Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Вплив сучасних тектонiчних рухiв на розвиток геологiчних та iнженерно-геологiчних процесiв в пiвнiчно-захiдному Причорноморii

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Вплив сучасних тектонiчних рухiв на розвиток геологiчних та iнженерно-геологiчних процесiв в пiвнiчно-захiдному Причорноморii"

иОдесЙким державний університет їм. І. І. Мечнікова

■з П? =9: : ‘ . . , \

На правах рукопису

/ ‘ * , .

Автор МЕДВЕДЕВ Олег Юрійович

СГ

ВПЛИВ СУЧАСНИХ ТЕКТОНІЧНИХ РУХІВ НА РОЗВИТОК ГЕОЛОГІЧНИХ ТА ІИЖЕИЕРНО-ГЕОЛОПЧНИХ ПРОЦЕСІВ В ПІВНІЧНО-ЗАХІДНОМУ ПРИЧОРНОМОР'Ї

■ . ■ , • І Спеціальність 04. 00. 07інжєнерна^гєолОгія, мерзлото. знавство і грунтознавство

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата гсолого-шіиералогічних наук

ОДЕСА — 1994 рік

Робота виконана на кафедрі інженерної геології та гідрогеології Одеського державного університету ім. І. І. Мечиікова

Науковий керівник — академік Академії інженерних наук

України І. П. ЗЕЛІНСЬКИЙ

Офіційні опоненти — доктор гсолого-мінералогічнйх наук

І. І. МОЛОДИХ

кандидат геолого-мінералогічнйх наук В. І. ШМУРАТКО

ПроЕІдка установа: Проекгно-вишукувальний і науково-до-

сліднийінститут «Укроргенергобуд». м. Одеса

Захист дисертації відбудеться У квітня 1994 р. в */.9.*...

годин ка засіданні вченої ради, шифр К 068. 24. 06 з гео-лого-мінералогічних наук при Одеському держуніверситеті (270015, м. Одеса-15, Шампанський провулок, 2, геолого-географічний факультет, аудиторія 110).

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Одеського держуніверситету.

Автореферат розіслан «... X...» ............. 1994 р.

Відклики на автореферат просимо направити за адресою: 270015, м. Одеса, Шампанський пров., 2, ОДУ, геолого-гео-графічний факультет.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Північно-західне Причорномор’я являється областю активного розвитку різноманітних геологічних та інженерно-геологічних процесів (абразія, ерозія, зсуви, карст, обвально-гравітаційні явища, деформації будинків і споруд, тощо). Всі ці процеси характеризуються значною, все зростаючою інтенсивністю.

Висока заселенність і важливе економічне значення району, а також наростаюча н-апруженність екологічної ситуації визначають підвищенний інтерес до вивчення складної інженерно-геодинамічної обстановки в цьому районі. Це в значній мірі пов'язано з значними обсягами будівництва і його переходом на якісно нову ступінь: широкий розвиток великих і просторово-протяжних об’єктів, підземних та наземних споруд підвищеної складності, а також об'єктів, що потребують особливої точності проектування, будівництва та режима експлуатації.

Мето та задачі робош. Основна мета проведених робіт

— дослідження особливостей розвитку сучасних рухів земної кори і їх впливу на геологічні і інженерно-геологічні

процеси.

Г> результаті детальних досліджень були поставлені і вирішені слідуючі задачі:

вивчено фізико-географічні та геологічні умови районів;

— вивчено сейсмічність;

детально вивчено на окремих об'єктах деформації будинків і технічних споруд;

— детально закартовено зони відкритої тріщиноватссті грунтів з використанням гамма-ллетоду;

— інструментально вивчено швидкість, просторову орієнтацію і інші параметри сучасних вертикальних та горизонтальних рухів і зіставлення ЇХ 2 'положенням тріщикикх зон, характером деформацій будівель і споруд, розвитком сучасних екзогенних геологічних процесів, сейсмічністю, диз'юнктивною тектонікою.

Наукова новизна. Вперше на Україні проведено вивчення впливу сучасних рухів земної кори на інженерно-геологічні умови. Доведена значка важливість підвищення детальності інженерно-геологічних досліджень, прогнозів і рекомендацій по інженерному захисту при використані комплексу даних про характер сучасних тектонічних рухів, особливо горизонтальних. Для північно-західного Причорномор'я і інших районів інтенсивного прояву цих рухів доведена неможливість якісного використання таких досліджень і прогнозів без обліку режиму цих рухів.

