WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На основе анализа морфометрических показателей карстовых воронок на Каменск-Уральском участке установлено, что воронки имеют преимущественно округлую или овальную форму, чашеобразное или блюдцеобразное сечение. По размерам карстовые воронки делятся на две группы: 1) диаметр до 8,0 м; 2) диаметр 9,0-18,6 м. К первой группе относится 91% всех выявленных карстовых воронок, ко второй - 9%. Распределение диаметров, глубин, объемов воронок первой группы подчиняется логнормальному закону (рис.1).

Рис. 1. Графики распределения карстовых воронок по диаметру, глубине,

объему и отношению глубины к диаметру на Каменск-Уральском участке

На графиках распределения видно, что выделяется особая группа карстовых воронок, глубина которых находится в интервале 1,49-1,69 м и отношение диаметра к глубине 0,45-0,52. Это свежие провальные воронки, образование которых обусловлено техногенными факторами.

Геологическое строение Богдановичского участка благоприятствовало активному развитию карста в прошлые геологические эпохи. В настоящее время образовавшиеся ранее карстовые полости заполнены плотным глинистым или песчано-глинистым материалом. Зона вертикальной циркуляции составляет 2,0-3,0 м, что не способствует размыву древнего заполнителя, формированию открытых полостей и образованию воронок и провалов на земной поверхности.

В настоящее время на Каменск-Уральском участке сохраняются благоприятные геологические и гидрогеологические условия для развития карста и провалоообразования. На Богдановичском участке геологических предпосылок для развития провалообразования не выявлено.

Общей чертой, характерной для всего Сухоложско-Каменского карстового района, является то, что наибольшая плотность поверхностных карстовых форм отмечается в долинах рек, в тектонически ослабленных зонах, на контактах карбонатной и терригенной толщ. Аномальное увеличение плотности провальных карстовых форм на отдельных участках обусловлено влиянием техногенных факторов. Нарушение гидродинамических условий приводит к увеличению скорости размыва древнего заполнителя карстовых полостей и соответственно возрастанию количества воронок, в том числе провальных.

В четвертой главе приведены основные литолого-петрографические разновидности карбонатных пород Сухоложско-Каменского района. Карбонатные породы являются наименее растворимыми из карстуюшихся пород, но, поскольку карст в Сухоложско-Каменском районе развивается более 320 миллионов лет (начиная с каменноугольного времени), влияние литологического фактора на условия карстообразования приобретает весомое значение. В Богдановичском районе выделено более 20 разновидностей органогенных, хемогенных и обломочных известняков. На региональном уровне выявить приуроченность избирательного развития карста в какой-либо из выделенных разновидностей известняков не удалось в силу недостаточного количества данных.

На Богдановичском участке массив представлен переслаивающейся толщей всех выделенных видов известняков. Мощность прослоев составляет от 2,0 до 10,0 м. В различных стратиграфических подразделениях карбонатные породы различаются по цвету, текстурно-структурным особенностям, качеству и количеству органогенного детрита, видовому составу и соотношению органических остатков, различной интенсивности процессов доломитизации и окремнения, а также вторичных изменений (перекристаллизации, кальцитизации), что обусловливает различную подверженность их карстовым процессам. В условиях слоистой толщи при частом переслаивании небольших (2,0-10,0 м) прослоев всех разновидностей известняков количественно обосновать влияние литологического фактора на сегодняшний день не представляется возможным. Имеющийся фактический материал позволяет автору вести дальнейшие исследования в этом направлении.

В пределах Каменск-Уральского участка детальных исследований толща карстующихся пород представлена двумя разновидностями нижнекаменноугольных известняков - массивными темно-серыми известняками с неявно выраженной брекчиевидной текстурой, хорошо заметной только на выветрелых поверхностях, и известняковыми брекчиями, состоящими из остроугольных и слабоокатанных обломков, хаотически расположенных в известняковой массе. Цемент представлен карбонатной, песчано-карбонатной массой, на некоторых участках - песчано-мелкообломочной массой тех же известняков. Количество цемента составляет в среднем 20-30 %.

