Одним из главных факторов развития карста, является новейшая тектоника и современная геодинамика и их проявления – повышенная трещиноватость пород в геодинамических активных зонах. Геодинамическая опасность на закарстованных территориях усиливается в условиях техногенеза (разработки месторождений полезных ископаемых; строительство и эксплуатация различных объектов, рудников, нефтяных промыслов, линейных сооружений, водохранилищ и др.). Синергетический эффект в системе «карст – техногенез – геодинамика» нарушает равновесие в природной системе (особенно гидрогеологических, инженерно-геологических условий) и приводит к образованию опасных геологических процессов, среди которых наибольшую опасность представляют техногенно-карстовые провалы на закарстованных урбанизированных территориях [1, 3, 6-11, 16, 20-23, 26-33].
Материалы и методы исследования
Ведущими методами картирования тектонической трещиноватости являются аэрокосмогеологические исследования (АКГИ). Преимущество их перед другими методами заключается в возможности изучения любых по площади территорий с высокой эффективностью, обеспеченной информативностью и оперативностью получения данных. Основой методологии изучения геодинамических активных зон (ГАЗ) является линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных методов [7, 13, 14, 18, 19]. На Западном Урале и Приуралье методы АКГИ применяются более 50 лет, при этом изучена в разной степени детальности практически вся территория Пермского края. В последние годы АКГИ проводятся на основе современных цифровых космических снимков (КС) среднего и высокого разрешения, компьютерных технологий дешифрирования и обработки. По новым данным нами были составлены карты тектонических линеаментов, ландшафтных морфоаномалий и морфоструктур, неотектонических блоковых структур, ГАЗ на всю территорию края масштаба 1:500 000-1:200 000 и более детальные – на отдельные районы [2, 9, 13, 15, 25]. Автором совместно с В.З. Хурсиком и др. по программе МПР Пермского края, выполняемой ПГНИУ с целью картирования зон повышенной трещиноватости и ГАЗ при изучении геоструктурных факторов карстоопасности проведены АКГИ на закарстованных территориях Приуралья (Уфимское плато – масштаб 1:100 000; Кизеловско-Гремячинский карстовый район – масштаб 1:50 000; районы г. Кунгура, г. Чусового, п. Полазны, с. Усть-Кишерть – масштаб 1:25 000), составлены карты линеаментной тектонической трещиноватости и ГАЗ [12]. На основе анализа этих материалов Д.Р. Золотаревым и В.Н. Катаевым установлено влияние линеаментов на развитие карстовых форм и прочностные свойства грунтов [4, 5].
Результаты исследования
и их обсуждение
В результате дешифрирования КС в закарстованных районах восточной и юго-восточной частях Пермского Приуралья выявлено 6 тыс. прямолинейных линеаментов, ранжированных по протяжённости на 7 таксономических рангов (таблица).
Результаты дешифрирования на закарстованных территориях Пермского Приуралья
|
Ранги линеаментов |
Протяженность линеаментов, км |
Масштаб дешифрирования КС |
Количество линеаментов |
|
региональные |
200-800 |
1:10 000 000, 1:5 000 000 |
43 |
|
региональные |
100-200 |
1:2 500 000, 1:1 000 000 |
72 |
|
зональные |
25-100 |
1:500 000 |
184 |
|
локальные |
10-25 |
1:200 000 |
642 |
|
локальные |
5-10 |
1:100 000 |
1342 |
|
короткие |
от 1-2 до 5 |
1:50 000 |
1780 |
|
короткие |
от 0,5-1 до 2 |
1:25 000 |
2024 |
Установлены линеаменты восьми систем, при этом, наиболее четко на КС выражена серия СЗ и СВ линеаментов, а также субмеридиональные, реже – субширотные. В целом, отмечается регматическая сеть, состоящая из двух систем глобальных и региональных линеаментов, уходящих далеко за пределы рассматриваемой территории. Диагональная система имеет преимущественное направление 330º и 60º; ортогональная система – 10º и 285º. Региональные линеаменты, как правило, контролируют элементы тектонического строения территории. Наиболее тектонически ослабленными являются геодинамические зоны и участки на границах неотектонических блоковых структур. Проведен анализ плотности линеаментов (основной показатель – суммарная протяженность на единицу площади по всем линеаментам) и по этим показателям проведена оценка геодинамической (неотектонической) активности территории. Общий фон составляют значения с низкой (2 балл) и повышенной (3 балл) степенью значений плотности линеаментов. Отмечается резкая неоднородность в ее распределении, обусловленная блоковой тектоникой и дифференцированными неотектоническими движениями – многочисленные, но небольшие по площади аномалии с высокой степенью (4 балл) интенсивности, характерны для участков границ неотектонических блоковых структур. Выделяется более 250 ГАЗ локального уровня (размерами 3-7 х 1-3 км) с очень высокими (5 балл) и чрезвычайно высокими (6 балл) значениями плотности линеаментов.