Практична цінність роботи. Проведені роботи показали цінність і важливість вивчення сучасних рухів земної кори і

поверхні на прикладі найбільш складних за інженерно-геологічними умовами районів північно-західного Причерномор’я. При виконанні роботи було застосовано комплексний підхід до вивчення цієї проблеми. Олробовані і рекомендозані до застосування різноманітні методики вивчення прояву сучасних рухів земної кори.

Одержані результати дозволяли зробити прогноз геологічних та інженерно-геологічних процесів і дати практичні рекомендації щодо оптимального режиму функціонування

підприємств та розміщення будівельних об'єктів. Ряд цих рекомендацій вже упроваджено в практику (підприємство «Зірниця», Одеське аерстато-будівне об'єднання).

Фактичний матеріал, який ліг в основу роботи, отримано автором в період кавчання на геолого-географічному факультеті і в заочній аспірантурі при кафедрі інженерної геології та гідрогеології Одеського державного університету (1985—1993 рр.).

Апробація роботи та публікації. Результати досліджень викладені о 5-ти опублікованих роботах і ряді доповідей та звітів по держбюджетній та госпдоговірній тематиці.

Обсяг та структура роботн. Дисертація складається з

вступу, пяти розділів, заключения- списку літератури з..-^?^ найменувань, в тому числі ....<5....іноземних джерел. В текстовій частині обсягом №... .сторінок машинописного тексту міститься £?.>^....малганкіз та ...£.таблиць.

Робота виконана на кафедрі інженерної геології та гідрогеології Одеського держуніверситету.

Аптор виражає глибоку вдячність науковому керівникові академіку Академії інженерних наук України І. П. Зелін-ському, кандидата.*/* гсолого-мінералогічних наук Є. С. Штен-гє.поєу, М. В. Комаровій, Є, А. Черкезу, М. Ф. Ротарга, А. Б. Шпіїсову, В. М. Воскобсйнікову, а також іншим співробітницям кафедри за шіязлену всебічну допомогу при написанні то оформленні дисертації,

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Існуючі уявлення про значення сучасних тектонічних рухів та деформацій у розвитку екзогенних геологічних та інженерно-геологічних процесів.

Вивчення впливу сучасних рухів земної кори на розвиток геологічних та інженерно-геологічних процесів, а також на стійкість будівель і споруд в сучасний період є одним із найменш досліджених наукових питань. Разом з цим, безсумнівно, що ці рухи займають всю земну поверхню, поверхне-бі відклади, водоноси і горизонти, грунтові основи інженерних споруд та самі споруди відіграють в інженерній геології важливу роль.

Широке вивчення суча'сних рухів земної кори (особливо, Ух горизонтальної складової) було розпочато тільки в другій половині нашого століття і в сучасний період проводиться на дєкільках десятках геодинамічних полігонів світу. На Україні є 5 таких полігонів. На всіх Українських полігонах переважає сумарне розтягання, головним чином, субширотної орієнтації. При цьому, максимальні швидкості розширення фіксуються не в альпійських гірських складчатих областях (Крим, Східні Карпати), а на периферії Східно-Європейської платформи (Донбас, Криворіжжя, Причорноморська западина): Східні Карпати +0,80, 10 ^/рік, Донбас +1,40. 10 ^/рік, Одеса 10,88 10~?/рік.

В другому розділі розглядаються методи, що застосовуються для вивчення сучасних рухів земної кори. Вони підрозділяються на прямі та непрямі. До числа найбільш розповсюджених прямих методів відносяться деформографія,

ухилометрія, а також повторні геодезичні спостереження (н?-веліюоання, дальнометрія, тризкгуллціл і полігонометрія). До непрямих відкосяться геофізичні, геохімічні, геоморфологічні, гідрогеологічні, гірнотехнічні та інші.

Третій розділ приезячено аналізозі уявлень про природу сучасних тектонічних рухіз.

