Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геолого-структурные закономерности развития карста и их инженерно-геологическая оценка

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Геолого-структурные закономерности развития карста и их инженерно-геологическая оценка"

&г ^*(~ 0Ъ>. *9 г.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Московский ордена Ленина,ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.М.В.Ломоносова

На правах рукописи

ПЕЧЁРКИН Андрей Игоревич

УЖ 624.131.542:551.442'

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ КАРСТА И ИХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОПНЕСКАЯ ОЦЕНКА

Специальность 04.00.07 - инженерная геология.мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора гэолого-минэралогических наук

Москва - 1989

Работа выполнена в Пермском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. А. М, Горького

Официальные оппоненты: Доктор геолого-минералогических наук, профессор Г, А. Голодковская

Доктор геолого-минералогических наук, профессор И. С. Комаров

Доктор геолого-минералогических наук, профессор Е. В. Пиннекар

Ведущая организация: Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) НПО "Стройизыскания" Госстроя РСФСР

Защита состоится н " 196 г. в часов на

заседании специализированного совета по гидрогеологии, инженерной геологии и мерзлотоведению (Д.053.05.27) при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899 Москва, Ленинские горы, М1У, Геологический факультет, аудитория

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ.

Автореферат разослан " " 198 г.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять ученому секретарш специализированного совета по адресу: 119899 Москва, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет.

Ученый секретарь специализированного совета доктор геолого-минералогических

наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. К числу наиболее опасных экзогенных геологических процессов, широко развитых в земной кора, относится карст. Растворимыми горными породами сложено около 30% территории нашей страны. От 5 до 10$ всех зданий и сооружений, возведенных на этих территориях, выходят из строя за счет воздействия на них карстовых деформаций земной поверхности, что влечет значительный материальный ущерб, предотвратить который возможно только изучив закономерности проявления карста, рационально спланировав застройку и комплекс противокарстовых мероприятий.

Основной целью проведенных исследований является изучение закономерностей формирования закарстованности в различных геологических и структурно-тектонических условиях в зависимости от характера и скорости новейших и современных тектонических движений земной коры, разработка теоретических основ инженерно-геологического районирования закарстованных территорий и выбора рационального комплекса противокарстовых мероприятий.

Научную новизну работы определяют защищаемые положения.

1. Роль карста в преобразовании геологического строения территории, минерального состава и свойств растворимых горных пород, выраженная в формировании кластических брекчеевидных отложений, несвойственных обстановкам осадконакопления как растворимых, так

и перекрывающих их нерастворимых пород, в эпигенетических изменениях минерального состава и физико-механических свойств растворимых пород на участках интенсивного развития карста и трещиновахо-сти.

2. Закономерности динамики карста в пределах тектонических структур различного генезиса и приуроченных к ним трещиноватых зонах. Они выражаются в возрастании закарстованности с увеличением амплитуды поднятия присводовых частей тектонических структур и углов наклона их крыльев. Наибольшего, размера карстовые полости и провалы достигают з сраднетрещиноватых зонах, а наибольшее их количество - в сильнотрещиноватых.

3. Закономерности формирования горизонтов карстовых полостей под влиянием новейших и современных тектонических движений. Обосновано, что при возвратно-поступательных движениях с общим поднятием земной коры каждому террасовому комплексу соответствуют два горизонта карстовых полостей: верхний залегает в интервале геологического разреза между наивысшей и наинизшей отметками по-

верхности аллювиального покрова, нижний между наинизшай и наивысшей отметками поверхности цоколя речной террасы.

4. Значение карстового рельефа 1фовли растворимых горных пород при оценке инженерно-геологических условий закарстованных территорий. Массовые деформации инженерных сооружений в карстовых районах вызваны, главным образом, осадками,часто неравномерными, фундаментов на участках залегания недоуплотненных, суффозионно--неустойчивых обвально-карстовых отложений, которые приурочены к понижениям карстового рельефа'кровли .растворимых горных пород.

5. Геолого-структурный подход к инженерно-геологическому районированию закарстованных территорий и выбору комплекса проти-вокарстовых мероприятий дан целей промышленного и гражданского строительства позволяет с достаточной полнотой и.последовательностью учесть условия развития карста на всех стадиях изысканий и выбрать противокарстовыо мероприятия в зависимости от геологического строения, конструкций сооружений и конкретных карстовых деформаций земной поверхности.

реализация работы. Исследования проводились в соответствии с программой Госстроя СССР по решению отраслевой научно-технической проблемы 0.55.00.111 (этап СД 10 А) "Провести научные исследования и разработать рекомендации по оценке влияния природных условий и антропогенных факторов на устойчивость закарстованных территорий" и в соответствии с координационным планом комиссии по карсту и спелеологии Научного совета АН СССР по проблемам инженерной геологии и гидрогеологии на IX пятилетку (1981-1985 гг.) по теме "Карст отдельных районов Европейской части СССР, закономерности его распространения и особенности развития". Материалы исследований внедрены в Госстрое СССР в качестве раздела "Карст" методических рекомендаций ПНИИИСа Госстроя СССР по инженерным изысканиям на закарстованных берегах водохранилищ", в ПО "Зап-уралнеруд" в качестве рекомендаций по составлению схемы разработки сильнозакарстованных месторождений известняков; при инзкенерно-геологических изысканиях под площадку Нижне-Серьгинского металлургического завода.

Экономический эффект при внедрении результатов исследований автора получен за счет повышения качества инженерно-геологической информации, позволяющей принять наиболее эффективные и обоснованные проектные решения, существенного сокращения сроков и стоимости изыскательских работ и составляет более 2 млн.руб.

Апробация работы. Результаты работы обсувдались на Всесоюзном совещании: "Мероприятия по повышению устойчивости земляного полотна в карстовых районах БАМ и другие вопросы карстоведения", Красноярск, 1977; Международном симпозиуме по гидрогеологии карста, Будапешт, 1978; Всесоюзном совещании "Исследование карстовых пещер в целях использования их в качестве экскурсионных объектов", Тбилиси, 1978; Всесоюзном совещании "Карст Средней Азии и горных стран", Ташкент, 1979; Европейской региональной спелеологической конференции, София, 1980; Всесоюзном совещании "Карст Нечерноземья", Пермь, 1980; Международном симпозиуме "Инженерно-геологические проблемы строительства на растворимых породах", Стамбул, 1981; 1У конгрессе МАИГ, Нью-Делн, 1982; IX Международном спелеологическом конгрессе, Больвинг-Грин,1981; XI конгрессе ИНКВА, Москва,1982; Всесоюзном совещании'"Состояние, задачи и метода изучения глубинного карста СССР", Москва, 1982; XI международном симпозиуме "Использование закарстованных территорий", Бари, 1982; Международном симпозиуме "Проблемы комплексного освоения карста • горных стран',' Тбилиси, 1987; Всесоюзном совещании "Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территорий городов и городских агломераций", Одесса, 1987.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 95 работ, в тем числе монография-. Основные работы приведены в списке литературы.

Структура и объём работы. Диссертация объёмом 454 страницы машинописного текста, список использованной литературы - 300 наименований, 115 рисунков и 24 таблицы.

Автор выражает благодарность профессору Г.А.Золотареву за поддержку, советы, замечания, благодарит профессора М.М.Маматкулова, доцентов М.А.Халшмова, А.А.Алимова, кандидата геолого-минералогических наук В.И.Клименко за содействие в организации полевых экспедиций, кандидатов геолого-минералогических наук Г.Б.Болотова, В.Н.Катаева, А.В.Маклалшна за активное участие в полевых исследованиях.

I. ЗАДАЧИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ КАРСТА

Нерешенные проблемы инженерно-геологических исследований на закарстованных территориях, обоснование методологии необходимых исследований вытекают из анализа исторического развития учения о карсте. К настоящему времени благодаря работам А.С.Баркова(1932), Е.Н.Пермякова (1932), Н.И.Соколова (1933), Н.К.Тихомирова (1934),

Ф.Ф.Лаптева (1939), Д.С.Соколова (1962), Г.А.Максимовича (1963),

A.Г.Лыкошина (1968), И.А.Печеркина (1969), В.С.Лукина (1975),

B.Н.Дублянского (1977), И.А.Саварвнского (1977), В.В.Толмачева (1986), В.П.Хоменко (1987), А.В.Лехова (1988) и других исследователей оно выделилось в полноправный раздел инженерной геодинамики, обладающий собственной теоретической базой и штодологией исследований.

Не все вопросы инженерной геодинамики карста нашли свое окончательное решение. Это црежде всего проблемы бвязи карстопроявле-ний со структурно-тектоническими особенностями территории, трещи-новатостыо, новейшими и современными движениями земной коры, гео-лого-карстологического обоснования противокарстовых мероприятий, инженерно-геологического районирования закарстова^шых территорий. Вопросы значения карста как литох'внетического фактора, изменявшего геологическое строение территории, состав и свойства растворимых горных пород, инженерно-геологического значения карстового рельефа кровли растворимых пород до настоящего времени не ставились.

