CC BY
51
ОПАСНЫЙ ТЕХНОПРИРОДНЫЙ ПРОЦЕСС В ЛЕССОВЫХ
МАССИВАХ
А.А. Лаврусевич
МПГУ
Приводится общая характеристика лессового псевдокарста - опасного техноприрод-ного процесса получившего в последние десятилетия широкое распространение в массивах лессовых пород в связи с активным техногенезом.
A general characteristic of loess pseudokarst - dangerous technogene process has received in recent decades, widespread in arrays of loess rocks in connection with active technogenesis.
Лесс - образование географически зональное, приспосабливающееся в каждой конкретной обстановке к окружающей географической среде [15]. Действительно, такие эфемерные свойства лессовых пород как недоуплотненность, низкая влажность, наличие неустойчивых структурных связей и др. связаны прежде всего с климатом, рельефом и деятельность живых организмов. Так, например, просадочность, являющаяся характерным свойством лессовых пород, сохраняется лишь в районах с радиационным индексом сухости R/Lr больше 1 и меньше 3 (1<R/Lr < 3), где R - радиационный баланс в ккал/см2; L - скрытая теплота испарения в ккал/г за год; r - сумма осадков в г/см2 за год; Lr - сумма тепла, необходимого для испарения годового количества осадков, выраженная в ккал/см2. При значениях R/Lr меньше единицы климат становится более гу-мидным и просадочность, как правило, не сохраняется [14]. Наряду с просадочностью в лессовых породах широко развивается лессовый псевдокарст. При техногенном воздействии, прежде всего, изменяется влажность и целостность лессового массива, нарушается тысячелетиями сложившееся природное равновесие. Недоучет опасности техногенного воздействия на лессовые породы приводит к активному развитию лессового псевдокарста, который разрушает ирригационные сооружения, жилые и промышленные здания, дороги и т.д. Нередко эти разрушения приводят к человеческим жертвам. При активном развитии лессового псевдокарста образуется такая густая сеть псевдокарстовых форм рельефа, что образуется так называемый «псевдокарстовый бед-ленд» - участки, где невозможна никакая хозяйственная деятельность. В 80-х годах появились отдельные обобщающие публикации и методические документы, затрагивающие проблему лессового псевдокарста и только в конце 90-х годов этот термин был введен в нормативную литературу [26].
Первые сведения о лессовом псевдокарсте мы находим в монументальном труде барона Фердинанда Рихтгофена «Китай» [31]. Немного позже сведения о лессовом псевдокарсте в Китае появляются в работе М.Фуллера [29]. Не останавливаясь на дальнейшем описании истории изучения лессового псевдокарста, которая подробно дана в работе Н.И.Кригера [13], мы перечислим некоторых авторов изучавших лессовый псевдокарст с инженерно-геологических позиций. К сожалению, объем статьи не позволяет нам сделать обзор этих работ. Поэтому, в этот раз, мы ограничимся перечислением авторов. Это М.М.Решеткин [24], Е.А.Замарин, М.М.Решеткин[8], И.Г Глухов [7],
H.М Кухарев [18], З.В.Блоцкая, М.К.Рзаев [3], В.Т.Трофимов [27], Э.В.Запорожченко, Л.Ш.Каганович [10], В.В.Коваленко[11], А.С.Александров[1], А.С.Герасимова[6], А.Б.Богуцкий [4], Л.В.Передельский [23], В.А.Васильев[5], В.П.Ананьев, В.А. Василь-ев[2], Э.В.Запорожченко [9], Е.Н.Сквалецкий, Д.Н.Круглов и др. [25], Н.И.Кри-гер[12,13], Н.И.Кригер, С.А.Лаврусевич[16], Н.И.Кригер, В.И.Ботников и др. [17], С.А.Лаврусевич, А.А.Лаврусевич [19,21], А.А.Лаврусевич [20], и др.
