эоловыми современными отложениями	Область эоловых равнин голоценового возраста
Область крупных речных долин, сложенных аллювиальными четвертичными отложениями	Долины и дельты Волги и Урала
Область денудационных равнин, сложенных дочетвертичными отложениями, преимущественно перекрытыми лессовыми породами	Область денудационных равнин палеогенового возраста
	Область денудационных равнин плиоценового возрастаа
	Область денудационных равнин раннеплейстоценового возраста

В ИГ областях, представленных аккумулятивными морскими, аллювиальными, аллювиально-морскимиа и эоловыми равнинами, ИГР выделялись в пределах границ распространения отложений одного стратиграфо-генетического комплекса. При небольшой мощности отложений верхнего горизонта учитывались также подстилающие отложения (например 2 тип районов - районы преимущественного распространения нижнехвалынских морских глин, а также суглинков, супесей и песков, залегающих на лессовых породах ательского горизонта). В областях денудационных равнин, где с поверхности почти повсеместно распространен чехол лессовых пород переменной мощности, такой принцип неприменим, и границы районов соответствуют гранницам развития отложений определенных дочетвертичных формаций. Например, 5 тип районов - районы распространения глин майкопской серии терригенной формации олигоцена, преимущественно перекрытых лессовыми породами.

Инженерно-геологическая характеристика районов представлена в специальной таблице, где для каждого из 8 типов районов подробно охарактеризованы геологическое строение, особенности рельефа, гидрогеологические условия, современные геологические процессы природного характера и вызванные деятельностью человека.

В главе 2 обоснована необходимость выделения соляных структур на инженерно-геологических картах. Хотя современное состояние изученности соляных структур Прикаспийской впадины не позволило учесть их в рассмотренной выше схеме ИГР, в будущем эти структуры целесообразно отражать на инженерно-геологических картах, что позволит в определенной степени прогнозировать особенности геологического строения, состав и состояние пород, современные геологические процессы, в том числе наиболее опасные из них: современные тектонические движения и соляной карст.

Выполненный анализ существующих классификаций соляных структур, а также оценка влияния различных типов структур на инженерно-геологические условия показали, что при инженерно-геологическом картировании следует различать положительные и отрицательные структуры в ранге типов и соляные купола, антиклинали, межкупольные депрессии сквозные и несквозные и внутрикупольные депрессии в ранге видов. Наиболее благоприятны для строительства сквозные межкупольные депрессии, в которых соль полностью отжата и отсутствуют условия для проявления современных тектонических движений и соляного карста.

В работе показана необходимость использования структурных карт отдельных участков региона при проектно-изыскательских работах. Подобная карта, учитывающая соляные структуры (Г.А. Бражников и др.) для территории мегаполиса, может явиться основой для рационального ее освоения.

Глава 8. Условия формирования геофизических и геохимических аномалий на территории Волгоградского мегаполиса

8.1. Сравнительный анализ условий эманирования изотопов радона в Волгоградском мегаполисе и прилегающих территориях

Прежде всего, чрезвычайно важно отметить, что проблема эманирования или выделения радиоактивных изотопов радона из твердых веществ, содержащих изотопы радия, является одной из составляющей проблемы геопатогенеза. К настоящему времени существование геопатогенных зон (ГПЗ) является неоспоримым фактом. Под ГПЗ, как правило, понимаются участки земли, в которых длительное пребывание человека отрицательно сказывается на его здоровье. Они формируются вблизи крупных трещин в горных массивах, в оврагах, над месторождениями полезных ископаемых, и пустотами в толщах горных пород. Геопатогенез может быть вызван изменением геофизических, геохимических, геомагнитных и других полей, а также уровня естественного радиационного фона, обусловленного радоном.

