WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Горбова Светлана Валерьевна

КАРБОНАТНЫЙ КАРСТ

СУХОЛОЖСКО-КАМЕНСКОГО РАЙОНА

(ВОСТОЧНЫЙ СКЛОН СРЕДНЕГО УРАЛА)

Специальность 25.00.08 «Инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург, 2006

Работа выполнена в Уральском государственном горном университете и в Научно-производственном центре «КАРСТ» (г. Дзержинск).

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Афанасиади Элеонора Ильинична

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Катаев Валерий Николаевич,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Новиков Виталий Прокопьевич

Ведущая организация – ОАО «Уральская гидрогеологическая экспедиция» (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится « 29 » июня 2006 г. в 1500 час. на заседании диссертационного совета К 212.280.01. при Уральском государственном горном университете по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч.корпус, ауд.3335).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «____» мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дубейковский С.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Высокая техногенная нагрузка на геологическую среду в конце ХХ - начале ХХI вв. привела к активизации многих экзогенных процессов, в том числе и карста. Большинство объектов гражданского и промышленного назначения, построенных на закарстованных территориях в начале ХХ века и эксплуатируемых до наших дней, возводились без должного учета карстовых процессов. Многие закарстованные участки на территории района, считавшиеся ранее безопасными в отношении провалообразования, в настоящее время таковыми уже не являются.

Карстовые провалы на территории промышленных объектов и в жилых кварталах гг. Каменск-Уральского, Богдановича, Сухого Лога приводят к деформациям капитальных сооружений и разрывам инженерных сетей.

Наиболее уязвимыми в отношении провалообразования являются линейные сооружения – автомобильные и железные дороги, газо- и нефтепроводы. Если проектирование и строительство гражданских и промышленных объектов на закарстованных территориях с применением элементов конструктивной защиты обеспечивают нормальную эксплуатацию сооружений и в случае провала могут предотвратить полное разрушение сооружения, то железные дороги в силу их значительной протяженности защитить практически невозможно.

Железные дороги в России являются основным пассажирским перевозчиком. Кроме того, по железным дорогам перемещается большое количество грузов, в том числе опасных (БОВ, радиоактивные вещества, нефтепродукты), которые в случае схода состава могут привести к экологической катастрофе. Карстовые деформации неоднократно приводили к нарушению нормальной эксплуатации Свердловской железной дороги на Каменск-Уральской и Баженовской дистанциях пути (провалы в 1975, 1977, 1998, 2000, 2001 гг.).

Значительные экономические потери и экологический ущерб от карстовых провалов предопределяют необходимость глубокого изучения карста и выработки прогнозов его активности на этапах проектирования и эксплуатации сооружений.

Целью работы является изучение условий и особенностей развития карбонатного карста в Сухоложско-Каменском карстовом районе.

Задачи исследований: 1. Выявление закономерностей развития карбонатного карста в Сухоложско-Каменском районе. 2. Изучение особенностей распространения и морфологии поверхностных и подземных карстовых форм для оценки карстоопасности для инженерных сооружений. 3. Установление причин активизации провалообразования на участках детальных исследований.

Научная новизна работы:

- дана детальная характеристика закарстованности карбонатных массивов на территории Сухоложско-Каменского карстового района;

- установлена взаимосвязь генезиса и морфологии карстовых форм с тектоническими и гидрогеологическими условиями Сухоложско-Каменского карстового района;

- определена зависимость степени закарстованности от литолого-петрографических особенностей известняков;

- определены особенности морфологии карстовых полостей на территории Сухоложско-Каменского района;

- доказана зависимость современной активизации провалообразования от техногенных факторов.

Фактический материал, положенный в основу диссертации, включает материалы, собранные автором во время полевых исследований, и фондовые материалы.

Полевые и камеральные исследования автора включают:

- специальную карстологическую съемку М 1:500 (12,37 км2);

- изучение трещиноватости известняков в карьерах, обнажениях;

- анализ геологических данных буровых работ (216 скв.);

- изучение керна карбонатных пород и покровной толщи (около 6000 пог. м);

- анализ данных тампонажных работ (162 скв.);

- гидрогеологические наблюдения, отбор проб воды, их химический анализ и обобщение результатов;

- петрографическое описание шлифов (15 шт).

