<<
>>

Инженерная оценка разломов земной коры

  В содержание понятия «инженерная оценка разломов» автор вкладывает характеристику степени опасности того или иного разлома (разрывного нарушения) для строительства. Дешифрирование среднемасштабных МКФС при выявлении разрывных нарушений обеспечивает получение совокупности следующих характеристик: пространственного положения и выраженности в рельефе, ориентировки и протяженности разломов (разрывных нарушений), мощности зон дробления горных пород, влияния на морфодинамические, литологические, гидрогеологические условия массивов горных пород, в которых развиты разломы, и горнотехнических условий их преодоления [60].

Выявление большей части этих характеристик осуществляется комплексом методов, в котором космофотоиндикационный анализ может занять ведущее место. Попробуем это обосновать на примерах экспериментальных исследований, проведенных в различных природных условиях. Наиболее физиономичным с точки зрения дешифрируемое™ на среднемасштабных космических снимках критерием активности разлома и его опасности для проходки является развитие в зоне трассирования последнего ЭГП, возникновение которого связано с влиянием подземных вод, выветриванием горных пород и гравитационным воздействием. Ведущую роль в развитии ЭГП среди этих факторов играет разгрузка в зонах тектонического дробления горных пород подземных вод, которая хорошо индицируется по приуроченности к ее участкам различных форм экзогенного рельефа в зависимости от литологических условий регионов.

На Устюрте, где разломы дробят известняковый бронирующий «панцирь» плато, их обводненные участки фиксируются по приуроченности к ним провального карста; в районах Южного Тургая, где в литологическом составе преобладают песчано-глинистые отложения, обводненные зоны разломов индицируются солончаками и просадочными явлениями, в криолитозоне — наледями подземных вод, а в горных районах Тянь-Шаня и Кавказа — гравитационными процессами (оползнями и обвалами).

Характер интенсификации экзогенных процессов в зонах разрывных нарушений и их тип не только указывают на наличие, протяженность и ширину участков, в пределах которых отмечается разуплотнение и обводнение горных пород, но и на мощность этих зон,

В пределах Южно-Тургайской впадины по данным геоморфологического дешифрирования установлено, что те разрывные нарушения, которые подчеркиваются локализацией солончаковых впадин, по мощности весьма значительны, зона дробления


Рис. 50. Фрагмент карты инженерно-геологических условий Южно-Тур- гайской впадины. Масштаб 1:200 000 (составлена совместно с М. И. Бурле- шиным и Т. В. Свитневой):

Генезис и состав рыхлых отложений: — современные отложения низкой поймы (суглинки, супеси, глины); 2 — всрхнсчет- вертично-современные отложения поймы и первой надпойменной террасы — нсрасчлс- ненные (переслаивание супесей и суглинков); 3 — верхнечетвертичные отложения первой надпойменной террасы (переслаивание песков и глин); 4 — современные эоловые отложения развеваемых песчаных массивов (пески разнозернистые); 5 — современные пролювиальные отложения конусов выноса (суглинки, глины, реже пески и супеси);

6 — олигоценовые континентальные отложения (пески, супеси, суглинки, глины); 7 — эоцен-олигоценевые морские отложения чеганской свиты (глины с прослоями известняков и песчаников)

Гидрогеологические условия: — распространение водоупорных пород верхнеэоцен-нижнеолигоценового возраста; — глубины залегания подземных вод (а — до 3 м; б — до 5 м; в — 5—10 м; г - до 20 м; д — более 20); 10 — минерализация подземных вод (а — до 1 г/л; б — 1—3 г/л;

в — до 25 г/л; г — 25—50 г/л)

Разрывные нарушения и их инженерная оценка: — разломы, не выраженные в рельефе, значительно обводненные (водопритоки составляют около 30 м3/ч) за счет подтока подземных вод глубоких водоносных горизонтов, приводящего к сплошному разуплотнению горных пород с зоной их дробления большой мощности (lt;100 м) и широкому развитию процессов засоления.

