Статья опубликована в №97 (сентябрь) 2021
Разделы: Геология
Размещена 03.09.2021. Последняя правка: 03.09.2021.
Просмотров - 1118

ОЦЕНКА ЗАКАРСТОВАННОСТИ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Лямин Илья Андреевич

магистр геологии

Пермспецгеология

директор

Никитина Татьяна Александровна, ведущий специалист ООО «ПЕРМСПЕЦГЕОЛОГИЯ». Зубриков Александр Андреевич, инженер-геофизик ООО «ПЕРМСПЕЦГЕОЛОГИЯ». Саликова Владислава Георгиевна, геолог ООО «ПЕРМСПЕЦГЕОЛОГИЯ». Рузманов Ростислав Юрьевич, магистрант Пермского государственного национального исследовательского университета, геолог ООО «ПЕРМСПЕЦГЕОЛОГИЯ»

УДК 556: 550.372: 550.461

Введение

Участок инженерно-геологических изысканий расположен в Пермском крае, Ординском районе, с.Орда. Село Орда находится в юго-восточной части Пермского края и расположено при слиянии рек Ординка и Кунгур, в 116 километрах от краевого центра.

Ближайшими к территории изысканий водными объектами являются р. Кунгур и ее правый приток – р. Ординка, принадлежащие бассейну р. Ирени (правобережные) и имеют гидравлическую связь с подземными водами.

При изучении геологического строения и гидрогеологических условий исследуемого участка дополнительно использованы данные бурения разведочно-эксплуатационных скважин для хозяйственно-бытового водоснабжения с. Орда [5]. Скважины №1125,1126 пробурены в 0,5км северо-восточнее села Орда глубиной до 72,0м в 1962 году.

Повсеместно породы иренской свиты кунгурского яруса нижнего отдела пермской системы P₁ir перекрыты четвертичными отложениями [8]. Четвертичные отложения представлены аллювиальными и делювиальных отложениями [6]. Наибольшие территории занимают покровные глины и суглинки.

По данным бурения разрез участка инженерно-геологических изысканий до глубины 30,0 м представлен четвертичными элювиальными отложениями, подстилаемые обвально-карстовыми породами, которые перекрыты с поверхности насыпными техногенными отложениями мощностью до 1,5м в скв.№3, с поверхности отмечен почвенно-растительный слой мощностью 0,2 м.

Схематизация, анализ данных, гидрогеологическая стратификация и районирование проведены на основе материалов исследований прошлых лет Л.И Шимановского, Г.К. Михайлова, Е.А. Боброва, А.М. Оскотского, В.И. Мошковского, Е.А. Иконникова и др.

Рисунок 1 – Гидрогеологическая карта Пермского края [3]

Карстовый процесс

По районированию карста Пермской области [3,2,8] территория приурочена к Иренскому району преимущественно гипсового и карбонатно-гипсового карста. Местоположение с. Орда приурочено к зоне контакта карбонатных и сульфатных пород.

Зона активного водообмена и карстообразования в районе слагается породами кунгурского яруса (филипповским и иренским горизонтами) нижней перми. Филипповский горизонт представлен плитчатыми доломитами известковистыми, местами кавернозными. Каверны (до 5 см) заполнены гипсом и ангидритом. Мощность горизонта 40-90м. Иренский горизонт представлен преимущественно гипсо-ангидритовыми (интенсивно карстующимися) и карбонатными (доломитово-известковистыми) породами.

На западном крыле Уфимского вала, где расположен участок, отложения кунгурского яруса залегают под углом менее 10° на запад. На западе иренский горизонт перекрыт породами соликамского и шешминского горизонтов.

Карстовые брекчии формируются на границе филипповского и иренского горизонтов в западной части Уфимского вала. Карстовые брекчии являются частью покровных отложений и индикатором интенсивности образования провалов, на ряду с их составом, мощностью, а также множеством геоморфологических, гидрогеологических и техногенных факторов. Возраст таких отложений неоген-четвертичный (N-Q). Карстовые брекчии – это карстующиеся породы, в которых происходит не только вынос заполнителя, но и растворение сульфатных включений.

Согласно районированию подземных вод по условиям водоснабжения (по Л.А. Шимановскому [9]) территория района изысканий расположена в пределах карстовых вод Уфимского плато. Трещинно-пластовые воды, циркулирующие ниже вреза речных долин, характеризуются напором. Подземные воды из карбонатных отложений разгружаются на контакте с сульфатными породами. На своем пути они интенсивно выщелачивают гипсовые останцы среди карстово-обвальных отложений и восточный край карбонатно-сульфатного массива. В зоне активного водообмена по данным гидрогеологов Пермской геологоразведочной экспедиции развиты воды спорадического распространения ольховской карстовой брекчии [9] (рис.1).