В настоящей работе использованы материалы кафедры инженерной геологии, гидрогеологии и геоэкологии УГГУ, фондовые материалы Комитета природных ресурсов по Свердловской области, Каменск-Уральского отделения УралТИСИЗа, институтов Уралгипротранс, УралгипродорНИИ, ЗАО НПЦ «КАРСТ», в том числе данные по 924 скважинам.

Методы исследований. Для обработки полученных материалов использованы дешифрирование, макро- и микроскопическое описание известняков, сравнительный анализ, графические методы, статистические методы, корреляционный анализ.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Закономерности развития карста Сухоложско-Каменского района обусловлены: 1) наличием толщ карбонатных пород, перекрытых чехлом песчано-глинистых отложений переменной мощности (от 0 до 30,0 м); 2) степенью тектонической нарушенности известняков (модуль трещиноватости: от 2-3 – слаботрещиноватые известняки до >20 – зоны дробления); 3) наличием глубоковрезанных долин рек Исети, Пышмы, Каменки, Кунары, определяющих характер гидродинамических условий.

2. Литолого-петрографические особенности карбонатных пород определяют степень закарстованности массивов. Наибольшая закарстованность характерна для массивов, сложенных известняковыми брекчиями.

3. Образование открытых карстовых полостей и современная активность провалообразования в Сухоложско-Каменском районе обусловлены активизацией карстово-суффозионного процесса под влиянием техногенного нарушения фильтрационно-гидродинамического режима (интенсивный дренаж массивов в районах водозаборов, утечки из водонесущих коммуникаций, подпор поверхностного стока насыпями железных дорог) и динамических и статических нагрузок на участках интенсивного железнодорожного движения.

Практическое значение работы. Результаты исследований использованы при определении морфологии карстовых полостей для оценки их объема и прогноза эффективности мероприятий противокарстовой защиты на Каменск-Уральской и Баженовской дистанциях пути Свердловской железной дороги.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международном симпозиуме «Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий» (2001 г., Екатеринбург), Международной научно-практической конференции «Техногенная трансформация геологической среды» (2002 г., Екатеринбург), Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (2004 г., Екатеринбург), Международном симпозиуме «Карстоведение – XXI век: теоретическое и практическое значение» (2004 г., Пермь), Уральской горнопромышленной декаде (2005 г., Екатеринбург), Международном симпозиуме «Стихийные бедствия последнего времени – проблемы, стоящие перед инженерной геологией, геотехникой и гражданской защитой» (2005 г., София).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 175 стр. текста, 84 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 133 наименований.

Автор выражает благодарность научному руководителю к.г.-м.н. Афанасиади Э.И., директору ЗАО НПЦ «КАРСТ» к.г.-м.н. Нещеткину О.Б за ценные советы и помощь на всех этапах работы над диссертацией, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ, проф., д.г.-м.н. Грязнову О.Н., проф., к.г.-м.н. Дубейковскому, доц., к.г.-м.н. Абатуровой И.В., Елохиной С.Н. и Парфеновой Л.П. за консультации.

Основное содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрены основные направления инженерного карстоведения, проведен анализ материалов по геологической изученности Сухоложско-Каменского карстового района и определены задачи исследований. Приведена схема районирования Восточно-Уральской карстовой провинции Восточного склона Среднего Урала (М.И.Гевирц, 1960 г.). Хорошая геологическая и гидрогеологическая изученность района исследований не отражает в полной мере условий развития карбонатного карста.

Многочисленные исследования, проводимые на Восточном склоне Среднего Урала с XIX века, были посвящены изучению стратиграфии, геологического и гидрогеологического строения, тектонических условий, поискам полезных ископаемых. Исследования карста сводились в основном к описанию карстовых форм и пещер.

Инженерно-геологические исследования карста проводились проектными и изыскательскими организациями на отдельных объектах. Ни в одной из работ не содержится обобщающих материалов по выявлению закономерностей и особенностей развития карста в Сухоложско-Каменском районе.

