Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экзогенные геологические процессы и их роль в формировании береговой зоны Братского водохранилища

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Козырева, Елена Александровна

Введение.3.

Глава 1. Современное состояние проблемы исследования экзогенных геологических процессов на берегах водохранилищ.9.

Глава 2. Общая характеристика Братского водохранилища.24.

Глава 3. Методика работ.27.

3.1. Общепринятая методика инженерно-геологических работ для территорий, прилегающих к водохранилищу.28.

3.2. Методика изучения динамики экзогенных геологических процессов.30.

3.3. Применяемые методологические принципы оценки совместно развивающихся процессов и геодинамический мониторинг.36.

Глава 4. Факторы и условия, влияющие на динамику береговой зоны Братского водохранилища.42.

4.1. Климат и криогенные условия.42.

4.2. Геолого-геоморфологические особенности береговой зоны Братского водохранилища.47.

4.3. Тектоника и трещиноватость.74.

4.4. Гидрогеологический фактор.

4.5. Природно-техногенный фактор.87.

Глава 5. Экзогенные геологические процессы и их взаимодействие.96.

5.1. Выветривание.98.

5.2. Абразия.111.

5.3. Карст.120.

5.4. Оползни.137.

5.5. Взаимодействие экзогенных геологических процессов на отдельных участках.171.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экзогенные геологические процессы и их роль в формировании береговой зоны Братского водохранилища"

Актуальность работы. Использование природных ресурсов Восточной Сибири, разумное взаимодействие человека с окружающей средой составляет одну из важнейших задач современной геологической науки. Среди основных геоэкологических проблем Приангарского региона большое значение имеет проблема рационального использования и охраны прибрежных территорий водохранилищ каскада Ангарских ГЭС. Особое место среди этих водоемов занимает Братское водохранилище, существующее более тридцати лет. Его создание и эксплуатация привели к нарушению гармонии развития природных процессов и вызвали необратимые изменения геологической среды в прибрежных зонах, где активизация и увеличение интенсивности проявления процессов, их взаимодействие и динамика существенно осложнили инженерно-геологические условия освоения берегов. Развитие абразии, оползней, карста, эрозии в зависимости от природно-техногенных факторов ухудшает общую геоэкологическую ситуацию побережья и наносит значительный ущерб народному хозяйству. При этом возникновение и интенсивное протекание процесса переработки берегов сказывается не только на потерях прибрежных территорий, но и на значительном изменении активности экзогенных геологических процессов (ЭГП), а также их взаимовлиянии и взаимосвязи друг с другом, что в свою очередь, значительно осложняет освоение побережья. В связи с этим определенные оценки взаимодействия различных процессов и явлений представляет собой актуальную научную проблему.

Цель работы и задачи. Цель работы состоит в выявлении взаимодействий оползневых, абразионных, карстово-суффозионных процессов и выветривания горных пород, развивающихся в береговой зоне Братского водохранилища в зависимости от комплекса факторов, влияющих на масштабы и интенсивность их проявления. 4

Для достижения этой цели основные задачи исследований состояли в следующем.

1. Установить основные закономерности развития природно-техногенных геосистем береговой зоны Братского водохранилища с уточнением взаимосвязей проявления ведущих процессов.

2. Продолжить исследования по изучению динамики оползней, абразии и других процессов, на существующей сети геодинамических стационаров, дополнив ее новыми участками с набором различных взаимодействующих процессов.

3. Проанализировать результаты натурных наблюдений за динамикой экзогенных геологических процессов в предыдущие годы и создать базу данных по изучению оползневых деформаций в береговой зоне водохранилищ.

4. Уточнить методику комплексной оценки взаимосвязанных экзогенных геологических процессов, развивающихся в пределах природно-техногенных геосистем и произвести построение картографических моделей ключевых участков.

