авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Карбонатный карст сухоложско-каменского района (восточный склон среднего урала)

-- [ Страница 1 ] --

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.

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.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.