Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая характеристика зоны сопряжения суши и моря и ее влияние на освоение прибрежных урбанизированных территорий с флишевой литогенной основой

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая характеристика зоны сопряжения суши и моря и ее влияние на освоение прибрежных урбанизированных территорий с флишевой литогенной основой"

На правах рукописи

СПИРИДОНОВ ИГОРЬ ГЕННАДЬЕВИЧ

Геоэкологическая характеристика зоны сопряжения суши и моря и её влияние на освоение прибрежных урбанизированных территорий с флишевой литогенной основой.

(на примере Геленджикского фрагмента Черноморского побережья России).

Специальность 25.00.36. - Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 2009 г.

003464769

Работа выполнена в ФГУП «Институт минералогии, геохимии и кри-, сталлохимии редких элементов» (ФГУП «ИМГРЭ»).

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук Волков Сергей Николаевич,

Защита состоится 19 марта 2009 г. в 15-00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.121.04 при Российском государственном геолого-разведочном университете по адресу: 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23. (РГГРУ им. Серго Орджоникидзе), телефон: (495) 433-55-55, e-mail: office@msgpa.edu.ru ; spiridonov@imgre.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке РГГРУ

Автореферат разослан 18 февраля 2009 г.

доктор геолого-минералогических наук Колотое Борис Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Боровков Юрий Александрович,

кандидат геолого-минералогических наук Гусельцев Александр Сергеевич

Ведущая организация: ФГУГП «Гидроспецгеология»

Ученый секретарь Диссертационного совета

Дорожкина JI.A.

ВВЕДЕНИЕ

Акуальность темы.

Черноморское побережье России (ЧПР) является не только классическим фрагментом береговой зоны РФ, но и единственным в нашей стране субтропическим курортным районом. Известно, что эта территория подвержена активному воздействию опасных экзогенных геологических процессов (ЭГП) - эрозионных, обвальных, оползневых, селевых. Кроме того, она расположена в пределах Южного ртутного пояса Большого Кавказа, где распространены рудопроявления и эколо-го-геохимические аномалии токсичных элементов.

Последние 20 лет развитие ЧПР осуществляется бессистемно, на базе так называемой точечной застройки объектами курортного бизнеса и инфраструктуры, вне связи с планами территориального развития и с геоэкологической спецификой конкретных участков. В горноскладчатых условиях это приводит к нарушению водного баланса, перераспределению поверхностного и подземного стока и техногенной активизации опасных ЭГП и явлений. В случае, если эрозионными или оползневыми процессами вскрываются геохимические аномалии, происходит активная миграция токсичных элементов в рекреационную среду населенных пунктов и курортов.

Поэтому в период смены форм собственности, когда сами территории законодательно стали объектами недвижимости, при принятии решений по их развитию становится особенно актуальным знание геоэкологической обстановки. До настоящего времени это обстоятельство не учитывалось в экономическом развитии ЧПР и именно поэтому оно особенно важно сейчас, когда побережье Черного моря фактически стало объектом вложения инвестиционного капитала.

Цель работы. На примере Геленджикского фрагмента Черноморского побережья России раскрыть геоэкологические особенности водосборных бассейнов с флишевой литогенной основой и механизма активизации подтопления и затопления подземными водами прибрежных урбанизированных территорий.

Идея работы. Установить механизм активизации подтопления и затопления урбанизированных территорий на основе материалов многозональной космической съемки и данных дистанционного зондирования земли.

Задачи исследований:

- провести анализ распространения опасных экзогенных геологических процессов и ртутной специализации горных пород и ландшафтов;

- разработать методику выявления особенностей горно-

(

складчатых территорий на базе современных космических исследований для установления специфику геолого-геоморфологического строения флишевой литогенной формации;

- установить особенности формирования гидрологического стока с урбанизированных горно-складчатых территорий и провести оценку условий и механизмов активизации подтопления и затопления урбанизированных участков;

- уточнить методику инженерно-геологического зонирования горно-складчатых территорий флишевой литогенной формации для оценки сложности инженерно-геологических условий;

- разработать критерии ограничения градостроительной деятельности в горных водосборах с металлогенической специализацией горных пород;

Объекты и методы исследований. Объект исследований - Ге-ленджикский фрагмент ЧПР с ярко выраженной геоэкологической и эколого-геохимической спецификой природных условий местности.

Методы исследований: анализ и обобщение фондовых материалов и литературных источников; дешифрирование и анализ материалов аэрокосмических исследований; компьютерная обработка данных дистанционного зондирования Земли по специальным программам; полевые, маршрутные наблюдения; обработка картографической информации на базе программного комплекса Ап^я 9.0.

Личный вклад. На протяжении 9 лет с 2000 по 2008 гг. автор проводил наблюдения за изменением состояния горных водосборов в процессе масштабной точечной застройки территории Геленджикого района, изучал условия активизации опасных экзогенных процессов во флишевой литолого-формационной зоне ЧПР.

Им лично проанализирован и обобщен обширный фондовый материал по распространению опасных геологических процессов, природных геохимических и гидрохимических аномалий на ЧПР, по инженерно-геологическому строению урбанизированных территорий флишевой литогенной формации, разработана классификация эрозионной сети горно-складчатых территорий для условий флишевого геологического строения.

Основные защищаемые положения

1. Погребенная овражно-балочная эрозионная сеть имеет масштабное распространение и отражает геоструктурную унаследова-телыюсть от морфологии складок и разрывных нарушений. Она проявляется, как сквозная в пределах, как эрозионно-денудационных понижений тектонических депрессий, так и в зонах смещений тектонических разломов в пределах морфоструктур горных хребтов. Это и

определяет экологическую специфику зон урбанизации территорий с флишевой литогенной основой.