Для строительства условия неблагоприятные. Возможны: фильтрационные потери и утечка -воды из канала, плывунные явления, пучение грунтов, что приведет к деформациям инженерных сооружений; 12 — разломы, инженерное значение которых по данным дешифрирования не установлено

Участки развития современных ЭГП:

13 — дефляция; 14 — оврагообразование 15 — оползни; 16 — суффозиопно-просадочные

явления; 17 — засоление Прочие обозначения:

18 — границы литологических комплексов; 19 — границы участков с различными глубинами залегания подземных вод; 20 — границы участков с различной минерализацией

подземных вод

горных пород в их пределах охватывает не только четвертичные и подстилающие их олигоценовые отложения, но и глины чеганского регионального водоупора, через трещины, в которых осуществляется подток и разгрузка соленых напорных вод глубоких водоносных горизонтов (рис. 50).

В зонах дробления пород вдоль этих разломов интенсивно развиваются эрозионные процессы, о чем свидетельствует распространение глубоковрезанных в породы чеганской свиты речных долин. Это способствует разобщению трещинами олигоцен- четвертичных пород на отдельные, изолированные друг от друга массивы, что подчеркивается решетчатым рисунком гидросети. Результатом такой изоляции является разгрузка подземных вод, приводящая к формированию солончаков, приуроченных к бортам долин. Если, учесть, что чеганские глины залегают в этом районе на глубине до 90 м, можно сделать вывод о том, что участки распространения зон разломов данного типа весьма опасны, поскольку характеризуются крайне неблагоприятными для строительства условиями (повышенная степень обводнения горных пород, их разуплотненность и др.).

Локализующиеся в разрывных нарушениях формы рельефа суффозионно-просадочного генезиса, широко распространенные в Южно-Тургайской впадине, могут рассматриваться в качестве индикаторов относительно небольших по мощности зон дробления горных пород. Гидродинамическое влияние этих разрывных нарушений ограничивается только инфильтрацией атмосферных осадков в четвертичные и олигоценовые отложения, залегающие выше чеганского водоупора, повышая их водопроницаемость, с чем связано формирование суффозионно-просадоч- иых понижений.

Таким образом, анализируя геоморфологические особенности линеаментов Южно-Тургайской впадины, можно среди них выделить три группы:

инженерно-геологическое и гидрогеологическое значение которых не установлено по данным дешифрирования МКФС;

значительно обводненные за счет подтока подземных вод глубоких водоносных горизонтов, приводящего к сильному разуплотнению горных пород с зоной дробления большой мощности (до 100 м) и широкому развитию процессов засоления;

незначительно обводненные за счет инфильтрации поверхностных вод, с небольшой мощностью зоны дробления пород до регионального водоупора (до 10 м), с широким развитием суф- фозионно-просадочных процессов.

В пределах участков с распространением второй группы линеаментов строительные работы весьма сложны и возможны только после проведения комплекса водопонижающих мероприятий и закрепления грунтов, а в пределах третьей — несложны и возможны после проведения общих мероприятий по закреплению и уплотнению грунтов. Для инженерной оценки первой группы линеаментов требуются специальные разведочные работы с применением методов бурения.

Установление и инженерная оценка зон разломов в аридной зоне крайне важны при разработке материалов, обосновывающих проектирование сооружений любого типа. На этих участках возможны: повышенная фильтрация, интенсивное развитие засоления, суффозии, просадки, подтопление, деформации инженерных сооружений. Следует отметить, что если получение информации о развитии ЭГП возможно с помощью других традиционных методов изысканий, в частности наземных геоморфологических и инженерно-геологических наблюдений, то установление их связи с разрывной тектоникой и ее инженерная оценка сопряжены с гораздо меньшей полнотой информации и большими материальными и временными затратами при изучении их традиционными методами по сравнению с дешифрированием

мкфс. />Для определения возможного экономического эффекта от рационального определения объемов наземных дорогостоящих работ было проведено комплексирование аэрокосмических и геофизических электроразведочных работ в районах Устюрта.

Электроразведочные работы были поставлены для поисков участков повышенной трещиноватости коренных пород. Сопоставление проведенных исследований показало, что дешифрирование МКФС позволяет выявить практически все зоны трещиноватости, выделенные с помощью электроразведки. Отсюда следует, что электроразведочные работы должны ставиться не для картирования зон трещиноватости, а для проверки результатов дешифрирования и для их более достоверной гидрогеологической и инженерно-геологической интерпретации [31].

