Выявление и инженерная оценка разломов земной коры.

Если сравнить инженерно-геологическую карту какого-либо региона Восточной Сибири, Кавказа или Средней Азии, составленную 20—25 лет назад, с инженерно-геологической картой этого же региона, составленной с применением МКФС, легко можно заметить, что в первом случае информация о разрывной тектонике и ее инженерно-геологической оценке составляет не более 10% информации, отраженной по этому вопросу на космокарте. Использование МКФС позволяет, как ни один другой метод, выявить глубинные деформации земной коры и устанавливать их роль и влияние на изменчивость свойств не только геологической среды, но и природно-территориальных комплексов в целом, сформировавшихся на данном участке земной коры. Последнее в первую очередь сказывается на свойствах грунтов, подземных вод, развитии экзогенных геологических, в том числе мерзлотных процессов, представляющих опасность для строительства, рельефе, являющихся основными компонентами, определяющими инженерно-геологические условия и влияющими на устойчивость инженерных сооружений.

Физический смысл этого можно пояснить следующим образом. Зоны разломов представляют собой системы трещин в горных породах разного порядка. По ним из глубоких горизонтов восходят и разгружаются на поверхности флюиды — геохи-

Рис. 13. Связь оползней с разрывной тектоникой на северо-западе штата Арканзас (по Г. Макдональду и Р. Гробсу [40]):

1 — разломы, выявленные по МКФС; 2 — местоположение оползней; 3 — автомобильные

дороги

мнческие растворы или потоки подземных вод, содержащие геохимические элементы различной концентрации, в том числе и газы.

Особый интерес к исследованию явлений подобного типа проявился у специалистов различных научных направлений после изучения космических фотографий различных регионов Земли. Так, па основе МКФС были обоснованы принципиально новые критерии поисков зон оруденения, месторождений нефти и газа, подземных вод.

В инженерной геологии обоснованы критерии прогноза критических ситуаций в строительстве и эксплуатации сооружений на основе анализа взаимосвязи интенсивности и локализации проявлений экзогенных геологических процессов (ЭГП) и разрывной тектоники. В этом направлении ученые многих стран пришли к единому мнению.

Задачей инженера-геолога является не только установление разлома, по и оценка его возможного влияния на динамику рельефа, геологической среды и устойчивость инженерных сооружений. Опыт изысканий в горноскладчатых условиях показывает, что не каждый разлом опасен для строительства, в частности для проходки тоннелей, а только те из них, в зоне дробления которых породы очень сильно раздроблены и обводнены. Поэтому установление разлома — еще не решение инженерной задачи. Важно разработать критерии, которые позволят разграничить разломы опасные и неопасные в инженерногеологическом отношении (т. е. в отношении влияния их на устойчивость инженерных сооружений). Решение этой задачи возможно на основе комплексирования дешифрирования космических фотоматериалов и данных наземных исследований.

На рис. 13 приведен фрагмент карты распространения оползней на дорогах штата Арканзас [40]. Анализ космических снимков с ИСЗ «Ландсат» позволил авторам этой работы заключить, что 70% оползней на автомобильных дорогах штата своим возникновением обязаны приуроченностью к зонам разломов. Аналогичные примеры приведены и в работах автора по оценке влияния разрывной тектоники на локализацию карста, оползней и обвалов, наледей, просадок, солончаков [56, 60, 62, 64]. На рис. 14 (см. цветную вклейку)—18 приведены примеры по дешифрированию взаимосвязи в пространственной локализации ряда ЭГП с разрывной тектоникой на МКФС.

В частности, фрагмент космического фотоснимка и схема его дешифрования (рис. 14, 15; рис. 14 см. на цветной вклейке) иллюстрируют приуроченность наледей, связанных с выходами на поверхность подземных подмерзлотных вод (белые пятна на снимке), к зонам разрывных нарушений на одном из участков трассы железной дороги Беркакит—Томмот. Фрагмент космического фотоснимка и схема его дешифрирования на рис. 16 и 17 иллюстрируют приуроченность оползней и обвалов к зонам разрывных нарушений и их пересечениям на одном из участков района предполагаемого строительства Кавказской перевальной железной дороги. На рис. 18 отражены результаты дешифрирования взаимосвязи в развитии оползневых явлений с разрывной тектоникой на одном из участков Чаткало-Кура- минской горной системы Тянь-Шаня. В данном случае фикси-

Рис. 15. Схема дешифрирования фрагмента космического снимка на рис. 14: 1 — наледи подмерзлотных подземных вод; 2 — разрывные тектонические нарушения

Рис. 16. Фрагмент космического фотоснимка горного массива в районе предполагаемого строительства Кавказской перевальной железной дороги

руется не только приуроченность систем оползней к разломам, по и элементов конкретных оползневых очагов, в частности стенок срыва оползней, бортов цирков.

Накопленный материал и анализ опубликованных другими специалистами данных позволил разработать критерии пространственного прогнозирования ЭГП в зависимости от степени тектонической раздробленности территорий. На примере ряда процессов, развитие которых обусловлено влиянием подземных вод, выветривания горных пород и склоновой гравитации, обосновано, что локализация ЭГП корреляционно связана со степенью тектонической раздробленности и зависит от нее.

Это положение значительно расширяет сферу применения МКФС при инженерно-геологических изысканиях и создает возможности решения целого ряда задач по инженерной оценке зон разломов для обоснования их проходки при сооружении

Рис. 17. Схема дешифрирования фрагмента космического снимка на

рис. 16:

1 — элементы активных разломов, выраженных в современном рельефе, подчеркиваемые прямолинейными отрезками гидросети, уступами, бровками стенок срыва оползневых цирков и обвальных ниш, наличием открытых крупных трещин и разноамплитудных блоков; 2 — фрагменты локальных пассивных разломов, прослеживаемых по слабо- выраженным в рельефе понижениям, линиям перегибов склонов, системам эрозионных форм, несогласиям структурных планов пород; 3 — зоны повышенной трещиноватости горных пород, сопровождающие локальные разломы, выделяемые по прямому отражению в рисунке фотоизображения решетки трещин в массиве горных пород, создающих их дробление на блоки; 4 — оползни-блоки; 5 — обвальные очаги

тоннелей, оценке сейсмоопасности территорий и ее влияния на устойчивость транспортных сооружений, влияния тектонической раздробленности на динамику геологической среды и т. п. Оно послужило основой для разработки ряда оригинальных методических решений, которые будут рассмотрены в последующих разделах книги.