Теоретической основой изучения динамики карста выступает ж-тологический и структурно-тектонический подход, применение которого должно осуществляться на базе всестороннего изучения истории геологического развития закарстованных территорий с учетом гидрогеологических, гидрохимических, геоморфологических условий. Такой подход к изучению экзогенных геологических процессов был заложен Ф.П.Саваренским, И.В.Поповым, Е.М.Сергеевым. Выработанные этими исследователями принципы являются методологической основой настоящей работы, ими же цродиктована и структура.

Для того, чтобы учесть многообразие геолого-структурных условий развития карста, сделать достоверные выводы о его динамике исследования проводились в платформенных (Пермский овод,Беломор-ско-Кулойское плато), горноскладчатых областях (западный склон Большого Кавказского хребта, Зеравшанокий хребет), передовых прогибах (Предуральский, Предкарпатский), на массивах сложенных карбонатными и сульфатными породами.

2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ КАРСТА

Литология растворимых горных пород является основным регулятором интенсивности карста. Воздействие карста на геологическою срзду не ограничивается формированием полостей и провалов. Карст изменяет состав и свойства растворимых пород, на значительных по площади территориях преобразуем геологическое строение.

Инженерно-геологическое изучение карста нельзя ограничивать рассмотрением процессов лишь в толще растворимых горных пород.' Необходимо учитывать влияние на карст и деформации земной поверх-•ности, связанные с ним, подстилающих и перекрывающих их- нерастворимых отложений. Следовательно, под закарстованным горизонтом необходимо понимать весь естественно исторический комплекс отложений, среди которых имеют место растворимые горные породы, залегающие в пределах зоны возможного развития карста.

Основным типом залегания растворимых горных пород являются выдержанные по простиранию пласты, среди которых встречаются тела неправильной формы, образовавшиеся в результате вторичных изменений минерального состава и продукты растворения, выпавшие в осадок в трещинах, кавернах, полостях.

Большое влияние на развитие карста оказывают перекрывающие закарстованный горизонт четвертичные породы. Благоприятные условия для развития карста создаются там, где они представлены хорошо водопроницаемыми водообильными водноладниковыми, аллювиальными, отложениями, которые служат своеобразным регулятором подземного стока, обеспечивая постоянное поступление агрессивных вод в закарстованный горизонт. Наличие слабоводопроницаемых моренных комплексов, лессовых толщ препятствует развитию карста.

Развитие карстовых процессов способствует изменению геологического строения закарстованных территорий. Из последовательно сформированного геологического разреза в результате растворения выпадают целые стратиграфические горизонты, формируются ¡спастические обвально-карстовые отложения, не свойственные обстановйам . осадконакопления растворимых пород. При этом самые большие изменения геологического строения наблюдаются в верхних частях разреза, существенно осложняя инженерно-геологические условия. Они приурочены к присводовым, наиболее раздробленным трещинами-участкам положительных тектонических структур.

Например, на северо-восточном крыле Пермского свода карстуэт-ся нижнепермская сульфатно-карбонатная толща (рис.1). Площади занятые как сульфатными, так и карбонатными породами сокращаются вверх по разрезу. Сульфатные породы растворяются, карбонатные остаются на месте в виде обломков и глыб формируя обвально-карстовые отложения. В ненарушенном залегании они остались только на крыльях тектонических структур и в прогибах между ними. Перекрывающие карстуккцуюся толщу верхнепермскиз мергели и известняки залегают в ненарушенном состоянии только на 45% площади исследуемой территории, в прогибах между положительными тектоническими струк-

1 < 1 о £ ос 1 ПАЧКИ ПАО-ЦШЬ к**} МОЩНОСТЬ и мфшмя

% $ 0-Ю ГШИШМь ГАУНА.ММЖ

а \ ос £ 6. а> с Ы«} кню ывргмь ИМвСГИМС

еГ х се 1 •X X а. с ь и от I К £ мнежекю 0(0) 0 "тамгчмт

тюйскля 73(*>> 0-« ДОАОММТ

ьемдоомя» 30 СО 0-30 НЮШПУЛП

еАкинскА» з-го лодемиг

11АМКНМКЖ яоМ »-и птсбмпимг

чеммтекАя РЗФ&Э ЛОАОМИТ

пвяеккАЯ 20-50 ХЛСвАНПЦМ

УЖ. 1 I "14

]2 )3

Чсюьия аллегкния пермских отлдлений на сеаем-ьосточном миле Пермского свода- огл'ожекия: «-порогом, £~Дт<лксйском,з-елкинс-кой, 4-лед<а но-лещерскои, нееоАинскои и шаалиникс«)« плчек; 5-соам-камского горизонта-, 6-к01гпр тектонических поднятий

турами. Остальная часть территории сложена состоящими из их обломков обвально-карстовыми отложениями.

Развитие карста ведет к значительному уменьшению мощности растворимых горных пород. Из рис. 2 видно, что уменьшение мощности гип-

Ьт,м

ив

о 40 »0 0 40 И Рис.2. Се,Я1ь мощности гклмангиари

тоь иРвнского горизонта о^м) с аилам- <о

тудами поднятия тектонических структур *

3-го порядка ,трещиномтостью ю-Ю^

И ЗАКАРСТЭВАННОСТЬЮ. Ц.м "ДЛИНА О

зон тектонически» нАмшений, кп - -го

КОАиЧвСТЬО КАРСТОЬЫ* ПРО&ААОЬ НА 1КМ*

соангидритов на Пермском свода пропорционально увеличению амплитуды поднятия локальных тектонических структур,увеличению трещинной раздробленности и закарстованности.

Развитие карста приводит к значительным эпигенетическим преобразованиям минерального состава и свойств растворит,их горных пород, которые во многом определяют их црочностные характеристики и растворимость. В наибольшей степени они приурочены к трещиноватым зонам, отдельным трещинам, как цравило тектоническим и напластования, стенкам карстовых полостей.

Исследования верхнекарбоновых отложений на Самарской Луке (рис.3) показали, что для пород, в которых наблюдается эпигенетическое замещение доломита кальцитом наблюдается уменьшение временного сопротивления одноосному сжатию ( <Ьг , МПа, рис.За-I) пористость (п %, рис. Зб-I) при этом возрастает. Для карбонатных пород на стадии эпигенеза которых происходит замещение кальцита доломитом, наблюдается уменьшение прочности и пористости с возрастанием содержания вторичного доломита (рйс. За,6-2).

■по-

Ю

«И

£ й»

о ц а « в го Рис. 3. Измепенк» прочности. пориствоти, РАет»о*имости карбонатных пв^сд ь гл»исимо®тц от гаде?«мня доаожита и кальцита

Увеличение содержания в сульфатных породах эпигенетического гипса (образцы отбирались из нижнепермских гипсоангидритов на Пермском своде, рис.4) заметно снижает их прочность (рис.4а), а пористость изменяется двояко, на отбытых поверхностях обнажений возрастает (рис.46-1), а в глубине массива падает (рис.4б-2).

"7 % з л ó « « го ¿5 и г,ъ

f\io.4. Иамйнение прочности, гй^сгаети, растворимости сульфатных ПОРОД. В ЗАВИСИМОСТИ от СЭДеРЖЬИМЯ ЬКГИ&РНТА И ГИПС*

2,5

Увеличение содержания в карбонатных породах доломита (рис.Зв), в сульфатных ангидрита (рис.4в) как менее растворимых чем кальцит и гипс заметно снижает их растворимость.

3. РОЛЬ ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ ЗАКАРСТ0ВАНН0СТИ

Исследования проведанные в условиях платформы, передового прогиба, горноскладчатых областей показали на тесную связь закарсто-ванности с генезисом тектонических структур, характером распределения на них сильно,-средне- и слаботрещиноватых зон. При этом главную роль в развитии карста играют тектонические трещины.

В региональном плане на структурах второго порядка, на современном этапе геологического развития, карст сосредоточен, главным образом в средаетрещиноватых зонах. Сильнотрещиноватые зоны заняты понижениями рельефа и речными долинами. Такая же картина наблюдается на локальных участках - структурах третьего порядка отдельные карстовые формы приурочены к среднераздробленным зонам, сильнораздробленные используются эрозионными врезами. Это характерно для всех трех геотектонических обстановок, структур как полной, так и прерывистой складчатости.