Поаза в літературі числених і різноманітних інформація про широке розповсюдження просторозо-часозої контрастності, складний режим і значні масштаби сучасних рухіз земної кори (особливо горизонтальних) визвало серйозні труднощі при їх теоретичному обгрунтуванні. Найбільші труднощі при інтерпретації даних про сучасні горизонтальні рухи земної кори зустріли фіксисгхі геотектонічні уязлзння. Як відомо, з позиції фіксизма добре описується стадійний геотектонічний розвиток континентальних просторів, особливо стародавніх,, відносно жорстких ядер континентів (платформ або кратонів) із властивою їм тривалістю успадноса-кого розвитку обширних піднять, западин і розломів, що вказує :-;а тісний звязок земної кори з підстилаючою її мантією. Однак, ортодоксальна фіхсистсьна концепція зустріла затруднения при намаганні пояснити походження складчато-поирив-них структур колишніх геосинклінальних областей, що несуть ознаки сильного горизонтального стиску, а також океанічних западин, особливо їх внутрішніх частин — серздино-океаніч-них рпфтових хребтів, в яких здійснюється горизонтальне розширення земної кори і утворення в їх осьових частинах кори океанічного типу. Дані про сучасні і горизонтальні і тектонічні рухи континентальної кори, що спостерігаються повсюди, також не вписуються в фіксистську тектонічну концепцію.

Що ж стосується мобілістської гіпотези тектоніти літосферних плит, то тут на перший погляд спостерігається достатня відповідність даних про розповсюджені сучасні горизонтальні тектонічні рухи теоретичним постулатам гіпотези. Однак, багато фактів, до яких відкосяться дані про сучасні гальних рисах і більш детальний аналіз свідчить про зідсут-ність ознак серйозної відповідності концепції літосферних плит фактичним даним про сучасні тектонічні рухи. Порушення цього відношення найбільш значне в зонах субдукції (в островких дугах) де. у відповідності з теорією тектоніки плит, повинен спостерігатись стиск земної кори, а з дійсності спостерігається інтенсивне сучасне її розширення: на Кам-

чатці вона сягає -1-8,50. Ю'^/рік (максимальна для полігонів світу швидкість розширення земної кори), на Сахаліні і Шикотані -17,40. 10'7/рік, в Японії 4 0,21. 10'^/рік, на Алясці + 0,66. 10~*/рік, на Гаваях +5,1. Ю'^/рік.

Гіпотези розширення і пульсації Землі до останнього часу не привертали серйозної уваги широких кіл дослідників. Особливо це стосується ідеї про поступове розширення Землі. Однак, багато фактів, до яких відносяться дані про сучасні горизонтальні рухи земної кори (з явними ознаками переваги розширення земної поверхні), визвали підвищений інтерес до цих гіпотез. Найбільш обгрунтовано фактичним матеріалом варіант пульсаційної гіпотези, що запроваджений академіком Є. Є. Мілавським. В ньому припускається, що пульсації Землі відбуваються на фоні загального збільшення її об'єму. Різноманітні фактичні дані свідчать про те, що сучасний період геотектонічної історії являє ісобою міжоро-гений (постальпійський) етап, на якому, в літосфері домінує тангенціальне розширення, а прояви стиску, що відмічаються є або залишковими від альпійського орогенезу, або локальними тимчасовими, що зумовлені більш інтенсивним розширенням сусідніх ділянок.

В четвертому і п'ятому розділах розглянуто ВПЛИЕЗ діяльності людини на тектонічні рухи земної кори, а також спільний вплив тих і других ка розвиток акзогоних геологічних та інженерно-геологічних процесів.

Розділ 2. Результати вивчення вллкву сучасних тектонічних рухіз на розвиток екзогских геологічних та інжвнерио-геопогічних п^оцесіз на Північній (Каховській) ділянці.

Детальні дослідження проводились в межах підприємства «Зірниця», яке займалось зберіганням та підземним тран-спортузанням горючих матеріалів. Практично, з моменту утворення підприємства (1974 р.) — тут розпочали проявлятись різноманітні деформації: розриви трубопроводів з витіканням продукту, значне (що візуально спостерігалось) переміщення резервуарів та трубопроводів, нахили ліній електропередач, стозбіз освітлюючої мережі, стозбіз огородження. утворення, тріщин в стінах будівель та споруд.

Проведене детальне картирузання території підприємства та його перефєрії, головним чином з допомогою гамма-методу, дозволило виявити в грунтовій основі тріщино-проникли-ві зони, що 'розділяють район досліджень на ряд блоків різних розмірів.

Аналіз горизонтальных зміщень бетоних кілець дренажних- колодціз дозволив встановити кінематичні особливості більшості виділених зон (зони розсуву і зтиску). З цими зонами співпадає більшість розривів трубопроводів.

. Зіставлення режиму утворення розривів з сейсмічним режимом показало, що піки інтенсивності розрчзіз повязані

з майсильнішими за останні 20 років землетрусами південного заходу України та Молдови: 4 березня 1977 року, 13 листопада 1981 року і ЗО серпня 1986 року. Знаменно те, що максимум розривів 1981 та 1986 роках передує чітке збільшення кількості розривів в попередні, відносно «спокійні» 1980 р. та 1935 р. Ця обста зина свідчать про то, що відмічені деформації є результатом дії на ці технічні споруди повільних рухіз земної кори, які передують великим рухам і зумовлюють землетруси.