Лессовый псевдокарст - результат механического, физико-химического и биологического процессов протекающего в лессовых породах при воздействии на них эпизодических водотоков, организмов и техники. Эта формулировка, по нашему мнению, наиболее полно и емко отражает суть процесса. Именно механическая суффозия, в этом процессе является доминирующей, так как содержание водно-растворимых соединений не превышает 1% от веса породы [17]. Поэтому при поступлении большого количества воды процесс развивается весьма стремительно (в Таджикистане отмечен случай, когда в результате утечки воды из бетонных водоводных лотков, за трое суток образовался псевдокарстовый овраг видимой глубиной 3,5 метра, шириной до 4 метров и протяженностью более 25 метров). В Западной ветви Надтеречного канала (Восточное Предкавказье) за несколько суток провальные формы в виде воронок и провалов диаметром до
I,5 м ушли по нормали к оси канала до 900 метров от его бровки [9].
По характеру распространения выделяются три типа лессового псевдо карста: 1. придолинный, 2.балочный, и 3. приуроченный к зонам нарушений лессовых массивов трещинами глубокого заложения.
1. Придолинный тип лессового псевдокарста развит на лессовых плато, обрывающихся к долинам крутым уступом. Он приурочен к полосе шириной более 300 м. По мере удаления от бровки уступа интенсивность процесса уменьшается. Однако нередко можно видеть отдельные формы лессового псевдокарста на расстоянии до 500 м от уступа.
2. Балочный (саевый) тип лессового псевдокарста приурочен к балкам (саям) на территории адыров (предгорных холмов). Развиваясь по слабо выраженным балкам, более чем на километр, в плане легко узнается по серии (цепочке) псевдокарстовых воронок вытянутых в сторону понижения рельефа.
3. Третий тип лессового псевдокарста развивается по трещинам глубокого заложения, например на оползневых участках, где оползневое тело сместилось по поверхности подстилающих пород. Эти глубоко уходящие трещины служат проводником атмосферных осадков на значительную глубину, что значительно ускоряет псевдокарстовый процесс, так как поток движется с большой кинетической энергией.
При развитиии лессового псевдокарста образуется своеобразный псевдокарстовый ландшафт (воронки, колодцы, тоннели, пещеры, цирки, овраги и др.) очень напоминающий типичный карстовый. Классификация псевдокарстовых форм предложена Н.И.Кригером [13], Н.И.Кригер, В.И.Ботников и др [17]. С дополнениями, основанными на многолетнем опыте изучения псевдокарста в Таджикистане, Узбекистане и Китае (провинции Ганьсу, Шеньси и Шаньси) она может быть представлена в следующем виде (Рис.1) [19].
При исследовании лессовых массивов с использованием космических снимков выявлена следующая особенность: вершины псевдокарстовых оврагов в лессах, в плане имеют форму цирков или подков. Таким образом, на космических снимках при увеличении масштаба достаточно хорошо различаются псевдокарстовые и типично эрозионные формы рельефа. Похожие формы рельефа отмечены в Центрально-Черноземной облас-
ти, где эти подковообразные или циркообразные формы вершин оврагов называют «ендовой» [28]. Ендова - древнерусский сосуд для хранения жидкости, который имеет широкое дно и узкую горловину. В плане эти формы рельефа достаточно хорошо выделяются своей «ажурнорстью» объединяясь в кружевные зигзагообразные образования. На аналогичные формы рельефа указывает И.П Матвеев [22]. В частности он отмечает, что были встречены овраги длиной до 400м и шириной в вершине до 380 м, при глубине до 50м. Однако, из шести основных причин образования ендовиных форм вершин оврагов предложенных И.П.Матвеевым, ни одна не была обнаружена при исследовании вершин псевдокарстовых оврагов в лессах. На первое место выступает процесс подземной механической суффозии, формирования крупной подземной полости и последующий провал. Какие процессы способствуют дальнейшему расширению в сторону от сужения пока остается не вполне понятным. Этот вопрос ждет своего дальнейшего изучения.
Рис.1. Классификация псевдокарстовых форм рельефа
Причины возникновения и развития лессового псевдокарста можно условно разделить на две группы: первая - это природные факторы, вторая - техногенное воздействие. К природным факторам относятся: рельеф, температура, растительность, деятельность высших животных и микроорганизмов, количество и интенсивность (месячная норма и время ливня) атмосферных осадков и т.д.
