Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ПРОЯВЛЕНИЕ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА АВТОТРАССЕ «КОЛЫМА» (ЯКУТСК – МАГАДАН)

Поморцева А.А. 1 Поморцев О.А. 2 Поспехов Г.Б. 1 Кондакова В.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
2 ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»
Рассматриваются современные инженерно-геологические проблемы автотрассы «Колыма» – Якутск – Магадан проложенной в труднодоступной горной местности хребтов Верхоянья и системы Черского, в исключительно сложных природно-климатических условиях, в зоне сплошного распространения толщ многолетнемерзлых пород, мощность которых достигает 500 м и более и крайне расчлененного рельефа. Особое внимание уделено выявлению закономерностей возникновения и развития опасных инженерно-геологических процессов и явлений на автотрассе. Материалы, положенные в основу работы, были получены авторами в период с 2000 по 2019 г. в процессе климатологических, физико-географических, палеогеографических и инженерно-геологических исследований природных комплексов Якутии (Россия) выполнявшихся в рамках целевых федеральных (2013–2014) и региональных (2005–2017) грантов и личной инициативе авторов. В масштабах опытного участка трассы (600–725 км) определены природные и техногенные факторы, обуславливающий опасные инженерно-геологические проявления на трассе. Рассмотрена роль геолого-тектонических, геоморфологических, геокриологических, гидрогеологических и климатических условий. Установлено, что в своем заложении, особенно в процессе реконструкции в 2012–2017 гг., автотрасса «Колыма» нередко подрезает коллювиальные, пролювиально-делювиальные шлейфы гор и конусы выноса временных водотоков, создавая условия для поступления склоновых отложений непосредственно в зону полотна трассы. Развитию этого процесса наряду с широким распространением гляциальных, флювиогляциальных, делювиальных и др. наносов и значительных уклонов бортов долин нависающих над трассой, способствуют аномалии климата, модулирующие активизацию опасных экзогенных геологических проявлений. В условиях горной местности аномалии ливневых осадков модулируют паводковые волны катастрофических масштабов способные сносить не только подтаявшие отложения склонов, но и разрушать тело дорожной подушки, особенно на участках ливневых переходов. Оценена существующая инженерная защита трассы. Сделан прогноз развития инженерно-геологических процессов и явлений на перспективу и рекомендации по оптимизации инженерных решений в области обеспечения безопасной эксплуатации автотрассы.
автотрасса «Колыма»
геологическая среда
инженерно-геологические обстановки
аномалии климата
экзогенные геологические процессы
инженерные решения
1. Поморцев О.А., Попов В.Ф., Рожин С.С. Землетрясения: ритмические основы долгосрочного прогноза (на примере Якутии) // Отечественная геология. 2011. № 6. С. 33–38.
2. Бондарик Г.К., Ярт Л.А. Инженерно-геологические изыскания. М., 2007. 418 с.
3. Оксман В.С., Третьяков М.Ф. Сунтарская система разломов: кинематическая и геодинамическая интерпретации // Отечественная геология. 2001. № 5. С. 52–55.
4. Amitrano D., Gruber S., Girard L. Evidence of frost-cracking inferred from acoustic emissions in a high-alpine rock-wall. Earth and Planetary Science and Letters. 2012. 93 p. DOI: 10.1016/j.epsl.2012.06.014.
5. Shumway R.H., Stoffer D.S. Time Series Analysis and Its Application. Dortmund: Springer, 2017. 562 p.
6. Becher M., Olid C., Klaminder J. Buried soil organic inclusions in non-sorted circles fields in northern Sweden: Age and palaeoclimatic context. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2013. 111 p. DOI: 10.1002/jgrg.20016.
7. Bass R. Stochastic processes. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2011. 390 p.

Автотрасса «Колыма» – Якутск – Магадан является важнейшей транспортной артерией Сибири, обеспечивающей жизнедеятельность обширной территории Евразии расположенной к востоку от бассейна реки Лены. Учитывая наличие богатых месторождений золота и других полезных ископаемых на площадях этой огромной и труднодоступной горной страны бесперебойная всесезонная эксплуатация, автотрассы для обеспечения их разработки приобретает стратегически важное значение [1].

В последние десятилетия на отдельных участках автотрассы отмечается усиление динамики экзогенных геологических процессов, что осложняет ее эксплуатацию. Существует мнение, что эта проблема связана с глобальным потеплением климата. Однако специальные исследования этого важного вопроса были начаты нами только в 2013 г.

Цель исследования: поиск закономерностей усиления динамики (активизации) опасных геологических процессов на автотрассе «Колыма».