Задачами настоящей работы являются:

  1. Выявление закономерностей развития карбонатного карста в Сухоложско-Каменском районе.
  2. Изучение особенностей распространения и морфологии поверхностных и подземных карстовых форм для оценки карстоопасности для инженерных сооружений.
  3. Установление причин активизации провалообразования на участках детальных исследований.

Во второй главе работы охарактеризованы региональные условия развития карста в Сухоложско-Каменском районе. На основе геологической изученности приведены данные по стратиграфии, геоморфологии и гидрогеологии. По работам Н.И. Архангельского (1941, 1968 гг.), И.И. Горского (1931 г.), А.А. Пронина (1960, 1965, 1981 гг.), А.П. Сигова (1968, 1984 гг.) и др. детально рассмотрены история геологического развития региона, тектоника и эпохи развития карста.

Наличие толщ растворимых карбонатных пород, перекрытых чехлом песчано-глинистых отложений, мощность которого составляет в среднем 10,0-20,0 м, является первым региональным условием развития карста и предопределяет возможность его широкого развития в пределах Сухоложско-Каменского района.

Сложное тектоническое строение, раздробленность и трещиноватость пород способствовали проникновению поверхностных вод на значительные глубины и интенсивному развитию карста в прошлые геологические эпохи. Самыми активными эпохами развития карста по масштабности проявления являются триасовая и юрско-меловая. С ними связано формирование наиболее крупных закарстованных зон, на которые происходило наложение карста в последующие эпохи. К концу кайнозоя образовавшиеся ранее карстовые полости были заполнены продуктами химических кор выветривания. Оживление карстовых процессов в конце кайнозоя связано с понижением базиса эрозии.

Обводненность массивов карбонатных пород, выровненный характер рельефа на междуречьях, препятствующий быстрому стеканию талых и дождевых вод в поверхностные водотоки и способствующий на отдельных участках полной трансформации поверхностного стока в подземный, обусловливают возможность развития карста. Расположение карбонатных пород в виде полос меридионального простирания при общем широтном направлении потока подземных и поверхностных вод способствует перехвату и аккумуляции поверхностного и подземного стока, поступающего с запада с площадей развития терригенных пород.

Таким образом, в Сухоложско-Каменском районе сочетание всех вышеназванных региональных условий обусловило интенсивное развитие карста в определенные климатически благоприятные эпохи и, как следствие, широкое распространение и разнообразие поверхностных (таких, как воронки, провалы, лога) и подземных (пещеры, погребенные полья и палеокарстовые останцы и гребни, полостями и расширенные карстом трещины) карстовых форм. Ведущей формой поверхностного карста в карстовом районе является карстовая воронка.

Широкое распространение растворимых горных пород и наличие в них древних проявлений карста и современных провалов обусловливают необходимость выявления закономерностей развития карта на детальном уровне.

В третьей главе обоснован выбор участков детальных исследований карста в пределах Сухоложско-Каменского карстового района и приведена их инженерно-геологическая характеристика. На примере Богдановичского и Каменск-Уральского участков, приуроченных к 1914 км перегона Богданович – Пышминская и к 94 км перегона Кунавино – Каменск-Уральский Свердловской железной дороги, рассмотрено влияние геоморфологических, тектонических и гидрогеологических условий на особенности развития карста, установлена взаимосвязь гипсометрического положения массивов карстующихся пород, количества и характера распределения по площади поверхностных карстовых форм.

При общих региональных условиях формирования карста на Каменск-Уральском и Богдановичском участках выявлены некоторые характерные особенности развития карста и провалообразования.

На Каменск-Уральском участке наличие растворимых пород, тектоническая нарушенность массива, 30-35 м зона вертикальной циркуляции при близком расположении дрены обусловливают возможность активного развития карста. Маломощный чехол покровных отложений, а на некоторых участках полное его отсутствие, и равнинный характер рельефа способствуют полному поглощению поверхностного стока. Высокие градиенты фильтрации в речной долине определяют возможность размыва древнего заполнителя карстовых полостей, вынос в образовавшиеся пустоты рыхлых покровных отложений и формирование на земной поверхности воронок и провалов.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»