Карстовый район Уфимского плато (карбонатное поле). Проведены регионально-зональные АКГИ на площади 4 тыс. км2. Район находится в пределах восточной окраины Русской платформы и небольшой части Предуральского краевого прогиба. По неотектоническому и блоковому районированию [2, 9] занимает часть двух крупных геоблоков. Граница их проходит в северо-восточной части территории по крупному региональному линеаменту ССЗ простирания, проходящего через с. Усть-Кишерть. Основная часть территории расположена на юго-восточном окончании Вятско-Камского геоблока в пределах Уфимского мегаблока и занимает практически всю площадь Красноуфимского макроблока. В рельефе он соответствует Уфимскому плоскогорью (плато) с Сылвенским кряжем. Уфимское плато расчленено древними олигоцен-миоценовыми долинами и снижено широкими мульдами со специфическими карстово-элювиальными и озерными осадками. Территория характеризуется в основном средней и низкой эрозионной расчлененностью рельефа. Большая часть ее характеризуется средней степенью неотектонической активности, дифференцированно – с умеренно-активной и активной степенью неотектонической активности. Преобладающие амплитуды новейших поднятий 150-250 в северной части и до 300-400 м – в южной части территории. Восточная часть территории по комплексу морфонеотектонических критериев входит в пределы региональной Верхнесылвинской ГАЗ [18]. Район Уфимского плато, где карстующимися являются преимущественно сульфатные и карбонатные породы кунгурского и артинского ярусов нижней перми, характеризуется в целом невысокой степенью плотностью карстовых воронок в среднем менее 1 шт./км2, однако, на участках повышенной трещиноватости пород достигает плотности 220 шт./км2 (например, на Усть-Кишертском участке); в трещинах происходит поглощение рек, таких как р. Кишертка, Шуртан, Суксунчик и др. [30].
Региональным и зональным дешифрированием КС в районе выделено 1194 линеаментов. Вдоль границы геоблоков через с. Усть-Кишерть в ССЗ направлении проходит серия из 5 региональных субпараллельных линеаментов протяженностью от 100 до 511 км. Ширина этой зоны на юге 2,3 км, на севере – 1,3 км. К западу и юго-западу от этой линейной региональной зоны закономерно через 5-6 км прослеживаются региональные линеаменты ССЗ направления. Через всю территорию с севера на юг прослеживаются региональные линеаменты субширотного или ЗСЗ направления системно с промежутками от 6-8 до 12-14 км. По плотности линеаментов, общий фон составляют значения с низкой, повышенной и высокой степенью. Выделяются более 150 небольших участков (размерами от 0,5-1 до 1,5-6 км) с очень высокой степенью интенсивности. Выделяются около 35 ГАЗ (размерами от 0,5-1 до 1,5-6 км) с чрезвычайно высокими значениями плотности линеаментов. Они протягиваются вдоль крупных линеаментов, концентрируются в местах пересечений и имеют, как правило, изометрично-удлиненную форму с преимущественно СЗ, СВ и меридиональным простиранием. Наиболее крупные участки с высокой степенью неотектонической активности группируются в 28 аномалий с площадями от 5 до 47 км2. Крупнейшая ГАЗ прослеживается в ССЗ направлении вдоль границы геоблоков, состоит из 3 аномалий с площадями 47,1 км2 (по линии Подпавлино – Усть-Кишерть – Низкое – Седа – Мазуевка), 21,7 км2 (в районе п. Мазуевка – Дикое Озеро – Советная), 15,6 км2 (в 1 км западнее п. Киселево). В северо-западной части территории установлены 3 аномалии СЗ направления с площадями 17,8, 9,8 и 7,6 км2. В северо-восточной части территории установлены 3 субмеридиональных аномалии с площадями 12,8, 9,5 и 5,5 км2. В районе р. Кишертки в районе пп. Моргунова, Сабарка, Куликово установлена крупная аномалия с площадью 38,7 км2. В центральной части территории – 2 значительных по площади аномалий: субширотная с площадью 21,5 км2 (пп. Янчики, Ключики) и субмеридиональная с площадью 9,8 км2. Южнее, зафиксированы несколько небольших аномалий с площадями 3-7 км2 – по рекам Тюш, Сухой Телес, Кундарыш. Еще южнее – по рекам Сарс и Шуртан отмечены несколько аномалий, крупнейшие из них с площадями: 14,6 км2 (Бол.Сарс), 12,5 км2 (п. В.Шуртан). В южной части территории установлены 2 аномалии: субширотно-северо-восточная с площадью 36,6 км2 (пп. Гольцово, Адилево, Уваряж) и северо-западная с площадью 12,8 км2 (пп. Мавлюкаево, Малый Сарс).