Следует отметить, что радиогеохимическая и радиометрическая изученность территории РФ крайне неравномерна, а качество материалов, используемых для составления карт-схем, неоднородно и, зачастую, недостаточно. Очевидно, по этим причинам территория Волгоградского мегаполиса даже не попадает в контур потенциально опасного региона по радону, хотя она находится в непосредственной близости (около 200 км) от территории Калмыкии с урановыми месторождениями в майкопских отложениях олигоцен-миоценового возраста. В геологическом строении территории мегаполиса принимают участие породы аналогичного возраста с желваками фосфоритов и рыбным детритом с повышенным (до 20-50 г/т и более) содержанием урана, имеют место зоны тектонических нарушений, город находится в нефтегазоносной провинции. В этой связи имелись все предпосылки выявления на его территории участков и площадей, неблагоприятных или потенциально радоноопасных.

Исследованиями кафедры ИГиГ ВолгГАСУ установлено, что повышенные уровни содержания радона в почвенном воздухе не ограничиваются контурами майкопских глин, обладающих максимальной радиоактивностью (в частности, к ним приурочены урановые месторождения Ульдючина и Кегульта в Калмыкии), а связаны также с зонами тектонических нарушений. В северной части города они приурочены к системе разломов, перпендикулярных планетарному Волжскому разлому (долина рр. Царицы, Ельшанки и др.) и параллельных ему. В южной части города радоновые аномалии связаны с солянокупольными структурами (Красноармейской, Бекетовской) и сопутствующими им разломами.

С целью оценки радоноопасности территории г. Волгограда и ее районирования, партией № 117 ГП Кольцовгеология в течение 1999 года проведен комплекс радиометрических, дозиметрических, гаммаспектрометрических и эманационных измерений в объеме 637 координатных точек по сети от 0,5 х 0,5 км до 1 х 1 км.

Проведенные работы позволили сделать заключение о необходимости дальнейших исследований территории Волгограда с целью выявления радоноопасных участков. Это позволило бы выполнить районирование территории города по степени радоноопасности, что, в свою очередь, могло стать главным обоснованием проведения работ по оценке радиационной обстановки при отводе земельных участков под строительство, а также проведения измерений объемной активности радона в детских и оздоровительных учреждениях.

Попытка выявить определенные закономерности объемной активности (ОА) по Rn в местах развития или зонах влияния тектонических нарушений к существенным результатам не привела. Возможно, это связано с неточным их положением по данным 50-х - 60-х годов прошлого столетия.

По данным ВолгГАСУ, связь тектонических нарушений (солянокупольных структур, разломов) с повышенной радоноопасностью потенциально существует.

Обобщая итог результатов изучения ОА Rn по всем районам города, нужно отметить, что на изученной части города (~ 290 кв. км) наиболее "радоноопасная" харьковская (майкопская) свита занимает около 28 %, киевская - 6 %, а наименее опасные - царицынская - 42 % и ергенинская -24 %. Таким образом, в совокупности две свиты (харьковская и киевская) составляют около 34 % или 98 кв. км и занимают практически 1/3 площади города. Учитывая потенциальную радоноопасность этих свит при наличии жилой или планируемой в их пределах застройки, они должны сопровождаться обязательным изучением Rn в почве, его плотности потока в атмосферу, а также изучением ОА в жилых и производственных помещениях.

8.2. Характер аномалий на Красноармейско-Паромненской соляной антиклинали

На территории мегаполиса представляет особый интерес крупнейшая Паромненско-Красноармейская соляная антиклиналь протяженностью более 100 км, пересекающая весь мегаполис от его юго-западной до северо-восточной границы (А.Л. Лосев, В.А. Ермаков). Она осложнена рядом разломов, сформировавшими грабен. Тектонические движения в ее зоне продолжаются и требуют продолжения мониторинга. Не менее нуждается в изучении Бекетовская антиклиналь в связи с ее близостью к городской застройке, и к бортовому уступу между Приволжской моноклиналью и Прикаспийской впадиной.

По данным газогеохимических исследований ПКВ вдоль крутых стенок куполов и антиклиналей зарегистрированы газобактериальные аномалии в почвах и грунтовых водах (В.Н. Михалькова и др., 1976). На площади развития соляных куполов установлены автогаммаспектрометрические аномалии, а также аномалии метана и тяжелых углеводородных газов на глубине 300-400 м.

