ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНОГО ПРИЗНАКА НЕОТЕКТОНИЧЕСКОЙ РАЗДРОБЛЕННОСТИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ УЧАСТКА ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ЮЖНОГО СКЛОНА СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНОГО ПРИЗНАКА НЕОТЕКТОНИЧЕСКОЙ РАЗДРОБЛЕННОСТИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ УЧАСТКА ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ ЮЖНОГО СКЛОНА СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА
Аннотация
Рассмотрена роль единого тектонического признака при выделении блоковых структур, показаны принципы выявления геодинамически активных (и/или потенциально активных) структур, стадийный подход к инженерно-геологическому районированию горно-складчатых территорий позволит повысить точность и возможности прогноза рисков от опасных геологических процессов. Цель исследований: проведение инженерно-геологического районирования для определения предпосылок активизации опасных геологических и инженерно-геологических процессов в пределах локальных тектонических структур. В основе работы положен анализ и обобщение общегеологических данных и фондовых материалов, личные исследования авторов, включая морфотектонический анализ, картографические построения и полевую заверку полученных данных. В результате определена блочная структура изучаемой территории, выявлены морфоструктурные зоны, однородные по степени геодинамической активности, установлены потенциально опасные зоны, создающие риск инженерным сооружениям. Предлагаемый методологический подход позволяет существенно уточнить плановое расположение разломов низкого ранга (мегатрещиноватость), что позволяет оценить инженерно-геологические условия в пределах локальных тектонических структур.
1. Введение
Инвестиционная привлекательность Черноморского побережья Краснодарского края способствует высоким темпам строительства, однако отсутствие практики применения специальных тектонических исследований в ходе стандартных инженерных изысканий не позволяет в полной мере учесть особенности строения, в частности южного склона Северо-Западного Кавказа. Исследования, проведенные авторами ранее
, , , по изучению инженерно-геологических условий Черноморского побережья показывают значимую роль тектонических структур в активизации склоновых процессов, изменении состояния массивов и пр. В связи с этим очевидна актуальность дальнейшего исследования неотектонических структур, получивших орографическое выражение как основы для обеспечения устойчивого функционирования инженерных сооружений в пределах горно-складчатых территорий.Одной из задач инженерной геологии является совершенствование методов инженерно-геологических исследований
. Как известно, основная задача инженерно-геологического районирования как метода – это разделение территории на участки с однородными условиями, что позволяет оценить потенциальные риски и возможности для строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Однако единого подхода до сих пор не существует. Выполненный обзор литературы , , , показывает, что есть предложения выполнения инженерно-геологического районирования на основе статистического подхода, с использованием геоинформационных систем, а также с учетом специфических особенностей горных областей, влияющих на строительство и эксплуатацию инженерных сооружений. Ряд авторов демонстрируют опыт использования современных технологий дистанционного зондирования для улучшения точности инженерно-геологического районирования. Инженерно-геологическое районирование территорий с активными карстовыми процессами также имеет свои особенности, как и инженерно-геологическое районирование, осуществляемое для линейных сооружений, в частности автодорог и/или крупных городов. Таким образом, в зависимости от целеполагания авторами предлагаются различные методы инженерно-геологического районирования, а также различные критерии для выделения однородности инженерно-геологических условий.Цель данного исследования – проведение инженерно-геологического районирования отрезка Черноморского побережья Краснодарского края от г. Геленджик до г. Туапсе для определения предпосылок активизации опасных геологических и инженерно-геологических процессов в пределах локальных тектонических структур.
Основные задачи сводились к следующему:
1. Анализ топоосновы и космоснимков.
2. Создание карты блоков низкого ранга (геодинамической карты) района исследований.
3. Выделение зон с однородными инженерно-геологическими условиями.
4. Описание опасных геологических и инженерно-геологических процессов для выделенных зон.
