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:     | 1 ||

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

-- [ Страница 2 ] --

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.

 Типы геологического разреза на Каменск-Уральском участке В массиве-6

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».

 Основные виды подземных карстовых форм на Каменск-Уральском участке: а –-7

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».

 Основные виды подземных карстовых форм на Богдановичском участке а –-8

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 1. Тектоническая нарушенность массива, наличие незаполненных карстовых полостей в массиве 2. Зона вертикальной циркуляции 30-35 м при близком расположении дрены 3. Незначительная мощность покровных проницаемых песчано-глинистых отложений 1. Многочисленные зоны локальной инфильтрации в старых горных разработках (дудках, шурфах) 2. Сброс канализационных стоков в карьер бывшего Барабинского рудника 3. Нарушение поверхностного стока насыпью, создание зон локальной инфильтрации в резервах и динамические нагрузки от железной дороги
Богдановичский - 1. Понижение уровня воды во время эксплуатации трещинно-карстового водоносного горизонта и последовавшее в последние годы его восстановление 2. Сброс промышленных стоков Богдановичского огнеупорного завода по открытой канаве 3. Систематические утечки городского канализацион-ного коллектора 4. Нарушение поверхност-ного стока насыпью, создание зон локальной инфильтрации в резервах и динамические нагрузки от железной дороги

Для обеспечения устойчивости земляного полотна железных дорог рекомендуется применять тампонаж карстовых полостей. Тампонаж в условиях близкого залегания кровли карстующихся пород и наличия открытых карстовых полостей является эффективным методом противокарстовой защиты и позволяет обеспечить безопасность движения поездов на закарстованных участках.

Заключение

В диссертационной работе детально рассмотрены особенности развития карбонатного карста Сухоложско-Каменского карстового района. Проведена типизация геологических условий и морфологии карстовых полостей. Установлены основные природные и техногенные факторы активизации провалообразования на локальных участках.

Основные выводы

1. Сложное геологическое и тектоническое строение и геологическая история развития Сухоложско-Каменского карстового района (наличие толщ растворимых карбонатных пород, интенсивная тектоническая нарушенность массивов, значительные колебания базиса эрозии) обусловили интенсивное развитие карста в прошлые геологические эпохи и, как следствие, широкое распространение и разнообразие поверхностных (таких, как воронки, провалы, лога) и подземных (пещеры, погребенные полья и палеокарстовые останцы и гребни, полости и расширенные карстом трещины) карстовых форм.

2. Закономерности распределения поверхностных карстовых форм обусловлены, прежде всего, гидродинамическими условиями. Наибольшая плотность поверхностных карстовых форм наблюдается: 1) в долинах глубоко врезанных рек Кунары и Каменки в связи с увеличением градиента вертикальной фильтрации, скорости движения воды и ее разрушающего воздействия на заполнитель полостей; 2) на контактах карбонатных отложений и терригенных толщ; 3) в зонах тектонических нарушений, характеризующихся сильной трещиноватостью и усиленной циркуляцией подземных вод.

Аномальное увеличение плотности провальных карстовых форм наблюдается в зонах техногенного воздействия: 1) в зоне влияния депрессионной воронки Богдановичского месторождения подземных вод; 2) в зонах комплексного техногенного влияния (утечки водонесущих коммуникаций, сосредоточенная инфильтрация, подпор поверхностного стока, динамические и статические нагрузки).

3. Карбонатные породы являются наименее растворимыми из карстующихся 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 выявлено более 20 разновидностей карбонатных пород. 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. В Каменском районе наиболее закарстованными в силу неоднородности сложения являются известняковые брекчии.

4. Нерациональное ведение хозяйственной деятельности на закарстованных территориях Сухоложско-Каменского района приводит к активизации провалообразования. Образование провалов обусловлено, прежде всего, изменением естественных гидрогеологических условий. Изменение гидродинамических условий (интенсивная эксплуатация трещинно-карстового водоносного горизонта, нарушение поверхностного стока с массивов карстующихся пород, образование на локальных участках очагов сосредоточенной инфильтрации поверхностных вод, утечки из городских водонесущих коммуникаций) приводит к активизации карстово-суффозионного процесса. Размыв древнего заполнителя карстовых полостей и вмывание в образовавшиеся пустоты рыхлых покровных отложений приводят к образованию на поверхности земли просадок и провалов, создающих угрозу нормальной эксплуатации инженерных сооружений.