Научная новизна выполненной работы определяется следующими положениями:

Впервые на Братском водохранилище проведено комплексное изучение совместно развивающихся экзогенных геологических процессов в береговой зоне. Получены их качественные и полуколичественные взаимосвязи в зависимости от множества 5 берегоформирующих факторов. Ряд ключевых участков береговой зоны рассматривается как природно-техногенная геосистема, состоящая из комплекса подсистем, соответствующих развитию конкретных процессов.

Получены новые данные по динамике природно-техногенных оползней и создана основа для построения базы данных.

В результате обработки и анализа данных многолетних исследований оползневых процессов на берегах водохранилища оценена их активизация, динамика на конкретных участках, которая определяется различными природными условиями и влиянием техногенных факторов. Выявлены новые для этого региона виды древних оползней нижне - средне плейстоценового возраста.

Впервые для Братского водохранилища на основе современных компьютерных технологий произведено построение объемных картографических моделей ключевых участков, которые позволяют определить динамику взаимодействующих процессов в пространстве и во времени.

Защищаемые положения.

1. Сложность экзогео динамической обстановки прибрежно-техногенных геосистем береговой зоны Братского водохранилища определяется взаимодействием комплекса экзогенных геологических процессов - абразионных, карстово-суффозионных, оползневых и выветриванием горных пород.

2. Комплексный подход в изучении оползневых процессов позволил получить новые представления об активизации различных типов оползневых деформаций в береговой зоне Братского водохранилища. Впервые на этой территории 6 выявлены древние оползни нижне-средне плейстоценового возраста.

3. Созданные объемные картографические модели отдельных участков береговых геосистем позволяют оценить динамику их развития в пространстве и во времени.

Практическое значение работы. Результаты выполненных исследований представляют практический интерес для широкого круга специалистов, занимающихся проблемами освоения и эксплуатации прибрежных территорий Сибирских водохранилищ. Данные исследования позволяют произвести оценку современного состояния территорий, находящихся в зоне влияния водохранилища; более качественно с учетом хода развития и взаимодействия процессов произвести прогнозные расчеты в изменении береговой зоны; внести некоторые рекомендации в режим эксплуатации Братского водохранилища. Это в свою очередь дает возможность обосновывать допустимые величины техногенных воздействий на геологическую среду и разрабатывать методы ее защиты и охраны природы в целом.

Апробация работы. Основные положения и отдельные вопросы докладывались на следующих научных конференциях, симпозиумах и семинарах:

- Международном симпозиуме: «Молодежь и наука - третье тысячелетие» в городе Томске (1997), доклад был отмечен дипломом Государственного комитета РФ по высшему образованию;

- XVII Всероссийской молодежной научной конференции (г. Иркутск

1997); 7

- XVIII Всероссийской молодежной научной конференции (г. Иркутск

1999);

- студенческом семинаре при Географическом обществе Польши (Силезский университет, Польша - 2000);

- XIX Всероссийской молодежной научной конференции (г. Иркутск

2001);

- конференции молодых ученых Иркутского научного центра СО РАН и вузов города Иркутска «Интеграция фундаментальной науки и высшей школы в устойчивом развитии Сибири» (г. Иркутск - 2001).

Исходные материалы. В основу диссертации положен фактический материал, полученный автором в течение 1993-2002 годов при проведении экспедиционных исследований на Братском и Иркутском водохранилищах. Результаты режимных наблюдений на геодинамических стационарах лаборатории, дешифрирование аэрокосмической информации, а также, использование данных литературных и фондовых источников.

Публикации. По результатам исследований автором лично или в соавторстве опубликовано 20 работ, в том числе 6 статей за рубежом.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Объем работы 207 стр., в том числе 51 рисунок, 5 таблиц; список использованной литературы составляет 136 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Козырева, Елена Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, впервые на Братском водохранилище проведено комплексное изучение взаимосвязанных экзогенных геологических процессов (абразия, выветривание, оползни, карст), развитие которых определяет сложность экзогеодинамической обстановки береговой зоны, которая как любая геологическая среда - геосистема состоит из набора изменяющихся в пространстве и во времени условий и факторов.