На структурах полной складчатости ширина трещиноватых зон по которым развивается закарстованность значительно меньше незакар-стованных слаботрещиноватых зон. С увеличением амплитуда поднятия структур увеличивается интенсивность трещиноватости, а границы между сильно - и слаботрещиноватыми зонами становятся более рез- ' кими. Это обусловливает высокую локализацию стока и формирование узких закарстованных зон, глубина которых ((гк , м ) увеличивается с увеличением амплитуды поднятия структур (дЬ , и) как это показали исследования на З.Кавказе и Зеравшанском хребте (рис.5а).

«ОО

о МО 680 900010103040024(8 10 0 5 Ю 45 Рис.5. СбЯ!ь змсарст0мнн0сги с ампаитчдами поднятия тектонических СГОКТЧР и углами наклона ии крыльеь

На структурах платформенной глыбовой складчатости закарсто-ванность контролируется, главным образом, локальными поднятиями третьего порядка. Участки максимального развития карстовых форм приурочены к осложняющим свода поднятий структурам более высокого порядка. Отмечается увеличение закарстованности (количества провалов на I км^ - Кп ) с увеличением амплитуда поднятия структур третьего порядка, а также с увеличением углов наклона их крыльев ), как показано на графиках рис. 56, в построенных для северо-восточного крыла Пермского свода.

В области сочленения Русской платформы с Предкарпатским передовым прогибом имеют место горстообразные поднятия с плоской вершиной и крупными крыльями. Закарстованность сосредоточена вдоль зон тектонических нарушений, отделяющих одно поднятие от другого. Как показано на рис.5г ( км, дайна разведанных пещерных ходов по В.Н.Аддрейчуку) она возрастает с увеличением амплитуды поднятия отдельных блоков. Вершины поднятий слаботрепиноватые и остаются практически незакарстованными.

На структурах прерывистой складчатости не наблюдается больших различий в ширина зон с различной степенью трещиноватости. Это, наряду с малыш амплитудами структур, не способствует значительной локализации подземного и поверхностного стока. В результате формируется разветвленная сеть карстовых форм. Причем, если направление закарстованных зон контролируется направлением трещиноватых зон, то направление и расположение отдельных карстовых каналов и полостей контролируется отдельными тектоническими трещинами, группами однонаправленных трещин или их пересечениями. , Это характерно и для структур полной складчатости с малыми амплитудами поднятия'и пологим падением крыльев. Такое распределение закарстованности на структурах прерывистой складчатости во многом затрудняет инженерно-геологические изыскания, так как изучив тем или иным путем трещиноватость массива и выявив зрны с различной степенью раздробленности, мы сможем только наметить предполагаемые зоны развития карстовых полостей в геосинклинальных условиях, где закарстованность локализуется по узким трещиноватым зонам, изучив трещиноватость с большой долей уверенности можно говорить о наличии той или иной карстовой формы.

В общем случав в динамике карста на тектонических структурах третьего порядка отмечаются следующие закономерности. Наблюдается уменьшение закарстованности от присводовых частей структур к их переклинальным окончаниям, где сна может отсутствовать совсем.

На присводовых частях структур преобладают собственно карстовые процессы, которые определяют устойчивость территории и условия строительства. На 1фыльях и переклинальных окончаниях структур, по мере возрастания мощности покровных отложений, интенсивность карстового процесса уменьшается, начинают преобладать карстово-суффозионные и суффозионные процессы. Полностью незакарстованные участки можно обнаружить там, где имеются прогибы, разделяющие положительные структуры.

Поэтому цри производстве инженерно-геологических изысканий, инженерно-геологическом районировании, проектировании противокар-стовых мероприятий должно изучаться структурно-тектоническое положение закарстованного массива. Правде всего, изучив закономерности распределения на структуре зон тектонических нарушений и соответствующих им закарстованных зон, следует наметить площади, на которых строительство будет сталкиваться с особыми трудностями, а в некоторых случаях будет невозможным. Такие площади расположены,как правило, на участках пересечений зон тектонических нарушений на наиболее приподнятых, присводовых частях структур, а также в местах их осложнения складками более высокого порядка. Проведение изысканий здесь будет наиболее трудоемким, а объёмы противо-карстовых мероприятий самыми значительными. На этих площадях встречаются, как правило, крупные карстовые полости с кровлей, находящейся в состоянии неустойчивого равновесия. Провалы над этими полостями достигают десятков и сотен метров в диаметре. Борьба с такими провалами неэффективна.

В зонах тектонических нарушений (на участках их взаимопересечений, расположенных на 1фыльях структур) инженерно-геологические условия несколько улучшаются,но не настолько, чтобы там можно было бы безопасно вести строительство и эффективно применять противо-карстовые мероприятия. На этих площадях также существует опасность возникновения крупных карстовых деформаций земной поверхности,борьба с которыми часто невозможна.

Наиболее подходящие для строительства площади лежат в пределах межразломных блоков на пологих крыльях тектонических структур. Развитие карста и распределение закарстованности контролируется здесь группами однонаправленных тектонических трещин. Размеры отдельных карстовых форм таковы, что с успехом могут применяться прогивокарстовые мероприятия.

4. РОЛЬ НОВЕЙШИХ И СОВРЕМЕННЫХ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ В ФОРМИРОВАНИИ ЗАКАРСТОВАННОСТИ

Динамика карста во многом определяется колебательными движениями земной коры. Формирование горизонтов значительных по размеру карстовых полостей возможно на таких отрезках геологической истории, когда определенный интервал геологического разреза будет длительное время находиться в пределах базиса карстования.Например, на рис. 6 видно, чем дальше находился интервал геологического разреза нижнепермских гилсоангидритов в зоне активного развития карста, тем больше он закарстован.

Ьаикых гэРиаднтвв ь геологическом разрси (Пермский смА). кзл-линей-' ный коэФФицигн^ зккарстованности; Т-время пгевывАНмя интервлАА геологический» РАйРвал & зоне Активного кагстоьания

При возвратно-поступательных движениях земной коры, сопровождающихся общим поднятием территории определенный.интервал геологического разреза может несколько раз оказаться в зоне интенсивного развития карста. При этом на относительную стабилизацию движений земной коры указывает высотное положение поверхности цоколя и аллювиального покрова террасы. Следовательно, каждому террасовому комплексу приурочены два горизонта карстовых полостей (рис.6). Нижний соответствует поверхности цоколя, а верхний - аллювиального покрова речной террасы.

В случае неравномерности новейших и современных тектонических движений в пределах структур второго и третьего порядка на разных высотных уровнях формируются локальные закарстованные горизонты,

каждый из которых распространен на территории с одинаковым режимом колебаний земной коры.

Под влиянием новейших и современных колебательных движений земной коры сформировалось геоморфологическое строение речных долин, которое определяет наличие трех обстановок развития карста, отличающимися интенсивностью, динамикой и условиями протекания процесса: I) - дно речных долин, где толща аллювия, перекрывающая растворимые горные породы обусловливает развитие карстово-суффо-зионного процесса, карстовые полости практически нацело заполнены песчано-глинистым материалом, который, кольматирун трещины, ограничивает приток в них вода, вызывая замедление, или полную остановку их роста, 2) - склоны речных долин, в пределах которых за-карстованность контролируется, главным образом трещинами бортового отпора и развивается совместно со склоновыми гравитационными цроцессами; 3) - водораздельные пространства, на которых основными проявлениями карста являются формы рельефа кровли растворимых пород и карстовые провалы, в карстовых полостях преобладают обвальные отложения, сформировавшиеся при обрушении их сводов, принесенных песчано-глинистых отложений там мало. Здесь сохраняются условия для движения подземных вод и роста полостей, результатом чего являются их значительные размеры.

Анализ характера и интенсивности новейших и современных тектонических движений позволяет выявить горизонты карстовых полостей и оценить их площадное распространение, что совместно с изучением структурно-тектонического строения и трещиноватости даёт возможность целенаправленного прогноза закарстованности.

5. ВЛИЯНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ТЕКТОНИЧЕСКОГО

СТРОЕНИЯ НА. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ КАРСТА

Изучение типов, химизма, условий движения подземных вод является одной из основных задач инженерно-геологических исследований в карстовых районах, анализ этих данных позволит говорить об активности карстового процесса.