2. Методы и принципы исследования
Изучаемая территория орографически принадлежит Афипско-Дефановской ступени, которая на западе ограничена поперечным Геленджикским, а на востоке – Туапсинским разломами
. По типу складчатости – это Новороссийский морфоструктурный район низкогорного складчатого рельефа, развитый в условиях пликативно-дизъюнктивных дислокаций мел-палеогеновых пород флишевой формации южного склона Северо-Западного Кавказа. Таким образом, территория оказывается в пределах одного крупного таксона.Как правило, тектонический признак при инженерно-геологическом районировании используется только для выделения региональных тектонических структур, сложные условия горно-складчатых сооружений не позволяют применить данный критерий на уровне проектирования объектов капитального строительства. Однако имеется опыт геодинамического районирования территорий освоения месторождений полезных ископаемых
с использованием единого тектонического признака при выделении тектонических структур от глобального уровня (1 порядка) до структур подвижных блоков района месторождения (4 порядка) и «микроблоков» . В инженерно-геологических целях структурный признак тектонической раздробленности применялся для районирования оползневых склонов Черноморского побережья Кавказа , где отмечалась тесная связь оползней и геологического строения с разломно-блоковой тектоникой на всех уровнях крупномасштабного картирования.В рамках данного исследования инженерно-геологическое районирование проведено на основе сквозного тектонического признака при выделении всех таксонов районирования, предполагая их тесную связь с разломно-блоковой тектоникой и геодинамической обстановкой. Тектонические структуры третьего порядка получили широкое распространение на изучаемом отрезке Черноморского побережья. Механизм их образования, тектонодинамические условия изучены рядом исследователей
, , . Также дана оценка активности тектонических нарушений применительно к трассам нефте- и газопроводов в пределах южного склона Северо-Западного Кавказа и др. Важным следствием формирования структур 3 порядка является возникновение мегатрещиноватости или разрывных структур 4 порядка.В работе за основу была взята схема неотектонического районирования Северо-Западного Кавказа С.А. Несмеянова
. Разломные структуры 4 ранга (мегатрещиноватость) были установлены на основе морфотектонического анализа. Верификация результатов осуществлена с использованием полевой заверки. Таким образом, была получена информация о блоковой структуре изучаемого района 1-4 рангов (табл. 1).Таблица 1 - Блоковые структуры разного ранга изучаемой территории
Ранги структур | 1-го порядка | 2-го порядка | 3-го порядка | 4-го порядка |
Название структур | Альпийская орогенная зона (мегантиклинорий Большого Кавказа) | Северо-Западный Кавказ, Новороссийско-Лазаревский синклинорий | Неотектонические структуры: Дообский горст, Геленджикский грабен, Аордановский горст, Адербиевкий грабен, Индукопасский блок, Михайловский грабен, Хотатейский блок, Араратский блок, Высокая ступень, Средневуланский грабен, Морозовский грабен, Шамраевский грабен, Гунибский горст, Савицкий грабен, Шепелевкий горст, Джубгинская ступень, Тенгинская ступень, Туапсинская система ступеней, Ольгинская ступень, Агойский горст, Грабен холодного родника, Ягодный горст, Дедеркойская ступень | Локальные тектонические структуры |
Исходя из величины картографически оцениваемых новейших относительных вертикальных смещений смежных блоков по методике А.В. Орловой было выполнено инженерно-геодинамическое районирование. При выделении тектонических блоков рельефа была установлена минимальная разница высот достаточная для отнесения двух соседних участков к разным блокам, данная величина определилась по формуле (1):
где,
h – минимальная разница высот разных блоков, м;
hmax – максимальная высота в пределах исследуемого участка, м;
hmax – минимальная высота в пределах исследуемого участка, м.
Максимальная и минимальная абсолютная отметка в пределах исследуемой территории соответственно 0,0 м (Черное море) и 821,2 м (г. Лысая). В результате применения формулы (1) h равна 82 м. Для удобства выделения разноуровневых блоков показатель (h) был принят 100 м. Это позволило выделить восемь морфоструктурных зон.
3. Основные результаты
На схеме геодинамического районирования каждому из установленных уровней дано соответствующее цветовое обозначение (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема геодинамического районировании участка побережья
Примечание: м 1: 25000
Построенная схема геодинамического районирования существенно детализирует представление о тектоническом строении изучаемого отрезка Черноморского побережья Краснодарского края и согласуется с имеющейся информацией по ее неотектоническому строению южного склона Северо-Западного Кавказа (рис. 2).