Получены качественные, количественные и полуколичественные взаимосвязи между отдельными процессами, определяющиеся множеством природно-техногениых условий и факторов, существенно осложняющих общую геодинамическую обстановку в береговой зоне. В частности, прослеживается связь карстового и оползневого процессов, влияние абразии и выветривания на возникновение и развитие оползней и т.п.

Охарактеризованы закономерности развития абразии, оползней, карста и выветривания, приведено описание среды их существования - инженерно-геологические формации, тектоника и трещиноватость, условия рельефа, гидродинамические особенности. Особое внимание обращено на роль водохранилища как техногенного объекта-провокатора, являющегося одним из главных факторов воздействия на природную среду.

Произведен анализ и ревизия всех полученных ранее данных по динамике оползневого процесса. Детальное рассмотрение проблемы динамики позволяет автору сделать выводы о том, что активизация, вызванная созданием водоема, происходит постоянно, но с разной интенсивностью. Смещение отдельных блоков - ступеней унаследованных оползней пластического течения увеличилось на порядок по сравнению с расчетными значениями в естественных условиях. Кроме того, на ранее недеформированных склонах возникли новые оползни, ступени которых, с нашей точки зрения, смещаются по дугообразной (круглоцилиндрической) поверхности скольжения

Балаганский, Быковский, Монастырский, Барсунский оползни). Во многих случаях причиной возникновения таких явлений становится абразия и процессы выветривания.

Впервые на территории южного Приангарья нами выделены древние плейстоценовые оползни, которые в настоящее время находятся далеко от речных систем и фиксируются в рельефе нечетко оформленными цирками с системой ступеней внутри них. Фронтальная часть таких оползней подперта высокими речными террасами, явившимися своеобразным контрфорсом, остановившим (прекратившим) развитие деформаций.

По уточненной методике комплексной оценки взаимосвязанных экзогенных геологических процессов, развивающихся в пределах природно-техногенных геосистем, и па основе компьютерных технологий представлены объемные картографические модели ключевых участков, которые дают наглядное пространственное представление о площадях, масштабах проявления процессов и их взаимодействии. С помощью этих моделей, можно подсчитать объемы смещающихся масс и составить прогноз реконструкции геодинамической обстановки геосистемы, примером чего является Быковский участок.

Дальнейшее изучение проблемы взаимодействия процессов в пространстве и во времени, использование методов прогноза абразионно-аккумулятивных, оползневых, карстовых и других процессов позволит подойти к решению вопроса о пространственном прогнозировании взаимосвязанных процессов в зоне влияния Братского водохранилища, оценить допустимые нагрузки на геологическую среду и разработать мероприятия по управлению развитием экзогенных геологических процессов.

193

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Козырева, Елена Александровна, Иркутск

1. Богучанское водохранилище. Подземные воды и инженерная геология. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. 155 с.

2. Братское водохранилище. Инженерная геология территории. -М.: АН СССР. 1963.-273 с.

3. Братское водохранилище. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР // Под ред. Ф.И. Белых, В.А. Знаменского. JI.: Гидрометеоиздат, 1978. - 166 с.

4. Будз М.Д., Тржцинскин Ю.Б. Выветривание. // Инженерная геология Прибайкалья. М.: Наука, 1968. - С. 90-94.

5. Вика С., Овчинников Г.И., Тржцннский Ю.Б., Тыц А., Щипек Т. Развитие природньгх процессов на берегах Братского водохранилища. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2000.-71с.

6. Гидрогеология СССР. М.: Недра, 1968. - T. XIX. -494 с.194

7. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Братское водохранилище. Я.: Гидрометеоиздат, 1978. - 165 с.

8. Гречищев Е.К. Метод расчета ширины зоны размыва берегов на примере Братского водохранилища. Иркутск, 1961. - 96 с.

9. Демьянович Н.И. Прогноз оползней на ангарских водохранилищах. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. 86 с.