На Паромненской площади в районе грабена проводилась сейсмическая и геохимическая съемка. Результатами водной съемки на участке в полосе 1,5-2,0 км, соответствующей своду купола, было выявлено аномальное повышение минерализации вод; позже, была зафиксирована газовая аномалия. Эти аномалии приурочены к зоне грабена, осложняющего свод антиклинали, а грабен четко фиксируется и результатами нивелирования в виде активно опускающегося участка. Проявления типичны для всей полосы грабена и характеризуют высокую степень тектонической активности и слабую герметичность разреза.

Участки разуплотнения разреза и связанных с ними аномалийных эффектов предположительно рассматриваются автором как потенциальные геопатогенные зоны, а территории пространственно связанные с площадью развития активно растущих куполов рассматриваются также как участки проявления геопатогенеза.

В геологическом строении Паромненской структуры принимают участие отложения от пермской до четвертичной систем. Этаструктура по изогипсе минус 1000 м имеет протяженность порядка 15 км. В поперечнике её размеры составляют 1 - 1,5 км. Минимальная отметка глубины залегания соли минус 835 м, к северо-востоку поверхность соли погружается до отметки минус 900 - 959 м. В пределах описываемой территории широко развиты современные геологические и техногенные процессы. Они были изучены на кафедре ИГиГ ВолгГАСУ при участии автора на примере полигона захоронения Волжский Оргсинтез на Паромненской соляной структуре и других полигонах в различных регионах. Накопленный опыт подтвердил представления о неблагоприятных условиях над куполами.

Геодезические исследования выполнялись Институтом физики Земли (ИФЗ) с августа 1998г. по ноябрь 2003 г.; было выполнено 11 циклов геодезических исследований. В дальнейшем (до 2006 г.) исследования были продолжены. Было выявлено, что скорости вертикальных перемещений изменяются в широких пределах для различных участков трассы. В целом на участке Паромненской структуры отмечаются неравномерные вертикальные движения поверхности земли со скоростью от 1 до 14,8 мм/год.

Изучение горизонтальных движений земной поверхности полигона закачки за период 1998 - 1999 гг. было выполнено в ВолгГАСУ по определению значений 18 длин линий, охватывающих вершинную часть купола, Восточно-Паромненскую мульду и склон между ними (В.Н. Синяков, С.В. Кузнецова и др., 2001). В работе представлены схемы деформационной сети и величин горизонтальных деформаций в различные эпохи измерений. В целом, анализ данных показывает, что причина данного явления - унаследованное развитие роста купола и оседания мульды.

Данные о современных движениях соляных структур получены по результатам геодезических наблюдений (1987-1990 гг.) на полигоне из 103 реперов Светлоярского купола на юге Волгограда. Полигон был создан для изучения деформаций поверхностиа земли на Светлоярском рассолопромысле, состоящем из 15 скважин выщелачивания. Нивелирование, проводимое один раз в год, выявило нестационарность движений - ав 1987 г. купол испытывал подъем со скоростью до 6-12 мм/год, в 1990 г. со скоростью 6-14 мм/год, а скорость опускания в 1988-1989 гг. - 1,7-3,4 мм/год, в 1989 г. - 0,9-5,4 мм/год. В целом за период наблюдений скорость роста составила 2-4 мм/год, т.е. на порядок меньше, чем в отдельные периоды подъема.

Установлено, что современные движения не являются однородными над вершиной купола, а зависят от внутренней складчатости - поднятий и погружений второго порядка внутри купола. Наибольшие значения роста соответствуют участкам поднятий, наименьшие - погружениям. Аналогичная подчиненность характера движений внутренней складчатости отмечалась выше для купола Баскунчак. Сходное строение и характер роста имеют и другие купола (Индер, Челкар, Эльтон, Озинки) в Прикаспии, Речишкин в Припятском бассейне и Хейде-Хейнюгердт в ФРГ (Конищев, 1984; Bentz, 1949).

