Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Научные направления
Поделиться:
Публикация научных статей в научно-издательском центре Аэтерна


Разделы: Геология
Размещена 03.09.2021. Последняя правка: 03.09.2021.
Просмотров - 43

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»


Аннотация:
Развитие карстового процесса на территории Пермского края усложняет процесс строительство и требует дополнительных исследований. В результате активизации карстового процесса происходят осадка и провалы земной поверхности, деформации сооружений, перетекания карстовых вод в горные выработки и подземные сооружения, загрязнение подземных вод. Данная работа позволила дать оценку возможности активизации карстовых процессов во время эксплуатации исследуемой территории. По результатам проведенных инженерно-геологических изысканий можно сделать вывод, что в период строительства и эксплуатации проектируемого жилого дома, при условии отсутствия значительного техногенного воздействия, активизация карстового процесса и обусловленных им деформаций маловероятна.


Abstract:
The development of the karst process on the territory of the Perm Region complicates the construction process and requires additional research. As a result of the activation of the karst process, precipitation and sinkholes of the earth's surface occur, deformations of structures, overflowing of karst water into mine workings and underground structures, pollution of underground water. This work allowed us to assess the possibility of activating karst processes during the operation of the studied territory. According to the results of the conducted engineering and geological surveys, it can be concluded that during the construction and operation of the projected residential building, provided there is no significant anthropogenic impact, the activation of the karst process and the deformations caused by it is unlikely.


Ключевые слова:
карст; геологические процессы; подземные воды; инженерные изыскания

Keywords:
karst; geological processes; underground waters; engineering surveys


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 rj+1/rj = 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.

Библиографический список:

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:

Оставить комментарий


 
 

Вверх