В общем случае геологическое строение закарстованного массива предопределяет наличие следующих водоносных горизонтов: Г) верховодка, приуроченная к местным водоупорам как в растворимых так и нерастворимых породах, в местах разгрузки которой возможны незначительные карстово-стуффозиокниз деформации земной по-

верхности; 2) грунтовые воды аллювиальных и делювиальных отложений, имеющие гидравлическую связь с трещинно-карстовыми водами. Питаются атмосферными осадками, трещинно-карстовыми водами в межень и речными в паводок. Наблюдается увеличение водообильности аллювиальных отложений и связанной с ней интенсивности карстово--суффозионного процесса от высоких речных террас к низким; 3) тре-иинно-пластовые и трещинно-грунтовые воды приурочены к перекрывающим закарстованный массив трещиноватым нерастворимым породам, обвально-карстовым отложениям. Роль водоулора выполняют, как правило, линзы глин или сцементированные обвально-карстовые отложения. Водоносные горизонты весьма не выдержаны по площади и встречаются на самых различных глубинах. Питание осуществляется за счет атмосферных осадков, разгрузка в горизонты трещинно-карстовых вод. В местах разгрузки значительно понижается минерализация трещинно-карстовых вод, что вызывает усиление растворяющей деятельности. В обвально-карстовых отложениях, особенно на крутых склонах погребенных карстовых останцев движение трепшнно-1рунтовых и трещинно^ пластовых вод вызывает активизацию карстово-суффозионных процессов, делающих эти участки непригодными для застройки; 4) трещинно-карстовые вода, приуроченные к растворимым горным породам.

Развивая взгляды Д.С.Соколова (1962), Г.А.Максимовича (1963), А.Г.Лыкошина (1968) принципиальную схему движения трещинно-карстовых вод представим в виде табл.1.

Движение карстовых вод в водоносных комплексах с близкими очагами разгрузки контролируется, как правило, наличием очагов разгрузки, связанных с тектоническими структурами 2-го и 3-го лорвд-ков, а в водоносных комплексах с удаленными очагами разгрузки I и 2-го порядка. Первый водоносный комплекс включает следующие гидродинамические зоны: I - периодического, П - постоянного движения трещинно-карстовых вод. Второй водоносный комплекс соответствует зоне Ш замедленного постоянного движения карстовых вод. В каждой зоне имеют место области: питания, транзита, разгрузки. Возможные комбинации областей и зон формируют1 подзоны ■ движения трещинно-карстовых вод(а-и.).

Зоны и подзоны трещинно-карстовых вод довольно сильно отличается друг от друга по закарстованности и водообильности. Максимальная закарстованность и водообильность приурочена к подзонам субгоризонтального транзита. В зоне замедленного движения карстовых вод наблюдается их убывание до минимальных значений.

Большую роль в формировании условий движения трещинно-карстовых вод играет структурно-тектоническое строение. Области их питания приурочены, как правило, к лрисводовым частям положительных

*~\д)ло<)аона трепе»'/ ¡ерчо&оЛщ ^ у Х

&1 II III фюдзопдлослин-ного суобебтиниь-ного трамяитп

фамюяоаг много пит них н)подвона , ПОСТОЯННОМ раагемкн

ндпоЯвнц пхя>-Ятега еуаю*аон-тлного транзит

Таблица 1. Принципиальная схема дВижсния трещинно-коротоЬы*. Вод

П постоянное д&ижснис

—I пернодичэекое д&иж**нс

структур третьего порядка, области транзита - к их крыльям, а разгрузка, при прочих равных условиях осуществляется в пределах периклинальных окончаний структур или в пересекающие их эрозионные врезы. На структурах с небольшими амплитудами поднятия, которые характерны для платформ мощности всех трех зон соизмеримы между собой. В горноскладчатых областях мощность зоны периодического движения трещинно-карстовых вод значительно превышает мощность зоны их постоянного движения. Изменение минерализации и химического состава трещинно-карстовых вод происходит как в вертикальном разреза, так и по простиранию закарстованных толщ.Наблюдается её общее повышение в подзонах субвертикального периодического и постоянного транзита за счет высокой агрессивности по отношению к породе, В подзонах периодического и постоянного субгоризонтального транзита может иметь место выпадания растворенного вещества в осадок и некоторое снижение минерализации, поэтому к области разгрузки воды приходят с более низкой минерализацией. Характерны, в особенности для гипсоангидритовых массивов, значительные колебания химического состава и минерализации, связанные с различной интенсивностью трещиноватости и эакарстованности. В слаботрещи-

новатых зонах, характеризующихся замедленным водообменом, концентрация ионов в воде повышается, а в сильнораздробленных трещинами, .характеризующихся повышенной водообильностью и скоростью потока зонах - снижается, что повышает их агрессивность.

Изложенное показывает, что при инженерно-геологическом изучении карста большое внимание следует уделять как трещинно-карстовым, так и водам залегающим в перекрывающих закарстованннй массив нерастворимых горных породах. Их сочетание и взаимодействие способствует развитию сопровождающей карст суффозии и вмывания дисперсных отложений в расширенные растворением трещины и полости. Это осложняет инженерно-геологические условия на слабозакарстованных, но перекрытые суффозионно-неустойчивыми отложениями участках.

6. ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКАРСТОВАКНОСТИ

Реализация необходимых условий развития карста приводит к формированию как карстовых полостей и связанных с ними провалов, так и карстового рельефа кровли растворимых горных пород. В случаях, когда закарстованннй массив перекрыт дисперсными отложениями широкое развитие получают карстово-суффозионные процессы, трещиноватыми породами - формируются обвально-карстовые отложения.

Предоагается выделить четыре типа карстовых полостей: I) расширенные растворением трещины; 2) коррозионные полости; 3) обвально-коррозионные полости; 4) каверны. Первые три типа полостей последовательно развиваются по макротрещинам. В начале расширяются за счет растворения отдельные трещины, затем они сливаются, образуя коррозионную полость, по мере расширения которых кровля не выдерживает нагрузки от собственного веса и обрушается, формируется купол коррозионно-обвальной полости. При дальнейшем расширении которой образуется провал на земной поверхности. Каверны развиваются по микротрещинам, формируя структуру породы.

Размеры карстовых полостей зависят от раздробленности массива тектоническими трещинами. Диаметр коррозионно-обвальных полостей уменьшается по мере возрастания трещиноватости (рис. 7а-1). Уменьшается и диаметр (Б.м ) провальных впадин на поверхности (рис.7а-26). Длина (рис. 7а-3) и ширина (рис. ?а-4) коррозионных полостей увеличиваются с увеличением трещиноватости. С увеличением трещинной раздробленности ( ¿т - длина тектонических трещин на 1000 м2 поверхности массива, м) увеличивается высота свода (Н,м) коррозионно-обвальных полостей (рис. 76). Чем больше мощность кровли и чем меньше она растрескана, тем больших размеров карстовая полость.

Количество карстовых полостей, и как следствие провалов над ними значительно больше в сильно раздробленных зонах.

О 20 W 60 80 ЮОО 50 100 60 ¡SO 150 ЮО 100 300 Ms SCO Ptte.7. Злвисимооъ pajmepo» карвгоьых провалов и полостей от трещнно-ЬАТОсти. а-К^нгурскАя пещерА^псолнгидрит-Р^; 5-массиь Каньядо-Аель-0йо,иг>вбстн*к-С, (рльмеры ПГОйлм» по А.Эраъо);Б-Но&о-Лфомская пецер\, иавестняк

Важнейшей характеристикой карстовой полости является устойчивость её кровли, её расчет строится исходя из двух предельных состояний: I) формирование обвального купола; 2) формирование провала на земной поверхности. Размеры полости рассчитываются при по-моши теорий упругости и устойчивости деформируемых систем (Жемоч-кин, 1957, Вольмир, 1967). Обрушение кровли возможно для первого (I) и второго (2) состояний когда:

а.у^ЗЕШ & a^/^ÉS^ (2)

где а - длина малой полуоси кровли полости электиского очертания,

oTm¡¡f - максимальные прогибы кровли; ^ - её мощность; У - объёмный вес пород, 6яи6% - максимальные и минимальные главные напряжения в точке со значениями.

Богатый арсенал теории упругости и устойчивости деформируемых систем позволяют рассчитать критические размеры любых полостей. Однако расчеты затруднены отсутствием достоверной информации о размерах и форме полости, недоступной для непосредственного изучения. Обнаруживая полость при помощи бурения мы имеем только два параметра - её высоту и мощность кровли. Поэтому другие, необходимые для рабчетов размеры приходится устанавливать эмпирически. Достоверность расчетов базируется на правильном определении размеров полости, соответствии выбраной для оконтуриванкя кровли полости геометрической фигуры, её реальным очертаниям, достоверностью reo-

логической и инженерно-геологической информации о вмещающих породах.

Закарстованность представлена не только наличием полостей в толще растворимых пород, но и формированием расчлененного карстового рельефа их кровли. До настоящего времени его целенаправленное инженерно-геологическое изучение не ведется, хотя обширные отрицательные формы карстового рельефа, заполненные суффозионно-неустойчивыми, обвально-карстовыми отложениями, могут занимать до 60-70$ территории.К таким депрессиям, а в особенности к их склонам приурочены массовые деформации инженерных сооружений.