Граница между выделенными разновидностями хорошо прослеживается и в геоморфологическом плане, и в строении разреза. Наиболее закарстованными являются известняковые брекчии, в силу неоднородности сложения больше подверженные процессу разрушения. Для них характерно и большее количество полостей, и большие их размеры, чем для массивных известняков (табл. 1). Эта закономерность подтверждается тем фактом, что в Каменском районе большая часть железорудных месторождений, залегающих в древних карстовых впадинах, приурочена именно к площадям развития известняковых брекчий.

Таблица 1

Массивные известняки

Известняковые брекчии

Общее количество карстовых полостей

99

203

Количество незаполненных полостей

46

102

Количество заполненных полостей

53

101

Высота карстовых полостей

91 % до 0,5 м

9 % – 0,5-1,4 м

84 % до 1,5 м

15 % – 1,5-5,6 м

1 % – 8,5-9,8 м

Объем тампонажа скважин

52 % до 8,0 м3

27 % – 8,0-16,0 м3

21 % – 6,0-28,0 м3

42 % до 28,0 м3

50 % – 28,0-84,0 м3

8 % – 84,0-98,0 м3

четыре скважины –

155,8-601,8 м3

Таким образом, в ходе исследований установлено, что в Богдановичском районе развитие карстовых полостей происходит по контактам разнообразных в литолого-петрографическом плане пластов известняков. Количественно обосновать влияние литологического фактора в условиях слоистой толщи на сегодняшний день не представляется возможным. В Каменском районе наиболее закарстованными в силу неоднородности сложения являются известняковые брекчии.

Пятая глава диссертации посвящена выявлению особенностей морфологии карстовых полостей. Для оценки пустотного пространства и прогноза провалообразования на участках детальных исследований изучены трещиноватость, проведена типизация геологических разрезов, изучена морфология карстовых полостей, степень эрозионного расчленения массивов. При обработке полученных материалов применялись дешифрирование, сравнительный анализ, графические методы, статистические методы, корреляционный анализ.

Изучение трещиноватости карбонатных массивов в Каменск-Уральском районе проводилось в долине р. Каменки в естественных обнажениях и в Синарском известковом карьере. Массовый замер элементов трещиноватости известняков показал, что в массиве известняков преобладают две перпендикулярные системы трещин северо-западного (240-360°) и северо-восточного (0-120°) направлений с преобладающими углами падения 70-90° – 57 % и 50-70° – 21 % (рис. 2).

Рис.2. Розы-диаграммы трещиноватости

(Каменск-Уральский участок) (Богдановичский участок)

В Богдановичском районе широко развиты тектонические нарушения в виде зон интенсивной трещиноватости. Для верхних частей разреза характерны трещины кливажа, трещины напластования и трещины отпора. Основное направление трещин – меридиональное (рис. 2.).

Выявление особенностей распределения карстовых полостей в массиве карбонатных пород проведено с помощью типизации геологических условий. На основе стратиграфического принципа в пределах Каменск-Уральского участка детальных исследований выделено 3 основных типа геологического разреза, соответствующих системам общей стратиграфической шкалы (рис. 3). Рассматривая распределение типов геологического разреза по площади исследуемого участка, следует отметить, что по мере удаления от долины р. Каменки наблюдается постепенное замещение I типа на II, а затем на III тип разреза.

Рис. 3. Типы геологического разреза на Каменск-Уральском участке

В массиве карбонатных пород Каменск-Уральского участка выявлены следующие виды подземных карстовых форм: разрушенные зоны в кровле и в толще известняков, погребенные карстовые воронки, заполненные, частично заполненные и незаполненные трещины и полости, трещиноватые зоны, промежуточные полости в покровных отложениях, карстовые ниши (рис. 4). В массиве карбонатных пород основная часть нарушений относится к видам «б» и «д».

Рис. 4. Основные виды подземных карстовых форм

на Каменск-Уральском участке:

а – трещиноватые зоны; б – погребенная карстовая воронка; в1 – трещина не заполненная; в2 – трещина заполненная; г – разрушенная зона в массиве известняков; д1 – карстовая полость заполненная; д2 – карстовая полость частично заполненная; д3 – карстовая полость незаполненная, е – карстовая ниша; ж – промежуточная полость в покровных отложениях

На основе стратиграфического принципа в пределах Богдановичского участка выделен один основной тип геологического разреза, соответствующий II типу разреза Каменск-Уральского участка. В массиве карбонатных пород Богдановичского участка выявлены следующие виды подземных карстовых форм: разрушенные зоны в кровле и в толще известняков, развивающиеся преимущественно по напластованию пород, погребенные карстовые воронки, незаполненные и заполненные трещины, трещиноватые зоны, промежуточные полости в покровных отложениях (рис. 5). Основная часть нарушений представлена видами «а», «б1» и «б2».