Оценка активности и динамики экзогенных геологических процессов. Не менее важное преимущество МКФ'С, связанное с возможностью оперативного и многократного получения фотоматериалов, создает условия для изучения активности и динамики проявления ЭГП, особенно тех из них, режим развития которых связан с сезонной изменчивостью температуры, влажности и плотности грунтов.

сравнение информации, получаемой в процессе дешифрирования разовой космофотосъемки, с натурными аэровизуальными наблюдениями, проводимыми в более поздний период. Первый путь более точен и менее трудоемок.

Изучение широкого комплекса ЭГП требует разных интервалов и повторности космофотосъемок. Для изучения динамики стаивания наледей целесообразна ежегодная, не менее чем двухразовая повторяемость космофотосъемки в течение весенне-

Рис. 18. Связь оползней Чаткало-Кураминской горной системы с разрывной тектоникой. Древние оползневые цирки вписываются в решетку, образуемую пересекающимися системами (разрывных нарушений:

/ — контуры древних оползневых цирков; 2 — контуры древних оползневых очагов; 3 — наличие и направление свежих оползневых подвижек; 4 — дешифрирующиеся оползневые гряды и ступени; 5 — крупные разрывные нарушения; 6 — селевые русла и онусы выноса; 7 — гидросеть; 3 — водохранилище

летнего периода. Первый раз она должна выполняться в период половодья рек, когда на поверхности, только что освободившейся от стаявшего снежного покрова, легко выявляются все крупные наледи, сформировавшиеся на территории, что позволяет осуществить их картографирование и каталогизацию. Вторая съемка необходима в конце летнего периода для фиксации наиболее мощных наледей, стаивание которых еще не закончилось. Это позволит выявить наледи, формирование которых происходит за счет выхода на поверхность подмерзлотных вод в виде источников, и нанести их на карту.

Ряд ЭГП, динамика которых не связана с сезонными явлениями, не требует для ее изучения частой (ежегодной) повторности космофотосъемок. К таким процессам и явлениям относятся карст, обвалы, оползни соскальзывания, отседания склонов, суффозия и просадки и ряд других. Их развитие имеет импульсивный характер только в случае резкого изменения динамического равновесия в природной среде, которое чаще всего вызывается техногенным воздействием и сейсмотектоническими дислокациями. Поэтому использование повторных съемок для оценки изменений в развитии подобных процессов целесообразно только после того, как появятся сведения о том, что произошла региональная активизация того или иного процесса и требуется оценить ее масштабы по площади. В таких случаях целесообразно выполнять сравнительное дешифрирование МКФС, полученных до и после активизации экзогенных геологических процессов.

В пределах конкретных участков, подверженных развитию того или иного процесса, нетрудно выделять наиболее активные очаги, но только лишь в тех случаях, когда развитие процесса имеет не точечный (карст, суффозия, бугры пучения и т. п. или линейный (эрозия, сели), а площадной характер. К таким процессам относятся оползни, солифлюкция, делли, ку- румы. По результатам сравнительного дешифрирования МКФС разных лет выявляются:

площади, в пределах которых отмечается повторяемость активизации развития процессов и явлений (устанавливается количество и местоположение очагов их активного проявления);

направления, в которых наиболее четко проявляется развитие процесса;

приращения площадей, подверженных проявлению ЭГП.

Рис. И). Типы роста огкжшевых очагов (на примере унаследованных

оползней Молдовы):

/ — активизация в пределах старых границ; // — активизация с захватом прилегающих площадей. Контуры: / — древних эрозионно-оползневых цирков; 2 — современных глубоких оползней выдавливания, возникших в 1940—1941 гг. после Карнатского землетрясения; 3 — активизировавшиеся части оползня в 1969 г., в период весеннего переувлажнения; 4 — то же в 1971 г., в период весеннего переувлажнения; 5 — то же в 1973 г., в период осеннего переувлажнения; 6 — линии комплексных профилей

Дешифрирование МКФС в данном случае имеет контурный характер. На них выделяются и оконтуриваются площади разной активности проявления процесса в пределах конкретных очагов. На рис. 19 приведена схема дешифрирования характера активизации оползней Молдовы. Исследования, выполненные там, показали, что большинство современных оползней в Молдове имеют унаследованный характер развития. Они являются участками активизации ранее возникших и временно стабилизировавшихся оползней. В Молдове выделяется наличие периодов активизации оползневых процессов, связанных с переувлажнением, нарушением гидрологического режима рек и сейсмотектоническими явлениями.

Разработка поисковых критериев на подземные воды и стройматериалы и выявление перспективных участков для их геологической разведки. Одной из важных задач инженерно-геологических изысканий является поиск подземных вод для питьевого и технического водоснабжения станционных поселков и строительных материалов для возведения сооружений.

Наличие рентабельных по эксплуатации месторождений, находящихся на расстоянии не более 25 км от объектов строительства, — весьма важный фактор, способствующий повышению эффективности строительных работ. Особую актуальность эта проблема имеет в связи с широким применением в строительстве гидромеханизированного способа производства земляных работ. Особое значение придается этому способу в строительстве железных дорог в необжитых районах Сибири, Дальнего Востока и Севера. Основными видами работ при этом являются намыв насыпей с островов для кустового бурения на нефтяных месторождениях в процессе их обустройства, а также добыча песка для отсыпки земляного полотна дорог.