Карстово-обвальные отложения состоят из глин, суглинков, щебня и обломков разрушенных карбонатных, реже – сульфатных пород. Вниз по разрезу они переходят в ольховскую брекчию, представленную сцементированными обломками известняков и доломитов.

Гипсы и ангидриты шалашнинской пачки (мощность до 15м), неволинской пачки (мощность 8-12м), и ледянопещерской пачки (мощность 15-20м) иренского и филипповского горизонтов кунгурского яруса являются коренными породами.

В правобережной части села распространены карбонатные отложения, имеются выходы дочетвертичных пород (известняки) на склонах лога.

Степень закарстованности территории обусловлена особенностями геологического строения, геоморфологическими и гидрогеологическими условиями.

По наличию покровных отложений карст относится к подэлювиальному и закрытому типу (под толщей коренных менее карстующимися карбонатными отложениями).

Оценка карстоопасности территории при инженерно-геологических изысканиях проводилась на основе анализа результатов карстологического обследования, подготовленного в 2010 г. в Пермском государственном университете под руководством В.Н. Катаева «Отчет о научно-исследовательской работе. Мониторинг закарстованных территорий Пермской области (промежуточный). Том I. Обоснование критериев локализации участков развития карстового процесса различной степени активности (Ординский район). Критерии прогноза, методика и оценка карстоопасности», изучения литературных источников [3, 6, 2, 8, 9] и архивных данных по изучению карста данной территории.

В геоморфологическом отношении участок расположен на правобережном склоне долины р. Кунгур, протекающей в 0,7км от участка изысканий. Склон пологий, отметки поверхности составляют 156,5м.

С поверхности скважиной №1125 вскрыт песчаник мощностью 3,0м. Ниже до глубины 15м залегает известняк доломитизированный, в интервале 15-22м распространен известняк серый разрушенный выветрелый. С глубин 22-72 м керна нет, наблюдалось полное поглощение промывочной жидкости, что свидетельствует о зоне высокой трещиноватости карбонатных пород.

В скважине №1126, пробуренной вс. Орда, в верхней части геологического разреза залегают делювиальные глинистые отложения, мощность отложений 1,6м.

Ниже залегает известняк кавернозный с небольшим количеством глины, мощность слоя 31,1м. На глубине 32,7м вскрыт известняк доломитизированный мощностью 6,4м. В интервале 39,1…42,0м залегает доломит светло-серый пористый. С глубины 42,0м вскрыт известняк светло-серый трещиноватый, кавернозный, с глубины 64м с редкой фауной.

Подземные воды вскрыты на глубине 18м, установившийся уровень зафиксирован на глубине 10,5м.

По результатам бурения скважин на площадке проектируемого строительства до глубины 10…30м и интерпретации ВЭЗ в верхней части разреза залегают элювиальные отложения, представленные глинами щебенистыми и суглинками с дресвой, и обвально-карстовые образования (карстовая брекчия), представленные щебенистыми и дресвяными грунтами с суглинистым заполнителем. Крупнообломочный материал представлен дресвой, щебнем и глыбами известняка серого, светло-серого, кавернозного. Размеры глыбового материала до 2,0-5,0см. Характер грунтов, вскрытых в верхней части разреза в скважине №3 свидетельствует, вероятно, о погребенной карстовой воронке.

Появление подземных вод отмечено на глубине 19,5м, установившийся уровень зафиксирован на глубине 16,0м. Подземные воды с минерализацией 0,497г/л, имеют гидрокарбонатно-кальциевую гидрохимическую формацию, агрессивны по отношению к сульфатным породам (произведение растворимости сульфата кальция по результатам гидрохимического опробования 3,8х10^-7).

В правобережной части села распространены карбонатные отложения, имеются выходы дочетвертичных пород (известняки) на склонах лога.

Процессы химической денудации в карбонатах замедлены. Скорость растворения и выноса глинистых частиц из карстово-обвальных образований замедлена, так как фильтрационные свойства глинистых отложений низкие. Карстовый процесс происходит в зоне горизонтальной поддолинной циркуляции подземных вод.