5. Морфология карстовых полостей Сухоложско-Каменского района определяется степенью тектонической нарушенности и направлением трещин. Карстовые полости приурочены к зонам повышенной трещиноватости разного генезиса, преимущественно меридионального, северо-восточного и северо-западного направлений. Большинство карстовых полостей имеет клиновидную форму и раскрывается в кровлю карстующихся пород. Для обеспечения устойчивости земляного полотна железных дорог на закарстованных территориях в условиях близкого залегания карстующихся пород и наличия открытых полостей, раскрывающихся в кровлю известняков, требуется тампонаж карстовых полостей.

Основные положения диссертации опубликованы

в следующих работах:

1. Горбова С.В. Карбонатный карст Алапаевско-Каменского синклинория (Восточный склон Урала) / Э.И. Афанасиади, О.Н. Грязнов, С.Г. Дубейковский, О.Б. Нещеткин, Н.А. Вологжанина, С.В. Горбова // Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий: Материалы междунар. симп., г. Екатеринбург, Россия, 2001.- Екатеринбург, изд-во «Аква-Пресс», 2001. - С. 223-228.

2. Горбова С.В. Характеристика карбонатного карста Сухоложско-Богдановичского района Свердловской области / Э.И. Афанасиади, О.Н. Грязнов, С.Г. Дубейковский, С.В. Горбова, Н.А. Вологжанина, О.Б. Нещеткин // Техногенная трансформация геологической среды: Материалы междунар. науч-практ. конф., г. Екатеринбург, 2002. – Екатеринбург, изд-во УГГГА, 2002. - С. 70-74.

3. Горбова С.В. Изучение и оценка закарстованности карбонатных пород на 94 км железной дороги Свердловск – Курган // Техногенная трансформация геологической среды: Материалы междунар. науч-практ. конф., г. Екатеринбург, 2002. – Екатеринбург, изд-во УГГГА, 2002. - С. 80-82.

4. Горбова С.В. Геодинамика карбонатного карста Сухоложско-Богдановичского района (Восточный склон Урала) / Э.И. Афанасиади, С.В. Горбова // Известия Уральской государственной горно-геологической академии. Вып.18. Серия: Геология и геофизика. – Екатеринбург, изд-во УГГГА, 2003. - С. 220-228.

5. Горбова С.В. К вопросу изучения региональных закономерностей развития карста в Сухоложско- Каменском районе / Э.И. Афанасиади, С.В. Горбова // Карстоведение – ХХI век: теоретическое и практическое значение: Материалы междунар. симп., г. Пермь, 25-30 мая 2004. – Пермь: Пермский ун-т, 2004. - С. 104-109.

6. Горбова С.В. Карст и его аварийные проявления в Сухоложско-Каменском районе Свердловской области / Э.И. Афанасиади, С.В. Горбова // Экологические проблемы промышленных регионов: Материалы всерос. конф., г. Екатеринбург, 2004. - Екатеринбург, 2004. - С. 57-58.

7. Горбова С.В. Литолого-петрографические особенности карстующихся пород Богдановичского района Свердловской области / С.В. Горбова, Э.И. Афанасиади // Материалы Уральской горнопромышленной декады, г. Екатеринбург, 4-14 апреля 2005. - Екатеринбург, 2005. - С. 82-83.

8. Gorbova S.V. RESEARCH OF CONNEKTION КARST WITH FLOODING OF BUILDING / Elokhina S.N., Dubacovsky S.G., Afanasiadi A.I., Futoraynsky L.D., Gorbova S.V // INTERNANIONAL SYMPOSIUM ON LATEST NATURAL DISASTERS – NEW CHALLENGES FOR ENGINEERING GEOLOGY, GEOTECHNICS AND CIVIL PROTECTION. September 5-8, 2005, Sofia, Bulgaria.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.