Аналіз горизонтальних зміщень дренажних кілець дозволив виявити два генеральних напрямки у зміщеннях, що мають азимути f'" 60° та "1<0°, тобто приблизно паралельні переважаючим напрямкам тріщинних зон.

Проведені в період 1981—1992 pp. геодезичні роботи методом полігонометрії по контурові підприємства показали горизонтальне розсунення території в Південно-Східному —■ Північно-Західному напрямку на 8—10 мм, що відповідає швидкості розсуау в 3—4. 10*^/рік, одночасне стиснення в напрямку Північно-Східному—Південно-Західному на 5—8 мм, що відповідає швидкості стиснення 2—3. 10~ь/рік.

В результаті виконаних робіт було встановлено, що підприємство «посожено» в північній частині однієї із найбільш активніших зон Одеського блоку розсуву земної кори. Отримані інструментальні дані, безсумнівно підтверджують припущення про сучасні горизонтальні рухи на ділянці, співпадають з сніговими та даними по іншим районам України, і дають впевнену відповідь на питання про природу, кінематику виявлених тріщин зон і про дійсні причини деформацій підземних споруд на підприємстві «Зірниця»,'

По рекомендації автора підприємство було переорієнтовано і зараз функціонує як склад різноманітних екологічно більш безпечних продуктів.

Розділ 3. Результати вивчсня вплиоу сучасних тег?токіч-нмх рухів на розвиток еизогсния гголог&иих та інженерно-геологічних процесів на Пій* денко-Східній (Одеській) ділянці.

Практично з моменту свого утворення на території Одеси почали активно проявлятися різноманітні геологічні та інженерно-геологічні процеси: ссуви, абразія, просадочні явища, обвали, карстозі утворення, тощо. Починаючи з 1:0-х років нинєшнього століття до нм.х приєднались деформації будівель та споруд.

Більш детальні дослідженя проязлень цих негативних процесів були проведені на ділянці територій шкірзазоду і заводу радіально-ссерлильних єерстатіз.

В процесі робіт було обстежено 5 катакомб, в яких виконано геологічні, геодезичні та геофізичні дослідження. Обстежені ссі будівлі і споруди, проведені бурові та геофізичні роботи, пророблено та проаналізовано великий обсяг фондового матеріалу цих підприємств. Досліджена дозволили зробити впевнений висновок про реальні причини руйнування і деформацій будівель на території. Сл'д рахувати те, що район робіт розташований на виключно несприятливій, в геологічному відношені, ділянці, на перехресті двох великих ІОН сучасного тріщинкого розщілеиия та зменьшеиня міцності, які продовжують формуватися під впливов як розсувних та стискуючих горизонтальних рухів так і вертикальних зміщень порід і поверхні. Основною причиною утворення рухів даних

зон, як поіса-али наші дослідження,-а також повторні геодезичні спостереження 1928-—1951 і 1977-—1937 рр,, с сучасні тектонічні рухи і деформації, що активно фіксуються' останнім часом. Показово те, що динамика виявлених- нами зон знаходиться в тісному г,вязку з сейсмотектонічним режимом Південних Карпат (зона Вранча) та їх псрифірії (Румунія, Молдова). Цей режим в останні десятиріччя помітно активізувався і за 93 роки XX ст. вже відбулось чотири сильних землетрусів (1940, 1977, 1986 і 1990 рр.) які, як показав аналіз, дуже суттєво вплинули на розвиток деформаційних процесів.

Отримані дані про зсуви, деформації будівель та споруд, карстові утворення дозволяють твердити' про' активний вплив сучасних рухів земної кари и поверхні на геологічні та інженерно-геологічні процеси.

Розділ 4. Результати вмочєккя впливу сучасних тектонічних рухів ьза розвитої; екзогених геологічних та інженерно-геологічних процесів на Півдеино-Захід-іій (Уатарбунзрсьній) ділянці.

Місто Татарбунари по своєму адміністративному положенню є районним центром. Забудований, в основному, одноповерховими приватними будинками. Процеси деформації будинків і споруд особливо інтенсивно почали проявлятися в 80-х роках: розтріскування стін будинків, перекоси ліній

електромереж; пропали земної поверхні, розриви водонесу-чих комунікацій, пошкодження розташованих на околиці міста каналів зрошувальної сітки.