2. Скрытая эрозионная расчлененность морфоструктур понижений тектонических депрессий, в пределах которых развиваются населенные пункты, отражает рисунок эрозионно-денудационного па-леорельефа. Оценку скрытой эрозионной расчлененности урбанизированных участков водосборных площадей следует проводить по фактической общей расчлененности горной части водосборов.

3. Открытая и скрытая эрозионная сеть неурбанизированных территорий является естественной дренажной системой. В ней аккумулируется склоновый поверхностный и подземный сток. Разгрузка последнего осуществляется в пределах урбанизированных территорий. Активизация подтопления и затопления происходит по системе тектонических разрывных нарушений и определяется не инфильтрацией атмосферных осадков в пределах застраиваемой площади, а восходящей и боковой фильтрацией подземных вод из скрытой эрозионной сети.

Научная новизна. Представлена новая методика выявления особенностей горно-складчатых территорий на основе совмещения данных радарной стереосъемки и дистанционного зондирования Земли. Разработана классификация эрозионной сети для горно-складчатых условий морфоструктур эрозионно-денудационных понижений тектонических депрессий. Установлена нелинейная корреляция между густотой эрозионной сети горной и равнинной частей водосборов флишевой литогенной формации (ФЛФ), что позволяет использовать эту закономерность в оценке скрытой эрозионной расчлененности урбанизированных горно-складчатых территорий. Раскрыт механизм активизации подтопления, связанный с подземным стоком по каналам скрытой эрозионной сети и его восходящей и боковой разгрузкой в элювиальный горизонт коры выветривания карбонатного флнша.

Практическая значимость работы. В диссертации показаны результаты многолетних наблюдений за формированием кратковременных паводков в зоне урбанизации г. Геленджик и объяснен механизм их возникновения за счет склонового подземного стока. На основе выявленных закономерностей распространения эрозионной сети разработаны рекомендации по уточнению методики количественной оценки инженерно-геологических условий горно-складчатых территорий и даны дополнительные рекомендации по предотвращению развития опасных ЭГП. Изложены принципы ограничения градостроительной деятельности в горных водосборах с металлогенической специализацией горных пород.

Результаты работы являлись составной частью научно-технической продукции для федеральных государственных нужд, выполненных по заказам Министерства природных ресурсов и экологии РФ, Агентства по науке и инновациям, а также договорных работ, проводимых ФГУП «ИМГРЭ» на ЧПР.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на совещаниях и конференциях: Региональной научно-практической конференции "Экономика Северо-Кавказского региона на пути к устойчивому развитию", г. Краснодар, 27-28 февраля 2003 г.; Межвузовской научно-практической конференции "Актуальные вопросы курортного сервиса юга России", г. Сочи, 29 - 30 мая 2003 г.; Четвертой Российской биогеохимической школе "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы", Москва, 3 -6 сентября 2003 г.; Международной школе "Современные методы оценки эколого-геохимического состояния и изменений окружающей среды", Новороссийск, 15-20 сентября 2003 г.; XV Международной школе морской геологии "Геология морей и океанов", Москва, 17-18 ноября 2003 г.; VIII Петербургском международном экономическом форуме «Экономика стран СНГ и федеральных округов на путях устойчивого развития», Санкт-Петербург, 14 - 18 июня 2004 г.; IV Международной научно-практической конференции "Современные технологии управления экологической и информационной безопасностью территорий", Киев, 5-9 сентября 2005 г.; III Межрегиональной научно-практической конференции "Актуальные вопросы курортного сервиса юга России", Сочи, 25 - 28 октября 2005 г.; Всероссийской конференции по селям, Нальчик, 26 - 28 октября 2005 г.; VII Международной научно-практической конференции "Современные технологии управления экологической безопасностью, природопользованием, рисками в чрезвычайных ситуациях», Киев-Харьков-Крым, 1 - 5 сентября 2008 г; XXXIII Международном геологическом конгрессе, Осло, 04 -08 августа 2008 г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 12-ти публикациях и докладах в центральных и региональных журналах России, из них 1 в реферируемом ВАК журнале «Разведка и охрана недр».

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка использованной литературы из 53 наименований. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 11 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своим научным руководителям, докторам геол.-мин. наук С.Н. Волкову и Б.А. Колотову за постоянную поддержку и помощь в работе, а

также всему коллективу отдела экологической экспертизы ФГУП "ИМГРЭ". В процессе работы автор получал ценные советы и критические замечания, способствовавшие целенаправленным исследованиям по проблеме от доктора геол-мин. В.В. Пендина, доктора технических наук, профессора П.М. Хомякова, доктора геолого-минералоги-ческнх наук, В.П. Хоменко, доктора географических наук B.JI. Позна-нина, кандидата геолого-минералогических наук H.A. Миронова, зав. лаборатории геоинформатики ФГУП «ИМГРЭ» C.B. Егоркина. Всем им автор глубоко признателен и благодарен.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследований, сформулированы основные защищаемые положения, отражена научная и практическая значимость.

Глава 1. Черноморское побережье России как урбанизированный фрагмент зоны сопряжения суши и моря. Черноморское побережье России (ЧПР) и его горная часть, примыкающая к Черному морю является обособленным районом зоны сопряжения суши и моря (ЗССМ). Протяженность его от мыса Тузла до р. Псоу на границе с Абхазией - около 400 км. Ширина - от 8 км в Северо-Западной части до 50 км в Юго-Восточной. Общая площадь в ортогональной проекции составляет 7137 км2. Население прибрежной зоны Черного моря составляет более 1,5 млн. чел. Только в трех городах - Сочи, Туапсе и Новороссийск проживает более 1 млн. чел. Доля урбанизированной площади в структуре ЧПР составляет 25%.

В результате экономических реформ, застройка побережья стала осуществляться быстрыми темпами и бессистемно, в связи с очень выгодными по климатическим параметрам экономическими условиями. Бессистемная урбанизация резко обострила не только экологические, но и весь комплекс социально-экономических проблем.