При исследованиях в высокогорных районах Большого Кавказского хребта разломы оценивались для обоснования трассирования транспортных тоннелей. Результаты дешифрирования МКФС сопоставлялись с данными наземных горнопроходческих работ, проведенных как в процессе инженерно-геологически х изысканий, так и в процессе строительства тоннелей. Благодаря этому удалось решить не только задачу по инженерной оценке разломов, но и оценить достоверность и точность дешиф- ровочной информации.

В районе трассирования Жипвальского тоннеля (самого южного тоннеля в проекте Кавказской перевальной железной дороги), проектная длина которого 4 км, было отдешифрировано четыре разлома и три из них подтверждены данными глубокого бурения и геологической съемки. В трех километрах юго-западнее трассы транспортного тоннеля по данным дешифрирования среднемасштабных МКФС фиксировались активные разломы с мощностью зоны дробления метаморфизованных песчанисто-сланцевых пород верхнего мела — нижней юры до 300 м, что установлено по анализу пространственных особенностей форм рельефа экзогенного происхождения, локализованных в зонах дробления горных пород. Разломы выражены в рельефе с признаками современной морфодинамики (рис. 51).

Рис. 51. Схема инженерной геодинамики в районе проложения трассы

Жинвальского тоннеля:

Инженерная оценка разломов:

1 — активные разломы, выраженные в рельефе, подчеркиваемые локализацией в зонах дробления гравитационных форм рельефа (оползней, обвальных глыб) и выходами подземных вод; мощность зон дробления пород до 300 м; породы от сильнотрещиноватых до раздробленных, обводнены; при проходке возможны: горное давление (сотни мегапаскалей), водопритокив забое (NQgt;5 м7ч), вывалы, обрушение скальных и пучение набухающих пород; 2 — пассивные разломы, в рельефе выраженные фрагментами, с отсутствием признаков современной морфодинамики, с мощностью зон дробления до 100 м; породы от слаботрещиноватых до трещиноватых, слабо обводнены; при проходке возможны: незначительное горное давление (десятки мегапаскалей), капеж (NQlt;5 м3/ч), вывалы отдельных обломков

Экзогенные процессы, неблагоприятные для строительства:

3 — оползни без признаков современных подвижек; 4 — движущиеся оползни

Строящиеся инженерные сооружения:

5 — гидротехнический тоннель; С — участки аварийных ситуаций, возникших при про-

ходке тоннеля

В зоне дробления горных пород хаотично очагами и линейно, вдоль оси разломов ориентированы группировки оползней и обвалов. Наиболее густо они концентрируются в узлах пересечения разрывных нарушений.

Ряд оползней находится в активном состоянии, с признаками современных подвижек (рис. 52). Ширина зоны распространения оползней и обвалов рассматривается по данным дешифрирования в качестве индикатора мощности зон дробления горных пород, а само возникновение оползней индицирует их значительную разуплотненность, тиксотроп- ность и обводненность. Комплекс рассмотренных характеристик послужил в качестве индикаторов современной активности выделенных разломов, а использование данных опробования керна скважин позволило классифицировать настоящие разломы как опасные или безопасные для проходки.

Дешифрирование космических снимков данного района и составление представленной на рис. 51 схемы было выполнено в январе 1983 г., а в июле этого же года в процессе проходки гидротехнического водоотводного тоннеля (у строящейся плотины Жинвальской ГЭС) произошли аварии с катастрофическими последствиями, проявившимися в обрушении свода тоннеля в результате значительного остаточного горного давления и пучения набухающих грунтов, что привело к деформациям тоннельной обделки и завалам. В результате погиб проходчик.