Методология исследования включает в себя анализ картографической, геологической, геоморфологической, климатологической, гидрологической, геокриологической и др. информации в масштабах объекта исследований – района прохождения автотрассы, полевые маршрутные инженерно-геологические изыскания на ключевых участках, аналитические лабораторные исследования образцов полевых сборов [2].

Природные условия исследуемой территории задаются ее географическим положением, геологическим строением и рельефом. Географически район относится к горным цепям Южного Верхоянья. Трасса пересекает осевые гребни двух горных сооружений – хр. Сетте-Дабан и хр. Сунтар-Хаята. Район отличается сложным геолого-тектоническим строением и значительной расчлененностью рельефа. Климат суровый – резко континентальный с годовыми значениями амплитуды температуры приземного воздуха превышающими 100 °С (район прилегает к Оймякону – полюсу холода Северного полушария). Грунты основания находятся в твердомерзлом состоянии (сплошная криолитозона).

Глыбовая тектоника региона породила здесь чередование отдельных горных узлов, блоков и массивов, разделенных межгорными впадинами, котловинами и речными долинами. Наибольшей высоты горы достигают на юго-востоке, где сосредоточены наиболее значительные поднятия Верхояно-Колымской горно-складчатой области. Максимальную абсолютную отметку имеет гора Муус-Хая (2959 м). Перепад высот между дном долин и вершинами водоразделов может превышать 1000 м.

В качестве эталонного был принят 125-километровый участок автотрассы, проходящий по долине р. Восточная Хандыга, ее притоку р. Сеторыму (бассейн р. Алдан) и далее на восток по долине р. Кобюме (бассейн р. Индигирка) – Томпонский и Оймяконский районы Республики Саха (Якутия) (рис. 1). За линией Алдано-Индигирского водораздела в бассейне р. Индигирки трасса выходит на плато и проходит на абсолютных отметках 1250–1300 м (рис. 1).

pomor1.tif

Рис. 1. План трассы и границы опытного участка

В пределах опытного участка было выделено четыре самостоятельных эталонных участка, различающихся особенностями рельефа и экзогенно-геологическими проявлениями (рис. 2).

pomor2.tif

Рис. 2. Схема эталонных инженерно-геологических участков

Первый участок приурочен к восточному крылу хр. Сетте-Дабан. Протяженность участка 31 км – от пос. Развилок (600-й км трассы) – до впадения р. Некунья – правого притока р. Восточная Хандыга (631 км). Участок характеризуется глубоко расчлененным рельефом и опасными скальными стенками. Отдельные горные вершины здесь превышают днище долины на 800–1100 м. Гребни водоразделов извилисты и круты с абсолютными отметками – до 1800–1900 м и более [3].

На привершинных частях склонов распространены стенки (зеркала) скальных срывов с осыпными лотками, простирающимися в нижние части бортов долины. Они чередуются с участками отвесных скальных обрывов, приуроченных непосредственно к полотну автотрассы. Это так называемые Желтый и Черный прижимы, осложняющие движение по участку и в целом по трассе.

На шлейфах отложений обвалов и осыпей широкое распространение получили курумы, солифлюкция и мерзлотная сортировка каменного материала. Делювиальные шлейфы из мелкообломочного материала несут следы эрозионного расчленения.

Особая опасность на участке таится в обрывистых и нависающих склонах долины, обладающих значительной потенциальной энергией для развития гравитационных процессов – обвалов и осыпей.

Второй участок простирается от устья р. Некунья (632-й км трассы) до устья следующего крупного правого притока р. Сеторыма (662-й км). Его протяженность 30 км. Участок ограничен с запада и востока разрывными нарушениями Восточно-Сетте-Добанского и Сеторымского разломов. Здесь трасса проходит по пологой площадке плейстоценовой террасы высотой 10–20 м и шириной до 600 м, сложенной флювиогляциальными наносами. Площадка имеет незначительный уклон в направлении русла реки. Борт долины здесь приобретает сглаженные очертания. Преобладают длинные и разложитые склоны с руслами временных и постоянных водотоков имеющие значительные площади водосборов. На отдельных участках наблюдаются скальные выходы коренных пород в виде останцов которые поставляют каменный материал в потоки гравитационных отложения в виде обвальной и осыпной аккумуляции. Склоны большей частью террасированы с уклонами до 30 °, изрезаны многочисленными промоинами водотоков. Выше тылового шва, в области распространения аргиллитов при крутизне склонов 45 ° распространены шлейфы осыпных отложений, нависающих над дном долины. Вершины водоразделов достигают 1800–2100 м, а их превышениями над дном долины до 1300 м.