Установлено, что наиболее интенсивное развитие ЛП происходит при техногенном воздействии человека на лессовые породы. Действительно, лессовые массивы не тронутые техногенезом в состоянии метастабильного равновесия и лессовый псевдокарст не является характерным процессом [17]. Хотя, исследования лессовых массивов Китая (провинции Ганьсу, Шеньси и Шаньси), показали широкое развитие лессового псевдокарста и всех его многообразных больших и малых форм. Характерной чертой лессового псевдокарста Китая является его относительно «медленное» развитие. Без техногенного воздействия лессовый псевдокарст развивается значительно медленнее. Например, для территории Таджикистана, который стал опытным полигоном, и где этот процесс получил широкое распространение, выявлено, что количество форм лессового псевдокарста
возникших в результате нарушения человеком сложившегося природного равновесия, превышает количество форм, образовавшихся в природных условиях более чем в 13 раз.
Особое место в развитии лессового псевдокарста принадлежит подсклоновой нише, формирующейся в основании лессовых откосов [30]. Причины формирования ниши требуют дополнительных исследований. Мы попробуем дать характеристику лишь некоторым из них. При образовании провала, как правило, образуется вертикальная стена и на бровке уступа образуется карниз из нависшей дернины ксерофитных растений скрепляющих своими корневищами верхний слой грунта. Атмосферные осадки способствуют тому, что с карниза из нависшей дернины падают капли воды, обладающие большой кинетической энергией. В основании откоса, таким образом, формируется зона повышенной влажности и за счет падающей воды происходит механическое отторжение частиц грунта в основании откоса. Происходит углубление ниши вглубь откоса и когда оно достигает 0,3 м или немного более происходит смещение вышележащего блока лесса. Этот процесс видимо имеет основное значение в эволюции вертикальных лессовых откосов.
В настоящее время еще нет достаточно отлаженных методик прогноза псевдокарстового процесса и рекомендаций по его предотвращению. Нередко, строители, столкнувшись с проявлением псевдокарста, предпочитают сместить участок строительства на более безопасное место. [25]. Если такой возможности нет, необходим широкий комплекс исследований с использованием методов геоморфологии, грунтоведения, геохимии, электро и сейсморазведки. Это позволит изучить распространение и направление развития псевдокарстовых процессов, и даст возможность проектировщикам и строителям наметить и осуществить необходимые мероприятия.
Литература
[1].Александров А.С. Лессовый карст на площадке Красноярского алюминиевого завода. Основания, фундаменты и подземные сооружения: вып.1.М.Высшая школа, 1967, с.41-52.
[2].Ананьев В.П., Васильев В.А. Деформации на ирригационных системах Восточного Предкавказья. В кн.: Вопросы строительства гидротехнических сооружений на просадочных грунтах. Ба-ку.1969, с.31-34.
[3].Блоцкая З.В., Рзаева М.К. Инженерно-геологические особенности площадки проектируемого металлургического комбината. Вопросы стр-ва на лессовых грунтах.-Мат-лы всесоюзной научной межвузовской конференции.1963.с.219-221.
[4] .Богуцкий А.Б. Делювиальные лессовидные породы Волыно-Подольской плиты и их инженерно-геологическая характеристика. Изв. высш. учеб. заведений.Геология и разведка.№1, 1968. с.81-86
[5] .Васильев В.А. Инженерно-геологические особенности лессовых пород долины Алхан-Чурт (Восточное Предкавказье). В кн.:Проблемы инженерной геологии Северного Кавказа. Мат-лы к научно-технической конференции 14-16 мая 1968 г. Ставрополь.1968.с.54-55.
[6].Герасимова А.С. Инженерно-геологические условия четвертой надпойменной террасы р.Енисей в районе г.Красноярска. Основания, фундаменты и подземные сооружения: вып.1.М.Высшая школа, 1967, с.15-20.
[7].Глухов И.Г. Фильтрация воды из каналов в лессовых породах и просадочные явления на орошаемых участках. Гидротехника и мелиорация, № 10, 1956, с.9-18.
[8].Замарин Е.А.,Решеткин М.М. Просадка и водопроницаемость лесса. Тр. Среднеазиатского на-учн.-исслед. института ирригации. Вып.5. 1932.с.3-40.
[9].Запорожченко Э.В. Суффозионные деформации в лессовых породах Предкавказья. В кн.: Вопросы строительства гидротехнических сооружений на просадочных грунтах. Баку.1969, с.108-115.