Условиями формирования карстового рельефа является наличие неоднородной трещинной раздробленности и возможность фильтрации агрессивных вод к кровле растворимых пород. Количество породы,вынесенной подземными водами из массива, находить по формуле

т. У[с-(е*Р^)с1М, /3/

где т - количество породы вынесенной с гектара поверхности массива в год (т/га год); V - объём воды, инфильтрушейся через единичную трещину, м3/ год; С - растворимость породы, т/м3; к - константа скорости растворения м/с; Ь - глубина зоны насыщения инфильтрующихся вод продуктами растворения, м; б -средняя ширина трещин на участке, м\ <г - скорость фильтрации воды по трещинам вглубь массива, м/с; Мт - количество трещин на гектаре поверхности закарстованного массива; 1/га.

Различные элементы карстового рельефа приурочены к зонам с различной степенью трещиноватости (рис.8). Вершины останцев - к слаботрещиноватым, склоны и межостанцввые седловины - среднвтре-щиноватым, депрессии - сильнотрещиноватым зонам. Наблюдается прямая связь между трещинной раздробленностью и степенью расчлененно-

сти поверхности массива карстовым рельефом. При этом, чем глубне

ж » »

» э ~> /Г ^р.тй/ Л» «я» ""«ХЩ р^^С -

5)

РисЛ С5яаь карстового Рем>е*а кроьаи (а) гип со ангидритов (Р,к)с трещи-ноВАтостьюСПольэненское поднятие). Ь^м"лайма тектонических трещижЛ на<га поверхности массива

депрессии и круче склоны останцев тем более опасен карстовый, рельс? с инженерно-геологической точки зрения.

На закарстованных территориях, инженерно-геологические условия которых осложнены погребенным карстовым рельефом кровли растворимых горных пород по пригодности для строительства следует различить четыре типа участков. I) Вершины карстовых останцев -слаботрещиноваты и слабо, а иногда и не закарстованы, что открывает большие возможности дош их застройки. 2) Межостанцевые седловины, закарстованность которых также незначительна, но их использование и строительство осложняется наличием хотя- и маломощной толщи обвально-карстовых отложении. 3) Обширные, заполненные мощными толщами обвально-карстовых отложений депрессии, строительство на которых осложняется значительными осадками фундаментов сооружений и суффозионной неустойчивостью оснований. Но применение соответствующих противокарстовых мероприятий может полностью исключить негативное влияние названных процессов. 4) Склоны погребенных карстовых останцев. Здесь наблюдаются большие перепады мощности обвально-карстовых отложении, значительные градиенты напора как трещинно-карстовых вод, так и вод перекрывающих закарстованный массив отложений. Это ведет к активному проявлению карстово-суффозионного процесса, неравномерным осадкам земной поверхности и фундаментов возведенных сооружений.Они не пригодны для строительства, а противокарстовые мероприятия здесь неэффективны. Следовательно, основной задачей инженерно-геологических изысканий в районах покрытого карста является обнаружение и оконтуривание вершин погребенных карстовых останцев, как участков наиболее пригодных дан строительства и их склонов, как участков наиболее непреемлемых для возведения зданий и сооружений.

Таблица!!. 5акарсто&аннос/ль подземного рельс-ра кро&пн ннясне-

п&рмских гипсоангкдрито(> ( Лалахненскос поднятие)

Элемент подземного карсто1оГо рельыра. II аР 1*1 коэффициент закарстобанности, %

на по&ермао ти массная ёо$Бально-каратовык аАг. /п-в) 6 ги псо -ангидритах ЛЪ) .

объемный йЛе*- нын площадной объемный пло-Чадной

бершины останцев 100 О0О1 в,00* цон 0,50 0,00 0,49

Склоны останцев 100-400 о,/1 0,31 0,65 $.30 ¡>.36

меяеоетанцс&х седлоВины 100-Ш 0,04 0,11 е, 55 0.09 1,0?

депрессии чоо-боо о, о г 0,10 цог 461 о.гг 1, Ч?

Наблюдается тесная связь в формировании карстового рельефа . и полостей, которая опосредована через тектоническую трещинова-тость. Из данных табл.2 видно, что наибольшей закарстованностью отличаются склоны останцев, меньшей депрессии и межостанцевые седловины,вершины останцев закарстованы очень слабо.Карстово-суффо-зионные полости в обвально-карстовых отложениях в большинстве своём приурочены к склонам останцев.

В связи с этим встает вопрос о стадийности развития захарсто-ванного массива, которая обусловлена прежде всего историей геологического развития, гидрогеологическими особенностями, неравномерностью трещинной раздробленности. Последняя обусловливает то, что на сильнотрещиноватых участках растворение горных пород происходит интенсивнее чем на средне - и слаботрещиноватых.

Выделим четыре стадии формирования закарстованности:

I) Неравномерная скорость снижения кровли растворимых пород за счет карстовой денудации приводит к тому, что поверхность массива становится волнообразной. Если растворимые породы перекрыты, то подошва нерастворимых отложений опускается вслед за их кровлей растворимых пород. Деформации трещиноватых пород вызывают частичное смыкание трещин в перекрывающей толще над центральными частя-ии депрессий, что несколько затрудняет инфильтрацию атмосферных осадков. Над склонами положительных форм трещины в перекрывающей толща, напротив, раскрываются, что способствует дренированию ими атмосферных осадков. Движение подземных вод происходит по трешкам от менее водообильных слабораз дробленных зон через средне-раздробленные к наиболее водообильным сильнораздробленным зонам, по которым осуществляется их транзит в сторону эрозионных врезов. В сильнотрещиноватых зонах за счет интенсивного растворения небольших по размерам межтрещинных блоков происходит быстрое расширение трещин, их слияние и формирование коррозионных каналов и полостей, по которым осуществляется концентрированное движение карстовых вод. В слабо- и среднетрещиноватых зонах происходит расширение растворением наиболее крупных тектонических трещин.Формируется и присущий закарстованному массиву гидрогеологический облик, основными элементами которого являются наличие сплошного горизонта трешинно-карстовых вод, а также их потоки по локализованным каналам. Таким образом, в массиве присутствуют два типа карстовых полостей - коррозионные в сильнотрещиноватых зонах и расширенные растворением трещины в средне- и слаботрещиноватых зонах.

2) Наблюдается увеличение концентрированного поступления атмосферных осадков на склоны останцев, растворение интенсифицируется и они приобретают вогнутую форму. Приток к центральным частям депрессий уменьшается, вследствие кольматацщ трещин снесенным с вершин останцев материалом, дно становится плоским, а форма депрессий - корытообразная. На вершинах останцев перекрывающая толща остается в ненарушенном залегании. Над депрессиями она расчленяется на отдельные межтрещинные блоки, промежутки между которыми заполняются снесенным с вершин останцев материалом. Формируется верхний ярус обвально-карстовых отложений. Увеличиваются размеры коррозионных полостей в сильнотрещиноватых зонах. Начинаются обвалы их кровли и формирование сводов коррозионно-обвальных полостей. В среднетрещиноватых зонах расширенные растворением трещины достигают такой ширины, что начинается их слияние в коррозионные полости, по которым осуществляется движение карстовых вод в ввдэ локализованных потоков. В массиве действуют локализованные потоки двух видов: а) в сильнотрещиноватых зонах осуществляется транзит карстовых вод к эрозионным врезам;

б) в среднетрещиноватых зонах происходит транзит карстовых вод к потокам сильнотрещиноватых зон. В сплошном горизонте карстовых вод формируются местные водоразделы, приуроченные к слаботрещино-ваФым. В слаботрещиноватых зонах происходит дальнейшее расширение трещин растворением.Присутствуют все типы карстовых полостей: в сильнотрещиноватых зонах - коррозионно-обвальные; в среднетрещиноватых - коррозионные; в слаботрещиноватых - расширенные растворением трещины.

3) Происходит углубление и расширение карстовых депрессий и седловин. В сильнотрещиноватых зонах коррозионно-обвальные полости достигают таких размеров, что кровля над ними не выдерживает собственный вес и нагрузку от перекрывающих массив отложений.В результате её обрушения формируются провалы. За счет обломков растворимых пород начинается формирование нижнего яруса обвально-карстовых отложений. В депрессиях развиты и верхний и нижний ярусы карстовой брекчии, а в пределах седловин нижний ярус не успел сформироваться. В среднераздробленных зонах происходит формирование обвальных сводов у больших коррозионных полостей, которые становятся коррозионно-обвальными. В слаботрещиноватых зонах происходит дальнейшее расширение трещин за счет растворения, а на месте их пересечений образуются незначительные по размерам коррозионные полости. Ввиду полного обрушения кровли карстовых полостей в сильнотрещиноватых зонах, а иногда значительной кольмата-

ции обрушившегося материала, движение подземных»вод по ним затрудняется. Главными путями транзита карстовых потоков становятся полости и каналы среднетрещиноватых зон. В местах сильной кольматации обвально-карстовых отложений ввиду их низкой водопроницаемости может быть нарушено единство трешинно-карстового водоносного горизонта. Следовательно,на третьей стадии местами наиболее интенсивного формирования подземной закарстованности становятся не сильнотренш-новатые,а среднетрещиноватые зоны, к которым приурочены коррозион-но-обвальные полости. Причем эти полости из-за невысокой раздробленности трещинами кровли достигает гораздо больших размеров, нежели в сильнораздробленных зонах. В слаботрещиноватых зонах начинается формирование коррозионных полостей.