Третий участок трассы имеет северо-восточное простирание и проходит непосредственно по зоне Сеторымского разлома (рис. 2). Его протяженность 18 км.

Первые пять километров (от 663 по 668 км трассы) проложены по площадке водно-ледниковой террасы высотой в 10–15 м и шириной 350–400 м. Местами на поверхность террасы выходят коренные породы. При приближении к главному водоразделу долина приобретает скалистые очертания с крутыми стенками и блоками останцёв, разбросанных по линии разлома. Ширина долины не превышает 500–600 м, в каньонообразном русле наблюдается обилие перекатов и аллювиальных пойменных террас. Гребни водоразделов воздымаются до отметок 2200–2300 м. Характерны тектонические уступы высотой в 15–25 м и каньонообразность русел притоков. При этом русла ручьев глубоко прорезают отложения аллювиальных конусов выноса. На участках аккумуляции обвальных, осыпных и делювиальных отложений имеет место развитие процессов курумообразования, мерзлотной сортировки отложений и солифлюкции.

Четвертый участок приурочен к Алдано-Индигирскому водоразделу с абс. отметками 1300–1350 м. Его протяженность 33 км (682–725 км трассы). Это верховья долин р. Сеторыма и р. Кобюме. В рельефе доминирует массивное среднегорье с выположенными формами древнего денудационного рельефа. Дно горных долин при ширине 3,5–4,5 км приобретает классический облик древних трогов и ледоемов. Преобладают увалистые и сглаженные формы рельефа. Моренные валы и зандры здесь чередуются с внутриморенными котловинами, маркированными цепочками озер и болот. Водоразделы с отметками в 2000–2500 м сглажены и уплощены. Гребни моренных валов превышают на 10–15 м днища долин водотоков. На участках развития техногенеза вдоль полотна трассы происходит таяние погребенных льдов, наледеобразование и термокарстовые и суффозионные просадки. Мощность рыхлых отложений судя по горным выработкам не превышает 20 м.

Многолетнемерзлые породы характеризуются сплошным распространением по площади и разрезу. Талики преимущественно несквозные, распространены локально под руслами рек и под крупными озерами. В межгорных впадинах пойменный аллювий с синкриогенными жилами льда характеризуется объемной льдистостью 0,5–0,6, делювиально-солифлюкционные отложения пологих склонов и элювиально-делювиальных водораздельных поверхностей – 0,2–0,3.

На участках, лежащих не выше отметок порядка 1300 м, наблюдается своего рода гомотермия, когда одна и та же температура горных пород может наблюдаться как вблизи уровня моря, так и на водоразделах горных гряд с отметкой в 1300 м.

Для этого же диапазона высот характерно наличие определенных пределов изменения температуры горных пород. Последние, как правило, не опускаются ниже –8 ° и не поднимаются выше –4 °, то есть на любой высоте можно столкнуться с изменениями температуры горных пород в этом диапазоне [4].

Устойчивое понижение температуры горных пород с высотой отмечается только на участках, лежащих выше отметок 1200–1300 м, причем здесь температура горных пород отчетливо зависит также и от экспозиции склонов. На склонах северной ориентации температура горных пород ниже, чем на склонах южной на 2–3 °.

Сопоставлениями результатов наблюдений за температурой воздуха с аналогичными данными по температуре грунтов было установлено, что даже на восточном склоне глубочайшая инверсия температуры воздуха в приземном слое не сказывается на тенденции изменения температуры горных пород, которая непрерывно понижается. Как показали исследования на геокриологической станции Сунтар-Хаята, понижение температуры горных пород с увеличением отметок местности обусловлено в первую очередь незначительной величиной радиационного баланса в высокогорной области (7,2 ккал/см2год) по сравнению с низменностями (29,7 ккал/см2год) за счет сильного излучения зимой, связанного с господством антициклональных режимов погоды и относительно небольшим поглощенем тепла летом из-за сильного отражения и рассеяния радиации снегом, который к тому же лежит здесь большую часть года. Все это усугубляется интенсивным влагооборотом в почве летом в высокогорной области, где, несмотря на низкую температуру воздуха, благодаря обилию осадков (500–700 мм по сравнению с 150–200 мм в предгорьях) и сильным ветрам, испаряется влага в 2–3 раза больше, чем на низменностях у подошвы хребтов [5].