Сущность гидромеханизированного способа производства земляных работ изложена в работе [25] и заключается в том, что плавучий земснаряд разрабатывает в карьере песчаный и песчано-гравийный грунт и транспортирует его по трубопроводу в виде водогрунтовой смеси, содержащей 10—15% грунта. На месте укладки грунт осаждается, а вода стекает и отводится в водопотоки или в целях уменьшения негативных воздействий на природную среду возвращается в карьер к земснаряду.

Для намыва выбирают песчаные карьеры, так как песок — наиболее подходящий строительный материал для насыпей, он обладает также хорошими качествами с точки зрения технологии производства работ способом гидромеханизации по сравнению с другими видами грунтов.

В современной практике строительства транспортных объектов топографическая и гидрографическая основы, представляемые изыскателями, не удовлетворяют требованиям проектирования производства гидромеханизированных работ из-за недостаточной ширимы полосы изысканий, а это вызывает затруднения в решении ряда вопросов, таких, как организация водо- обеспечения и водоотвода отработанной воды. То же самое относится к гидрогеологической основе.

Изыскания карьеров и источников водоснабжения существующими методами не дают полной информации о возможностях использования выгодных месторождений грунта для разработки их земснарядами, приводят к непроизводительным затратам, а зачастую и необходимости проведения новых изысканий в ходе строительства, что в итоге удорожает стоимость объектов, увеличивает сроки ввода их в действие. При проектировании намечают размещение карьеров, производственных зданий, коммуникаций, ремонтных мастерских, административных, бытовых и складских помещений, подстанций или передвижных электростанций, линий электропередачи и связи, подъездных дорог, трубопроводов, водопроводящих и отводящих канав, водонасосных и грунтоперекачивающих станций, промежуточных резервов грунта.

Рациональное размещение указанных объектов способствует успешному производству намывных работ и может быть запроектировано при наличии объективной гидрографической, инженерно-геологической и гидрогеологической информации.

Нс менее важно и соответствующее обеспечение месторождениями подземных вод населенных пунктов, проектируемых по трассам намечаемых линий железных и автомобильных дорог. Особенно большое значение это имеет во вновь осваиваемых районах с отсутствием разведанных месторождений подземных вод.

Использование космической информации для поисков подземных вод и стройматериалов позволяет установить перспективные участки,для детальной геологической разведки. Тем самым обеспечивается экономия и оптимизация объемов дорогостоящих наземных изысканий: бурения, геофизики, опытных работ.

Л. С. Язвиным и Б. В. Боревским (1976 г.) разработана классификация типов месторождений подземных вод, основанная на анализе источников формирования их эксплуатационных запасов в зависимости от структурно-геологических и геоморфологических признаков. В этой классификации выделяются месторождения подземных вод: речных долин, артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов, трещинно-карстовых массивов горных пород и зон тектонических нарушений, песчаных массивов, межморенных флювиогляциальных отложений, многолетнемерзлых пород [82].

Приведенная классификация показывает, что основой для разработки поисковых критериев на подземные воды могут стать результаты дешифрирования МКФС.

Рассмотрим возможности космической информации при проведении поисковых работ на примере выявления месторождений, подземные воды которых наиболее часто используются при водоснабжении в строительстве.

При поисках месторождений подземных вод в долинах рек представляет интерес выявление террас, сложенных аллювиальными отложениями. Водоносными в них являются породы, представленные песками, гравием, галечниками большой мощности. На космических снимках высокого разрешения, как правило, отчетливо различаются террасы долин рек и типизируются по генетическим признакам. Не менее важное значение при поисковых работах имеет выявление погребенных долин и их элементов. Если установление террас, выраженных в современном рельефе, не представляет сложности и при дешифрировании аэрофотоснимков, аэровизуальных наблюдениях с воздуха и в процессе наземной рекогносцировки, то выявление погребенных долин и их элементов, как правило, устанавливается лишь в процессе бурения скважин и геофизических работ. Значительную роль здесь могут сыграть космические фотоматериалы, позволяющие выявить погребенные долины рек.

Наличие погребенных долин, в пределах которых циркулируют потоки грунтовых вод на небольшой глубине, всегда находит отражение в ландшафтах и проявляется через современный их облик: через растительный покров либо через рельеф, создаваемый возникающими при этом экзогенными процессами и явлениями (просадками, суффозией, карстом и т. п.), что и определяет их дешифрируемость на МКФС. При этом анализ типов локализации природных явлений, возникающих за счет повышенного обводнения горных пород, позволяет устанавливать конфигурацию древних долин, четко фиксировать их размеры и положение отдельных аллювиальных переуглуб- лений.

На рис. 20 приведен аэрофотоснимок одного из участков Южного Приангарья, Он иллюстрирует возможность дистан-

Рис. 20. Аэрофотоизображение делювиальных склонов, маскирующих аллювиальные переуглубления террас (террасо-увалы) — резервуары месторождений строительных материалов (Южное Приангарье):

1 — дугообразные группировки карстовых воронок, возникшие по линиям тылового шва второй надпойменной террасы р. Ангары, сложенной аллювиальными отложениями, перекрытыми делювиальным чехлом; 2 — просвечивающие погребенные карстовые полости в юрских известняках, перекрытые аллювиальными отложениями

ционного выявления аллювиальных переуглублений под склоновым делювиальным чехлом. Для Восточной Сибири характерно формирование особого типа делювиальных склонов, получивших местное региональное название «террасо-увалы». Механизм их формирования связан с тем, что медленные склоновые смещения делювиального чехла привели к нивелировке рельефа аккумулятивных речных террас (рис. 21). В результате при невыраженное™ террас в рельефе в разрезе склона сохраняются аллювиальные переуглубления, которые могут являться резервуарами соответствующих месторождений подземных вод и строительных материалов.