Враховуючи недостатнє вивчення екзогених геологічних: І Інженерно-геологічних процесів, робот’/’ про їх-дослідженню ми проводили з два стала. На першому етапі був засто-

сований морфометричний метод, в результаті якого на дослідженій ділянці було виязлено три значні тріщинно-ослаблені зони різної інтенсивності переважно Північно-Західного напрямку (азимут 300—330°). На західному березі озера Сасик, що знаходиться в межах цих зон, прн досліджені було виявлено збільшення інтенсивності прояву екзогених процесів (зсуви, гравітаційно-обаальні явища, ерозія, тощо). Одна із виділених зон перетинає територію Татарбунер. Тут, на ділянці площею 12 кв. км було проведено детальне дослідження всіх споруд, в результаті чого була складена карта тріщинних деформацій. Вони підтвердили наявність цієї сопи на території міста.

Аналіз інженерно-геологічних, геологічних, гідрогеологічних, геоморфологічних, метеорологічних особливостей показав, що деформації з цими умовами не звязані і від на:: практично не залежать. Аналіз зіставлення їх режиму із сєйсмічностю Карпат і Добруджа виявив певний маловиразний звязоіг максимумів деформацій з періодами появи землетрусів з підвищеною бальністю.

Розділ 5. Основні результати досліджень, сигмозим 5

методичні рекомендації.

В цьому розділі зроблені конкретні пропозиції щодо трьох детально досліджених1 ділянок. Розглянута методика картування зон тріщиного розущільнення "ємної кори корінних і покривних відкладів,

Однією з головних задач при вивчені характеру і режиму сучасних рухів земної кори є установлення їх орієнтації. Оскільки повсюди установлено, що у всіх районах світу на сучасному відрізку розвитку планети переважає горизонталь-

не розтягування і оскільки саме цап процесс суттєво вгглиаає на розвиток скдогених та екзогєних геологічних та інженерно-геологічних процесів, найбільш важливо виявити саме генеральний напрямок цього розтягування. Враховуючи досаід досліджень і специфіку вимог, пов'язану з особливостями інже-керно-гс алогічних гадач, при регіональних дослідженнях, які відіграють важливу роль у вивчені значних по площі лінійно-протяжних ргноніе, автор пропонує повторну трмангу* ляцпо, як найбільш результативний метод виявлення орієнтації сучасного розтягу. В роботі запропоновано порядок до-слідзкснь,

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Оснозиі результати виконаних досліджень і захищаємі положення полягають у слідуючому:

1. Результати узагальнення різноманітного фактичного матеріалу показали зв'язок сучасних тектонічних рухів, особливо горизонтальних, зем;:ої кори і поверхні з різними проявами екзогеннх геологічних та інженерно-геологічних

процесій.

2. Вперше для регіону доведена залежність деформацій будівель і споруд аід сучасних тектонічних рухів земної кори і поверхні.

3. На основі комплексу методик виділені зони розущіль-кення земної корн, с основному Північно-Західної та Півден* Східної орієнтації, як на забудованих так і на не забудованих територіях.

4. Доведено, що головною причиною аварійних розривів трубопроводів на Котовській ділянці, деформації будівель і споруд на Одеській ділянці; деформації будівель і

споруд, обвально-гразітаційних явищ, зсув in на Татарбунар-ській ділянці — є сучасні рухи земної кори.

5. Доведена необхідність застосування на ранніх етапах проектування і будівництва морфометричниж, геофізичних, геодезичних та інших методів досліджень.

Основні положення дисертсції опубліковано в роботах:

1. Некоторые особенности деформаций зданий и сооружений г. Одессы на примере театра оперы и балета — Деп. в ГНТБ Украины, № 1573, 1993, 9 с.

2. Особенности водного режима в период Черногорского и Венского землетрясений и их сейсмопрогностиче-ское значение. — Деп, в ГНТБ Украины. № 1638, 1993, 16 с.

3. Современные проявления тектонических движений и их инженерно-геологическое значение на примере северо-запада Одесской области. — Инженерная геология, 1992, № 4, с. 52—57.

4. Связь между оползневой активностью и современными горизонтальными деиже.чнями земной коры. — (В соавторстве с Е. С. Штенгелозым) (в печати),

5. Особенности деформаций Одесского театра оперы и балета — (в печати).

Татарбунарская тип, 1994 г. Зак. № 805. Тир. СО.