Наши наблюдения, выполненные, 14 июля 2013 г. в районе ГМС Восточная показали, что в горной выработке изолированной от воздействия внешних температур приземного воздуха специально построенным срубом из бревен мерзлые горные породы на глубине 1,75 м имели температуру – 14 °С.

Климат района формируется под влиянием Сибирского антициклона и отличается устойчивостью зимних холодов и относительно прохладным летом. Средняя температура воздуха в январе – –35÷–48 °С, – в июле – 11÷18 °С. Абсолютный максимум температуры воздуха 29–38 °С, абсолютный минимум – –54÷–68 °С. Положительные температуры не превышают период в 140–160 дней. За период с 1966 по 2018 г., среднегодовая температура воздуха здесь составляет –12,1 °С при количестве жидких атмосферных осадков 350–400 мм, и величине снежного покрова 30–60 см.

Анализ многолетней изменчивости ходов температуры приземного воздуха и атмосферных осадков показал, что в районе опытного участка трассы, как и в целом на планете, отмечаются значительные аномалии в ходах метеоэлементов и направленный рост среднегодовой температуры. Согласно значениям линейных трендов рядов температуры в масштабах региона за последние десятилетия они составили: в Оймяконе – 0,49 °С/10 лет, в Томпо – 0,38 °С/10 лет, в Крест-Хальджае – 0,51 °С/10 лет, что более чем вдвое выше, чем на планете в целом. Так же, как и в случае со среднегодовой температурой воздуха, на всех метеостанциях отмечаются статистически значимые тренды повышения температуры воздуха за теплый период. Эти тренды составили: в Оймяконе – 0,37 °С/10 лет, в Томпо – 0,28 °С/10 лет, в Крест-Хальджае – 0,35 °С/10 лет. За холодный период года они составили: в Оймяконе – 0,54 °С/10 лет, в Томпо – 0,39 °С/10 лет, в Крест-Хальджае – 0,58 °С/10 лет, что свидетельствует о том, что зимнее потепление на указанных станциях на сегодня выше, чем летнее.

В режиме атмосферных осадков, как показали наши исследования, наблюдается большая межгодовая и внутригодовая изменчивость. В среднем на теплый период года (май – сентябрь) приходится до 70 % от годовой суммы осадков.

На фоне многолетней изменчивости осадков своей неординарностью выделяется июль 2013 г. Наиболее ярко это проявилось в Оймяконе и в Крест-Хальджае, где были установлены новые абсолютные рекорды июля. В Томпо сумма осадков оказалась близкой к рекордной [6].

Аномальные погодные условия июля 2013 г., в первую очередь по суммам выпавших атмосферных осадков, на территории Томпонского и Оймяконского районов троекратно превысивших их месячную норму, создали критические условия для активизации негативных гидрологических (паводки) и мерзлотных процессов (термоэрозия, термосуффозия, солифлюкция, оползни). Последнее нашло отражение в инженерно-геологических обстановках сложившихся в это время на трассе.

Особенно ярко инженерно-геологические процессы проявились на втором эталонном участке, где водосборы длинных и разложистых склонов водоразделов аккумулировали значительное количество атмосферных осадков зарождая мощные линейные потоки, сила которых, как показали наши исследования, способна разрушать не только инженерную защиту трассы, но и саму трассу (рис. 3).

pomor3.tif

Рис. 3. Подтопление и разрушение полотна трассы «Колыма» во время июльского паводка 2013 г. (Эталонный участок 2)

Заключение

Глубоко расчлененный рельеф изученной территории в сочетании с достаточно сложным тектоническим строением предопределяет активные проявления сейсмических и экзогенных геологических процессов гравитационного, флювиального и криогенного генезиса. Эти процессы на всем протяжении опытного участка трассы способны в той или иной степени осложнять инженерно-геологическую обстановку, а с учетом происходящих изменений климата приводить к возникновению не только сложных, но и опасных в инженерно-геологическом и геоэкологическом отношении ситуаций [7]. Наибольшую опасность на сегодня представляют аномалии летних атмосферных осадков, способных создавать разрушительные паводковые волны. Выявленные положительные тренды температуры приземного воздуха пока еще компенсируются чрезвычайно низкими температурами горных пород и не могут оказывать существенного воздействия на динамику инженерно-геологических обстановок на трассе.


Библиографическая ссылка

Поморцева А.А., Поморцев О.А., Поспехов Г.Б., Кондакова В.Н. ПРОЯВЛЕНИЕ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА АВТОТРАССЕ «КОЛЫМА» (ЯКУТСК – МАГАДАН) // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 2. – С. 73-78;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37334 (дата обращения: 16.06.2021).

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 = 1.074