Одно из важных следствий стихийной урбанизации заключается в том, что развитие инженерной инфраструктуры перестало носить упреждающий характер. Кроме того, экспансия индивидуального строительства происходила в условиях ускоряющего старения инженерной инфраструктуры.

Современная урбанизация, основанная на старой инфраструктуре и изношенных коммуникациях - новый системный фактор риска дальнейшего освоения ЧПР. Этот новый фактор имеет урботехноген-ную природу и до настоящего времени до конца не осознан, несмотря на регулярное проявление техногенно-инициированных опасных геологических процессов, зачастую с катастрофическими для приро-допользователей последствиями.

Глава 2. Геоэкологическая среда как общий природным фон освоения территории Черноморского побережья России. Геоморфологическая структура Южного склона Кавказского водораздела включает в себя 171 водосборный бассейн, из которых 90 имеют постоянный речной сток, а 81 являются водосборами пересыхающих водотоков.

В работе геологическое строение территории рассматривается только в той части, в какой литогенная основа водосборных бассейнов является средой развития опасных экзогенных процессов и источником поступления токсичных элементов в окружающую среду. Поэтому геологию исследуемого района мы представляем с позиций сочетания литологических типов коренных пород как среды доминирования того или иного процесса и источника микроэлементного состава почв.

В этом плане вся площадь Южного склона Главного Кавказского водораздела разделяется на 3 зоны (рис. 1).

В первой зоне доминируют почвообразующие породы неогеновой системы, реже - верхнего мела. Литологический состав представлен песчаниками, алевролитами и аргиллитами неогена мощностью до 200 - 300 м. Вторая зона - развития меловых горных пород флишевой формации, представленных ритмично переслаивающейся толщей мергелей, аргиллитов и алевролитов с прослоями известняков, песчаников и глин. Именно это зона и является объектом авторских исследований в настоящей работе. Водосборные бассейны рек в ней по литолого-формационным типам коренных горных пород полностью развиваются в пределах ФЛФ. Согласно данным А. Колодяжной (Колодяжная, 1965), в пределах этой зоны распространен флишевый карст, однако роль этого процесса в формировании свойств оснований зданий и сооружений в пределах эрозионно-денудационных понижений практически не изучена. Третья зона располагается от г. Туапсе до г. Адлер. Она существенно отличается от первых двух тем, что литогенной основой бассейнов рек в их среднем и нижнем течениях служат отложения меловой и палеогеновой систем: мергели, песчаники, известняки, глины.

Важным природным фоном освоения ЧПР является широкое распространение опасных экзогенных геологических процессов гравитационной природы - селевых, оползневых и обвально-осыпных. С другой стороны, главными причинами их проявления, запускающими механизмы активизации и катастрофического развития являются опасные гидрометеорологические процессы - ливневые осадки, вызванные разгрузкой смерчей, длительные интенсивные осадки и землетрясения.

Рис. 1. Схема зонирования Южного склона Главного Кавказского водораздела по литолого-формационной основе водосборных бассейнов. (Зоны преобладающего распространения: 1 - отложений неогеновой системы (аргиллиты, песчаники, алевролиты); 2 - флишевых отпожений верхнего мела (мергели, алевролиты, аргиллиты); 3 — отложений меловой и палеогеновой систем (известняки, мергели, песчаники, глины).

Другим, не менее важным, геоэкологическим фоном является то, что хозяйственная деятельность человека происходит в пределах так называемого Южного ртутного пояса Большого Кавказа. (Роговой В.М., 1989, и др.). Ртуть в потоках рассеивания в горных породах и почвах представлена, собственным сульфидным минералом - киноварью (HgS), реже самородной ртутью. Ртутная минерализация сосредотачивается в песчаниках, конгломератах и сульфидизированных аргиллитах, образуя многочисленные природные геохимические аномалии. Основные месторождения Hg расположены вдоль Кавказского водораздела.

Геохимическая провинция ртути на территории Большого Сочи занимает площадь более 150 км2. В реках Цемесс и Нечепсухо сформированы устойчивые эколого-гидрохимические аномалии с концентрациями Hg до 5-10 мкг/л. (Баев В.Г., 1968)

Ртутоносные аргиллиты и песчаники являются носителями сульфидной минерализации с разнообразными минералами: пиритом, халькопиритом, галенитом, сфалеритом, антимонит и др. Последние, свою очередь служат источниками другого высоко токсичного металла

- Сс1, а также РЬ, Си, 8п в ряде случаев Ах. В пределах природных ореолов рассеивания ртути и тяжелых металлов развиваются многие города и курортные зоны, например город Новороссийск (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент ртутно-металлогенической карты Северо-Западного

Кавказа в пределах Геленджикского и Новороссийского районов.

(.Красным цветом выделены рудопроявления и ореолы рассеивания ртути).

Таким образом, становится очевидным, что природная эколо-го-геохимическая обстановка на Черноморском побережье России является чрезвычайно сложной и, возможно, и на ряде участков потенциально опасной для здоровья человека.

Глава 3. Методика выявления особенностей горноскладчатых территорий и специфика геоэкологических условий Северо-Западного фрагмента Черноморского побережья России. В этой главе раскрыта методика выявления геоэкологического сходства и отличия горно-складчатых территорий на основе современных космических исследований и показаны особенности геолого-геоморфологического строения флишевой литолого-формационной зоны урбанизации ЧПР по материалам дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли и полевых наблюдений.

Методический подход основан на комплексировании следующих методов, приемов и технологических программ: а) метода радарной интерферометрии с последующей компьютерной обработкой данных радиолокационной стереосъемки (РЛС); б) стереодешифрирова-ния данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) со спутников

высокого разрешения; в) спутникового позиционирования данных ДЗЗ и PJ1C на местности с использованием технологии мобильного навигационного картирования Mobile Mapping с целью устранения угловых и линейных искажений топографических карт; г) пакета программ ГИС-моделирования ArcGIS 9.2 и ERDAS Imagine 8.4.