10. Демьянович H.H., Рященко Т.Г., Акулова B.I3. Изменение состава, структуры и свойств пород // Проблемы охраны геологической среды на примере Восточной Сибири. Новосибирск: Наука, 1993. - С. 5-13.

11. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М.: Недра, 1972.-297 с.

12. Зенкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов. М.: АН СССР, 1962.-710 с.

13. Золотарев Г.С. Основные проблемы инженерно-геологического изучения процессов и кор выветривания // Вопросы инженерно-геологического изучения процессов и кор выветривания. М.: 1971.-С. 4-26.

14. Золотарев Г.С. Значение геологических факторов в формировании берегов водохранилищ // Труды 7-го байкальского научно-координационного совещания по изучения берегов водохранилищ. М.: Изд-во АН СССР, 1961. -Т. 1.-С. 15-22.195

15. Зубаренкова Г.Г. Основы положения стереофотограмметрической съемки с плавающей базы // Исследования берегов водохранилищ и озера Байкал.- М.: 1964. С. 172-179.

16. Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. Санкт-Петербург: Наука, 2001. - 414 с.

17. Ивайлова Т.Н., Ломоносов И.С., Пиннекер Е.В. Подземные воды и рельеф // Проблемы прикладной геоморфологии. История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1976. - С. 35-66.

18. Инженерная геология СССР.- М.: Изд-во МГУ, 1978,- Т. 3: Восточная Сибирь. 660 с.

19. Инженерная геология Прибайкалья. М.: Наука, 1968. - 188 с.

20. История развития рельефа Сибнрн и Дальнего Востока. Плоскогорья инизменности Восточной Сибири. М.: Наука, 1971. - 319 с.

21. Качугин Е.Г. Инженерно-геологические исследования и прогнозы переработкиберегов водохранилищ // Рекомендации по изучению переработки береговводохранилищ. М.: Госгеолтехиздат, 1959. - С. 3-90.

22. Качугин Е.Г. Геологическое изучение динамики берегов водохранилищ. М.: Наука, 1975.- 145 с.

23. Козырева Е.А. Новые данные об оползнях Братского водохранилища // Геология и геодинамика Евразии: Материалы XVIII Всероссийской молодежной конференции. Иркутск: ИЗК СО РАН, 1999. - С. 132-133.196

24. Козырева Е.А. Типизация берегов Братского водохранилища // Геология и геодинамика Евразии: Материалы XVIII Всероссийской молодежной конференции. Иркутск: ИЗК СО РАН, 1999. - С. 132.

25. Коржуев С.С. Морфотектоника и рельеф земной поверхности (на примере происхождения и возраста рельефа Восточной Сибири). М.: Наука, 1974. -257 с.

26. Кусковский B.C. Закономерности изменения геологической среды в береговой зоне глубоководных водохранилищ Алтае-Саянской области: Дис. .д-ра геол.-минерал. наук. Новосибирск, 1996. - 56 с.

27. Кусковский B.C., Овчинников Г.И., Павлов С.Х., Тржцинский Ю.Б., Орехова Е.С., Козырева Е.А. Геологические процессы на побережьях крупных водохранилищ Сибири // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40.- №1. -С. 3-18.

28. Кусковский B.C., Овчинников Г.И., Павлов С.Х., Тржцинский Ю.Б., Орехова Е.С., Козырева Е.А. Экологические изменения геологической среды под влиянием крупных водохранилищ Сибири // Сибирский экологический журнал. Новосибирск, 2000. - №2. - С. 135-148

29. Лещиков Ф.Н. Мерзлые породы Приангарья и Прибайкалья. Новосибирск: Наука, 1978.- 139 с.

30. Лещиков Ф.Н. Формирование береговой зоны Братского водохранилища при низком уровенном режиме // Научные и практические основы управления техническим состоянием Ангарских водохранилищ: Тез. докл. к конференции. -Братск, 1984.-С.64-65.

31. Лещиков Ф.И., Серов А.Г. Мерзлотные условия // Инженерно-геологические и гидрогеологические условия зоны влияния водохранилищ Ангарского бассейна. (Итоговый отчет). Иркутск: 1986. - С. 85-103.