4) В сильнотрещиноватых зонах происходит растворение и вынос обрушенного материала подземными и поверхностными водами. На места системы подземных ходов и полостей образуется каньон или овраг. 3 среднетрещиноватых зонах над коррозионно-обвальными полостями происходят обвалы кровли, формирухтся провалы. В слаботрещиноватых зонах сливаются отдельные расширенные растворением трещины, образуются коррозионные полости. Перестраивается характер движения трещинно-карстовых вод. Освободившиеся от обвальных накоплений сильно-трещиноватые зоны дренируют трещинно-карстовые воды, движущиеся по средне- и слаботрещиноватым зонам. Водоносный горизонт рассекается эрозионными врезами, сформировавшиеся в них фрагменты остаются на средне и слаботрещиноватых участках.

Из табл.3 видно, что для определенного типа геологического разреза закарстованной территории характерен определенный комплекс карстовых деформаций земной поверхности, что требует геолого -литологического подхода к выбору комплекса противокарстовых мероприятий. Отдельные виды карстовых деформаций тосно связаны ме;кду собой. Коррозионные воронки в растворимых породах тесно связаны с опусканием их открытой кровли в результате растворения. Формирование воронок просасывания в перекрывающих закарстовашшй массив дисперсных отложениях во многом обуславливает оседание земной поверхности за счет вмывания дисперсных отложений в расширенные растворением трещины и карстовые полости. Растворение и осадка кровли карстующих'ся пород под покровом дисперсных отложений способствует образованию карстово-суффозионных и суффозионных провалов.Растворение и осадка кровли карстующихся пород под покровом нерастворимых отложений с трещинной водопроницаемостью

1 генеаке и сесть» димврсиых г сгАакекии, псрОФьилкааил распори*** rWAte породы л г г тл 1 к £ о < о ш s I T i

к =ОН-н проеалы I юкзюикосиам

| ! й )* Э1 в i si ц з! * с II II о» ч г\ f * 11 1 | 1 i" IB il oí si i 1 ufj si i i i Щ rfs Iе! ¡é ssS к * li 4 H i* «Л V g||j Щ ¡I i ш

МА*ОМО1ШЫЙ чеюл эдстилпь- ных отложении + И- + + + - 4 - 4 -

умодми-доюимьные DTMSEÍ IWl MiAtrinons CÜOTASS - - + + 4 + - - - 44 4

юх^мссовидные СУГЛИНКИ, - - + + 4- + - - - - 4

Аклипимшые и озепю-AAWOBKA- - +4 + t- 4 ^4 - - - H4 í■ 4

аааюыаакние и 4мсмют7шиа№н ттюжеии» ЗЛНАУОйЫХ »К»НИН (пески с граднмп и гааьтой ) - - - 4-'+ 44 - - - 4 4-

ЬААЧКНЫ» СЧ1АИЖИ с пюсютммвв ? [iHcnpovn Ааиеи.»*й - - + 4 4 4 - - - - 4-

ь пески, ькх^жие «гшжк, еадко-м» i «взядхоиюгхяц.и ОЗСЛЛ-КЛНИ-f¡ плие песчАхы» отызжат» - + + 4- + - - - - + 1

Ь ни«-как ттемкхвн.цниивв Ww*t í c*w«w» с rwxи mwv песю» ирг таеи.кшшаияммв, * »-«ан.вп - - - + 4- 4 - - - - - I1 13 i i i*

wo*» »SmJí^a^éScníbrt'leK - I-+ 4-4- 44 Ь + (■ + - b 4 4 +

- 44 t-4 1- + 4 4 4-4 44- 44 44 4 4

Ыклмоб. иозето-МА«и<мкьнмеат~ шлоасеии» ВЛОММА* кмпньа гек - 44 t-4 Ь4 t 4 (-4 - S- 4 i--»- ГТ 4 4

fcjjJJCtai ,ЬАМИ.С1[***И, мшто-мли. - 44 »-4 4 + ■»■ 4 V 4 - 4 4 4 4 4 4 4

Щшии-супшист с глех.и «mviBctob ППМбУПСЮ , Wje^/n^WBWB-AílM-ВпШАкмйсгое и ивсижж. оле&-*) 4 4 4- 4 4 - 4 4 4 4 1 fs S

£ Мкяшпмнм 11!псл.пескги под-Вймо«и.т n-twv песками с awnrticr Нкми и нониус, ягыкм юлмяени*.) - + 4 * 4 4 4 1 44 - 4 44 4 4 4

«аыммнд-дедкммшные отлз -жени* рамичиого состава + 4 4 4 4 ♦ 4 4 - - - - 4 + 2 ж i 4

АММЬИАкЫше И <ТМ»ШОГ1иММА1>Ы1 вТАадаии* sahamui ГАвнин(»ес-кмегтАЫем И ГАЛЬКОЙ) - - 4 4 4 + 4 - - - - 44

к ки.чн.стгк«ив| сп«с*.пвсн)% ш £ мтн.<то«тгм«,. песккмиШеп- " Рсгсяий nAKt-ür iiítíKM - - - + 4 4 - - - - 4

í ькиу.сгккийю пцаитн4.пьои j и ,мыюжаи.<т)Н>>11. и ov«r - - - - 4 4 - - _1 - -

+ ■М- 4 4 4 tÉ 4

является предпосылкой формирования толщ обвально-карстовых отложений и последующей осадки земной поверхности за счет гравитационного уплотнения.

7. АКТИВИЗАЦИЯ КАРСТА ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРОЖЖЕННОГО И 1РА2ДАЮКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И БОРНЗА С НИМ

Техногенная активизация карста и сопутствующих ему суффозион-ных процессов связана, прежде всего, с нарушениями в результате инженерной деятельности, природного равновесия в системе "поверхностные, подземные воды - горные порода", которые Ь'...1.Сергеев относят к категории целенаправленных. Под этим типом воздействия понимается весь комплекс осуществляемых в пределах геологической среда мероприятий, необходимых для строительства ц функционирования шиа-нерных сооружений. При этом каждый вид строительства должен обеспечиваться комплексом противокарстовых мероприятий, с учетом конструкции сооружений, геологического строения (табл.3) закарстованно-го массива и связанного с ним комплекса деформаций земной поверхности, связанных с карстом.Из табл.4 следует, что наибольший эффект дают такие мероприятия, которые позволяют целенаправленно управлять карстовым процессом, устранять причины его порождающие и факторы активизирующие. Основное внимание уделяется уменьшению водопроницаемости или полному осушению карстуюцейся толои, снижению агрессивности подземных вод, ликвидации опасных карстопроявлений. Мероприятия, нацеленные на создание противокарстовых инженерных сооружений могут защитить лишь конкреишй объект, от того или иного вида карстовых деформаций.

8. ШШНЕРНО-ГЕОЛОПЯЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЗАКАРСТС-ВАННЫХ ТЕРРИТОРИИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПР0.,Б1ШШ0Ги П ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Главная задача инженерно-геологического районирования, обеспечить необходимой информацией разработку проектов застройки закар-стованной территории. Показать, как с учетом конкретных условий развития карста расположить здания и сооружения, чтобы до минимума исключить возможность их деформации и разрушения. Более того, материалы инженерно-геологического районирования должны дать возможность разработать эффективный комплекс противокарстовых мероприятий. Для решения этой задачи районирование основывается на литологическом и структурно-тектоническом принципе. Количественная оценка закарстованности при помощи различных показателей и коэф-

(Тщциентов не должна являться самоцелью, а должна способствовать изучению динамики процесса на историко-геологической основе. ТХелицМ. Применение плтиюкарстовых. мероорияий для борьбы с

1 1 « I § С= «> £ »1 12. с о Г X 12 ПРотиызкАРстоьые мекотиятмя хеторуАции аеииой поеериноета ,св»Аикиг с карстом I

ВОРОН" ки ПРОЬААЫ ши

2 £ X 1 £ а. А 1 £ •ц к X I г г ё| а и п с с .2 |8 ч ф* Ц р »с оК II I1 5§ ¿1 ** 5° 1 ы Ш щ Ж III 3е 1 1ц 1 о н 18, III Й; II1 р 581 1 о л 51 ч И ц II г- | I | ш ш 1 0 1 ь 1*1 1 Щ ий к 1

