Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ АКТИВНЫХ ЗОН

Копылов И.С. 1
1 Пермский государственный национальный исследовательский университет
Методика линеаментно-геодинамического и морфонеотектонического анализов на основе аэрокосмогеологических исследований позволяет производить оценку геодинамической активности территорий и надежно устанавливать геодинамические активные зоны. Многочисленные факты свидетельствуют о закономерностях влияние геодинамической активности на инженерно-геологические условия различных территорий, что характеризует инженерно-геологическую роль геодинамических активных зон как весьма значительную. В пределах зон с наиболее высокой геодинамической активностью и высокой плотностью линеаментов отмечается повсеместное проявление инженерно-геологических процессов, в условиях техногенеза растет их интенсивность, наблюдается ухудшение физико-механических свойств грунтов. Это вызывает необходимость рассмотрения геодинамических активных зон, как одного из главных факторов формирования инженерно-геологических условий и критериев для инженерно-геологической оценки и районирования территорий.
инженерная геология
геодинамические активные зоны
инженерно-геологические процессы
физико-механические свойства грунтов.
1. Копп М.Л., Вержбицкий В.Е., Колесниченко А.А., Копылов И.С. Новейшая динамика и вероятное происхождение Тулвинской возвышенности (Пермское Приуралье) // Геотектоника. – М., – 2008. – № 6. – С.46-69.
2. Копылов И.С. Геоэкологические исследования нефтегазоносных регионов / Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. – Пермь, – 2002. – С. 307.
3. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Пермского Приуралья на основе аэрокосмогеологических исследований // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. – Пермь, – 2010. – С. 14-18, 336-337.
4. Копылов И.С. Учение о геодинамических активных зонах, как синтез знаний в естественных науках // Рудник будущего. – Пермь, – 2011. – № 3 (7). – С. 61-63.
5. Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты учения о геодинамических активных зонах // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – №4; URL:www.science-education.ru/98-4745.
6. Копылов И.С. Инженерно-геологическое и геоэкологическое картографирование территории города Перми для решения проблемы геологической безопасности // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. – Пермь, – 2011. – С. 168-170.
7. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей и их влияние на инженерно-геологические условия // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 5; URL: www.science-education.ru/99-4894.
8. Копылов И.С. Концепция и методология геоэкологических исследований и картографирования платформенных регионов // Перспективы науки. – Тамбов, – 2011. – № 8. – С. 126-129.
9. Копылов И.С. Принципы и критерии интегральной оценки геоэкологического состояния природных и урбанизированных территорий // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6; URL:www.science-education.ru/100-5214.
10. Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6; URL:www.science-education.ru/106-7570.
11. Копылов И.С. Гидрогеохимические аномальные зоны Западного Урала и Приуралья // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. – Пермь, – 2012. – С. 145-149.
12. Копылов И.С. Влияние геодинамики и техногенеза на геоэкологические и инженерно-геологические процессы в районах нефтегазовых месторождений Восточной Сибири // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 3; URL: www.science-education.ru/103-6522.
13. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий территории Пермского края // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 84 (10). – С. 102-112.
14. Копылов И.С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми, как проявления факторов геодинамики и техногенеза // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1 (часть 2). – С. 335-339.
15. Копылов И.С. Закономерности формирования почвенных ландшафтов Приуралья, их геохимические особенности и аномалии // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – №. 4. URL: www.science-education.ru /110-9777.
16. Копылов И.С. Поиски и картирование водообильных зон при проведении гидрогеологических работ с применением линеаментно-геодинамического анализа // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2013. – Т. 93. – № 93 (03). – С. 468-484.
17. Копылов И.С. Геоэкология нефтегазоносных районов юго-запада Сибирской платформы: монография / Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, – 2013. – 166 с.
18. Копылов И.С. К разработке теории о геодинамических активных зонах и эколого-геодинамическая оценка трасс линейных сооружений // Академический журнал Западной Сибири. – Тюмень. – 2013. – Т. 9. – № 4. – С.17.
19. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Приуралья, их проявление в геофизических, геохимических, гидрогеологических полях // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 4. – С. 69-74;
20. Копылов И.С., Коноплев А.В. Оценка геодинамического состояния Талицкого участка Верхнекамского месторождения калийных солей на основе ГИС-технологий и ДДЗ // Геоинформатика. – 2013. – № 2. – С. 20-23.
21. Копылов И.С., Коноплев А.В. Методология оценки и районирования территорий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций как основного результата действия геодинамических и техногенных процессов // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1; URL: www.science-education.ru /115-11918.
22. Копылов И.С., Ликутов Е.Ю. Структурно-геоморфологический, гидрогеологический и геохимический анализ для изучения и оценки геодинамической активности // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9 (часть 3). – С. 602-606.
23. Копылов И.С., Осовецкий Б.М. Об улучшении свойств грунтов как строительных материалов в связи с инженерно-геологическими проблемами в строительстве // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 3; URL: www.science-education.ru/97-4705.
24. Ликутов Е.Ю., Копылов И.С. Комплексирование методов изучения и оценки геодинамической активности // Вестник Тюменского государственного университета. – 2013. – №4. – С. 125-133.
25. Михалев В.В., Копылов И.С., Аристов Е.А., Коноплев А.В. Оценка техноприродных и социально-экологических рисков возникновения ЧС на магистральных продуктопроводах Пермского Приуралья //Трубопроводный транспорт: теория и практика. – М.: ВНИИСТ, – 2005. № 1.– С.75-77.
26. Михалев В.В., Копылов И.С., Быков Н.Я. Оценка геологических рисков и техноприродных опасностей при освоении нефтегазоносных районов на основе аэрокосмогеологических исследований // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», – 2005. – № 5-6. – С.76-78.
27. Осовецкий Б.М., Копылов И.С. О влиянии структуры аллювиальных крупнообломочных грунтов на их инженерно-геологические свойства // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6; URL: www.science-education.ru/113-10930.
28. Середин В.В., Лейбович Л.О., Пушкарева М.В., Копылов И.С., Хрулев А.С. К вопросу о формировании морфологии поверхности трещины разрушения горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2013. – № 3 – С. 85-90.
29. Трофимов В.Т. Современное состояние и новые теоретические задачи инженерной геологии как науки // Инженерная геология. – 2010. №4. – С.6-17.

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).

kop.tif

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.


Библиографическая ссылка

Копылов И.С. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ АКТИВНЫХ ЗОН // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5-2. – С. 110-114;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=33934 (дата обращения: 18.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252