Ключевой идеей разработанного методического подхода является совмещение ЦМР, построенной по данным радарной стереосъемки КА «Shuttle» с спектрозональным снимком КА «Quick Bird» разрешением 2,4 м и последующим дешифрированием результатов совмещения в стереомодели данных ДЗЗ и PJIC. На основе стереодешифри-рования результатов совмещения проводится количественная оценка геоэкологических площадных, линейных и объемных параметров ландшафтов любых территорий.

Такая методика ГИС-моделирования позволяет классифицировать территории по самым разнообразным признакам сходства и отличия, проявленных на космоснимках, систематизировать их параметры и различные параметрические соотношения, оценивать степень опасности участков для целей хозяйственного освоения.

По материалам дешифрирования зона урбанизации ЧПР с геологических позиций распространена исключительно в пределах мор-фоструктур тектонических депрессий. Морфоструктуры хребтов на ряде участков переходят в эрозионно-денудационные понижения (ЭДП) различного генезиса, представляющих собой структурно-эрозионные или эрозионно-тектонические депрессии с остатками морских террас. Наиболее крупные из них - Туапсинская, Сочинская и Ге-ленджикская. Согласно геоструктурным исследованиям Несмеянова С.А. и др. (1992 г.) ширина депрессий, например, Геленджикской достигает 5-6 км, а протяженность до 18 км.

Ландшафт таких территорий полого холмистый, со слаборас-членённым или равнинным типом рельефа, в связи с чем эрозионно-тектонические депрессии имеют свою равнинно-холмистую морфологическую структуру. Преобладающий генетический тип четвертичных склоновых отложений - делювиальный и элювиально-делювиальный, реже аллювиальный.

В плане ЭДП на космоснимках четко дешифрируются разнообразные геологические складчатые структуры с прямой и обратной ритмичностью отложений, и, кроме того - рисунок естественной погребенной эрозионной сети (рис. 3). Анализ и дешифрирование многозональных КС, выполненных аппаратом Quick Bird с разрешением 0,6 и 2,4 м и цифровой модели рельефа наглядно иллюстрирует типы естественной эрозионной сети (ЭС) изучаемой территории. Изучение их

распространенности и характеристик в плане и разрезе позволяет классифицировать ЭС по степени аккумулятивного заполнения ложа, долины или русла (тальвега) склоновым материалом. С этих позиций ЭС района представлена тремя геоморфологическими формами: открытыми, полузакрытыми и закрытыми (погребенными).

Рис. 3.

Фрагмент цепи синклинальных структур, проявленных на космоснимке Quick Bird в виде изометричного чередования светлых (мергели, известняки) и темных (аргиллиты) полос.

(На этом же снимке в левом нижней половине отчетливо проявляется погребенная эрозионная сеть).

К 1-му типу эрозионной сети, дренирующей только поверхностный сток относятся самые простые, элементарные формы I и II порядков - эрозионные борозды, ложбины стока с шириной ложа от 0,5 до 3-5 м. Кратковременные водные потоки, формирующиеся в период дождей, сосредоточены по пластам легкоразмываемых алевролитов.

К Н-му, полузакрытому типу относятся ярко выраженные в геоморфологии хребтов многочисленные балки, V-образные долины (ущелья) и эрозионные ложбины стока с обнаженными склонами скальных выходов горных пород. Днища и тальвеги заполнены дресвяно-обломочным элювиально-делювиальным, делювиадьно-пролювиальным и коллювиальным материалом мощностью до 6-8 м. Для такого типа сети характерно наличие подруслового или грунтового стока и смешанный тип дренажа.

Третий естественный тип дренажной сети, в основном, представляет собой эрозионные формы палеорельефа погребенные делювиальным материалом. Распространен в пределах. ЭДП и в рельефе выражен очень слабо или не проявлен совсем. Геоморфологически такая сеть представлена ложбинами стока, оврагами и балками с днищами долин шириной до 35-50 м.

В зависимости от складчатого строения флишевой толщи и её тектонической раздробленности, нами установлено три типа геоструктурной унаследованности ЭС: 1. Унаследованность зарождения и развития эрозионных борозд, переходящих в залесенные овраги и балки к крыльям синклинальных складок, сложенным аномально-

трещиноватыми аргиллитами, глинистыми сланцами и алевролитами. 2. Унаследованность развития ЭС по субпараллельным зонам высокой трещиноватости разрывных нарушений слабо, или практически не проявленных на поверхности рельефа (рис. 4). 3. Приуроченность развития полузакрытой и подземной эрозионной сети к тектоническим разломам, разрывающих флишевую толщу на различные, смещенные друг относительно друга крупные блоки (рис. 5).

Таким образом, главными особенностями геолого-геоморфологического строения флишевой зоны урбанизации ЧПР, выявляемых на основе дешифрирования космоснимков высокого разрешения являются:

1. Наличие геологических синклинальных структур в виде ярко выраженных складок различной морфологии, которые служат важным элементом геологического основания зданий и сооружений.

2. Переход на стыке складчатых сооружений горных хребтов с эрозионно-тектоническими впадинами открытых форм эрозионной сети в полузакрытые и закрытые, погребенные делювиальным материалом.

3. Наличие геоморфологически самостоятельной и не связанной со складчатыми сооружениями горных хребтов полузакрытой и погребенной сети балок и оврагов, заполненных обломочным материалом, которые являются важнейшей инженерно-геологической характеристикой условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Рис. 4.

Рис. 5.

Геологический разрез Южного склона -•„'••-' "

Маркхотского хребта на границе перехода в равнинную зону Геленджик- ■ ской депрессии (Тектонический раз-

лом разделяет различные блоки фли- —■■'"'

шевых отложений, по зоне смести-теля которого развивается эрозионная сеть).