Методика геофизических исследований

Геофизические исследования выполнены на основании и с учетом [5, 2, 8] как составная часть инженерно-геологических изысканий с целью уточнения геологического разреза на площадке строительства.

Методика инженерно-геофизических работ обусловлена особенностью геологического строения и основана на применении н части II СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» и ТСН 11-301-2004По «Инженерно-геологические изыскания для строительства на закарстованных территориях Пермской области».

В задачу геофизических исследований входит:

- определение удельных электрических сопротивлений и литологическое расчленение пород верхней части разреза;

- уточнение инженерно-геологического разреза в межскважинном пространстве.

Полевые работы, включавшие в себя метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), производились с использованием трехэлектродной установки по 10 пикетам профиля. Для выполнения съемки использовался аппаратурно-программный комплекс АМС-1 [1]. Данный прибор является разработкой ООО «НПП Интромаг» и сотрудников Пермского государственного национального исследовательского университета. Съемка методом ВЭЗ выполнена на 10 пикетах с шагом по профилю 1 м. Полуразносы (r) питающей линии находились в диапазоне 1,5…60,0 м с геометрическим шагом приблизительно r_j+1/r_j = 1,4. При проведении данных работ использовалась одна приемная линия MN длиной 1 м. Измерения производились с силой тока 2…10 мА при частоте 4,88 Гц.

Обработка полевых материалов с последующей интерпретаций выполнялась с использованием автоматизированной системы «ЗОНД». Данная система включает в себя следующие блоки для выполнения обработки и интерпретации: 1) ввод и корректировка исходных данных с визуализацией; 2) предварительная обработка полевых материалов; 3) модуль качественной интерпретации; 4) анализ контрольных и параметрических измерений; 5) модуль количественной интерпретации.

Предназначенные для организации автоматического режима работ данные этапы являются автоматизированными блоками системы «ЗОНД» [4] и содержат модули визуализации и графического отображения результатов работ, в т.ч. и для графической выдачи в виде разрезов. На этапе контроля полевых наблюдений можно получить карту перекрытий, для отображения расхождения «ворот», что косвенно может определять наиболее качественные полевые наблюдения.

Этап качественной интерпретации позволяет получить общее представление о геологическом строении, пространственном изменении электрических свойств грунтов исследуемой территории. Результатом качественной интерпретации являются графические изображения поля кажущихся сопротивлений (КС). Карты и разрезы КС являются визуализацией полевых материалов и могут лишь приблизительно сообщать об геологическом строении.

Количественные параметры, такие как мощности и удельное электрическое сопротивление определяется после применения блока количественной интерпретации данных ВЭЗ. Результатом этапа являются геоэлектрические разрезы, полученные с помощью подбора теоретических кривых зондирований и на основе данных бурения. Дополнительно данных блок позволяет привлекать данные ГИС (БКЗ, ИК и др.). Количественная интерпретация позволяет более достоверно определить границы геоэлектрических горизонтов и их удельное электрическое сопротивление. Также блок количественной интерпретации содержит модули визуализации остаточных аномалий для контроля пересчета в УЭС. Данный блок позволяет получать структурные карты для различных геоэлектрических горизонтов, выделенных в процессе интерпретации.

Результаты работ

По результатам качественной интерпретации данных построен разрез КС для исследуемого профиля (рисунок 2), отображающий общий характер распределения электрического сопротивления с глубиной. В верхней части разреза зафиксированы относительно высокоомные породы, ниже залегают породы с относительно пониженным сопротивлением, подстилающие отложения являются высокоомными.

Рисунок 2 – Разрез КС по результатам качественной интерпретации данных

Количественная интерпретация позволяет более достоверно определить границы геоэлектрических горизонтов и их удельное электрическое сопротивление. Результатом количественной интерпретации полученных данных ВЭЗ является геоэлектрический разрез (рисунок 3). По результатам количественной интерпретации в пределах исследуемой части разреза выделено четыре геоэлектрических горизонтов.

В верхней части разреза выделяется слой мощностью порядка 0,8…1,0 м, сопротивление пород составляет 390…510 Ом‧м. Он отождествляется с песчанистыми, возможно, техногенными грунтами. Ниже по разрезу залегают слой относительно пониженного сопротивления (в среднем, 32-50 Ом‧м). Их общая мощность составляет около 3 м. Эти геоэлектрические горизонты отождествляются с отложениями суглинков и суглинков дресвяных. Третий геоэлектрический горизонт характеризуется мощностью около 14 м и относительно пониженным сопротивлением (в среднем, 5-30 Ом‧м). Он связан с водонасыщенными карбонатными породами (в пределах этого слоя вероятно расположение водоносного горизонта). Опорным геоэлектрическим горизонтом являются высокоомные породы (в среднем, 200-500 Ом‧м), представленные более плотными известняками и доломитами. 