Дешифрирование данных аэрокосмических съемок позволяет обнаруживать подобные погребенные формы. В частности, па представленных рисунках погребенные террасы выявляются па основе анализа плановой конфигурации группировок карстовых воронок. При проведении наземных исследований на этом участке с помощью ‘бурения было установлено, что дугообразные цепи карстовых воронок локализованы по линиям тыловых швов сочленения разновозрастных речных террас, по которым, как правило, разгружаются подземные воды, что способствует интенсификации карста [76].

На рис. 20 в пределах свежераспаханпого поля отчетливо отражаются и погребенные карстовые полости в юрских известняках, перекрытых аллювиальными отложениями. Съемка проведена в мае, т. е. когда сельхозугодий распаханы и наиболее сильно увлажнены. За счет почвенно-коллоидальных процессов большими темными пятнами фиксируются карстовые полости, заполненные каолиновыми глинами, причем мощность перекрывающих их аллювиальных отложений составляет около 5 м. В данном случае каолиновый заполнитель полостей создает особый влажностный режим в перекрывающих отложениях, обусловливающий темный фототон пятен, контролирующих форму погребенных карстовых полостей.

Поиски подземных вод в конусах выноса пролювиальных отложений с помощью МКФС начинаются с операций по их выявлению и оконтуриванию. В этом типе месторождений основным источником формирования эксплуатационных запасов подземных вод являются их естественные ресурсы, расходуемые на испарение и родниковый сток в зоне выклинивания водоносного горизонта. Поэтому большинство конусов выноса содержат подземные воды.

Поиски месторождений подземных вод трещинно-карстовых массивов и разрывных тектонических нарушений весьма эффективны с применением МКФС. В этом случае дешифрирова-

Рис. Й1. Схематический разрез террасо-увалов в Приангарье:

1 — делювиальные суглинисто-щебнистые отложения мощностью 1—5 м- 2 — аллювиальные песчапо-галечниковые отложения II надпойменной террасы р Ангары- 3 -- аллювиальные пссчано-галсчниковые отложения III надпойменной террасы р Ангаоы* 4 — кембрийские известняки; 5— бывший уровень надпойменных террас; 5— зеркало

воды в водохранилище

ние обеспечивает выявление участков интенсивного развития карста и разрывные тектонические нарушения, которые можно, основываясь на их фотоизображении, классифицировать по обводненности, поскольку, как показано в ряде публикаций, интенсивность фотона на космических снимках в пределах разрывных зон корреляционно связана с характером увлажнения горных пород, подчеркиваемым растительным покровом. Большое поисковое значение имеют зоны пересечений разнонаправленных разрывных нарушений (узлы разрывных нарушений), в пределах которых часто отмечается значительное обводнение горных пород, формирующееся за счет восходящих потоков подземных вод по трещинам из нижележащих водоносных горизонтов в вышележащие. Возможности космических снимков в выявлении перспективных участков с данным типом месторождений многообразны, особенно в горных районах.

Поиски месторождений подземных вод песчаных массивов являются наиболее разработанным объектом космофотогидро- геологических изысканий. Исследования в этом направлении долгое время были связаны с поисками линз пресных вод в засушливых областях. Эффективность поисков линз подземных вод по МКФС связана с тем, что они формируются, главным образом, в результате инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации, а снимки, в особенности высокого разрешения, хорошо отражают через ландшафты процессы, происходящие в зоне аэрации.

Под зоной аэрации понимается верхняя часть земной коры, расположенная между дневной поверхностью и зеркалом грунтовых вод. Несмотря на весьма незначительную мощность, через зону аэрации осуществляется влияние на подземные воды большой группы факторов: климата, рельефа, растительности, фильтрационных свойств грунтов и др. В свою очередь подземные воды могут оказывать положительное или отрицательное воздействие через зону аэрации на внешнюю среду. Поэтому изучение зоны аэрации и происходящих в ней процессов осуществляется на основе оценки взаимосвязи компонентов ландшафта, т. е. на основе ландшафтной гидроиндикации [16, 17]. При этом основой поисков подземных вод в пустынях должна стать ландшафтно-гидроиндикационная модель, отражающая предполагаемые взаимосвязи между внешними компонентами ландшафта: растительностью, рельефом, их сочетанием и подземными водами.

Для пустынных и полупустынных районов характерно формирование линз пресных вод не только в песчаных массивах, но и на участках формирования такыров, известных под названием «иодтакырные» линзы. В ряде регионов, например в Тургайском прогибе, широко распространены «подлиманные» линзы, т. е. линзы пресных и слабосолоноватых вод, формирующиеся под суффозионно-просадочными западинами (рис. 22). В литературе имеется ряд сообщений об успешных результатах применения

Рис. 22. Фрагмент аэрофотоснимка участка Тургайской впадины

(Казахстан):

J — линейно-ориентированные системы суффозионно-просадочных западин, индицирующие тектонические нарушения; 2 — крупные западины-индикаторы «подлиманных» линз пресных грунтовых вод (снимок сделан весной, когда западины заполнены водой, поэтому они имеют четкий темный фототон)

космической информации при поисках разных типов локальных скоплений грунтовых вод в пустынях [6, 10, 12, 17, 46, 73, 74].

В области развития многолетнемерзлых пород распространены все вышеназванные типы месторождений подземных вод, но наличие многолетней мерзлоты обусловливает специфические особенности гидрогеологических условий. Одной из таких специфических особенностей является широкое развитие мерзлотных процессов и явлений, с одной стороны, способствующих формированию месторождений подземных вод мерзлотного типа (месторождения в таликовых зонах речных долин, месторождения подмерзлотных вод в артезианских бассейнах и т. д.)gt; а с другой — подчеркивающих (индицирующих) их наличие. Иными словами, мерзлотные процессы и явления, дешифрируемые на МКФС, могут рассматриваться в ряде случаев как индикаторы наличия месторождений подземных вод. В качестве примера можно привести уже упомянутые выше рис. 14, 15.

