В результате перехода на новую геологическую парадигму – тектонику литосферных плит, многие геологические науки в т.ч. – инженерная геология пересматривают свои теоретические и методологические основы, в которых рассматривают аспекты, связанные с анализом и моделированием геодинамических обстановок, формированием природных и техногенных геологических систем. В.Т. Трофимов [29] сформулировал идею о необходимости нового этапа в развитии инженерной геологии, в котором должно быть исследовано полное глобальное многообразие всех объектов инженерной геологии, рассмотрены задачи этой науки, вытекающие из парадигмы тектоники плит. Также обращает внимание на необходимость инженерно-геологического анализа различных внутриплитных явлений – планетарной трещиноватости, глубинных разломов, кольцевых структур и других подобных явлений, известных в геотектонике и геодинамике, но которые пока слабо увязываются с решением инженерно-геологических проблем [29]. К мощному фактору формирования инженерно-геологических условий территорий, который часто играет ведущую роль среди многих природных факторов, можно отнести геодинамические активные зоны – ГАЗ (участки земной коры, активные на современном этапе неотектонического развития, характеризующиеся пониженной прочностью коры, повышенной трещиноватостью, проницаемостью, и, как следствие, проявлениями разрывной тектоники, сейсмичности и других процессов в т.ч. – инженерно-геологических, геоэкологических, гидрогеологических) [4, 5, 11, 16]. Под инженерно-геологическими процессами мы понимаем процессы, происходящие под влиянием геологических и других природных факторов, влияющие на состояние геологической среды и размещаемых в этом пространстве инженерных сооружений [13].
Методика, результаты, обсуждение. Разработанные автором и др. специальные методики для оценки геодинамической (неотектонической) активности территорий – морфонеотектонический и линеаментно-геодинамический анализы на основе аэрокосмогеологических исследований – АКГИ [2, 5] позволяют достаточно надежно устанавливать ГАЗ различных уровней – от региональных (с площадями в сотни и тысячи км2) до локальных (с площадями менее 1 км2), особенно при комплексировании с другими методами [1, 15, 22, 24, 28].
Данная методика применялась во многих регионах – Урале и Приуралье, Восточной и Западной Сибири, Дальнем Востоке, Севере, Средней Азии в инженерно-геологических целях (инженерно-геологическое картографирование и районирование, инженерные изыскания под гражданское и промышленное строительство, проектирование инженерных сооружений, обоснование геологической безопасности рудников, разработка генеральных планов городов и схем территориального планирования и др.). Выделены многочисленные ГАЗ с различной степенью активности. В пределах зон с наиболее высокой активностью и высокой плотностью линеаментов отмечается повсеместное проявление инженерно-геологических процессов, в условиях техногенеза растет их интенсивность, наблюдается ухудшение физико-механических свойств грунтов. Приведем некоторые примеры.
В Восточной Сибири в районах нефтегазовых месторождений проведенный автором комплексный линеаментно-геодинамический, инженерно-геокриологический пространственный анализ показал на закономерное изменение состояния геологической среды и ее параметров в пределах локальных ГАЗ по сравнению с другими участками [12, 17]. В пределах этих зон отмечается увеличение размеров таликов среди мерзлых пород; ухудшение физико-механических свойств грунтов (увеличение площади и мощности рыхлых грунтов – торфов, мягко- и текучепластичных суглинков, водонасыщенных песков, увеличение трещиноватости скальных грунтов); увеличение интенсивности проявления инженерно-геологических процессов (особенно – заболачивания, пучения грунтов, термокарста, эрозионных процессов), что в целом характеризуются менее благоприятной степенью сложности инженерно-геологических условий.
В Западной Сибири региональными АКГИ изучена территория проектируемого конденсатопровода Уренгой-Сургут (протяженностью 508 км), проведено геодинамическое районирование, при этом, по трассе выделены десятки ГАЗ, среди которых 6 аномалий с очень высокой степенью геодинамической активности [18]. Пространственный анализ и сопоставление ГАЗ и линеаментов с результатами инженерно-геологических изысканий показали, что в их пределах также отмечается ухудшение физико-механических свойств грунтов; в инженерно-геологических скважинах на этих участках установлено наличие торфов увеличенной мощности, мягко- и текучепластичных суглинков и глин, наличие водонасыщенных песков, а также, более интенсивно проявляется заболачивание, пучение грунтов, термокарст, эрозия и термоэрозия.
На территории Урала и Приуралья линеаментно-геодинамическим и морфонеотектоническим анализом выделены 17 региональных, 60 зональных, а также сотни локальных ГАЗ [3, 10]. Установлена их тесная пространственная и статистическая корреляционная связь с различными геохимическими, геофизическими и гидрогеологическими аномалиями [19]. Сделан вывод о необходимости учитывать их при разработке критериев интегральной оценки геоэкологического состояния территорий [8, 9], проведения инженерно-геологических исследований и оценки территорий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций [21]. Установлено, что практически все ЧС природного и природно-техногенного характера на нефтегазопроводах в Приуралье происходили и происходят в пределах зон повышенной геодинамической активности, что четко подтверждает факт влияния геодинамического фактора на условия эксплуатации нефтегазопроводов. Аналогичный вывод сделан многими исследователями практически во всех нефтегазоносных регионах России [25, 26].