4. Зависимость геоструктурной унаследованности развития овражно-балочной сети от морфологии складок и разрывных нарушений в пределах эрозионно-тектонической депрессии и дислокации тектонических разломов в пределах горных хребтов.

5. Зависимость порядка сети, её плотности, форм проявления, типа водного стока, условий дренажа, типа эрозии и сопутствующих процессов от распространения в генетически различных морфострук-турах рельефа.

Глава 4. Влияние геоэкологических особенностей СевероЗападного фрагмента Черноморского побережья России на освоение горно-складчатых территорий (на примере водосборного бассейна Геленджикской бухты). В данной главе дан морфоструктурный анализ рельефа водосборного бассейна Геленджикской бухты, раскрыта его роль в формировании скрытой эрозионной расчлененности и инженерно-геологические условия активизации подтопления и суффо-зионных процессов в переделах ЭДП Геленджикской тектонической депрессии.

Морская акватория Геленджикской бухты является базисом эрозии водосборного бассейна площадью 43,9 км2. С геоструктурных позиций водосборный бассейн расположен в пределах тектонического поднятия, в котором развивается морфоструктура Маркотхского хребта и Геленджикской эрозионно-тектонической депрессии, морфологически выраженной в рельефе в форме.

Анализ информации показывает, что преобладающими опасными геологическими процессами являются: в пределах ЭДП - подтопление и затопление на 20% её площади, а в бассейне р. Су-Аран на 40%; в пределах Маркотхского хребта - эрозионные и обвально-осыпные процессы (около 75%).

Анализ структуры эрозионной сети, позволил обнаружить важную закономерность для тех водосборов Маркотхского хребта, которые расчленены на горную и равнинную части (рис. 6). Эрозионная сеть ЭДП Геленджикской тектонической депрессии по густоте проявления Яг в конкретных элементарных бассейнах, в определенной мере унаследует эрозионную расчлененность горной части водосборов.

Анализ информации показывает, что в природных, неурбанизированных ландшафтах бассейна густота скрытой и полузакрытой ЭРС на равнине имеет нелинейную зависимость от этого параметра в горной части водосбора с коэффициентом 0,67. Однако, эта связь, на наш взгляд, не является причинно-следственной, т.к. интенсивность эрозионных и флювиальных процессов в различных по своему строению морфоструктурах не связаны между собой: часть ЭРС в пределах

понижения развивается самостоятельно (рис. 3). Такую взаимосвязь можно объяснить только внешним, наведенным фактором - тектонической активностью региона, поскольку и та, и другая ЭРС развивается по тектоническим разрывным нарушениям.

Тем не менее, эта закономерность имеет важное практическое значение. С помощью установленной зависимости возможно, хотя бы в первом приближении решить обратную задачу: по значениям густоты ЭРС в горной части оценить плотность ЭРС урбанизированных равнинных участков. Тем самым, по конкретным водосборам можно определить степень подверженности территории воздействию подтопления и суффозии.

Особенности инженерно-геологического и инженерно-гидрогеологического строения системы «Маркотхский хребет — Ге-ленджикская депрессия». Согласно данным бурения многочисленных скважин и лабораторным исследованиям физико-механических свойств грунтов и скальных пород, инженерно-геологический разрез изучаемой территории состоит из трех, повсеместно распространенных литологических слоев (рис. 7):

- четвертичных отложений, представленных щебнистыми и дресвянмие суглинками, с обломками мергелей от 10 до 50%, с коэффициент фильтрации до 0,1 м/сут;

- плейстоцен-голоценовых отложений, представленных элювиальным горизонтом коры выветривания флиша - глыбово-щебнистым и дресвяно-щебнистым грунтом с глинисто-суглинистым заполнителем, с коэффициент фильтрации до 120 м/сут;

- верхнемеловых отложений - сильновыветрелых мергелей с прослоями известняков, песчаников, аргиллитов, алевролитов, с кровлей на глубинах от 1,0 до 8 - 9 м. По материалам геофизических исследований, на глубинах от 8-10 до 20-25 м проходит граница разде-

9

Рис. 6.

Взаимосвязь эрозионной расчлененности горной и равнинной части неурбанизированных водосборных бассейнов.

о

4 6 8 10 12 14

Густот» эрозионной сети Маркхотского хребта. тМт2

16

ляющая сильно- от слабо выветрелые части флишевой толщи. Ко-

Рис.7. Схема инженерно-геологического строения эрозионно-денудационного понижения Геленд-жикской тектонической депрессии.

По материалам различных изысканий, экспериментально определенный в котлованах коэффициент фильтрации элювиального горизонта на участках, пограничных с базисом денудации достигает 120 м /сут. при мощности до 0,5 м, пористости до 50% и размерами пустот до 10-15 см (Удалов, 2007). Таким образом, инженерами-геологами констатируется факт, что элювиальные отложения являются основным водопроводящим слоем.

Другой важной закономерностью инженерно-геологического разреза служит возрастание по направлению к береговой зоне, тонко-дисперсности четвертичных отложений. По направлению от базиса денудации к общему базису эрозии, дресвяно-щебнистые грунты зако- 1 номерно преобразуются в суглинистые со значительной долей глинистой составляющей и возрастанием пелитовых частиц в 500 - 4100 раз.

Особенности циркуляции подземного стока и активизации 1 опасных геологических процессов в системе «Маркотхский хребет -Геленджикская депрессия». Геоструктурный анализ водосборного бассейна Геленджикской бухты позволил установить, что механизмы подтопления территории зависят от пространственного сочетания направления падения пластов и направления водотока.