Линейные сооружения +4 + 4 - - - + + 4 - 44 „

ПОШШЖадй И^ЙТ^ № келеммпочныг елдяк 4- -Р - - + 4 4- - 4- - +■

■УКкМ/Л НА %1 Б наиг о несущими 44 4- - - + 4- - + - 44 -

ЭС1»КА»У С «ШОРАМ« МАЙН. типА.о(м>моциеса нл юта, ДВК^СМОИИМЯ ПОРЦЛ + 4 - - + 44- 4 4 + 4- -

+ 4 44 4 4 4 + +1 4 - 4- 4- + 4- 4-

гас сооружение сплои ней нес* шеи платформы - - 44 4 4 4 + - - - 4- 4- 4- 4- 4-

самлиые канстпкиик, - - 44 + 4 - - - 4- 4-

Ж/6 ПЛАТТОРМЫ.ОПИРНО щиеся НАСТАЛИ К0ХГМО1 - - 4 + 4 4 4 4 - 4- « 4- X ■1- 44- + Ч-+ + 4- + + 44-

«к 5<ц II О о с8 устетАеиие саде» томлю - — 4 + — — — — — — в

«амиив ПРСПИ»ОЧ>И»»>ГРК 4 4 4 4 4- 4 4 4 44 4 + 4 4 4- 4 им

ПвРвХЬАТ ГОй».К».«»к-небом менмкн. кТнАМй - - + 4 + + 4 4 44- - + 4- □

НАкогление неАгуеесм* НЫХ РАСССАО» - + 4 - - - - - - В

нбАГРеоеиенрАодКЙ!* - - + 4 - - - - - - В

<г Р «к X Ьевт<е смегкм. томци 4 + + + + 4 + 4 -р 4 + ♦ + + гп

тылпонк*. полостей - + 4 + 4- — - - — в

оемвмние тшпте&й — — + +' + "4 + 4 тч — — — ЕЭ

уШЛеиИг К^МУШИМ +4 + 4 44 4 4- ¡±-2 4 + + 4 4- 4- ЯП ш ж

цю +4 44 4 + + + 44 + 4- •Ь 4- •»• + 4- 4-

в» 4- + •♦■ 1+ 4 !+ + - + 4 + + и

ПОкн>Пие творктэрии иевроми^емыми 44 4 4 4 + 4- - + 4 + 4- 0 0

ж гаЖЙЙ» Г" ччтк 4- + + !_ 4- ГТГТГ - * 4 4- 4-

Исходя из принципов районирования разработанных И.В.Поповым, Е.М.Сергеевым, Г.А.Голодковской построена схема инженерно-геологического районирования закарстованных территорий (табл.5).

Таблица 5. Принципиальная схема инженерно-геологического _районирования закарстомнных территорий_

Т&ксоно-иичесш Чмиии- \цы йасХ ипав \ fteTHOH (по структур-Ko-тектоническому строению) Область (no клима гической 50НЗЛЬ- нооти) Район (потвкто-ничеода*! строению ЩХ&рЩ- ся толщи1 Подрайон [погеиим-суи ыця-ПрОНИЦ-ТИ гфекрм- Участок (по иоличест венной оцеп ке sa карего банности) Подучаст» :по количествен, оцен te закар стомннос-IV)

0 X X 1« « 2 S 1 о S л а. '—^ 1. 1 О oS8 |s§ 2 ро Регионы 1 порядка С* npíAÍ- ЛМ OTWKTvplns ИЛИ их еиемвпя; контролирунаих гшш саейо-ptwwxrwí»,) области ¿порядка сто широтной клин» тичеекой $ональнос-ти %ЙОНЫ 1порядка (.ПО ЛИТОЛОГИИ юр сгующиися Порол) Подрайон. Тпорядка (погенггк-су покрова челертач- НЫХ OTW3-всениа! — —

I Él НИ ¡» rS"-«- 3S bv Регион« lino-пределах етрухту»1г,со или им*е*Ыгм дапрелимюамх W05.U р&ОТМ- ркмых trapos) — ЙШОНЬ| Шторяйка (ПО ОСОБ» НОсТЛМ «Зг легани» i® РСГуЮВЦа-ся ПОРОД) пелрайонь Епоряд« стакзее как и Тпор-ка) Участки 11 порядка (по плотносго поаюхностнь« каретоьых. Форм) —

É o o |li Регионы 1по-р№в(» пределах crpjicrfpiínsf или mi мйекта ЮтР0Лк«7«9ПМХ сыхсш iícrw-jMttat» nom> — Районы Щпориды (по осоин чэвтам я-«гани* к» РСТ)»вИХ- ся порего гадажяы Я порядка (тлкзье-как и Хпор-ка) Участки Щ порядка® пютноети по- зврхи.карето-»ых торн пре-оала&геаего Гвне»иса> Получает» яворадка (попктас- гик20сто1 fOpMnoft-чиАенного генегиса^

É -I §| 2Йо E iSo r Cír ft- у«., и —,3: - — — — Участии о? юр*лка(ися> дя и» ROMcuest сиси оиежи а кдрвтемтоа» дкхкоикветге Ы<м арсиса —

Обзорное инженерно-геологическое районирование карста устанавливает общие закономерности залегания растворимых горных пород в пределах базиса карстования и возможности развития в них карста на обширных участках земной коры с однородным тектоническим режимом (платформ, геосинклиналей) дает возможность сделать теоретические обобщения, правильно ориентировать дальнейшие, более детальные исследования.

Основной задачей мелкомасштабного инженерно-геологического районирования является отражение общих закономерностей и особенностей распространения карстопроявления на больших площадях, охватывающих тектонические структуры второго порядка в целом или их части. Для этого использует материалы аэрофотоснимков, инженерно-геологических и карстологических съёмок, структурно-тектонические и геологические карты. Искомый участок и его форма определяется исходя из анализа распределения закарстованности на фоне структурно-тектонического и геологического строения, сведений о рельефе местности, проявлений других экзогенных геологических процессов. Наиболее благоприятные для застройки площади, как правило находятся в пределах прогибов, разделяющих тектонические структуры треть-

его порядка и на структурах с малыми амплитудами поднятия, на участках их пологих крыльев, вне зон разломов, на водораздельных пространствах или в пределах высоких речных террас. Карта районирования дополняется геоморфологической картой данными об источниках водоснабжения.

Основной задачей среднемасштабного инженерно-геологического районирования является установление закономерностей развития карста и его инженерно-геологическая характеристика в пределах одной или нескольких близко расположенных локальных тектонических структур и их элементов с учетом геоморфологического строения территории. Под застройку выбираются те геоморфологические элементы, которые наименее закарстованы и не осложнены другими экзогенными геологическими процессами. Сильнозакарстованные и участки возможной активизации карста не застраиваются. На речных террасах это их склоны' и пространства, примыкающие к тыловым швам. Как правило, невозможна застройка крутых склонов речных долин, сложенных растворимыми породами. На водоразделах следует выделить участки сосредоточения закарстованности, соответствующие сильнотрещиноватым зонам, ориентировка которых определяется генезисом структур третьего порядка. Исходя из соответствующего анализа распределения закарстованности намечается ориентировка и местоположение кварталов, микрорайонов, основных улиц, магистралей, площадей, важнейших коммуникаций, парковых и пригородных зон. Объекты жилищного, социально-бытового, культурного назначения должны возводиться на наименее закарстованных участках. На среднезакарстованных участках целесообразно наметить строительство промышленных предцриятий или гражданских зданий и сооружений низкой этажности. Сильнозакарстованные участки отводятся под массивы зеленых каеавдений и зоны отдыха, в которых не строят капитальных сооружений. Основные улицы.магистрали, коммуникации следует ориентировать вдоль длинной оси слабо-закарстованных и среднезакарстованных участков и расположить так, чтобы они как можно реже входили в пределы сильнозакарстованных зон.

Крупномасштабное районирование преследует цель установить закономерности развития карста на выбранных для застройки площадях. Ему предшествует картирование карстовых провалов, воронок, полостей, форм рельефа кровли растворимых горных пород. Наиболее ответственные, многоэтажные здания и сооружения располагаются на слабозакарстованных вершинах погребенных карстовых останцев, при-че;.а длинная ось сооружений должна быть параллельной длинной оси останца. Подземные кощуншсации, трубопроводы должны также распо-

лагаться на вершине останца и ориентируются субпараллельно его длинной оси. Ни в коем случае их нельзя прокладывать вдоль склонов погребенных карстовых останцев, при необходимости они могут пересекать эти склоны под углом, близким к прямому. Ввиду малой площади вершин карстовых останцев основная застройка располагается в пределах, заполненных обвальнокарстовыми отложениями депрессий. Однако, ввиду опасности значительных осадок сооружений и возможности проявления карстово-суйфозиошшх процессов следует предусмотреть комплекс соответствующих защитных мероприятий. Меж-останцевые седловины, в которых существует реальная возможность карстовых провалов застраиваются только легкими сооружениями. Не пригодные для застройки территории приурочены к склонам останцев над которыми залегают обвально-карстовые отложения с большими градиентами мощности, что приведет к неравномерной осадке и последующему разрушению сооружений, а также тлеется большое число как карстовых и карстово-суффозионных полостей, кровля которых находится в состоянии неустойчивого равновесия, так и провалов, уже образовавшихся на поверхности массива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты исследований, определяющие практическую и теоретическую значимость работы, сводятся к следующему.