Рис. 5. Основные виды подземных карстовых форм

на Богдановичском участке

а – погребенная карстовая воронка; б1 – разрушенная зона в массиве известняков; б2 – карстовая полость заполненная; б3 – карстовая полость незаполненная; в – промежуточная полость в покровных отложениях

Большинство карстовых полостей, имеющих клиновидную, раскрывающуюся в кровлю карстующихся пород форму, приурочено к верхней части массива известняков до глубины 10,0 м и при активизации суффозионно-карстового процесса представляет угрозу для устойчивости инженерных сооружений.

В шестой главе рассмотрены природные и техногенные факторы, влияющие на современную активность карста Сухоложско-Каменского района. Современная активность карста карбонатных массивов Сухоложско-Каменского карстового района связана с литологией пород, тектоническими условиями, с эрозионным расчленением рельефа кровли коренных пород и рядом других факторов, в том числе и техногенных.

Карбонатные породы являются наименее растворимыми из карстующихся пород. Скорость подземной карстовой денудации определяется методами, предложенными Ж. Корбелем (1959 г.), М. Пулиной (1968 г.), А.Г. Чикишевым (1973 г.), П. Уильямсом (1963 г.).

Интенсивность подземной карстовой денудации (по формуле А.Г. Чикишева) составляет:

И = 0,01260,00266550/1 =0,018 мм/1000 лет.

Это означает, что для развития полости шириной 1 м потребуется 55,5 млн. лет. Следовательно, при установлении причин активизации провалообразования растворением карбонатных пород можно пренебречь.

Пренебрегая растворением, можно исключить также возможность образования провала за счет обрушения кровли полости. Об объемах карстовых полостей в Сухоложско-Каменском карстовом районе можно косвенно судить по размерам пещер. Длина пещер обычно составляет 10,0-20,0 м, реже 40,0 м, ширина и высота 1,4-8,0 м. Для достижения полостью критического объема, при котором начнется обрушение свода, также необходим геологически значимый промежуток времени. При буровых работах на участках детальных исследований не отмечено следов обрушений.

Таким образом, образование провалов в районе исследований связано с разрушением древнего заполнителя карстовых полостей процессами подземной эрозии при создании критических градиентов уклона подземных вод и выносом в образовавшиеся пустоты рыхлых покровных отложений. В природных условиях этот процесс весьма медленный и образование деформаций земной поверхности чаще всего происходит в речных долинах при высоких градиентах уклона зеркала подземных вод. На закарстованных территориях, подверженных интенсивному техногенному влиянию, скорость размыва возрастает в несколько раз.

Причинами активизации провалообразования являются:

1) нарушение гидродинамических условий в результате эксплуатация трещинно-карстового водоносного горизонта;

2) утечки из городских водонесуших коммуникаций;

3) нарушение поверхностного стока и создание зон локальной инфильтрации.

На Каменск-Уральском участке при благоприятных для размыва заполнителя карстовых полостей геологических условиях нерациональная хозяйственная деятельность приводит к периодическому возникновению провалов в пределах железнодорожного полотна. На Богдановичском участке детальных исследований плотность поверхностных карстовых форм низкая, так как практически все карстовые полости заполнены плотным глинистым материалом, предпосылки для формирования провалов отсутствуют, и их образование обусловлено исключительно техногенными причинами. На участках детальных исследований установлены основные природные и техногенные факторы провалообразования (табл. 2).

В 1970-1980 гг. при районировании г. Каменска-Уральского по условиям строительства территория, на которой находится Каменск-Уральский участок детальных исследований, была отнесена к V категории устойчивости. Однако техногенное воздействие на массив привело к активизации провалообразования в пределах полотна железной дороги и вызвало необходимость применения комплекса противокарстовых мероприятий. Аналогичная ситуация сложилась на Богдановичском участке детальных исследований.

Таблица 2

Участок

Факторы провалообразования

природные

техногенные

Каменск-Уральский

Pages:     | 1 || 3 |






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