Рисунок 2 - Сопоставление схемы геодинамического районирования (М 1: 25000) и схемы неоструктурного районирования (М 1: 200000)
Примечание: по ист. [18]
Рисунок 3 - Схема оценочного инженерно-геологического районирования участка исследований
Таблица 2 - Характеристика инженерно-геологических условий
Инженерно-геологические районы | Абс. отм., м | Площадь, % | Опасные экзогенные геологические процессы | Активность межблоковых разломов |
Благоприятные инженерно-геологические условия | 0-200 | 23 | Затопление, подтопление, выветривание, гравитационные процессы, абразия, эрозия | Рядовые (пассивные) тектонические нарушения |
Относительно благоприятные инженерно-геологические условия | 200-400 | 48 | Затопление, выветривание, гравитационные процессы, абразия, эрозия | Рядовые (пассивные) тектонические нарушения |
Относительно неблагоприятные инженерно-геологические условия | 400-600 | 20 | Выветривание, гравитационные процессы, интенсивная линейная эрозия | Активные тектонические нарушения |
Неблагоприятные инженерно-геологические условия | 600-900 | 9 | Выветривание, гравитационные процессы, интенсивная линейная эрозия, сели | Весьма активные тектонические нарушения |
4. Обсуждение результатов
В целом, полученные результаты указывают на усложнение инженерно-геологических условий территории с северо-запада на юго-восток, в первую очередь за счет увеличения элементов рельефа, созданных эрозионными процессами. Отмечается четкая зависимость показателя общей расчлененности рельефа от гипсометрии. Площадь участков с коэффициентом расчлененности более 0,5 увеличивается в направлении от г. Геленджика до г. Туапсе, как и абсолютные отметки рельефа: от 400-600 м до 600-1000 м. Кроме этого, отмечается увеличение количества выпадаемых атмосферных осадков в этом же направлении: с 600-700 мм/год в районе г. Геленджика до 850 мм/год в районе г. Туапсе. Можно заключить, что эрозионное расчленение рельефа косвенно указывает на наличие локальных положительных тектонических структур. Общее усложнение рельефа хорошо коррелируется и с усложнением геологического строения Новороссийского синклинория, структура которого очень сложная на востоке со смятыми в опрокинутые к югу складки, осложненные тектоническими нарушениями и значительно упрощается на западе
. Анализ разницы в абсолютных отметках соседних тектонических блоков позволил выделить зоны с однородными геодинамическими условиями. Всего на территории изучения установлено 9 геодинамических зон с различной потенциальной активностью межблоковых структур, активность которых увеличивается от побережья к водоразделам.В целом, побережье, особенно в устьевых частях рек характеризуется благоприятными инженерно-геологическими условиями. Из опасных природных экзогенных процессов здесь получили развитие процессы затопления и подтопления. Более сложные в инженерно-геологическом плане участки располагаются ближе к водоразделам. Анализ карты оценочного инженерно-геологического районирования показал, что порядка 50% изучаемой территории отвечает относительно благоприятным инженерно-геологическим условиям, опасные процессы в пределах которой контролируются рядовыми (пассивными) тектоническими нарушениями. Они представлены гравитационными и эрозионными процессами. Относительно неблагоприятные и неблагоприятные инженерно-геологические условия распространены на около 30% площади и приурочены к приводораздельным и водораздельным пространствам, строение которых контролируется активными и весьма активными тектоническими нарушениями. Все это в совокупности создает здесь предпосылки для увеличения интенсивности линейной эрозии, процессов селеобразования.
Несмотря на сложность прямого подтверждения разрывной тектоники низкого ранга, проведенное исследование показывает ее влияние на инженерно-геологические условия территории. Корректность выделения локальных структур подтверждена использованием единого тектонического признака при выделении таксонов районирования разного ранга.
5. Заключение
Использование тектонического критерия позволило установить идентичность инженерно-геологических условий Черноморского побережья на отрезке от г. Геленджика до г. Туапсе по степени благопритности. Для каждой из выделенных инженерно-геологических зон определены основные опасные геологические и инженерно-геологические процессы. Установлена связь между активностью межблоковых разломов и типом опасных экзогенных геологических процессов: при смене рядовых (пассивных) тектонических нарушений на активные и весьма активные роль гравитационных и эрозионных процессов возрастает.
Предлагаемый методический подход выделения локальных тектонических структур отвечает требованиям, предъявляемым при разработке методик районирования территорий. Эффективность рассмотренной методики может быть оценена по следующим показателям:
1. Универсальность, т.к. может применяться для изучения всех горно-складчатых сооружений, расположенных в различных климатических зонах, т.к. известно, что зональные факторы инженерно-геологических условий определяются увлажненностью и теплообеспеченностью, т.е. климатическими параметрами. Также, полученная карта может быть применима к различным типам сооружений, не только линейным.
2. Комплексность методики выражается в том, что построенная карта может интегрироваться с другими картами: геологической, геоморфологической, гидрогеологической и др.
3. Методика учитывает временной фактор, т.к. может быть актуализирована новыми данными по развитию опасных природных и инженерно-геологических процессов.
4. Точность и надежность методики определяется сходимостью результатов с ранее полученными по геотектоническому строению территории.
5. Методика имеет практическую значимость, т.к. может быть использована при инженерно-геологической оценке территории на этапе планирования с целью прогнозирования наиболее неблагоприятных участков для инженерного освоения и требующих повышенного внимания на проектной стадии выполнения работ.
6. Методика имеет экономическую целесообразность, т.к. доступна, финансово не затратная.
7. Методика основана на научных принципах и подходах: использованы математические методы анализа рельефа, логико-аналитические методы, а также графо-аналитические методы для визуализации данных, т.е. методика имеет теоретическую (научную) обоснованность.
8. Для анализа данных использовались современные программные средства, что повышает точность построений и снижает временные результаты.
9. Данную методику могут освоить специалисты, обладающие знаниями и опытом работы в инженерной геологии и инженерно-геологических изысканиях.