7 subscribers

РИСК АКТИВИЗАЦИИ КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ ОСВОЕНИЯ ГИПСОВО-АНГИДРИТОВЫХ МАССИВОВ

В работе, на основании полевых и камеральных наблюдений на Западном Кавказе, рассмотрены факторы активизации карстовых процессов при освоении гипсово-ангидритовых массивов, и связанные с этим, риски.

Карстовые проявления, приуроченные к сульфатным отложениям титонского яруса верхней юры имеют значительное распространение на Западном Кавказе в горной депрессии между куэстами Пастбищного и Скалистого хребтов. Они неравномерно рассеяны по всей полосе распространения сульфатных толщ, имеющей ширину около 2-3 км, и сконцентрированы отдельными группами, приуроченными к местам сохранения гипсовых отложений значительной мощности [2].

В качестве ключевого участка для анализа факторов активизации карста были взяты два гипсовых массива, расположенные в окрестностях п. Псебай Краснодарского края на левом и правом берегу р. Малая Лаба (рис. 1). Западная граница – р. Шедоха, восточная – Сладкая речка, южная – р. Дальняя, северная – балка Баранова и балка Каракоева.

Карст этого района относится преимущественно к задернованному типу. Отмечаются и довольно обширные участки голого карста, в основном связанные с интенсивной эрозией и смывом почвы, обусловленными антропогенной деятельностью.

Территория исследований [2]
Территория исследований [2]

Гипсовый карст характеризуется большими плотностями карстовых форм, значительными размерами карстовых воронок и наличием провалов (рис.2).

Карстовые воронки в районе исследований (фото Остапенко А.А.)
Карстовые воронки в районе исследований (фото Остапенко А.А.)

Темпы карстовой денудации в исследуемом районе оцениваются в пределах 500–800 м3год/км2 [3]. О высокой активности карста здесь говорит и наличие положительных (останцовых) форм карста, таких как карстовые мосты и арки. Они есть на каждом из исследуемых участков. Их развитие связано с провалами кровли пещер с водотоком и постепенным выносом продуктов растворения (рис. 3).

Карстовая арка (фото Остапенко А.А.)
Карстовая арка (фото Остапенко А.А.)

Коэффициент площадной закарстованности здесь также достаточно высокий и составляет 0,39 для правобережного массива и 0,1 для левобережного.

Кроме поверхностных форм здесь представлены и достаточно крупные пещеры речного типа. Водоток этих пещер неоднократно появляется на поверхности и исчезает вновь. В пещерах образуются провалы, часто отмечаются и свежие обвальные явления.

Среди условий, благоприятствующих развитию карста в районе исследований, прежде всего, необходимо отметить геологическое строение территории.

Гипсово-ангидритовые отложения здесь хорошо обнажены и практически полностью находятся в зоне активного водообмена.

Значительное влияние на морфологию и характер распространения подземных и поверхностных карстовых форм, на территории исследуемого района, оказывают тектонические трещины и различные разрывные нарушения. Большинство гипсовых пещер контролируется тектоническими трещинами, что связано с высокой современной тектонической активностью Кавказа.

Немалую роль на развитие карста оказывают климатические факторы. Климат исследуемого района в общем подчиняется таким типичным для всего Северного Кавказа закономерностям, как резко выраженный годовой ход температуры, неравномерное распределение осадков по сезонам года, отрицательный радиационный баланс зимой и положительный во все остальные сезоны [4,1].

Гипсовый массив здесь подвержен прямому воздействию агрессивных атмосферных осадков, за счёт чего возникают различные формы растворения (воронки, карстовые лога). Карры чаще всего задернованы, поэтому встречаются лишь на ограниченных территориях. Могут иметь значительные размеры. Участвуют в перераспределении и концентрации поверхностного стока, способствуя развитию более крупных форм [3].

Влияние растительности проявляется в кольматации поверхностных карстовых микроформ и торможении их развития, что практически не сказывается на общей интенсивности карста [5], но в то же время приводит к активизации спелеогенеза, при улучшении стока в мезоформы.

Также особую роль в развитии карста играет органика. С поступлением биогенной органики в карстовый массив связано такое явление, как деятельность обитающих в напорных водах сульфатредуцирующих анаэробных бактерий, в результате которой образуется сероводород и углекислота, активно взаимодействующие с окружающей горной породой [6].

Кроме этих общих условий, необходимо отметить также то, что карстово-водоносные массивы в пределах исследуемой территории развиваются изолированно и дренируются ближайшими крупными водотоками, которые являются местными базисами карстования.

Карстовые массивы в настоящее время все более интенсивно осваиваются, что заставляет учитывать возможность активизации карста и развития опасных геологических процессов.

Инженерно-геологические изыскания в карстовых районах регламентируются различными нормативными документами, в том числе СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».