Карстовый район с. Усть-Кишерть. Детальными АКГИ в северной части Уфимского плато на площади 44,5 км2, где выделено 320 прямолинейных линеаментов (2 – региональных, 7 – зональных, 18 – локальных, 293 – коротких) (рис. 1).
В данном районе выделяются 2 ГАЗ зонального уровня, одна из них является крупнейшей на Уфимском плато, прослеживается линейно в ССЗ направлении с юга на север, вдоль границы геоблоков и занимает практически всю площадь с. Усть-Кишерть, преимущественно в западной части. При дешифрировании КС масштаба 1:25 000 геодинамическая зона в районе с. Усть-Кишерть «разбивается» на 10 ГАЗ размером от 0,3-0,5 до 1-1,5 км. Всего установлены 13 ГАЗ с площадями от 0,1 до 0,8 км2.
Карстовый район п. Полазна. По неотектоническому и блоковому районированию [2, 9] район расположен на в пределах Вятско-Камской (Волго-Уральской) средневысотной геоступени (геоблока), в пределах Камской относительно опущенной структурной зоны (Камского мегаблока) и Среднекамского макроблока. Полазненский карстовый участок характеризуется в целом высокой степенью закарстованности сульфатных и карбонатных пород кунгурского яруса с плотностью воронок в среднем 30-50 шт./км2, достигающей максимальной плотности 300 шт./км2 на побережье Камского водохранилища [30]. Детальными АКГИ масштаба 1:25 000 на площади 136,1 км2, выделено 923 прямолинейных линеаментов (9 – региональных, 25 – зональных, 109 – локальных, 780 – коротких) (рис. 2).
Рис. 1. Геодинамические активные зоны карстового района с. Усть-Кишерть
Рис. 2. Геодинамические активные зоны карстового района п. Полазна
(условные обозначения на рис. 1)
Площадь п. Полазны располагается между крупными СВ линеаментами протяженностью 604 и 327 км и СЗ линеаментами протяженностью 286 и 257 км. В западной части района проходит крупный линеамент меридионального направления протяженностью 626 км. Большая часть территории преимущественно в юго-западной части характеризуется низкой плотностью линеаментов; в северо-восточной части преобладает повышенная и высокая плотность линеаментов. Рассматриваемый район полностью попадает в пределы крупной ГАЗ регионального уровня, которая детальным исследованиями «разбивается» на 21 ГАЗ локального уровня размером от 0,3-0,5 до 2-4,5 км, с площадями от 0,2 до 3,3 км2. По данным гидрогеологических исследований [17] значительное число ГАЗ на этой территории совпадает с водообильными зонами, обусловленными карстовыми и геодинамическими процессами.
Заключение. Все выделенные локальные геодинамические активные зоны на закарстованных территориях представляют собой потенциально опасные участки для размещения строительных объектов, которые необходимо учитывать при проведении инженерных изысканий, проектно-строительных работ, разработке природоохранных мероприятий, безопасной эксплуатации инженерных сооружений. Данные линеаментно-геодинамического анализа следует внедрять в мероприятия, направленные на минимизацию последствий карстовых процессов. На участках высокой геодинамической активности в условиях карстовой опасности необходимо осуществление постоянно действующего дистанционного мониторинга за состоянием геологической среды с целью инженерно-геологической безопасности.
Библиографическая ссылка
Копылов И.С. АЭРОКОСМОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 6. – С. 14-19;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34641 (дата обращения: 20.04.2024).