1. Количественные и качественные зависимости между особенностями структурно-тектонического строения территории и распределением закарстованности. Они выражаются как в возрастании количества карстовых форм с увеличением амплитуды поднятия лрлсводовых частей структур, так и увеличением закарстованности их крыльев с увеличением углов наклона последних. Это позволяет на этапах предварительного инженерно-геологического изучения проводить количественную оценку пораженности территории карстовыми провалами, а на этапах детального изучения - целенаправленно вести поиск пригодных для строительства участков.

2. Влияние новейших и современных тектонических движений земной коры и геоморфологических условий на динамику карста. При возвратно постулательных\движениях земной коры, сопровождающихся общим поднятием территории кавдому террасовому комплексу соответствуют два горизонта карстовых полостей. Нижний находится в интервале между наинизшей и наивысшей отметками поверхности цоколя, а верхний между наинизшей и наивысшей отметками поверхности ал-

лювиалыюго покрова террасы. Строение речных долин определяет три обстановки развития карста; отличающиеся динамикой и условиями протекания процесса: дно речных долин, их склоны, водораздельные пространства. На водоразделах развиты карстовые полости и провалы, на террасах - карстово-суффозионные и суффозионные, количество которых увеличивается от высоких террас к низким.

3. Установлена количественная зависимость между водообильностью аллзовиально-делювиальных отлбжений и количеством карстово-суффо-

зионных форм, расположенных на речных террасах, что позволяет производить оценку влияния грунтовых вод на устойчивость перекрывающих закарстованный массив дисперсных отложений.

4. Развитие карста способствует эпигенетическим преобразованиям минерального состава, а как слэдствие физико-механических свойств и.растворимости горных пород. Наибольшей интенсивности они достигают в сильнозакарстованных и трещиноватых зонах.

5. Выявлена стадийность формирования карстовых полостей и рельефа кровли растворимых пород в зависимости от степени раздробленности участков массива тектоническими трещинами и истории его геологического развития, что позволяет давать инженерно-геологический прогноз динамики карста.

6. Массовые деформации инженерных сооружений в карстовых районах часто будут вызваны осадками, часто неравномерными.фундаментов на участках залегания недоуплотненных и суффозионно-неустойчивых обвально-карстовых отложений, которые приурочены к понижениям карстового рельефа кровли растворимых горных пород. Поэтому двумя основными задачами инженерно-геологических изысканий являются: картирование карстового рельефа кровли растворимых горных пород

и выявление участков залегания обвально-карстовых отложений; поиск карстовых и карстовосуффозионных полостей.

7. Комплексная оценка закарстованности массивов сложенных раст-врримыми горными породами позволила выявить характерные типы деформаций земной поверхности, связанных с карстом и наметить комплекс мероприятий для устранения их негативного влияния.

8. .Цитологический и структурно-тектонический подход к инженерно-геологическому районированию закарстованных территорий позволяет с достаточной полнотой учесть условия развития карста, его динамику и отразить их на соответствующих картах. Это дает возможность опираясь на фактический материал по распределению закарстованности, на фоне геологического, геоморфологического, структурно-тектонического строения территории, условий движения и агрес-

сивности трещинно-карстовых вод рационально разместить застройку и обосновать комплекс цротивокарстовых мероприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Активизация карста под влиянием инженерной деятельности// Мероприятия по повышению устойчивости земляного полотна в карстовых районах БАМ. Красноярск, 1977, с.6-8.

2. Гидродинамическая зональность карстовых вод в условиях подпора русловыми водохранилищами// Труды международного симпозиума по гидрогеологии карста. Будапешт,1978,с.70-79 (совместно с И.А.Печеркиным).

3. Расчет времени образования провала над карстовой полостью в гипсовом массиве в условиях водохранилища// Карст Средней Азии и горных стран. Ташкент, 1979, с.107-109.

4. Теоретические аспекты инженерно-геологического изучения закарстованных берегов водохранилищ// Бшл.МАИГ й 20,1979,

с. 187-189 (на английском языке, совместно с И.А.Печеркиным).

5. Динамика закарстованных берегов водохранилищ// Гидротехническое строительство, № 3, 1981,с.33-42 (совместно с И.А.Печеркиным).

6. Вопросы изучения тектонической трешиноватости закарстованных массивов// Гидрогеология и карстоведение. Пермь,1981,с.76-

82 (совместно с В.Н.Катаевым).

7. Трещиноватость как показатель закарстованности сульфатного массива// Труды международного спелеологического конгресса. Том I и П. Бойлинг Грин, Кентукки, США, 1981, с.181-182( на английском языке совместно с И.А.Печеркиным, Г.Б.Болотовым).

8. 0 насыщении воды сульфатом кальция при фильтрации в береговой гипсовый массив// Советская геология, 1982,К 1,с. 54-57.

9. Карст и суффозия на берегах водохранилищ. Пермь,1982,87с. (совместно с В. Е.Закоптеловым).

10. Проблемы изучения трешиноватости закарстованных массивов для целей гидротехнического строительства// Использование закарстованных территорий. Тр.П международного симпозиума. Бари -Кастелла Грота, 1982, с.477-483 /на английском языке, совместно с И.А.Печеркиным, В.Н.Катаевым).

11. Геодинамика рельефа закарстованных массивов. Пермь,1982, 88 с (совместно с Г.Б.Болотовым).

12. К выбору направления прокладки тоннеля путем расчета естественных напряжений в массиве// Труды 1У конгресса ЖИГ.Том У, тема 2. Нью Дели, 1982, с.67-68 (на английском языке, совместно

с И.А.Печеркиным, В.Н.Катаевым).

13. К расчету напряжений при формировании платформенных бра-хиантиклиналеД// Инженерная геология, & 5, 1983,с. 75-83(совместно с В.Н.Катаевым).

14. Формирование подземного рельефа закарстованных массивов// Тр. Европейской региональной спелеологической конф. Том П.София, 1983, с.147-153 (на английском языке, совместно с И.А.Печеркиным, Г.Б.Болотовым).

15. Инженерно-геологическое изучение покрытого карста// 0 передовом опыте в изучении карстовых процессов.Л.,1984, с.25-42.

16. Определение скорости химической денудации и возраста подземного карстового рельефа// Геоморфология, 1984, К 2,с.73-79.

17. Борьба с карстовыми процессами и явлениями// Теоретические основы инженерной геологии. Т.Ш. Социально-экономические аспекты, инженерной геологии. Недра, 1985,с.201-208 (совместно

с И.А.Печеркиным).

18. 0 взаимосвязи распределения карстовых провалов Паланка-реса и Каньяда дель Ойо (Испания) с трешиноватостыо и напряженным состоянием массива// Известия высших учебных заведений. Геология и разведка, 1985,К I, с.55-60 (совместно с Б.Н.Катаевым).

19. Связь между минеральным составом, физико-механическими свойствами и растворимостью сульфатных пород. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка,1986, й I, с.88-91.

20. Связь крупных пещерных систем сульфатного карста с распределением тектонической трещиноватости// Пещеры.Пермь,1986,

с. 48-57.

21. Геодинамика сульфатного карста.Иркутск, 1986,173 с.

22. Карст// Рекомендации по инженерным изысканиям дан прогноза переработки берегов водохранилищ. Стройиздат,1986,с.38-40.

23. Влияние вторичных изменений минерального состава карбонатных и сульфатных пород на их прочность// Инженерная геология, 1987, № 6, с.60-69.

24. Инженерно-геологическое обоснование рационального размещения городской застройки на закарстованных территориях// Современные. проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территорий городов и городских агломераций. Наука, 1987, с.275-277.

25. К расчету напряжений, возникающих при формировании структур полной складчатости// Инженерная геология, 1987, № 2,с.95-

Подписан® в печать 22.05.89. 1Б02060. Фвртт 60x84 1/1 б

Печать офсетная. Усл.печ.л.1,86. Тираж ЙО экз. Заказ 431.

Типвграфия ПГУ. 614600. $?ермь, ул. Букирева.15.