Рисунок 3 – Геоэлектрический разрез по результатам количественной интерпретации данных

По результатам интерпретации геофизических исследований аномалий, связанных с карстовыми образованиями (провалами, пустотами), не выявлено. В интервале залегания карбонатных отложений геоэлектрический разрез характеризуется достаточно однородным распределением свойств в пределах исследуемой территории. Отсутствие выраженных аномалий электрического сопротивления в этой части разреза свидетельствует о низкой вероятности проявления карстовых процессов на данном участке.

При рекогносцировочном обследовании участка изысканий и прилегающей территории поверхностных карстовых форм не обнаружено.

Заключение

По результатам проведенных инженерно-геологических изысканий участок проектируемого жилого дома оценивается в соответствии с таблицами 5.1, 5.2 части II СП 11-105-97 и ТСН 11-301-2004По как территория по интенсивности проявления карстовых провалов к IVГ категории устойчивости (среднегодовое количество провалов на 1 км² 0,01…0,05 случаев в год), где на поверхности возможны провалы диаметром до 3 м.

Согласно СП 115.13330.2016 «Геофизика опасных природных процессов» территория по категории сложности инженерно-геологических условий характеризуется как средней сложности.

В качестве прогноза можно сделать вывод, что в период строительства и эксплуатации проектируемого жилого дома, при условии отсутствия значительного техногенного воздействия, активизация карстовых процессов и обусловленных им деформаций маловероятна.

Таким образом, в связи с отсутствием карстовых воронок, с учетом геологического строения, гидрогеологических условий, а также согласно «Отчету о научно-исследовательской работе…» исследуемый участок может быть отнесен к территории с пониженной устойчивостью согласно ТСН 11-301-2004По.

1. Алатов С.А., Батяев И.М., Зеленин В.П., Карпов С.Б., Колесников В.П., Мельников А.К., Татаркин А.В., 2010. Аппаратурно-программный комплекс АМС-1. Патент на полезную модель № 97542 от 10.09.2010.
2. Горбунова К.А. (ред.). Пояснительная записка к карте карстующихся пород и карста Пермской области масштаба 1:500 000. Изд-во Пермского университета, Пермь, 1991.
3. Горбунова К.А., Андрейчук В.Н., Костарев В.П., Максимович Н.Г. Карст и пещеры Пермской области. Изд-во Пермского университета, Пермь, 1992.
4. Колесников В.П., Кутин В.А., Мокроносов С.В., 2005. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2004611865 от 11.01.2005.
5. Копылов И.С. Основные водоносные комплексы Пермского Прикамья и перспективы их использования для водоснабжения. Успехи современного естествознания, № 9-2, 2014, с. 105-110.
6. Лаврова Н.В. Закономерности распространения и формирования карстовых брекчий (на примере Пермского Прикамья). Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук, Горный институт УрО РАН, Пермь, 2005.
7. Подземные воды СССР. Обзор подземных вод Пермской области. Том II. Буровые на воду скважины. Книга 3. Изд-во Министерства геологии СССР, Москва, 1970.
8. Саваренский И.А., Миронов Н.А. Руководство по инженерно-геологическим изысканиям в районах развития карста. Изд-во ПНИИИС Минстроя России, Москва, 1995.
9. Шимановский Л.А., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области. Пермское книжное изд-во, Пермь, 1973.

Рецензии:

6.09.2021, 12:38 Кучер Лариса Ивановна
Рецензия:  Авторы провели серьезные исследования и наблюдения, которые представили в рисунках. Все разделы статьи соответствуют требованиям. Библиография статьи презентабельная и содержит квалифицированные научные источники. К публикации в научном журнале рекомендовано полностью. Авторам желаю дальнейших успехов.



Комментарии пользователей:

20.10.2021, 5:43 Ашрапов Улугбек Товфикович Отзыв: Данную статью, рекомендую к публикации после некоторых доработок: 1 - четко написать цель исследования; - 2-описать научную новизну работы; 3- описать проводились ли дозиметрические измерения по определению радиоактивности (альфа, бета -, гамма - излучение) и отбор проб из площадок под строительство для спектрометрического анализа почвы и их анализа на содержание радионуклидов.

Оставить комментарий