Рис. 8 иллюстрирует схему движения и разгрузки подземных вод по профилю тальвега эрозионной сети в период интенсивного выпадения атмосферных осадков. Формирование внутреннего стока в пролювиальных отложениях эрозионной сети Маркотхского хребта начинается при превышении слоя смачивания поверхности рельефа и испарения. Как следует из схемы, слой обломочного материала скального русла эрозионной сети горных хребтов перемешан с элювием флиша и плавно переходит в элювиальный горизонт ЭДП, перекрытый покровными суглинками. Этот горизонт имеет аномальную водопро-

эффипиент фильтрации - 0,01 м/сут. св _„ юз

Лзювиые обозначения

видимость, и, вследствие высоких уклонов рельефа атмосферные осадки легко проникают вглубь и образуют подземный сток. Часть воды просачивается в сильно трещиноватую зону флиша и также мигрирует к базису эрозии - морской акватории Геленджикской бухты.

В зоне сочленения ЭДП с горным хребтом по базису денудации происходит не только разгрузка водной массы, но и высвобождение гидродинамической энергии потока, направленное на фильтрационное разрушение водовмещающей среды. Именно в этой зоне наблюдается максимальная присклоновая эрозия и суффозионный вынос суглинистого заполнителя из маломощного покровного суглинка и элювия флиша. В результате этих процессов элювиальный горизонт оказывается хорошо промытым, а покровные суглинки становятся грубодисперсными, превращаясь в дресвяно-щебнистые отложения.

В связи с тем, что, элювий ЭДП распространен повсеместно, подземный сток, поступающий в него, растекается вниз по слою во всех направлениях по уклону водоносного горизонта. В сущности, в зоне сочленения ЭДП с горными хребтами в период интенсивного выпадения атмосферных осадков происходит слияние всех подземных горных потоков в один, повсеместно распространенный водоносный слой.

Рис. 8. Схема движения и разгрузки подземных вод

по профилю тальвега эро-Л зионной сети в период 4 интенсивного выпадения

атмосферных осадков.

Условные обозначения

д

'* Элювиальные отложения гтлейстоценчолоценооого возраста "д У Гльгбогю-албилттый грунт г. с/тинистый звлолтгелем

) ' Суглинок твевдый. с обломками мергелей, с примесью ■1 микролелнтоеой составляющей в прибрежной зоне

Верхнемепоеые флишеаые отложения: Мергели с прослоями известинце, песчаников аргиллитов и алевролитов с границей разделения сильно и спзботрещиноеагой частей

• Участки преобладающего распространения подземной эрозии _ суффозии в покровнык суглинках и злкеиальном горизонте

Атмосферные осадки

В пограничных зонах денудации горных хребтов происходит дваразнонаправленных процесса:

- флювиальный, когда при поверхностном стоке из открытой эрозионной сети происходит накопление обломочного и суглинистого материала и его дальнейшее переотложение вниз по потоку; - активный суффозионный вынос тонкодисперсной части заполнителя из элювиального слоя подземным стоком и его дальнейшая седиментация в прибрежной зоне ЭДП.

Так формируется зона тонкодисперсных отложений в покровных суглинках, которые образуют переходные литологические разности к глинам с резким уменьшением фильтрационных свойств. Поэтому такие площади в масштабе ЭДП для подземного стока выполняют роль естественного барражного эффекта. Переотложение тонкодисперсного материала в нижних частях долин водотоков изменяет характер ландшафта, формируя обширные зоны подтопления и локального затопления. Именно такая картина наблюдается на космоснимках, когда различный сосредоточенный сток в результате деконцентрации потоков сливается в один (рис. 9).

Рис. 9.

Отражение процесса деконцентрации подземного стока закрытой эрозионной сети в ИК-соектре многозональной космической съемки. Красным оттенком выявляется подземная эрозионная сеть и зоны подтопления.

При интенсивных ливнях и продолжительных атмосферных осадках, когда поступление водной массы в элювиальный горизонт превышает дренажные возможности последнего, прибрежная зона тонкодисперсных отложений служит естественной преградой для подземных вод и барражный эффект подъема уровня

фунтовых вод проявляется очень ярко. В результате восходящей фильтрации, сопровождающейся суффозионным разрушением водо-вмещающей среды происходит выход подземных вод на поверхность с последующим затоплением прилегающий территорий.

В этой связи важно отметить, что активизации суффозии и подземной эрозии происходит там, где ливневая канализация не учитывает естественную эрозионную сеть, развитую по тектоническим разрывным нарушениям. При этом, по классификации В.П. Хоменко (Хо-менко В.П., 2003) в период выпадения атмосферных осадков в урбанизированном ландшафте ЭДП развивается три вида суффозии, вызванных природным фактором:

1. Суффозионный размыв покровных суглинков и техногенных грунтов нисходящими потоками подземных вод, проявляющийся на поверхности провалами и небольшими блюдцеобразными оседаниями (рис. 10).

2. Контактная суффозия вдоль трубопроводов и коммуникаций, деформирующая асфальтное полотно дорог в виде трещин.

3. Закрытая суффозия напорным восходящим потоком подземных вод на участках, экранированных водонепроницаемыми покрытиями (рис. 11)

Рис. 10. Оседание плитчатого полотна улицы, вследствие классического суффозионного размыва грунтов нисходящей фильтрацией подземных вод.

Рис. 11 Пример закрытой суффозии напорным восходящим потоком подземных вод, приведший к взлому асфальтного покрытия улицы.

Глава 5. Рекомендации по инженерно-геологическому изучению и освоению горно-складчатых территорий (ГСКТ) фли-шевой литогенной формации. В этой главе изложены рекомендации по уточнению методики инженерно-геологического зонирования горно-складчатых территорий и количественной оценки сложности инженерно-геологических условий для целей территориального планирования и даны общие дополнительные рекомендации по инженерной защите урбанизированных территорий от воздействия опасных геологических процессов.