[10].Запорожченко Э.В., Каганович Л.Ш. О соответствии прогноза просадочных деформаций данным натурных наблюдений. Гидротехника и мелиорация, № 4, 1967, с.8-15
[11].Коваленко B.B. Инженерно-геологические условия площадок строительства Красноярского алюминиевого завода. Основания, фундаменты и подземные сооружения: вып. 1 .М.Высшая школа, 1967, с.33-41.
[12].Кригер Н.И. О происхождении лесса Рудного Алтая. Труды комиссии по изучению четвертичного периода АН СССР.Т.ХХ11, 1963.С.139-140.
[13].Кригер Н.И. Лессовый псевдокарст // Вопросы теории и методики инженерной геодинамики. Тр. ПНИИИС, 1975, вып. 32, С. 25.
[14].Кригер Н.И. Лесс. Формирование просадочных свойств.- М.: Наука, 1986, 33 с.
[15].Кригер Н.Н., Котельникова Н.Е. и др. Закономерности формирования просадочных свойств лессовых пород Средней Азии и Южного Казахстана.-М.: Наука, 1981.132 с.
[16].Кригер Н.И., Лаврусевич С.А. Происхождение лессового псевдокарста //Докл.АН Тадж.ССР. 1981. Т.24. №7. С 444-448.
[17].Кригер Н.И., Ботников В.И., Лаврусевич С.А., и др. Псевдокарст в лессовых породах // Геоморфология. 1983. №3. С.79-84.
[18].Кухарев Н.М. Пустоты в толще лессовидных пород в районе г.Красноярска. Вопросы стр-ва на лессовых грунтах.-Мат-лы всесоюзной научной межвузовской конференции.1963.с.273-275.
[19].Лаврусевич С.А., Лаврусевич А.А. Песвдокарст на территории сельскохозяйственного освоения земель в Таджикистане // Докл. АН Тадж.ССР. 1983. Т. 26. № 11. С. 723-725.
[20]. Лаврусевич А.А. Суффозионный оползень на левом борту Нурекского водохранилища // Докл. АН Тадж.ССР. 1985. Т. 28. № 5. С. 299-301.
[21].Лаврусевич А.А., Лаврусевич С.А. Песвдокарст прибрежной зоны Нурекского водохранили-щана.//Докл.АН Тадж.ССР. 1986. Т.29. №3. С. 172-175.
[22] .Матвеев Н.П. Роль суффозии в образовании ендовинных оврагов.//Землеведение. 1969.Т.8. С.117-119.
[23].Передельский Л.В. Современные геологические явления в низовьях рек Терека и Сулака и их инженерно-геологическая характеристика. В кн. Проблемы инженерной геологии Северного Кав-каза.Ставрополь.1968.С.108-109.
[24].Решеткин М.М. О карстовых явлениях в лессе. Вестник ирригации. 1929, № 10, Ташкент. с.92-96.
[25].Сквалецкий Е.Н., Круглов Д.Н., Хасанов И.Р., и др. Просадочные явления на водохранилищах. В кн.: Вопросы строительства гидротехнических сооружений на просадочных грунтах. Ба-ку.1969, с.121-127.
[26].СНиП 11-02-96 п.6.10 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.
[27].Трофимов В.Т. Суффозионные деформации в лессовых породах на Надтеречном канале. Тезисы докладов ХХ111 научно-технической конференции. МИСИ. 1964. С.37-38.
[28].Щукин И.С. Общая геоморфология.Т.1.М.МГУ.1960.с.616.
[29].Fuller, M.L. Some unusual erosion features in the loess of China.- Geographical Review, 12, 1922. С.570-584.
[30].Lavrusevich A.A., Lavrusevich S.A., Gorshkova O.G. Technogenesis and behavior of the loessial rocks. In book:Proceedings of International Scientific Conf.Vladivostok. Dalnauka. 2009. C.130-131
[31 .Richthofen F. China. Bd. 1. Berlin, 1877. С.726
Ключевые слова: лесс, лессовые породы, лессовые массивы, лессовый псевдокарст, техногенез, псевдокарстовые воронки, псевдокарстовые цирки, просадочность, подсклоновая ниша. Key words: loess, loess rocks, loess areas, loess pseudokarst, tekhnogenesis, psevdokarst funnel psevdokarst circuses, subsidence, podsklonovaya niche.
Статья представлена членом Редакционного совета «Вестника МГСУ» профессором д.т.н.
А.Д.Потаповыгм
е-mail автора: [email protected]