32. Лещиков Ф.Н., Спесивцев В.И. Влияние сезонного промерзания на формирование берегов ангарских водохранилищ, сложенных лессовидными породами // Береговые процессы в криолитозоне. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984.-С. 67-71.

33. Литвин В.М. Региональная инженерно-геологическая оценка экзогенных геологичеких процессов юга Восточной Сибири. Автореф. Дис. Канд. Геол.-мин.наук. Иркутск: 1989.-21с.

34. Гидрогеология и инженерная геология Сибири. Новосибирск: 1990. С. 99106.

35. Логачев H.A., Ломоносова Т.К., Климанова В.М. Кайнозойские отложения Иркутского амфитеатра. М.: Наука, 1964. - 193 с.

36. Мазаева O.A. Особенности геологической среды развития линейной эрозии // Геология и геодинамика Евразии. Материалы научной конференции. Иркутск: 1999.-С. 120-121.

37. Максимович Г.А. Основы карстоведения. Пермь: Перм. Кн. Изд-во, 1963. -Т.1.-444 с.

38. Молодых И.И., Кауров В.Ф. Инженерно-геологические условия лесостепной части левобережного Приангарья // Второе совещание по подземным водам и инженерной геологии Восточной Сибири. Тезисы докладов. Вып. №3. Чита: 1958. -С. 21-22.

39. Никифорова Г.П. Геоморфологические условия развития оврагов на территории лесостепной зоны Братского водохранилища // Молодежь Восточной Сибири в решении проблем научно-технического прогресса. Иркутск, 1978.-С. 135-139.

40. Овчинников Г.И., Павлов С.Х., Тржнннскнй Ю.Б. Изменение геологической среды в зонах влияния Ангаро-Енисейских водохранилищ. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1999. - 250 с.

41. Овчинников Г.И., Пулиевскин Г.1У1. Ветровое волнение // Инженерно-геологические и гидрогеологические условия зоны влияния водохранилищ Ангарского бассейна. Итоговый отчет. Иркутск, 1986 г. - С. 1 13-123.200

42. Овчинников Г.И., Пуляевскнй Г.М., Орехова Е.С. Условия формирования подводных аккумулятивных форм в зонах выклинивания подпора водохранилищ // Техногенные изменения геологической среды. Иркутск, 1988.-с. 5-14.

43. Павлов С.Х. Гидродинамические и гидрохимические особенности зоны подпора на верхнем участке Братского водохранилища // Региональная гидрогеология и инженерная геология Восточной Сибири. Новосибирск: Наука, 1978.-С. 97-104.

44. Пальшни Г.Б. О принципах инженерно-геологического районирования // Вопросы инженерно-геологического картирования и районирования. Материалы 4-го регионального совещания по инженерной геологии. JL, 1968. -С. 77-79.

45. Палынин Г.Б., Тржципский Ю.Б. Оползни в скальных и полускальных породах на склонах Южного Приангарья. Геология и геофизика. - 1964. - № 6.-С. 97-108.

46. Печеркин И.А., Печеркин А.И., Каченов В.И. Теоретические основы прогнозирования экзогенных геологических процессов на берегах водохранилищ. Пермь: Перм. ун-т, 1980. - 84 с.201

47. Пиннекер Е.В., Вологодский Г.П. Гидрогеологические условия и вопросы изменения режима подземных вод на верхнем участке Братского водохранилища // Вопросы специальной гидрогеологии Сибири и Дальнего Востокас. Иркутск, 1962.-Вып. 1.-С. 196-207.

48. Писарский Б.И., Шсрмап С.И. Параметры трещиноватости и их значение пригидрогеологических исследованиях // Формирование и геохимия подземныхвод Сибири и Дальнего Востока. М.: Наука, 1967. - С. 25-29.

49. Попов И.В. Инженерная геология. М.: Изд-во Московского ун-та, 1959. 509 с.