На территории Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС) выполнен линеаментно-геодинамический анализ (на площади 4,7 тыс. км2 проведены зональные АКГИ масштаба 1:100 000, выделены 1801 тектонических линеаментов, установлены 61 ГАЗ с площадями от 0,2 до 16 км2 с чрезвычайно высокой плотностью линеаментов, опасных для производства горных работ) и проведено сопоставление локальных ГАЗ и линеаментов с данными инженерно-геологических изысканий [7, 20]. Анализ показал на приуроченность к этим зонам экзогенных геологических процессов (усиление карстово-суффозионных процессов, оврагообразования, оползней, береговой и склоновой эрозии и др.). Также, в пределах ГАЗ отмечается значительное ухудшение физико-механических свойств грунтов. Крупномасштабное инженерно-геологическое районирование масштаба территории Усть-Яйвинского участка ВКМКС и детальное инженерно-геологическое районирование основной промышленной площадки [7] показывает, что на участке локальной ГАЗ, зафиксирована наибольшая мощность рыхлых образований, а в инженерно-геологических скважинах установлено наличие мягко- и текучепластичных грунтов в отличие от других участков. В целом этот участок характеризуется менее благоприятной степенью сложности инженерно-геологических условий.
При инженерно-геологическом анализе Кизеловского угольного бассейна (КУБ), который в настоящее время рассматривается, как район экологического бедствия из-за сильного загрязнения окружающей среды шахтными водами, автором (совместно с В.А. Калмаковой) изучено влияние геодинамической активности на инженерные свойства грунтов на примере площадок проектируемых очистных сооружений. На промплощадке шахты им. 40 лет ВЛКСМ корреляционный анализ между показателями физико-механических свойств грунтов и тектонической трещиноватости показал их тесную взаимосвязь, особенно для полускальных грунтов (рисунок).
Оценка влияния геодинамической активности на инженерно-геологические свойства грунтов
По величине коэффициентов корреляции наибольшая взаимосвязь с плотностью тектонической трещиноватости выявлена между влажностью грунтов rр=0,60, коэффициентом пористости (е) rр=0,56, плотностью сухого грунта (pd) rр= – 0,56, плотностью грунта (p) rр= – 0,51, пределом прочности в водонасыщенном состоянии rр= – 0,43, пределом прочности в сухом состоянии rр= – 0,42. Тем самым доказано влияние неотектоники и современной геодинамики на ухудшение свойств пород, увеличении степени влажности и в целом – влияние их на строительные условия.
В работе Б.М. Осовецкого и автора [27] на основе теоретических основ упаковки обломков и методов дробного гранулометрического анализа аллювиальных валунно-гравийно-галечных осадков многих рек России и ближнего зарубежья (Печоры, Онеги, Камы, Белой, Вятки, Дона, Десны, Днестра, Кубани, Кумы, Туры, Тобола, Ишима, Оби, Иртыша, Енисея, Лены, Чулыма, Томи, Ангары, Вилюя и др.) описаны основные особенности детальной структуры крупнообломочного аллювия и ее влияния на инженерно-геологические свойства грунтов. Проанализированы критерии, характеризующие изменение детальной структуры аллювия в направлении от гор к равнинам. Показано, что большую роль в формировании структуры аллювия и инженерно-геологических свойств играет блоковая тектоника и неотектоника, которая проявляется через различную геодинамическую (неотектоническую) активность. В ряде случаев создаются благоприятные геодинамические условия для улучшения качества строительных материалов [23]. В целом, установлено, что в пределах активно поднимающихся блоков земной коры (антиклинории, своды, поднятия), приуроченных к участкам высокой геодинамической активности, возрастают уклоны и скорость водного потока в руслах рек и формируется более крупный по размерам обломков галечно-валунный аллювий. При пересечении относительно опускающихся блоков (синклинории, впадины), приуроченных к участкам низкой геодинамической активности, уклоны и скорости течения уменьшаются, аллювий становится менее крупнообломочным гравийно-галечным. Так, на Южном Урале, в долине р. Белой в пределах активно поднимающихся блоков с чрезвычайно и очень высокой геодинамической активностью медианный диаметр обломков аллювия фации прирусловой отмели почти в 3 раза превышает таковой для аллювия опускающихся блоков с низкой геодинамической активностью [27].
На урбанизированных территориях, особенно в городах оценка геодинамической активности играет исключительно важное значение при изучении инженерно-геологических условий. Основной методический комплекс их изучения – крупномасштабное инженерно-геологическое картирование, дистанционные исследования, мониторинг геологической среды. В России из крупных городов наиболее изучены Москва и С.Петербург, где инженерно-геологическим проблемам уделяется серьезное внимание и финансирование – составлены крупномасштабные карты инженерно-геологического районирования, выделены зоны геологических рисков. Третий по площади город – Пермь, как и большинство других городов, изучены недостаточно. Пермский мегаполис имеет сложные инженерно-геологические условия, обусловленные развитием различных геологических и гидрогеологических процессов, специфическими грунтами, подработанными пространствами и др. [6, 14]. При этом многие неблагоприятные техноприродные процессы значительно усиливаются в зонах повышенной геодинамической активности, установленных линеаментно-геодинамическим анализом, серьезно влияют на условия строительства и эксплуатацию инженерных сооружений.
Заключение
Подобных примеров по природным неосвоенным и урбанизированным районам разной степени инженерно-геологической сложности можно привести большое количество. Многочисленные факты свидетельствуют о закономерностях влияние геодинамической активности на инженерно-геологические условия территорий разной степени освоенности, что характеризует инженерно-геологическую роль геодинамических активных зон как весьма значительную. Это вызывает необходимость рассмотрения их, как одного из главных факторов формирования инженерно-геологических условий и критериев для инженерно-геологической оценки и районирования территорий.