Учитывая, что процесс освоения территорий всегда осуществляется в конкретных водосборных бассейнах, принципиально важным концептуальным подходом к зонированию ГСКТ является выбор в качестве единицы площади зонирования - элементарного водосборного бассейна (ЭВБ). Основываясь на известных методиках интегральной оценки сложности инженерно-геологических условий по морфометри-ческим показателям, изложенных в работах (Знаменщиков Г.И., 1965, Клименко В.И., Безруков В.Ф., 1978, и др.) предлагается ряд уточняющих дополнений для равнинных территорий ЭДП, касающиеся оценки развития подтопления, линейной суффозии, эрозионного и селевого потенциала:

1. Инженерно-геологическое зонирование территории ЭДП тектонических депрессий по условиям развития опасных ЭГП следует проводить с учетом условий их активизации в горной части бассейнов.

2. Все рассчитываемые при инженерно-геологической съемке параметры пораженное™, активности и активизации опасных ЭГП должны быть приведены не к площади горных склонов, а к общей площади горной части элементарных водосборных бассейнов поверхностного и подземного стока.

3.Урбанизированные территории ЭДП имеют спланированный рельеф, где эрозионная сеть I и, частично, II порядков закрыта техногенным фунтом или перекрыта фундаментами зданий и сооружений. Решение этой задачи производится для двух граничных условий: а) наличие в пределах урбанизированной территории постоянного, или временного, но контрастно выраженного в рельефе водотока; б) отсутствие естественного канала эрозионной сети.

Для первого варианта рекомендуется следующий алгоритм действий:

3.1. С ЦМР считываются все известные морфометрические и ландшафтные параметры поверхности рельефа горной составляющей водосборных бассейнов, вне зависимости, освоена низинная их часть или нет. Параметры рассчитываются как отношения соответствующих площадей не в ортогональной, а в фактической проекции.

3.2. Производится выбор элементарных водосборных бассейнов, рельеф выположенной части которых не спланирован и имеет естественную дренажную сеть, дешифрируемую по данным ДЗЗ.

3.3. На основании полученной выборки строится эмпирическая зависимость густоты общей эрозионной сети выположенной части от эрозионной расчлененности горной части водосборов.

3.4. На основании полученной закономерности производится оценка наиболее вероятных значений густоты общей эрозионной рас-

члененности урбанизированных территорий по значениям этого параметра в горной части водосборов.

3.5. Оценивается густота открытой эрозионной сети в урбанизированной части водосборов и по разнице общей и открытой эрозионной расчлененности рассчитывается густота скрытой ЭС.

Для второго варианта, аналогично по эмпирической зависимости, оценивается общая ЭС, принимаемая за погребенную. Полученные результаты являются основой зонирования равнинной части ФЛФ по условиям развития подтопления и линейной суффозии. При этом, границы зон проводятся по водораздельным границам равнинной части горных водосборов с выделением зон аномальной густоты эрозионной сети не засгроенных участков.

4. При инженерно-геологическом изучении еще неосвоенных территорий ЭДП на основании стереодешифрирования данных ДЗЗ и ГИС-моделирования следует строить карты скрытой эрозионной расчлененности рельефа.

Для оценки эрозионного и селевого потенциала горной части водосборов следует пользоваться известными методиками (Методика ..., ВСЕГИНГЕО, 1988 и др.) со следующими уточнениями:

1. По результатам стереодешифрирования данных ДЗЗ и мор-фоструктурного анализа ЦМР считываются все параметры рельефа и ландшафта. К изложенному перечню добавляется средний уклон скальных участков и коэффициент подверженности максимальному термическому выветриванию как отношения площади скальных склонов юго-восточной, южной и юго-западной экспозиции (румбы 112,5 157,5; 157,5 + 202,5; 202,5 ^ 247,5) к их общей фактической площади в пределах водосбора.

2. Используя методики интегральной оценки факторов окружающей среды (Пэнтл, 1978), каждый из параметров ранжируется по значениям ог наименьшего к наибольшему вкладу в интенсивность проявления эрозионных и денудационных процессов. Таким образом, каждый бассейн будет характеризоваться определенным сочетанием баллов, отражающих геодинамическую неустойчивость склонов при воздействии атмосферных осадков, т.е. суммарный эрозионный, денудационный и селевой потенциал территории.

3. Бассейны с наибольшим количеством баллов будут представлять участки с максимальной степенью опасности воздействия на урбанизированную часть ЭДП. Полученные результаты отражают на карте условий возникновения и развития эрозионных и селевых процессов.

4. В связи с тем, что горная территория ФЛФ интенсивно осваивается, целесообразно оценивать техногенную составляющую активизации селевых процессов. Для ее оценки в инициировании селей в пределах урбанизированных горных территорий хотя бы на качественном уровне следует оценивать густоту линейной искусственной эрозионной сети (дороги, просеки) и её соотношение в общей эрозионной расчлененности водосбора.

В связи с отмеченным ростом аномальности и экстремальности климата (Гудза, Ранькова, 2004), планирование населенных пунктов и строительство различных объектов следует проводить с обязательным выполнением следующих мер защиты:

1. От подтопления и затопления грунтовыми и подземными водами. На участках скрытой эрозионной сети, учитывая, что она развивается по линиям субпараллельных тектонических разрывных нарушений, локальный или кольцевой дренаж по СНиП 2.06.15-85 не дает должного эффекта. В связи с этим на таких участках следует производить пластовый дренаж подземных вод, пропуская водные потоки под зданиями и сооружениями с соответствующим изменениями типов фундаментов на свайные.

Повсеместно распространенный слой глыбово-щебнистых элювиальных отложений является естественным пластовым дренажом ЭДП. Поэтому для предотвращения подтопления и затопления, а также барражного эффекта этот сезонно водопроводящий слой не должен перегораживаться фундаментами зданий и линейными подземными объектами.

2. От воздействия эрозионных и селевых проиессов. Наиболее эффективным и простым методом защиты урбанизированных территорий в условиях ФЛФ, является строительство в местах выхода потоков на застроенную площадь гравитационных ловушек обломочного материала.

При освоении экологически опасных металлогенических зон с ртутной специализацией следует соблюдать два важных граничных условия..