Дешифрирование спектрозональных КФС высокого разрешения, полученных в летний период съемки (июнь 1979 г.), позволило закартировать все наледи, связанные с выходами под- мерзлотных подземных вод в виде восходящих источников. Проведенное на эту территорию дешифрирование разрывной тектоники и последующий корреляционный анализ связи пораженно- сти территории наледями с тектонической раздробленностью показали, что 80% наледей, связанных с выходами подземных вод, приурочены к обводненным разломам и узлам их пересечения и могут рассматриваться в качестве индикаторов участков, перспективных для поиска месторождений подземных вод в разрывных нарушениях. Полезную в гидрогеологическом отношении информацию можно получить, дешифрируя термокарст, талики и другие явления.

Применение космофотоматериалов при поисках грунтов и стройматериалов целесообразно осуществлять, используя тот же подход, что и при поисках подземных вод, опираясь на данные геоморфологического и ландшафтного дешифрирования, поскольку генезис и литологический состав горных пород, в особенности покровных, интерпретируется на основе изучения форм рельефа, сложенных ими. В тех случаях, когда литологический состав горных пород прямым образом не опознается, дешифрирование приобретает косвенный индикационный характер. В качестве индикаторов состава горных пород используются экзогеиные процессы, создающие физиономичные на космоснимках формы проявления. Например, широкое развитие овражной сети, в плане имеющей перистый или дендритовидный рисунок, — надежный индикатор песчано-глинистых отложений, а наличие группировок карстовых форм индицирует карбонатные породы (известняки, доломиты, мергели).

Оползни, имеющие в плане округлые и овальные очертания (грушевидные, каплевидные, ложкообразные), — признак того, что оползневые смещения происходят в песчано-глинистых лессовидных породах, а скобообразные и фронтальные в плане оползни, создающие блоковую структуру оползневых тел, как правило, развиваются в полускальных многослойных толщах пород.

Наиболее значительным преимуществом космических фотоматериалов при поисках стройматериалов является возможность обнаружения участков, перспективных для поиска грунтов для возведения насыпей, приуроченных к зонам дробления горных пород вдоль тектонических разломов, которые хорошо распознаются на КФС. Причем, типизируя разрывные нарушения по ряду признаков (геометрическим, ландшафтным), можно, как уже указывалось выше, косвенно судить о глубине заложения того или иного разрывного нарушения и соответственно о мощности зоны дробления горных пород. Решение подобной задачи с помощью других методов невозможно или возможно, но несопоставимо с большими материальными и временными затратами.

Космическая информация позволяет получать точную плановую геологическую основу местности, с ее помощью можно выявить площади распространения комплексов горных пород и оконтуривать их. Однако космические фотоматериалы не позволяют получать информацию о положении того или иного вида или разновидности грунта в геологическом разрезе, а тем более не дают точной информации о мощности отдельных слоев или пластов, в особенности, если изучается многослойная толща пород. В связи с этим возможности космической информации при поисках месторождений грунтов и стройматериалов, так же как и при поисках подземных вод, концентрируются на разработке поисковых критериев, что выражается в типизации территории по перспективности ее для поиска стройматериалов и выделении участков, где наиболее целесообразно сосредоточить детальные разведочные работы применительно к различным типам грунтов и стройматериалов.

Ревизия старых инженерно-геологических карт путем их обновления. Одной из наиболее важных проблем транспортного строительства на современном этапе является реконструкция старых железных дорог, создание вторых путей на линиях, испытывающих значительные перегрузки. В этой связи основной задачей инженерно-геологических изысканий явится обновление результатов инженерно-геологических съемок, проведенных ранее, в период, предшествующий строительству старых дорог, с учетом изменений инженерно-геологической и экологической ситуации, вызванных техногенной нагрузкой на геологическую среду. В ряде случаев со времени проведения изысканий этих дорог прошло более 50 лет. За это время изменилась не только топография районов, но и инженерно-геологическая обстановка. Интенсивное хозяйственное освоение этих территорий привело к изменению рельефа, положения в геологическом разрезе грунтовых вод и их качества, возникновению новых экзогенных и техногенных процессов и, в конечном итоге, к изменению инженерно-геологических свойств грунтов.

Использование МКФС позволяет более обоснованно подойти к планированию новых изыскательских работ при реконструкции старых трасс, сосредоточив их на тех участках, где они дадут максимальный эффект. При этом значительная часть информации, необходимой для обновления старых инженерно-геологических карт, может быть получена по результатам дешифрирования космофотоматериалов.

Как известно, основу инженерно-геологических карт составляет информация о составе и состоянии комплексов горных пород и границах их распространения, уровнях грунтовых вод и их химизме, данные о рельефе территории, о характере распространения и развития ЭГП. Путем сопоставления результатов инженерно-геологической интерпретации дешифровочных данных со старой инженерно-геологической картой легко можно установить, на каких участках и как изменились инженерпо-гео- логические условия территории. Эта информация охватывает главным образом данные о рельефе территории, выходах на поверхность или неглубоком залегании подземных вод, зонах дробления горных пород вдоль тектонических нарушений, литологических новообразованиях, проявлениях ЭГП.

Характерным примером такого подхода к ревизии старых картографических материалов может служить ситуация, сложившаяся в Приаральском регионе в связи с проблемой снижения уровня Аральского моря. В этом регионе за последние 25 лет полностью изменились не только топографические, но и гидрогеологические и инженерно-геологические условия, что изменило в корне экологическую ситуацию и условия функционирования сложившейся транспортной сети этого региона. В частности, на Аральском участке Среднеазиатской железной дороги резко ухудшились условия водоснабжения станций и станционных поселков в связи с резким понижением уровня подземных вод и ухудшением их качества, возникли новые, ранее не проявлявшиеся здесь опасные природные процессы, связанные с солевой и эоловой дефляцией, что приводит к песчаным заносам железных и автомобильных дорог. В данной работе не

Рис. 23. Фрагмент карты изменений инженерно-геологических условий Южного Приаралья в связи со снижением уровня моря: Современные морфолитологические образования в зоне осушки.

Эоловые комплексы:

1 —¦ песчаные дюны; 2 — супеси и намывные пески барханов и дюн с участками пухлых солончаков. Морские и аллювиально-дельтовые комплексы; 3 — глинистые пески солончаков; 4 -- опесчлценные суглинки дельты Амударьи; 5 -- глины мелких вторичных солончаков

Хемогенные комплексы:

6 — сильно .засоленные пылеватые пески пухлых солончаков; 7 — соли, гипсы, илы корковых солончаков; 8 — неизменившиеся четвертичные отложения вне зоны снижения уровня моря; 9 — гидросеть

Современные экзодинамические образования:

10 — развитие вторичного засоления, заболачивания и подтопления территорий в результате повышения уровня грунтовых вод в связи с обводнительной мелиорацией; 11 — развитие пухлых солончаков в связи со снижением уровня Аральского моря; 12 — активизация суффозионно-просадочных явлений в связи с понижением уровня грунтовых вод после прекращения орошения земель; 13 — площади, в пределах которых уровни залегания грунтовых вод не изменились и рельеф стабилен: 14 — граница береговой линии (а — по данным 1980 г.; б — по данным 1987 г.); 1!gt; — растресканные глинистые поверхности, недавно освободившиеся из-под воды, лишенные почвенно-растительного покрова проводится анализ причин этих явлений, так как они в настоящее время общеизвестны и являются проявлением неправильной водохозяйственной политики, осуществлявшейся в этом регионе многие десятилетия. Печальные последствия этого превратили Приаралье в зону экологического бедствия.

Автор проводил исследования в этом регионе именно в связи с оценкой изменений геологической среды под влиянием снижения уровня моря, базируясь на анализе разновременных МКФС 1974, 1977 и 1981 гг. Результаты этих исследований были опубликованы [58]. На рис. 23 приводится фрагмент карты, составленной по МКФС, характеризующей изменения геоэкологических условий за период исследований, дополненный данными дешифрирования космических снимков 1987 г. Представленный фрагмент карты фиксирует возможности МКФС в оцен-

Рис. 24. Фрагмент мелкомасштабного космического фотоснимка Приташ- кентского района (Тянь-Шань):

1 — древние оползневые цирки, борта которых сопряжены с тектоническими разломами, в пределах которых унаследованно развиваются современные оползни различного типа; 2 — селевые русла и конусы выноса; 3 — глубинные разломы; 4 — система локальных разрывных нарушений

Рис. 25. Схема инженерно-геологического районирования снимка на рис.

24 (на уровне инженерно-геологических областей): — высокогорья с эрозионно-тектоническим и эрозионно-гляциальным типами рельефа, с абсолютными отметками более 2000 м, глубиной расчленения рельефа более 600 м и крутизной склонов более 40°, на скальных породах преимущественно палеозойского возраста рыхлый чехол отсутствует (приурочены к водоразделам и приводораздельным частям склонов доминирующих хребтов, пораженным обвалами, осыпями и распространением очагов формирования лавин и водоканальных селей); 2 — среднегорья и низ- когорья с эрозионно-денудационным типом рельефа,              с абсолютными отметками

1500—2000 м, глубиной расчленения рельефа 300—600 м и крутизной склонов 30—50°, на скальных и полускальных породах преимущественно палеозойского возраста с маломощным чехлом рыхлых отложений (приурочены к водоразделам и склонам средних и низких гор, пораженных осыпями и поверхностными оползнями, с глубиной захвата пород смещением до 3 м и распространением участков формирования и транзита водокаменных селей); 3 — предгорья с эрозионным типом рельефа, с абсолютными высотными отметками 1200—1700 м, сильно расчлененные современной эрозией, со средней густотой эрозионного расчленения 2,9 км/км2, глубиной расчленения до 300 м и крутизной склонов 25—35°, на полускальных и связных породах мезокайнозойского возраста с мощным (до 100 м) чехлом лёссовидных пород (приурочены к водоразделам

ке динамики рельефа, литологии, подземных вод, ЭГП, что составляет основную нагрузку в обновлении старых инженерногеологических карт.

Изменения в инженерно-геологической ситуации, которые выявляются путем дешифрирования, наносятся на специальную карту, составляемую по МКФС, — космокарту. При наличии старых результатов изысканий, в том числе и инженерно-геологической карты масштаба 1:25 000—1:50 000, объем получаемой при дешифрировании МКФС информации составляет 40— 50% объема информации, отражаемой на кондиционных картах. В связи с этим роль наземных изысканий заключается в решении двух задач: оценке достоверности результатов дешифрирования и получении дополнительной информации, которую оно не обеспечивает. Основанием для планирования и выбора оптимального объема наземных инженерно-геологических изысканий должна стать инженерно-геологическая космофотокарта, составленная по данным дешифрирования разномасштабных МКФС, но при основном рабочем масштабе 1:100 000 и крупнее. Она представляет собой фотооснову, приведенную в систему координат, соответствующую номенклатуре определенной трапеции государственной топогеодезической разграфки (в соответствии с масштабом), на которую перенесена инженерногеологическая информация, полученная по данным дешифрирования [75].

Принципиальное отличие инженерно-геологических космофотокарт от традиционных заключается в том, что в основе первых лежит информация, полученная в результате дешифрирования МКФС. С одной стороны, космофотокарты содержат количественно гораздо большую контурную информацию об инженерно-геологических условиях самой верхней части земной коры (зона аэрации и первые от поверхности водоносные горизонты), т. е. там, где наиболее отчетливо проявляются ландшафтные взаимосвязи, а с другой — уступают традиционным картам в отношении информации о составе горных пород и содержащихся в них подземных водах, залегающих ниже первых от поверхности водоносных горизонтов. Большая часть полез- и склонам предгорий и к высоким эрозионным и цокольным террасам крупных рек, сильно пораженным блоковыми оползнями с глубиной захвата пород смещением до 20 м, оползнями-потоками и поверхностными оползневыми смещениями, развитыми в пределах древних оползневых цирков; интенсивно развиваются современные эрозионные процессы, происходит пополнение твердой составляющей селей грязевым материалом); 4 — предгорья с аккумулятивно-эрозионным и эрозионно-аккумулятивным типами рельефа, с абсолютными высотными отметками 1200—1700 м, слабо расчлененные современной эрозией, со средней густотой расчленения 0,9 км/км2, глубиной расчленения до 100 м и крутизной склонов 25—35° на полускальных и связных породах преимущественно кайнозойского возраста, с маломощным чехлом лёссовидных пород — до 25 м (приурочены к высоким цокольным и аккумулятивным террасам крупных рек, склоны которых слабо поражены оползнями-блоками, оползнями-потоками и поверхностными оползнями; распространены конусы выноса грязекаменных селей); — равнины с эрозионно-аккумулятивным типом рельефа, с абсолютными высотными отметками 400—900 м, с глубиной расчленения до 100 м и крутизной склонов до 25°, на полускальных и связных породах мезо-кайнозойского возраста, перекрытых мощной толщей четвертичных отложений (приурочены к долинам крупных рек); 6 — наложенные конуса выноса пролювиальных отложений селеносных долин; 7 — поймы рек

Рис. 26. Фрагмент мелкомасштабного космического фотоснимка пустыни Устюрт (белые пятна — линейно-ориентированные солончаки, совпадающие с зоной разлома, по которой осуществляется подток и разгрузка соленых подземных глубоких горизонтов)

ной информации, содержащейся на космофотокартах, может быть получена в процессе наземных съемочных работ, поэтому составление инженерно-геологических космофотокарт позволяет прежде всего наиболее рационально осуществить наземные изыскания. Вместе с тем МКФС позволяют получить новые данные, которые с помощью других методов выявить трудно, а иногда и невозможно.

Инженерно-геологические космофотокарты необходимо рассматривать не в качестве заменяющих кондиционные материалы съемочных работ, а как вспомогательные, позволяющие получить дополнительную информацию. Расчеты геологического и технико-экономического эффекта, получаемого в результате их применения, показали, что возможны два пути:

опережающее составление инженерно-геологических космофотокарт (районирования и инженерно-геологических условий) с целью наиболее рационального проведения дорогостоящих наземных изысканий;

ревизия имеющихся материалов и доизучение территорий с целью получения дополнительной информации и создания обобщающих карт.

Первый путь наиболее перспективен в районах проектирования и строительства новых железнодорожных и автодорожных линий. В большинстве случаев это районы Севера, Сибири и Северо-Востока. В этих районах государственная инженерно

геологическая съемка еще не проведена и базового материала для инженерно-геологических изысканий в необходимом объеме не существует. В связи с этим опережающее составление инженерно-геологических космофотокарт в масштабах 1:50 000— 1:200 000 (в зависимости от протяженности объекта) крайне необходимо. При этом целесообразно составление как оценочных карт инженерно-геологического районирования синтетического типа, так и аналитических карт по оценке конкретных инженерно-геологических условий, например сейсмической и оползневой опасности, наледеобразования, обводненности грунтов и т. п.

Рис. 27. Схема гидрогеологического дешифрирования космофотоснимка участка пустыни Устюрт (основные области питания подземных вод): Воды четвертичных эоловых отложений:

1 — области преобладания инфильтрации над испарением

Воды четвертичных пролювиальных отложений: — области инфильтрационного питания спорадически распространенных вод

Воды миоценовых морских отложений: — области преобладания инфильтрации над поверхностным стоком; 4 — области преобладания поверхностного стока над инфильтрацией

Основные области разгрузки:

5 — области частичной разгрузки вод миоценовых и четвертичных отложений в результате внутригрунтового испарения и десукции; 6 — области окончательной разгрузки вод миоценовых и четвертичных отложений в результате внутригрунтового испарения; 7 — области разгрузки вод миоценовых отложений и, возможно, более глубоких горизонтов; 8 — области разгрузки вод миоценовых горизонтов в виде родников чинковой зоны; 9 — области преобладания испарения над инфильтрацией в эоловых четвертичных

отложениях

Прочие обозначения:

10 — зоны повышенной трещиноватости более обводненные; 11 — зоны повышенной тре-

щиноватости менее обводненные; 12 — направление движения подземных вод; 13 —

границы гидродинамических областей; 14 — флексуры; 15 — с) минерализация;

б) глубина залеганий подземных вод

Рис. 28. Схема инженерно-геологического дешифрирования космофотоснимка участка пустыни Устюрт:

Генетические типы и возраст отложений:

/ — делювиально-коллювиальные плиоцен-четвертичные (dcNz—Q) глыбово-щебнистые отложения с супесчано-суглинистым заполнителем. Мощность до 30 м; 2 — элювиальные четвертичные (elIV) щебнисто-суглинистые отложения. Мощность 1—2 м; 3—элювиальноделювиальные четвертичные (edI —IV) супесчано-суглинистые отложения с включениями щебня, известняка. Мощность 1—5 м; 4 — пролювиальные верхнбчетвертичцые и современные (рШ —IV) супесчано-суглинистые отложения. Мощность 5—10 м; .5—делювиальнопролювиальные верхнечетвертичные и современные (dp\\\ — IV) песчано-глинистые отложения. Мощность 2—4 м; 6 — хемогенно-эоловые современные (hV IV) суглинисто-песчаные отложения. Мощность до Юм; 7 — эоловые современные (V IV) песчаные отложения. Мощность 10—12 м; 8 — хемогенные современные (ЛК IV) суглинистые и песчано-глинистые отложения. Мощность 2—8 м. 9 — озерно-аллювиальные плиоцецчетвертичные

3

(IQN2—Q) песчано-глинистые отложения. Мощность 16—17 м; 10 — морские миоценовЕяс

g

сарматские (mN\ S) отложения (известняки, мергели, глины). Мощность 40—60 м; 77 —

2              3

морские олигоценовые (mp3 ) глинистые отложения. Мощность 5—50 м

Геоморфологические элементы:

12 — крутые уступы; 13 — пологие уступы; 14 — бугристо-ячеистые пески (высота бугров 3—4 м); /5— барханные пески (высота барханов до 10—11 м); 16 — грядовые пески (высота гряд 4—6 м)

Современные экзогенные процессы: — политеистические гравитационные склоновые процессы (осыпи, обвалы, оползни); — линейная эрозия; 19 — интенсивное оврагообразование; 20 — развевание; 21 —

засоление; 22 — такырообразование

Прочие обозначения:

23 — границы геолого-генетических комплексов отложений дешифрируются: а) уверенно; б) неуверенно; 24 — геологические индексы комплексов отложений: числитель — верхнего, знаменатель — подстилающего

В качестве примера на рис. 24 и 25 приведены фрагмент космического снимка Приташкентского района и схема его инженерно-геологического дешифрирования, положенная в даль-

Рис. 29. Фрагмент карты наледной опасности по трассе железной дороги Беркакит—Томмот (по А. Г. Топчиеву)

Наледи: — менее 100 тыс. м3; 2 — от 100 тыс. до 300 тыс. м3;              3 — от 300 тыс. до

500 тыс. м3; 4 —gt; от 500 тыс. до 1000 тыс. м3; 5 — более 1000 тыс. м3

Наледнал опасность:

6 — менее 1; 7 — от 1 до 2; 8 — от 2 до 3; 9 — от 3 до 4; 10 — более 5

Распределение коэффициента наледности по территории• — менее 0,0001; 12 — от 0,005 до 0,001; 13 — от 0,001 до 0,005; 14 — от 0,005 до 0,01;

15 — от 0,01 до 0,05; 16 — от 0,05 до 0,1; 17 — от 0,1 до 0,5; 18 — более 1

Прочие обозначения: — кадастровый номер наледи; 20 — граница наледных бассейнов; 21 — населенные пункты; 22 — железные дороги; 23 — шоссе; 24 — реки и ручьи, отметка уреза воды;

25 — отметки высот

нейшсм в основу карты инженерно-геологического районирования. По космическому снимку среднего масштаба выделены инженерно-геологические области (по схеме И. В. Попова) на основе комплекса геоморфологических, геолого-литологических и экзодинамических признаков. Среди них учитывались генезис, возраст, морфография, морфометрия рельефа, состав и возраст коренных пород и четвертичных отложений, особенности проявления и локализации опасных ЭГП.

Примером оценочных карт аналитического типа могут служить материалы, приведенные на рис. 26—28.

В частности, рис. 26 и 27 иллюстрируют оценку обводненности пород в тектонически нарушенной зоне в условиях пустыни Устюрт в зоне пролегания железной дороги Москва—Ашгабад по космическому фотоснимку среднего масштаба. По зонам разломов осуществляется подток соленых подземных вод глубоких горизонтов, разгрузка которых приводит к формированию крупных солончаков (белые линейно ориентированные пятна). В комплексе с результатами инженерно-геологического дешифрирования этого же снимка (см. рис. 28) получается ясная картина гидрогеологической ситуации на этом участке. В данном случае дешифрирование МКФС дополняет старые карты информацией о гидрогеологической оценке зон разломов.

Другим примером оценочной карты аналитического типа может служить рис. 29, на котором дан фрагмент карты налед- ной опасности в районе строительства железной дороги Берка кит—Томмот, составленной в 1982 г. А. Г. Топчиевым для обоснования ее проектирования. По МКФС выполнен анализ паледеобразования и на уровне количественных оценок определена наледная опасность, что позволяет обоснованно подойти к планированию и размещению объемов изыскательских работ.

Второй путь эффективен при инженерно-геологических изысканиях для обоснования проектных решений по реконструкции старых дорог с целью оценки изменений в инженерно-геологической обстановке и обновления карт.

МКФС находят широкое применение при инженерно-геологических изысканиях. Но наиболее эффективно их использование на этапах предпроектных разработок для обоснования проектных решений по размещению трасс, сравнению их различных вариантов, оценке сложности строительства и реконструкции объектов. Поэтому сфера применения космической информации при инженерно-теологических изысканиях локализуется на решении комплекса задач для стадии ТЭО строительства.

Информативность МКФС для решения задач инженерно-геологических изысканий исследована -достаточно полно. Результаты этих исследований, опубликованных в работах [5, 6, 17, 21, 28, 31, 40, 43, 64, 65, 73, 72, 74], обобщены в табл. 3. В большинстве работ, посвященных исследованиям в данном направлении, основные перспективы сконцентрированы на тех вопросах, кото- 74

Таблица 3. Возможности МКФС в получении инженерно-геологической информации, необходимой для обоснования проектных решений               (составлена по данным обобщения опубликованных работ)

рые ,в общем виде были рассмотрены в настоящем разделе. В ближайшее время именно они будут являться объектами инженерно-теологического анализа МКФС, в частности: Оценка инженерно-геологического и сейсмотектонического значения зон тектонических нарушений с точки зрения их влияния на устойчивость сооружений. Изучение пространственной локализации ЭГП и анализ факторов, определяющих их возникновение и развитие. Оценка динамики и активности развития ЭГП. Разработка «поисковых критериев на подземные воды и стройматериалы и (выявление перспективных участков для их геологической разведки. Ревизия старых инженерно-геологических карт путем их обновления в масштабах 1:50 000 — 1:200 000 и составление новых карт на районы перспективного строительства.

В «последующих разделах книги будут подробно рассмотрены новые методические решения, позволяющие эффективно использовать МКФС в практике инженерно-теологических изысканий.