Причиной этих аварий явились активные разломы, в зоне распространения которых была проходка тоннеля. На рис. 53 и 54 приводятся проектный геологический разрез по трассе этого тоннеля и данные исполнительной геологической разведки, полученные после аварий, произошедших в забоях тоннеля. Анализ этих данных показывает, что в процессе изысканий, проведенных для проектирования водоотводящего тоннеля, разломы выявлены не были. Последнее связано с тем, что объемы изыскательских работ, в частности бурение скважин и горнопроходческие выработки, размещаются в районах проложепия трасс в соответствии с действующими нормативными документами по трафаретной сетке, что очень часто не позволяет охарактеризовать инженерно-геологические условия территорий в полном объеме, необходимом для принятия надежных проектных решений. Недостаток полноты инженерно-геологической информации приводит к ошибкам в проектировании, что и произошло в конкретном примере. Нанесение участков произошедших аварий и трассы гидротехнического тоннеля на карту, составленную по данным дешифрирования космических снимков, полностью подтверждает достоверность, точность и эффективность дешифровочной информации.

Совершенно очевидно, что опережающее проведение дешифрирования МКФС в общем технологическом комплексе изыскательских работ позволило бы выбрать оптимальный вариант трассы тоннеля и вывести ее за пределы зон разломов или же предусмотреть в проекте специальные технические мероприятия,

Рис. 52. Активные оползни, локализованные в зоне тектонического дроб* лення песчаников и сланцеватых аргиллитов юры и мела в районе трассирования Жинвальского тоннеля Кавказской перевальной железной дороги

Рис. 53. Проектный геологический разрез по трассе гидротехнического

тоннеля:

1 — делювий, суглинки и глины с щебнем и дресвой; 2 — аллювий И надпойменной террасы, галечники с песчаным заполнителем; 3 — аллювий II надпойменной террасы с заполнителем из пылеватых супесей; 4 — аллювий III надпойменной террасы, галечники с песчаным и суглинистым заполнителем; 5 — конгломераты из глин и валунов преимущественно осадочных пород при плотном суглинистом заполнении; 6 «— глинистые сланцы и сланцеватые глины с прослоями и пачками песчаников; 7 — конгломераты из гальки и гравия изверженных пород на крепком известковом цементе; 8 — участки тоннеля с высоким горным давлением (выявлено в процессе проходки), пучением пород в зонах разломов и деформациями тоннельной обделки

Рис. 54. Исполнительный геологический разрез трассы гидротехнического тоннеля (составлен в процессе проходки тоннеля после произошедших аварий): / — делювий (суглинки и глины со щебнем); 2 — аллювий II надпойменной террасы, галечники; 3 — конгломераты на глинистом цементе Душетской свиты; 4 — песчаники глинистые с прослоями сланцевых аргиллитовых глин; 5 — глины аргиплитоподобные с прослоями глинистых песчаников; 6 — глины с линзами и обломками известняков и порфиритов; 7 — грубые конгломераты на крепком известняковом цементе; 8 — зона тектонического дробления (плотно слежавшиеся дресва и щебень); 9 — крупные трещины

позволяющие преодолеть эти зоны разломов. Стоимость работ по дешифрированию космических снимков настолько мала по сравнению с затратами на ликвидацию последствий аварийных ситуаций, что обоснование эффективности метода дешифрирования МКФС в данном случае не требуется.

Заключая рассмотрение экзоморфогенного способа космофо- тоиндикационного анализа, необходимо подчеркнуть. Наиболее физиопомичным элементом экзоморфогенных моделей индикации являются особенности морфоскульптуры рельефа, прямое дешифрирование которых позволяет выявлять и типизировать группировки по типу пространственной локализации экзогенных форм рельефа. Это достигается выполнением контурного дешифрирования участков их распространения и последующей классификацией этих участков по рисунку пространственной конфигурации. В предложенной классификации участков пространственной локализации экзогенных форм рельефа выделяются три наиболее общих типа: линейно-ориентированный, дугообразный и кольцевой, хаотичный. В каждом конкретном случае тот или иной тип локализации экзогенных форм рельефа связан с различными природными факторами, но главным образом с влиянием разрывной тектоники, литологических особенностей горных пород, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями. Причем для каждого типа локализации экзогенных форм рельефа характерен свой комплекс природных факторов, обусловивших его формирование и положение того или иного фактора в этом комплексе. Эксперименты, проведенные в данном направлении, обосновывают научное положение о типе пространственной локализации форм проявления ЭГП как индикаторе неотектонических, геолого-литологических и гидрогеологических условий развития экзогенных процессов. Это научное положение является теоретической основой выполненных методических разработок по специальной инженерной оценке и картографированию литологических и морфодинамических условий районов проложения трасс сооружений, в частности по инженерной оценке разломов (разрывных нарушений) земной коры. Предложен метод ее оценки, базирующийся на специальном индикационном анализе получаемой при дешифрировании МКФС геоморфологической информации, увязанной с данными наземных инженерно-геологических изысканий.