50. Пуляевскнй Г.М. К размываемости горных пород на берегах водохранилищ //

51. Труды координированных совещаний по гидротехнике. Л.: 1972. Вып. 71. - С.79.83.

52. Пуляевскнй Г.М., Овчинников Г.И., Лещиков Ф.Н., Пинегин A.B.

53. Природные условия и особенности формирования берегов Ангарских водохранилищ // Изучение берегов водохранилищ Сибири. Новосибирск: Наука, 1977.-С. 79-97.

54. Пуляевскнй Г.М., Пипегин A.B., ОвчнппиковГ.И., Некрасов в.Л. Размывы берегов ангарских водохранилищ // Изв. Вост.-Сиб. геогр. о-ва СССР. -Иркутск, 1971.-Т. 68.-С. 19-26.

55. Рященко Т.Г., Акулова В.В. Грунты юга Восточной Сибири и Монголии. -Новосибирск, Сиб. отд-ние РАН, 1998. 153 с.

56. Соколов Н.И. Явления отседания склонов и глыбовые оползни ангарского типа // Бюл. МОИП. Отд. Геол. 1955. - Т. XXX. - С. 59-70.

57. Соколов Н.И. Явления отседания склонов // Труды лаборатории гидрогеол. Проблем АН СССР.-М., 1957.-Т. 14.-С. 124-151.203

58. Соколов Н.И. О типах смещения скальных трещиноватых пород на склонах // Труды лаборатории гидрогеол. Проблем АН СССР. М., 1961. Т. XXV. - С. 7997.

59. Солоненко В.П. Очерки по инженерной геологии Восточной Сибири. -Иркутск: Иркутское книжное изд-во, 1960. 86 с.

60. Солоненко В.П. Сейсмотектонические условия. Карта сейсмического районирования // Байкал. Атлас. Сиб. отд-ие РАН Межведомственный научный совет по программе «Сибирь». Федеральная служба геодезии и картографии России. М.: 1993. - С. 37.

61. Толстых Е.А., Клюкни A.A., Толстых Т.Н. Методика измерения экзогенных процессов // Методы полевых геоморфологических экспериментов в СССР. -М.: Наука, 1986.-С. 5-24.

62. Тржцинский Ю.Б., Будз М.Д., Зарубин Н.Е. Оползни, сели, термокарст в Восточной Сибири и их инженерно-геологическое значение. М.: Наука, 1969. -135 с.

63. Тржцинский Ю.Б., Демьянович Н.И. Оползни Ангарских водохранилищ. // Изучение берегов водохранилищ Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. - С. 97-1 17.

64. Тржциискнн Ю.Б., Рящснко Т.Г., Демьянович Н.И., Данилова Т.Ф.

65. Выветривание глинистых пород Иркутского амфитеатра // Вопросы инженерно-геологического изучения процессов и кор выветривания. М.: МГУ, 1971. - С. 261-272.

66. Чарушин Г.В. Типы трещин осадочных пород платформ, методы их изучения и очередные задачи в области инженерной геологии // Труды Второго совещания по подземным водам и инженерной геологии Восточной Сибири. -Иркутск, 1959. Вып. 3. - С. 105-1 13.

67. Чарушин Г.В., Палыпин Г.Б., Тржцниский Ю.Б. О разновидностях и механизме образования естественных рвов юга Средней Сибири // Материалы по инженерной геологии Сибири и Дальнего Востока. Иркутск; Москва, 1964.- С. 70-76.

68. Широков В.М. Формирование берегов и ложа крупных водохранилищ Сибири.- Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1974. 169 с.

69. Экономика Иркутской области / Винокуров М.А., Суходолов А.П. -Иркутск: Изд-во ИГЭА: Изд-во ОАО НПО «Облмашинформ», 1998. Т. 1. -276 с.

70. Trzcinski Yurii B. Natural trenches (rocky corridors) in the southern part of Central Siberia // Geographia stulia et dissertationes. Tom 24 Katowice 2001. — c.127-133.