Исследования галокинеза проводились и на Красноармейской соляной структуре с целью поисков и разведки хорошо изолированных геолого-гидрогеологических структур. Они проводились на площади Сарпинско-Тингутинской мульды в пределах Светлоярского прогиба (Светлоярский и Красноармейский участки) и в пределах Райгородского прогиба (Райгородский участок).

Светлоярский участок расположен в центре мульды, ограниченной с запада и востока антиклиналями. Каждое из них представляет брахиантиклинальную складку, сложенную в ядре комплексом сульфатно-галогенных пород перми. В результате соляной тектоники весь надсолевой комплекс отложений очень сложно дислоцирован.

Светлоярский прогиб осложнен сбросом, амплитуда смещения которого составляет 500-600 м; западный блок опущен, восточный - приподнят. По геологическому разрезу выявлен сброс, кулисообразно примыкающий к первому. Мощность отложений увеличивается от Красноармейского купола в сторону прогиба.

Красноармейский участок расположен в зоне сочленения Сарпинско-Тингутинской мульды с Красноармейским прогибом от крупного Красноармейского купола. Границей между ними служит Красноармейский сброс, прослеживаемый на значительном расстоянии; он связан соляными штоками и имеет сложное строение. В результате соляного тектогенеза надсолевые отложения неоднократно претерпевали смещения переменного знака. Область интенсивных движений на изучаемом участке сброса не превышает в ширину 600-650 м.

райгородский участок расположен на западном крыле Райгородского прогиба - крупной депрессии, разделяющей Приозерно-Светлоярскую и Ушаковскую соляные антиклинали. К северу протяженность прогиба достигает 50 км, южная граница является открытой. Ширина прогиба составляет 20-22 км, сужаясь к северу до 3-4 км. Структура осложнена серией разломов. Надсолевые отложения прогиба повторяют рельеф кунгурской сульфатно-галогенной толщи, погружаясь от бортов к центру. От бортов к центру структуры происходит и увеличение мощностей отложений.

8.3. Условияформированиягеофизическихи геохимических аномалий над соляными куполами

Аномалиигравитационногополя. Кунгурская каменная соль, обладающая дефицитом плотности по отношению к вмещающим породам и огромной мощностью в куполах, обусловливает значительный аномалиеобразующий эффект.

В гравитационном поле глубокие минимумы силы тяжести, отвечающие куполам, занимают примерно 1/4 площади и имеют округлую или удлиненную форму. Они впервые были установлены в США (1932г.) и широко используются в разведочной геофизике.

Соляная толща вызывает локальные проявления аномально высоких пластовых давлений (АВПД). Примером этому является Астраханский ГКМ. Наличие АВПД объясняется гравитационным фактором, обусловившим перемещения соли и разуплотнение межсолевых прослоев и их изоляцию. Образование АВПД связывается с сокращением объема пространства за счет роста кристаллов соли.

В западной части ПКВ (Волгоградское Поволжье) идет разгрузка глубинных газов; очаги разгрузки газов выражаются в виде линейных или кольцеобразных зон. Над месторождениями разгрузка газов возрастает на несколько порядков. В зонах активной разгрузки газов существенно изменяется состав приземной атмосферы. Многолетние наблюденияй на геодинамических полигонах западной части ПКВ и на Тенгизском месторождении подтверждают геоэкологическую напряженность активной разгрузки глубинных газов (Анисимов,1993).

Аномалиимагнитотеллурическихполей. Главным фактором, формирующим аномальное поле теллурических токов, является поверхность соли, которая служит опорным электрическим горизонтом высокого сопротивления. Удельное значение электрического сопротивления (УЭС) кунгурской соли превышает 100 Ом ам, в то время как надсолевые слои характеризуются значениями 0,27-3,87 Ома м, реже достигают значений 5-40 Ом м. Напряженность поля в межкупольных разрезах обычно менее 10 ед.(усл.). Над соляными массивами фиксируются значения напряженности поля более 120 ед., достигающие обычно 200-400, а в редких случаях (купол Отрадный) Ц1000 ед.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии