ТЕКТОНИЧЕСКИЕ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОПРИРОДНЫХ КАТАСТРОФ
ТЕКТОНИЧЕСКИЕ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОПРИРОДНЫХ КАТАСТРОФ |
|
| Доклад на семинаре "СТИХИЯ", проводимом Институтом "СИНЭКО" |
Ю.М.Вольфман, Н.Н.Новик
Огромное значение для рациональной и безопасной хозяйственной деятельности человека имеет изучение строения, свойств и закономерностей развития геологиче-ской среды, которую можно рассматривать как совокупность открытых, разномас-штабных, различных по составу, строению и по особенностям функционирования природных геологических систем. Происходящие в геологической среде глубинные и приповерхностные процессы (землетрясения, оползни, карстообразование, обвалы и пр.) могут представлять угрозу как для возводимых человеком объектов различно-го назначения, так и для его жизни. Кроме того, в процессе своей жизнедеятельности человечество само оказывает на геологическую среду интенсивное воздействие, в результате которого зачастую нарушается равновесие существующих природных геологических систем. Это нередко приводит к активизации негативных (иногда не-обратимых, с катастрофическими последствиями) геологических процессов.
Природные геологические системы (геосистемы) представляют собой от-крытую для внешнего воздействия совокупность структурно-вещественных элементов в некотором объеме геологической среды, функционально взаимосвя-занных посредством энергообмена или массопереноса, как между собой, так и с другими геосистемами или их элементами. В случае привнесения в природную геосистему возмущающих техногенных факторов, способных изменить свойства по-следней и оказать влияние на особенности ее функционирования, данная геосистема может быть отнесена к разряду природно-техногенных или техноприродных. До определенного времени элементы геосистемы находятся в условиях динамического равновесия с другими элементами и геосистемами, с которыми они также связаны энергообменом или обменом вещества посредством массопереноса. Однако посто-янно действующие или повторяющиеся внешние (в том числе, техногенные) воздей-ствия на них могут привести к аддитивности возмущения, нарушению связей, обес-печивающих устойчивое функционирование природной геосистемы, и в результате - к необратимым изменениям, нередко носящим катастрофический характер, после чего восстановление динамического равновесия природной или природно-техногенной геосистемы возможно только на новом энергетическом уровне. Поэто-му при исследованиях природных систем следует обращать особое внимание на те из них, в которых процессы саморегуляции, с точки зрения скорости накопления возмущений и их релаксации, не равновесны и приводят к аддитивности возмущения и, в конечном итоге, к катастрофической развязке.
А.Е.Шейдеггер термином "природная катастрофа" (по отношению к человеку) обозначил "...любое изменение окружающей среды, ставящее под угрозу его (чело-века - авт.) жизнь или влияющее нежелательным образом на его работу" [1, стр.7]. И далее: "... катастрофа - это следствие нарушения стабильного состояния системы в определенном месте и в определенное время" [там же, стр.8]. Учитывая все вышеиз-ложенное, можно сказать, что геологическая природная катастрофа - это пред-ставляющее опасность для человека быстрое (в геологическом времяисчисле-нии) необратимое изменение состава, строения и (или) состояния геологиче-ской среды, обусловленное нарушением связей, обеспечивающих длительное ус-тойчивое функционирование природной геосистемы или нескольких геосистем, произошедшее под влиянием постоянно действующих или периодически повто-ряющихся аддитивных внешних по отношению к этим системам воздействий. В зависимости от того, каково происхождение аддитивных воздействий, приведших к катастрофическому развитию геосистемы, - естественное или искусственное - гео-логические катастрофы можно считать природными или природно-техногенными (техноприродными).
С некоторой долей условности, в зависимости от размеров геосистем, объемов слагающего их вещества (горных пород, подземных вод и т.п.), порядка и ранга вхо-дящих в их состав структурных элементов, и, как следствие этого, в зависимости от энергетического уровня аддитивных возмущений, способных вывести геосистему из статического или динамического равновесия, и количества энергии, выделяемого при их катастрофическом развитии, все геосистемы можно разделить на природные надрегиональные (мегагеосистемы), природные (природно-техногенные) региональ-ные (макрогеосистемы) и локальные геосистемы. Каждый ранг геосистем характери-зуется определенным набором структурно-вещественных элементов, а также геоди-намическими особенностями функционирования и взаимодействия этих элементов, что предопределяет, в конечном итоге, характер сопутствующих негативных геоло-гических явлений и виды геологической опасности для человека, обусловленной ка-тастрофическим развитием геосистем.
Так, структурно-тектоническими элементами надрегиональных геосистем (ме-гагеосистем) являются крупные геоструктуры (мегаблоки, области с разными типа-ми, мощностью и степенью консолидации земной коры), сочленяющиеся между со-бой по зонам новейших (активизированных) разломов самого крупного - lll-го ранга. Геодинамические особенности функционирования мегагеосистем определяются взаимодействием и взаимоперемещением этих геоструктур земной коры под влия-нием планетарных полей напряжений преимущественно 1-го порядка [2-4] вдоль зон разломов также 1-го порядка, представленных сдвигами, реже - взбросо- и сбросо-сдвигами, взбросами, сбросами. Масштаб геосистем и особенности их функциони-рования предопределяют виды и энергетический уровень негативных (для человека) геологических явлений и, соответственно, типы возможных геологических катаст-роф и виды геологической опасности. Это, главным образом, повышенная сейсмич-ность, проявляющаяся в пределах горно-складчатых поясов и их структурного об-рамления, в областях молодой консолидации и по периферии древних консолидиро-ванных массивов. При этом очаги землетрясений с максимальными магнитудами со-средоточены в узлах пересечения крупных разломных зон [5,6]. Нередко следствием функционирования мегагеосистем является активная вулкано-магматическая дея-тельность. Поскольку планетарное поле тектонических напряжений обусловлено, в основном, постоянно действующими лунно-солнечными приливными деформациями тектоносферы (волнами сжатия-растяжения) и ротационными силами, энергетиче-ский уровень, обеспечивающий функционирование мегагеосистем является чрезвы-чайно высоким. Об этом можно судить по величине энергии, выделяемой при круп-ных землетрясениях, и по объемам извергающегося вулканического материала.
Колоссальные массы вещества, задействованного в развитии геосистем этого ран-га, и чрезвычайно высокий энергетический уровень взаимодействия слагающих их структурно-вещественных элементов делают, как правило, невозможным в настоя-щее время непосредственное вмешательство человека в функционирование мегагео-систем. Вследствие этого и сами мегагеосистемы, и обусловленные их функциони-рованием геологические катастрофы являются, в основном, природными без участия какого-либо техногенного фактора. Правда, подобное утверждение может быть при-нято, в силу ряда обстоятельств, лишь с некоторыми оговорками. Во-первых, разви-тие технического прогресса и возможность в недалеком будущем овладения челове-ком новыми мощными источниками энергии могут привести к прямому (умышлен-ному или нечаянному) вмешательству человека в глобальные природные (в том чис-ле, и геологические) процессы, к значительному нарушению существующих на пла-нете энергетического баланса и геодинамического режима. Во-вторых, и в настоя-щее время можно предположить некоторое опосредованное влияние человека на тектоносферу в целом в весьма крупных масштабах. Одна из схем этого влияния может быть следующей: жизнедеятельность человека приводит к изменению клима-та на планете (например, к созданию так называемого парникового эффекта); при этом происходит изменение статических и динамических параметров атмосферы и гидросферы. Соответствующим образом трансформируются степень и характер их влияния на геологическую среду и слагающие ее мегагеосистемы, что, в свою оче-редь, приводит к изменению динамических параметров функционирования этих геосистем. Создание детерминированных моделей этого и других подобных процес-сов в настоящее время вряд ли возможно, однако разработка прогнозных сценариев их развития хотя бы на качественном уровне является вполне разрешимой и весьма насущной задачей.
Тем не менее, возможности прямого вмешательства человека в функционирова-ние мегагеосистем в настоящее время весьма ограничены, и доля техногенного фак-тора в их развитии несравнима с таковой в геосистемах более низких рангов, осо-бенно, в локальных геосистемах. По этой же причине меры защиты от геологических катастроф этого ранга носят преимущественно пассивный характер, выражающийся в выборе относительно безопасных (асейсмичных или с пониженной сейсмично-стью) территорий для промышленного и гражданского строительства. Научным обоснованием для такого выбора являются результаты сейсмического (общего или детального) районирования сейсмоопасных территорий. В случаях, если уход за пределы сейсмоопасных территорий невозможен по каким-либо причинам, для строительства применяются специальные конструктивные и планировочные меро-приятия, повышающие до безопасного уровня сейсмостойкость возводимых зданий и сооружений.
Общее или детальное сейсмическое районирование имеет целью изучение про-странственно-временных и энергетических особенностей функционирования сейс-мотектонических мегагеосистем и предполагает, в конечном итоге, выделение сейс-могенерирующих структур (зон возможного возникновения очагов землетрясений - зон ВОЗ), оценку их сейсмического потенциала и определение степени воздействия на изучаемую территорию землетрясений, как генерируемых этими зонами, так и удаленных от объекта районирования. Некоторые результаты подобного сейсмотек-тонического анализа, проведенного авторами для Транскарпатской (Западно-Украинской) сейсмотектонической провинции, опубликованы ранее [5]. При этом в качестве минимальной и элементарной геодинамической единицы, отвечающей масштабу изучаемой мегагеосистемы и отражающей в полной мере современные геодинамические особенности последней, была принята Восточно-Карпатская складчатая дуга с прилегающими к ней Предкарпатским и Закарпатским прогибами и смежными участками юго-западного склона Восточно-Европейской платформы. Изолированное рассмотрение меньших блоков земной коры или частных геологиче-ских структур, участвующих в строении мегагеосистемы, привело бы к сокращению информационного пространства и, как результат, к возможным ошибочным заклю-чениям о сейсмическом потенциале как отдельных частных структур, так и всей ме-гагеосистемы в целом. Исследования показали, что основные очаги транскарпатских землетрясений (с магнитудой 4 и более), зарегистрированные в пределах Западно-Украинской сейсмотектонической провинции, структурно приурочены к диагональ-ным системам крупных зон разломов земной коры, главным образом, к узлам их пе-ресечений. Это свидетельствует в пользу того, что сейсмотектонические процессы в Восточных Карпатах, в основном, обусловлены планетарными системами полей на-пряжений I-го порядка, описанными авторами ранее, в том числе и в предыдущей статье этого сборника [2,4]. Эта связь послужила основой для расчетов пространст-венно-временных и энергетических параметров сейсмического режима и оценки их предельных значений для территории Западно-Украинской сейсмотектонической провинции [5]. Таким образом, была показана возможность создания детерминиро-ванной модели мегагеосистемы с целью прогноза сейсмической опасности на основе результатов системного изучения геодинамики, проявившейся в морфологии и ки-нематике неотектонических структур и в пространственно-временных особенностях распределения очагов землетрясений. Аналогичный подход к оценке предельных параметров сейсмичности на уровне мегагеосистем, основанный на установлении корреляционных зависимостей между характеристиками структурно-тектонических элементов этих мегагеосистем и данными сейсмологических наблюдений, применим и для других сейсмоактивных регионов, в том числе, для Крымско-Черноморской и Восточно-Украинской сейсмотектонических провинций Украины.
Структурно-тектоническую основу региональных геосистем (макро-геосистем) составляют крупные блоки (макроблоки) земной коры и новейшие (активизирован-ные) разломы ll ранга - сдвиги, реже - взбросо- и сбросо-сдвиги, надвиги, взбросы, сбросы. Взаимодействие и взаимоперемещение этих блоков земной коры происхо-дит под влиянием планетарных полей напряжений 1-го и реже - 2-го (трансформиро-ванного) порядков. Вещественными элементами геосистем этого уровня являются региональные формационные (структурно-формационные) и инженерно-геологические комплексы, характеризуемые значительным площадным распростра-нением. Последнее обстоятельство определяет однотипность проявления негатив-ных геологических процессов и явлений на больших территориях и, соответственно, возможность возникновения в пределах этих территорий геологических катастроф, близких по своей природе. В качестве примеров таких вещественных комплексов можно привести карстующиеся известняки, лессы и лессовидные породы, пользую-щиеся широким распространением в некоторых регионах Украины. Основную опас-ность, обусловленную функционированием макрогеосистем, представляют повы-шенный (по сравнению с фоновым в регионе) уровень сейсмичности, особенно, в узлах пересечений региональных (II-го ранга) разломов, вулканические и грязевул-канические проявления, процессы оползнеобразования, карстообразования и дру-гие. Большую роль в подготовке некоторых видов геологических катастроф, таких, как активизация оползней, возникновение суффозионно-карстовых провалов и т.п., играют региональные гидрогеологические условия и, главным образом, региональ-ное или даже локальное, в том числе - техногенное, нарушение условий естествен-ного водообмена.
На первый взгляд, в вышеприведенной систематике существует противоречие между рангом геосистем и размерами обусловленных их функционированием ката-строф. Так, лессовая формация имеет региональное распространение и является со-ставной частью соответствующей региональной геосистемы, в то время как природ-ные катастрофы, обусловленные полной или частичной потерей несущей способно-сти лессовых грунтов, охватывают локальные по размерам участки, протяженностью десятки-первые сотни метров. Аналогичным образом, землетрясения (даже очень крупные) происходят в объеме тектоносферы, характеризуемом гораздо меньшими размерами, чем та мегагеосистема, следствием развития которой данные землетря-сения явились. Причина этого кажущегося несоответствия заключается в том, что катастрофические явления как способ релаксации возмущений, которым подвергает-ся геосистема, происходят не повсеместно, а в самом слабом на момент катастрофы звене данной геосистемы, где сконцентрировано аддитивное суммарное воздействие нескольких факторов, действующих в одном направлении. Поэтому причины (в том числе и техногенные) катастрофического развития геосистем зачастую не могут быть определены однозначно и приписываться воздействию одного какого-либо фактора. В качестве же видимой причины геологической природной или технопри-родной катастрофы может выступать тот фактор, который сыграл лишь роль "спус-кового крючка" в момент, когда геосистема уже находилась в состоянии, близком к критическому, под аддитивным воздействием нескольких других факторов. При этом, как показывает опыт изучения причин природных и техноприродных геологи-ческих катастроф, прямое или опосредованное влияние тектонических элементов (или их подсистем) и геодинамических обстановок играет весьма существенную роль в подготовке катастрофического развития многих макрогеосистем.
Проиллюстрировать вышесказанное можно на примере катастрофического ополз-ня-потока, активизировавшегося 6 июня 1997 г. в микрорайоне Тополь-1 г. Днепро-петровска, и катастрофического оползня, возникшего 18-19 апреля 1997 г. на 18-м км автодороги Севастополь-Ялта. Первая из этих катастроф произошла в пределах древней консолидированной платформы в зоне развития пород лессовой формации, вторая - в пределах альпийской горно-складчатой области, характеризуемой актив-ной тектоникой, сложным геологическим строением и многообразием веществен-ных (формационных) комплексов.
Микрорайон Тополь-1 г. Днепропетровска расположен на межбалочном водораз-дельном плато в зоне развития верхнеплиоцен-четвертичных лессовых грунтов, мощность которых составляет более 30 метров. По своей несущей способности они относятся к категории слабых грунтов и характеризуются чередованием водопрони-цаемых и относительно водоупорных слоев. Лессы залегают на региональном водо-упоре, представленном красноцветными верхнеплиоценовыми глинами. Ниже по разрезу расположены миоцен-плиоценовые карбонатно-терригенные осадочные об-разования, а с глубины 80-100 м - породы гранитно-метаморфического фундамента Украинского кристаллического щита. Активизация оползня произошла по причине разжижения лессовых грунтов и полной потери их несущей способности. В резуль-тате этого грязеводяной поток вынес в смежную с микрорайоном балку огромную массу пород с образованием воронки площадью приблизительно 300х100 м и глуби-ной более 20 м. В считанные минуты были полностью разрушены девятиэтажный жилой дом, школа, детские сады, гаражные и другие хозяйственные постройки, по-гиб человек.
Произошедшая катастрофа явилась следствием чрезмерного подтопления терри-тории, которое, на первый взгляд, было обусловлено исключительно техногенными (утечки из водонесущих коммуникаций и уменьшение испарения за счет асфальти-рования улиц, хозяйственных площадок, высокой плотности застройки) и экзоген-ными (инженерно-геологическими и гидрогеологическими) процессами. Однако, в процессе биогеофизического изучения особенностей изменения параметров естест-венного электромагнитного поля Земли (ЕЭМПЗ) была установлена пространствен-ная связь зон развития подтопления лессовых грунтов как с понижениями рельефа первого регионального водоупора, так и с разрывными тектоническими нарушения-ми в фундаменте и осадочном чехле.
Анализ откартированных тектонических разрывов показал, что они являются раз-новозрастными и часто состоят из отдельных отрезков, которые по своему прости-ранию и падению сместителей не отвечают парагенезисам разрывов, образовавших-ся в едином и синхронном поле планетарных тектонических напряжений. Однако в процессе новейших стадий тектогенеза произошла активизация и объединение в единые разломные зоны тех из них, которые более всего соответствовали современ-ным системам напряжений, независимо от порядка и их типа по отношению к поло-жению оси максимальных сжимающих (растягивающих) напряжений (R-, L- сколы, отрывы) в момент их образования. Оказалось, что ориентировка простираний выяв-ленных активизированных разломов (рис.1) соответствует установленным прямыми наблюдениями в складчатых областях парагенезисам разрывов альпийского текто-генеза, образованных в планетарных полях тектонических напряжений, характерных для плейстоцена [2,3]. Из множества разрывов и их фрагментов, откартированных на площади исследований, не оказалось таких, которые не соответствовали бы новей-шим и ныне действующим планетарным системам напряжений. При этом значитель-но преобладают структуры, образующие левосдвиговый парагенезис разрывов севе-ро-западного простирания, свидетельствуя о том, что состояние планетарных полей напряжений на изучаемой площади с большой долей вероятности соответствует ус-ловиям субширотного сжатия или субмеридионального растяжения.
Современная (новейшая) активизация разрывных структур повлекла многочисленные и разнообразные последствия: а) движения крыльев разломных зон в виде крипа, что само по себе уже представляет опасность для инженерных сооружений; б) формирование открытых систем трещин и зон повышенной тектонической трещиноватости в кристаллическом фун-даменте и в нижней части осадочного чехла с потенциальными возможностями их обводне-ния; в) образование трещинных структур, проникающих в отложения верхней части осадоч-ного чехла и способствующих, тем самым, формированию фильтрационных окон в водо-упорных горизонтах; г) образование понижений рельефа на поверхности регионального во-доупора плиоценовых глин. Зоны тектонических разрывов и погребенные эрозионные фор-мы рельефа на поверхности глин регионального водоупора способствовали концентриро-ванному перераспределению подземного стока, а по мере формирования грунтовых потоков - все более полному обводнению разреза (включая относительно водоупорные горизонты) и поднятию уровня грунтовых вод в их пределах, в том числе, и за счет развивающегося подпора грунтовых вод в результате снижения водопроницаемости лессовых грунтов при их водонасыщении. В итоге, это обусловило чрезмерное подтопление и полное разжижение грунта, а также предопределило возникновение многочисленных развивающихся деформа-ций зданий и сооружений, прежде всего, в пределах откартированных зон (участков) разви-того подтопления и наиболее полного водонасыщения грунтов. Вне разломных зон и пони-жений рельефа регионального водоупора степень водонасыщенности геологического разре-за постепенно уменьшается.
Результаты проведенных исследований позволили построить карту зон повышен-ной геолого-экологической опасности для территории микрорайона Тополь-1 и при-легающих участков (рис. 2), содержащую также элементы геолого-экологического прогноза.
Оползень, активизировавшийся на 18-м км автодороги Севастополь-Ялта, прохо-дящей в этом месте вдоль склона небольшой горной реки, разрушил участок полотна дороги длиной около 80-100 метров, при этом вертикальная амплитуда смещения оползневого массива по заколам в головной части составила 10-15 метров. Ком-плексное изучение геолого-структурных и гидрогеологических условий, спровоци-ровавших активизацию процессов оползнеобразования на данном участке, показало, что оползень активизировался в зоне сочленения двух активных тектонических раз-рывов: сдвиговой разломной зоны северо-западного простирания и примыкающей к ней с северо-востока зоны надвига, по которой юрские известняки надвинуты на глины нижнего мела. Вдоль фронта надвига сформировалась мощная зона тектони-ческого меланжа (рис.3), представленная глыбами известняков и рассланцованными перетертыми глинами с многочисленными зеркалами и поверхностями скольжения. Формирование вышеназванных зон обусловлено субширотным планетарным сжати-ем и системами напряжений, производными от него. Разрывы северо-западной ори-ентировки образуют левосдвиговый парагенезис, в котором структуры I-го порядка представлены субвертикальными R- и L-сколами (рис.4). На протяжении альпийско-го тектонического этапа они меняли ориентировку, соответственно, от 300° до 285° и от 320° до 305°. Структуры второго порядка представлены только субвертикальными R-сколами с ориентировкой 350°- 332°. Левосдвиговые перемещения по разрыву северо-западной ориентировки, в зоне динамического влияния которого находится оползень, обусловили концентрацию реактивных напряжений в активном (северо-восточном) крыле разлома и формирование поля напряжений, в котором ось макси-мальных сжимающих напряжений соответствует направлению максимальных каса-тельных напряжений в поле 1-го порядка - с северо-запада на юго-восток. Под влия-нием этого трансформированного поля напряжений в периоды повышенной текто-нической активности в активном крыле разлома северо-западной ориентировки была максимально реализована возможность развития деформаций в направлении к днев-ной поверхности. Это нашло отражение в образовании пологих разрывов северо-восточного и субширотного простираний с юго-восточным и южным падением и в надвигании по ним юрских известняков на толщу нижнемеловых глин. Все системы напряжений, связанные с этими разрывами, характеризуются субгоризонтальным положением осей максимальных сжимающих и промежуточных напряжений и суб-вертикальным или относительно крутым положением оси минимальных сжимающих (растягивающих) напряжений. С омоложением подвижек происходит постепенное отклонение от горизонтального положения оси максимальных сжимающих напря-жений и возрастает роль вертикальной составляющей общего вектора смещений по разрыву. Трещинные структуры имеют свежий облик, что свидетельствует в пользу современной тектонической активности разрывов.
Оползень приурочен к зоне динамического влияния разлома северо-западного простирания и по ширине полностью в нее укладывается; при этом тело оползня ло-кализовано в зоне развития тектонического меланжа. Таким образом, в оползневых смещениях участвуют тектонически подготовленные отложения. Боковые поверхно-сти скольжения оползня являются продолжением поверхностей левосдвиговых сме-щений разлома и отвечают ориентировке максимальных касательных напряжений в системах тектонических напряжений. Тектонические смещения в активном крыле разрыва, в котором расположен оползень, кинематически соответствуют горизон-тальной составляющей смещения оползня. Ориентировка борозд и штрихов зеркал скольжения на поверхностях тектонических разрывов часто согласуется с направле-ниями смещения оползневого массива. В головной части оползневого массива имеются многочисленные субширотные разрывы с крутым падением сместителя в направлении сползания оползня, что предопределяет образование его отрывов по уже подготовленным поверхностям.
Разрывные смещения по разлому, в зоне динамического влияния которого нахо-дится оползень, связаны с полем планетарного субширотного сжатия, которое наи-более подвержено воздействию приливных эффектов. В связи с этим, активизация тектонических движений, в том числе и крипа, может иметь квазипериодический ха-рактер и являться дополнительным источником концентрации напряжений в горном массиве, подверженном оползневым смещениям, наряду с общей концентрацией на-пряжений, обусловленной особенностями распределения масс на горном склоне.
Гидрогеологические условия участка развития оползня в значительной степени определяются особенностями геологического строения. Установлено, что степень водонасыщенности пород в пределах площади имеет крайне неравномерный харак-тер. Участки максимальной обводненности пространственно приурочены к зонам выявленных разломов, давая основание сделать вывод о том, что через участок про-ходят пути транзита подземных вод от области питания к области разгрузки, глав-ным образом, по разломно-трещинным зонам. Это обстоятельство предопределяет и неравномерность степени обводненности четвертичных отложений, водонасыщен-ность которых значительно выше над разломно-трещинными зонами. При этом мак-симальной обводненностью характеризуется зона развития тектонического меланжа. На западном ее фланге имеет место перехват подземных вод зоной разлома северо-западного простирания, в нижней части которой происходит частичная разгрузка по системе родников. Вероятно, именно эта зона являлась основной причиной повы-шенной обводненности оползневого массива в момент его активизации.
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что роль и степень влияния текто-нического фактора и геодинамических обстановок на условия подготовки и реализа-цию природных катастроф может быть различной. Однако, эти факторы, как прави-ло, являются одним из основных атрибутов соответствующих геосистем, прямым образом или посредством усиления других факторов способствуя выводу этих гео-систем из равновесного состояния.
Структурно-тектонической основой локальных геосистем служат мелкие текто-нические блоки и микроблоки земной коры, разделенные новейшими (активизиро-ванными) разломами l ранга и зонами концентрированной трещиноватости пород. Взаимодействие и взаимоперемещение блоков и микроблоков локальных геосистем обусловлено планетарными полями напряжений 1-го порядка и трансформирован-ными полями напряжений 2-го и 3-го порядков. Нередко происходит гравитацион-ное перемещение масс горных пород в условиях расчлененного рельефа. Поэтому разрывные элементы в этих геосистемах характеризуются широким спектром струк-тур как эндогенного (сдвиги, взбросо- и сбросо-сдвиги, надвиги, взбросы, сбросы, крупные трещины без видимого смещения крыльев), так и экзогенного (трещины бокового отпора, оползневые заколы и т.п.) происхождения.
Литологические, инженерно-геологические и гидрогеологические элементы ло-кальных геосистем представлены разнообразными формационными, фациальными и локальными инженерно-геологическими комплексами, имеющими ограниченное площадное распространение. Гидрогеологические обстановки в их пределах нередко характеризуются локальными нарушениями естественных условий водообмена. Не-гативные явления, возникающие при достижении локальными геосистемами крити-ческого состояния, хоть и имеют ограниченное распространение, но весьма много-образны. Это - мелкие оползни, карстовые воронки, осадки грунта, подтопление, ло-кальное приращение сейсмической балльности за счет инженерно-геологических и гидрогеологических условий, более высокая степень разрушений над разломно-трещинными зонами при землетрясениях, криповые явления. Местоположение и ха-рактер их проявления нередко обусловлены влиянием структурно-тектонических факторов. Однако существуют геосистемы, для катастрофического развития которых не требуется прямого вмешательства активной тектоники. Примером этого могут служить чреватые катастрофическими последствиями просадки зданий и сооруже-ний над погребенными старицами древних водотоков, изучаемые авторами в Киеве на левобережье Днепра, возникающие в результате интенсивного обводнения верх-них частей геологического разреза и уплотнения органоминеральных пород в усло-виях интенсивной застройки.
Уменьшение масштаба геосистем и, соответственно, размеров проявления нега-тивных процессов и явлений способствует возможному усилению техногенного влияния на особенности развития локальных геосистем, поэтому нередко именно факторы техногенного воздействия на геологическую среду являются основной при-чиной возникновения локальных природных катастроф. С другой стороны, эти же обстоятельства (небольшие размеры и ограниченное распространение негативных явлений) позволяют широко применять средства активной инженерной защиты тер-риторий.
Рис. 1. Роза-диаграмма простираний тектонических разрывов, выявленных по данным изучения эллипса поляризации ЕЭМПЗ биогеофизическими методами в пре-делах микрорайона Тополь-1 и прилегающих территорий г. Днепропетровска.
L1, R1, R2 - тип и порядок сколовых разрывов в системе планетарных полей тектонических напряжений (пояснения - в тексте); l, r (в скобках) - типы сдвигов по относительному перемеще-нию крыльев разрыва (l - левый сдвиг, r - правый сдвиг); направление падения разрывов в пределах выделенных квадрантов (индексы в кружках): NO - северо-восточное, NW - северо-западное, SO - юго-восточное, SW - юго-западное.
Рис. 2. Карта зон геолого-экологической опасности в микрорайоне Тополь-1 г. Днепропетровска.
1 - зоны без существенных антропогенных изменений природных систем. Подтопление лессов не проявлено;
2 - зоны развивающегося подтопления лессовых грунтов. На относительно водоупорных прослоях присутствуют горизонты увлажненных лессов, лессовидных суглинков и су-песей, разобщенные линзы грунтовых вод. В основании разреза толщи лессов, на региональном во-доупоре плиоценовых красноцветных глин, могут иметь место маломощные горизонты грунтовых вод с площадным развитием. При прогрессирующем подтоплении возможно развитие просадоч-ных деформаций инженерных сооружений, а при наличии базиса разгрузки - оползневых смеще-ний, суффозии;
3 - зоны развитого подтопления лессовых грунтов. Наиболее водопроницаемые прослои лессов, лессовидных суглинков и супесей водонасыщены полностью по всему разрезу, но разделены увлажненными горизонтами относительно водоупорных литологических разностей. В пределах зон имеют место и развиваются просадочные деформации инженерных сооружений. Воз-можны оползни-потоки с прогрессирующим развитием от эрозионных врезов в сторону водораз-дельного плато при незначительных уклонах рельефа. Естественные электромагнитные поля харак-теризуются наличием высокоградиентных аномалий с возможными геопатогенными эффектами;
4 - зоны полного водонасыщения лессовых грунтов на всю мощность разреза (независимо от степени их водопроницаемости) при высоком уровне грунтовых вод (3-10 м от поверхности). В разрезе имеют место горизонты полного разжижения лессовых грунтов с необратимым разрушением струк-туры и потерей несущей способности. Развивающиеся просадочные деформации инженерных со-оружений и оползни-потоки в пределах зон могут иметь катастрофические последствия (оползень 6 июня 1997г.). Представляют опасность просадочные деформации инженерных сооружений при осушительных мероприятиях. Естественные электромагнитные поля характеризуются наличием высокоградиентных аномалий с возможными геопатогенными эффектами;
5 - разрывные наруше-ния кристаллического фундамента с новейшей и современной активизацией (пунктиром - предпола-гаемые). Являются водонапорными гидрогеологическими системами, контролирующими развитие зон подтопления лессов. Способствуют развитию подтопления лессов вследствие антропогенных нарушений водообменных процессов и благодаря наличию в подстилающих их водоупорных отло-жениях окон повышенной водопроницаемости, обусловленных тектонической трещиноватостью. Прямую опасность для инженерных сооружений могут представлять современные криповые движе-ния по разломам и усиление сейсмических эффектов при землетрясениях. Разрывные нарушения являются источником естественных электромагнитных полей Земли, которые образуют высокогра-диентные зоны с возможными проявлениями геопатогенных эффектов;
6 - граница оползня-потока, активизировавшегося 6 июня 1997г.;
7 - граница деструктивного поля в водонасыщенных лессовых грунтах с возможным прогрессирующим развитием и расширением оползня-потока, образовавше-гося 6 июня 1997г.;
8 - предполагаемая граница оползнеопасной зоны, активизация которой воз-можна в случае, если меры по уменьшению антропогенной нагрузки на природную систему не бу-дут приняты;
9 - аварийные инженерные сооружения (сооружения с развивающимися деформацдеформациями);
10 - направление потоков подземных вод (по данным изучения естественных электромагнитных полей Земли).
Рис. 3. Карта геолого-структурных условий с элементами новейшей геодинамики для района развития оползня на 18-м км автодороги Севастополь - Ялта.
1 - границы зон динамического влияния (деструктивных полей) разломов 1-го порядка; стрелки указывают направление смещения активного крыла разлома, установленное по парагенезисам разры-вов или по наблюденным смещениям; 2 - то же самое, для разломов 2-го порядка; 3 - то же самое, для разломов 3-го порядка; 4 - локальные разрывы и направление их падения; 5 - известняки верхней юры-нижнего мела в аллохтонном блоке; 6 - то же самое, в автохтонных (паравтохтонных) блоках; 7 - аргиллиты нижнего мела в основании аллохтонного блока, перекрытые надвинутыми на них из-вестняками юры-нижнего мела; 8 - аргиллиты нижнего мела в автохтонном (паравтохтонном ) бло-ке; 9 - зона развития меланжа перед фронтом аллохтонного блока; 10 - граница ингрессивного на-легания аргиллитов на известняки; 11 - направление сжатия планетарного поля напряжений 1-го по-рядка; 12 - то же самое, 2-го порядка; 13 - тоже самое, 3-го порядка; 14 - контур современного активизировавшегося оползня; 15 - границы оползневых массивов, предполагаемые по данным де-шифрирования: а - древних; б - современных временно стабилизированных; 16 - автодорога Севастополь - Ялта.
Рис. 4. Левосдвиговый парагенезис тектонических разрывов и разрывных смеще-ний (проекции на верхнюю полусферу) в окрестностях оползня на 18-м км автомаги-страли Севастополь - Ялта.
Стереограммы и схема: а - разрывы и системы напряжений 1-го и 2-го порядков и их эволюция во времени; в - разновозрастные левые сдвиги по L-сколам северо-западного простирания с эволюцией систем напряжений; с - разрывные смещения 2-го порядка, сопряженные с левыми сдвигами 1-го порядка северо-западного простирания, и соответствующие им системы напряже-ний; d - схема развития разрывных смещений по разлому северо-западного простирания до образования структур 2-го порядка: сдвигов (левый фрагмент) и надвигов (правый фрагмент), при планетарном субширотном сжатии и западном дрейфе литосферы.
Значками показаны: 1 - разрывы 1-го порядка (а), 2-го (в) и 3-го (с) порядков; 2 - оси нормальных сжимающих напряжений (проекция на полусферу) 1-го порядка: максимальных - s1 (а), промежуточных - s2 (в) и минимальных - s3 (с); 3 - то же, 2-го порядка; 4 - то же, 3-го порядка; 5 - вектор смещения, показан в активном крыле разрыва; 6 - направление сжатия; 7 - надвиги и взбросы на схемах; бергштрихи - в сторону падения сместителя.
Буквенные обозначения на рисунках: L и R - тип сколовых разрывных нарушений; К2-QIV и другие подобные - период разрывообразования или возраст отдельной подвижки. Арабскими цифрами показано соответствие разрывов, разрывных смещений и системы на-пряжений одноактным событиям, римскими цифрами - порядок разрывов и систем напря-жений.
ЛИТЕРАТУРА
| Design by Egor Susin |