В областях активного развития карста, который может классифицироваться как опасный геологический процесс вступает в силу СНиП 22-02-2003 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов». В частности здесь указывается (в п. 8.2), что при проектировании зданий и сооружений на закарстованных территориях следует учитывать: тип карста; формы и механизм формирования подземных и поверхностных проявлений карста; категории устойчивости территорий относительно интенсивности образования карстовых провалов и их средних диаметров; особенности гидрологических и гидрогеологических условий; неравномерно-пониженную прочность и несущую способность закарстованных пород, покрывающих грунтов и отложений, заполняющих поверхностные и погребенные карстовые формы (воронки и т.п.); опасность возникновения и развития карстовых деформаций в толще грунтов и на земной поверхности (провалов, локальных и общих оседаний); возможность значительной активизации карстовых процессов и явлений, в том числе в результате техногенного воздействия.

Карстовые процессы в гипсах, на основании СП 116.13330.2012, можно отнести к карстоопасностям вида В и С.

Карстоопасность вида B обусловлена вероятностью повреждения строительных объектов или земельных участков поверхностными карстопроявлениями (провалами, локальными и общими оседаниями и др.).

Карстоопасность вида C обусловлена возможными осложнениями при строительстве и эксплуатации подземных сооружений и фундаментов глубокого заложения вследствие наличия и развития карстопроявлений (обводненных карстовых полостей и зон повышенной трещиноватости горных пород, локальных разуплотненных зон в грунтовой толще и др.) [7].

В районе исследований возможны оба типа развития опасных проявлений карста. Этот вывод сделан на основании установленной в ходе полевых и камеральных наблюдений высокой активности карста. Свежие провалы и обвалы в пещерах появляются здесь достаточно регулярно. Поверхность пород зачастую покрыта трещинами различного генезиса, по которым вода легко проникает вглубь массива.

К факторам риска относится и высокая антропогенная нагрузка.

Наиболее очевидное воздействие на карстовые ландшафты было отмечено на левобережном массиве, где идёт добыча гипса открытым способом. Здесь насчитывается около 12.1 км2 территории, занятой карьерами по добыче гипса (несколько из них заброшены) (рис. 4).

Гипсовый карьер предприятия Кнауф (п. Шедок) (фото Остапенко А.А.)
Гипсовый карьер предприятия Кнауф (п. Шедок) (фото Остапенко А.А.)

Карьеры способствуют понижению уровня подземных вод. За счёт того, что атмосферные осадки непосредственно контактируют с породой, вскрытой карьером, увеличивается скорость карстовых процессов. Образуются воронки, карры и другие формы растворения. Также на месте карьеров могут образовываться провалы.

Помимо увеличения экспозиции карстующихся пород в ходе разработки гипса, отмечается и негативное воздействие производимых здесь взрывных работ.

На правом берегу М. Лабы отмечается более типичный для Западного Кавказа тип природопользования. Это выпас скота и сенокосы. При этом почвы подвергаются деградации, что впоследствии приводит к активизации карстовых процессов.

В ходе полевых исследований были отмечены случаи активизации карста на участках, где почвы были смыты в результате антропогенно спровоцированной эрозии.

В то же время, при такой высокой активности карста, опасных для человека проявлений его до сих пор здесь не было отмечено, так как в исследуемом районе, как и в других районах распространения гипсового карста на Западном Кавказе, отсутствуют объекты капитального строительства и населённые пункты. Но в перспективе строительство в этих районах возможно.

Таким образом, необходимо уделять большое внимание изучению карста как одного из активных и опасных экзогенных процессов. Несмотря на достаточно хорошую теоретическую базу, разработанную по этому вопросу, прежде всего на примере других территорий России, в регионах близ Кавказа такие работы почти не проводились. Важным является и отсутствие мониторинга этого процесса, позволяющего оценить реальную степень опасности. Но даже периодические и не систематические исследования отдельных авторов позволяют увидеть очень высокую активность карста в сульфатных породах, где видимые изменения, вплоть до образования провалов, обвалов и новых карстовых пустот, происходят в течение нескольких лет – первых десятилетий, что не позволяет игнорировать карстовые процессы при проведении любых инженерно-хозяйственных работ в таких районах.

Список использованной литературы

1. Батова В.М. Климат [Текст] / В.М. Батова // Природные условия и естественные ресурсы.

2. Остапенко А.А. Подземные формы карста в сульфатных отложениях Западного Кавказа [Текст] : дис. канд. геогр. наук. / А.А. Остапенко. – Краснодар, 2001. – 168 с.

3. Остапенко А.А., Крицкая О.Ю. Основные черты гипсового карста Западного Кавказа [Текст] / А.А. Остапенко, О.Ю. Крицкая // Географические исследования Краснодарского края. Сб. научн. трудов.

4. Темникова Н.С. Некоторые характеристики климата Северного Кавказа и прилежащих степей. [Текст] / Н.С. Темникова

5. Чикишев А.Г. Географические условия развития карста. [Текст] / А.Г. Чикишев.

6. Klimchouk A. Dissolution and conversions of gipsum and anhidrite. [Текст] / А. Klimchouk // Gipsum karst of the world. International Journal of Speleology.

7. СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов»

Ссылка на статью: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=31570441