1. Процесс строительства объектов не должен быть источником формирования дополнительных миграционных потоков высоко токсичных элементов в окружающую среду, за счет вскрытия строительными работами зон их минерализации.

2. В процессе строительства не должна существенно изменяться естественная геохимическая среда в направлении, трансформирующем зоны минерализации, чтобы предотвратить образование новых высоко токсичных производных тяжелых металлов.

Заключение

В результате исследования геоэкологических особенностей урбанизированных прибрежных территорий ФЛФ можно сделать ряд выводов, имеющих фундаментальное и практическое значение.

1. Открытая эрозионная сеть зависит от морфологии складок, а полузакрытая и закрытая - от разрывных нарушений в пределах ЭДП и дислокации тектонических разломов в пределах горных хребтов.

2. Для определения степени подверженности территории воздействию подтопления и суффозии, значения густоты ЭРС в горной части рекомендуется использовать, как оценочный параметр для расчетов плотности закрытой эрозионной сети урбанизированных участков.

3. Ключевую роль в развитии подтопления и затопления в геологическом пространстве ЭДП играет повсеместно распространенный элювий карбонатного флиша. Его фильтрационные свойства в 1200 раз превышают коэффициент фильтрации покровных четвертичных отложений. Таким образом, плейстоценовые плотные суглинки, перекрывающие элювиальный горизонт фактически являются водоупора-ми, исключающие инфильтрацию атмосферных осадков.

Таким образом, процесс подтопления урбанизированных прибрежных территорий носит системный характер своего развития с постоянно действующим механизмом активизации в период интенсивного выпадения атмосферных осадков по системе разрывных нарушений.

Установленный механизм активизации подтопления и сопутствующих ему суффозионных процессов позволяет грамотно проектировать инженерную защиту таких территорий, предусматривая не локальный, а пластовый дренаж застраиваемых участков, для пропуска подземных вод под зданиями и сооружениями.

Основные работы по теме диссертации

1. Геоэкология, экономика и право в вопросах перспективного развития Черноморского побережья России. / В. кн. "Геология морей и океанов". Тезисы докладов XV Международной школы морской геологии, т. I, М.: "Геос", 2003, с. 338 - 341.

2. Курорты и рекреационные зоны Черноморского побережья России: геоэкологические проблемы определения их правового статуса. / В кн. "Актуальные вопросы курортного сервиса юга России". Сборник материалов межвузовской научно-практической конференции. Сочи-Адлер 29-30 мая 2003, МГУС, часть II, с. 100 - 104. (Соавтор: Волков С.Н.).

3. Кадмий как потенциальный абиотический фактор ухудшения санитарно-эпидемиологической обстановки на Черноморском побережья России. // В кн. "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов бисферы"/ Материалы 1У-й Российской биогеохимической школы, 3-6 сентября 2003 г. - М.: "Наука", 2003, с. 157 -159. (Соавтор: Волков С.Н.).

4. Геоэкология и экономика: проблемы развития курортной инфраструктуры на Черноморском побережье Кавказа / В сб. материалов "Экономика Северо-Кавказского региона на пути к устойчивому развитию", Краснодар, 2003. с. 543-545. (Соавторы: Волков С.Н., Колотое Б.А.).

5. Черноморское побережье России. Взаимосвязь экологической геохимии и современной инвестиционной политики: за и против. Доклады Международной школы "Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды", Новороссийск, 2003, с. 47-49. (Соавторы: Волков С.Н., Колотов Б.А.).

6. Черноморское побережье России: есть ли пределы урбанизации и что такое феномен рекреационного регресса? / В сб. материалов "Экономика, курорты и туризм стран Черноморского бассейна". -Краснодар, 2004 , с. 53 - 58. (Соавтор: Волков С.Н.).

7. Подходы к оценке риска возникновения чрезвычайных ситуаций при инвестиционном развитии Черноморского побережья. / Разведка и охрана недр, 2004, № 11, с. 56 - 61. (Соавтор: Волков С.Н., Докучаев В.А.).

8. Мониторинг факторов техногенной активизации опасных геологических процессов как составная часть системного мониторинга безопасности урбанизированных и горнопромышленных территорий. / В сб. материалов "Современные технологии управления экологической и информационной безопасностью территорий", Киев, 2005., с. 236 - 240 (Соавтор: Волков С.Н.).

9. Техногенно-инициированные сели как следствие бессистемной урбанизации горных водосборов Черноморского побережья России. / В сб. тезисов докладов Всероссийской конференции по селям, 2005, г Нальчик, с. 132 - 134. (Соавторы: Волков С.Н., Вдовина О.К).

10. Черноморское побережье России: экономическое развитие курортов и нормативно-правовые ограничения использования прибрежной территории как объекта недвижимости. В сб. мат. «Актуальные вопросы курортного сервиса юга России», Сочи, 2005, - С. 49-52. (Соавторы: Волков С.Н., Вдовина О.К).

11. Выявление зон возможной активизации опасных геологических процессов с помощью многозональных космических снимков ASTER и Quick Bird (на примере г. Геленджик) / В. кн. "Научно-практическая конференция ФГУП «РНИИКП» 10-12 октября 2006 г. Тезисы докладов, М: Физматлит, 2007, с. 328-329. (Соавторы Шкарин В.Е., Литовченко К.Ц., Егоркин С.В, Волков С.Н.).

12. Особенности методики выявления геоэкологического сходства и отличия горно-складчатых территорий на основе современных космических исследований // В сб. научных трудов "Современные информационные технологии управления экологической безопасностью, природопользованием и рисками в чрезвычайных ситуациях", Киев-Харьков-АР Крым, 2008., с. 57-62 (Соавтор: Волков С.Н., Егоркин C.B.).

Подписано к печати 17 декабря 2008 г. Формат 60x90 1/16. Уч.-изд. 1 л. Тираж 100. Заказ 10-09.

Полиграфическая база ИМГРЭ