Дешифрирование средиемасштабиых МКФС при выявлении разрывных нарушений в различных районах страны (пустынных, таежных с развитием миоголетнемерзлых пород, горных) показало, что его применение обеспечивает получение таких характеристик, как пространственное положение разломов, их выраженность в рельефе, ориентировка, протяженность, мощность зон дробления горных пород, морфодинамические, литологические, гидрогеологические условия массивов раздробленных пород. Эти характеристики можно использовать для прогноза горнотехнических условий преодоления зон разломов, что в комплексе обеспечивает правильную инженерную оценку зон разломов при мпоговариаитном трассировании транспортных сооружений.

В отличие от объема информации о разломах, получаемой в процессе эпдоморфогенного анализа, экзоморфогенный индикационный анализ позволяет получать данные о мощности зон

дробления горных пород, их литологических, морфодинамических и гидрогеологических условиях. Получение этой информации возможно на основе анализа особенностей пространственной локализации экзогенных форм рельефа, что исключается по снимкам мелких масштабов. Основным отличием индикационного анализа мелко- и среднемасштабных космических фотоизображений является то, что при распознавании первых разрывные нарушения земной коры, отчетливо проявляясь в рисунке фотоизображений в виде линеаментов различного типа, являются индикаторами невидимых на этих снимках литологических и морфодинамических условий развития рельефа и в первую очередь ЭГП, а при распознавании вторых разрывные нарушения являются уже объектами индикации. Это связано с тем, что прямым образом они отражаются в рисунке фотоизображения только фрагментами и полностью их проследить возможно лишь на основе анализа положения группировок экзогенных форм рельефа, достоверно индицирующих разрывные нарушения.

В этом проявляется явление изменчивости структуры моделей индикации. Анализ МКФС средних масштабов, проводящийся на основе принципов экзоморфогенной индикации, может применяться как в комплексном процессе космофотоиндикационного анализа, в качестве его составной части, так и самостоятельно, в качестве его направления. Применение экзоморфогенной индикации наиболее эффективно на первых этапах изыскательских работ в комплексе с эндоморфогенной индикацией при опережающем их проведении в общем технологическом комплексе инженерно-геологических изысканий. Эффективность индикационного дешифрирования связана с высокой степенью достоверности и точности дешифровочной информации и доказана на конкретных примерах из практики современного транспортного строительства. Она обеспечивается возможностью:

оптимизации методики наземных изыскательских работ и рационального размещения объемов дорогостоящих работ;

выбора наиболее безопасного с инженерно-геологической точки зрения варианта трассы сооружения;

определения местоположения и количества участков, требующих проведения специальных мероприятий по укреплению грунтов, водопонижению в целях обеспечения нормальных условий проведения строительных работ и эксплуатации объектов. 

<< | >>
Источник: Ревзон А. Л.. Космическая фотосъемка в транспортном строительстве. 1993

Еще по теме Инженерная оценка разломов земной коры:

  1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ФОТОМАТЕРИАЛОВ
  2. Обоснование схем развития транспортной сети
  3. Выявление и инженерная оценка разломов земной коры.
  4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ИНДИКАЦИОННОМ ДЕШИФРИРОВАНИИ КОСМИЧЕСКИХ ФОТОСНИМКОВ
  5. Дешифрирование разрывных нарушений
  6. Индикационная интерпретация дешифровочной информациии результатов ее статистической обработки
  7. Инженерная оценка разломов земной коры
  8. ГОРНЫЕ РАЙОНЫ
  9. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  10. Великая пирамида