Особенности изучения инженерно-геологических условий осваиваемых территорий в приморской части Санкт-Петербурга Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 624.131

Т.Н.НИКОЛАЕВА, канд. геол.-минерал.наук, доцент, [email protected] Л.П.НОРОВА, канд. геол.-минерал.наук, доцент, [email protected] Санкт-Петербургский государственный горный университет

T.N.NIKOLAEVA, PhD in geol. & min. sc., associate professor, [email protected] L.P.NOROVA, PhD in geol. & min. sc., associate professor, [email protected] Saint Petersburg State Mining University

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОСВАИВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ В ПРИМОРСКОЙ ЧАСТИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Рассмотрены особенности геоморфологического и геолого-структурного строения, инженерно-геологических и гидрогеологических условий приморской части Санкт-Петербурга. Описан геологический разрез пород четвертичного возраста, дана гидрохимическая характеристика для типизации и районирования осваиваемых территорий строительства.

Ключевые слова: функциональные зоны, инженерно-геологические условия, геолого-структурное строение, четвертичные породы, гидрохимическая характеристика.

FEATURES OF ENGINEERING-GEOLOGICAL CONDITIONS DESCRIBE DIGIST AREAS OF PRIMORSKIY PART OF SAINT PETERSBURG

The article describes the features of geomorphological and geological-structural construction, engineering-geological and hydrogeological conditions of Primorskiy part of Saint Petersburg. There are describe a geological section of rocks of the Quaternary, given hydrochemical characteristic for typification and zoning of development areas of construction.

Key words: functional areas, engineering-geological conditions, geological-structural construction, rocks of the Quaternary, hydrochemical characteristic.

Генеральным планом Санкт-Петербурга (2005) предполагается большую часть нового строительства осуществлять на резервных территориях, которые, в частности, находятся в Приморском районе Санкт-Петербурга. В структуре Санкт-Петербурга Приморский район занимает особое место благодаря своему географическому положению, так как является буферной зоной между историческим центром и курортным пригородом. В нем четко выделяются функциональные зоны, различающиеся по характеру их освоения и использования.

В настоящее время в районе интенсивно ведется жилищное строительство. Ежегодно здесь возводится до 30 % нового жилья,

96 _

строящегося в городе. Наиболее активно застраиваются районы Озера Долгое, Каменка, а также намывные территории на берегу Финского залива. Жилой фонд представлен в основном многоэтажными домами как серийных, так и индивидуальных проектов.

Здесь расположена сложившаяся еще с довоенных времен промышленная зона Чернореченская и созданные в последнее время промзоны Северо-Западная, Коломя-ги, Конная Лахта, Горская. К крупным объектам относятся завод «Метробетон», Завод железобетонных изделий, Конструкторско-производственное объединение «Электромашина», Оптико-механическое объединение, кондитерская фабрика «Чупа-Чупс Рус»,

табачная фабрика ЗАО «Бритиш Американ Тобакко-СПб», Северо-Западная ТЭЦ, комплекс очистных сооружений, проектируется строительство канализационного коллектора.

Особое место принадлежит транспортным коммуникациям Приморского района. Они связывают город с приграничными районами России, обеспечивают пассажиропотоки и грузоперевозки из России в Финляндию. На стадии проектирования и строительства находится более 30 объектов дорожного строительства. Среди них - реконструкция Приморского проспекта и Приморского шоссе, строительство Западного скоростного диаметра (ЗСД). К 2015 г. планируется завершение строительства новых станций метрополитена на Приморском радиусе.

В пределах обширной рекреационной зоны размещаются парки 300-летия Санкт-Петербурга, Челюскинцев, Ново-Орловский лесопарк и другие зеленые массивы. Здесь также расположены крупные водоемы -озеро Лахтинский разлив, Долгое, Шувалов-ский и Орловский карьеры; территорию района пересекают реки Черная, Каменка и Юнтоловка. Региональный комплексный заказник Юнтоловский расположен на территории Лахтинской низины. Он включен в Международную сеть прибрежных охраняемых территорий. Проект обустройства заповедника предполагал создание вокруг него охранной полосы шириной 50-100 м и буферной зоны, но до настоящего времени это предложение не реализовано. С востока к заказнику вплотную подходят многоэтажные жилые дома. К западу от Лахтинского разлива, на бывших совхозных полях, в 1989 г. начался намыв территории под высотную застройку. Однако строительство не было осуществлено из-за сложности прокладки инженерных коммуникаций, и до сих пор эти территории никак не используются. В новом Генеральном плане Санкт-Петербурга вокруг заказника и на водосборной площади Лахтинского разлива предусматривается формирование высоко урбанизированной зоны, включающей промышленные районы (Конная Лахта), высокоскоростные транспортные магистрали. Через

реку Каменку и северную часть заказника планируется прокладка эстакады Западного скоростного диаметра. При этом формирования буферной зоны с объектами рекреации между застройкой и заказником не предусмотрено.

Комплексный анализ природной обстановки предполагает всестороннее изучение особенностей геоморфологических условий, геолого-структурного строения, инженерно-геологического и гидрогеологического разреза.

1. Наиболее характерными и важными геоморфологическими элементами рассматриваемой территории являются Приморская низина, занимающая самое низкое гипсометрическое положение над уровнем моря, и Приневская низина. Они образованы комплексом озерно-ледниковых, озерных и морских абразионно-аккумулятивных террас уровней 23-17, 16-10, 9-0 м. На них выделяются зоны захоронения глубоких болотных массивов и заболоченных участков, а также площади, существенно преобразованные путем намыва песчаных массивов из мелководной прибрежной зоны залива. Им свойственно наличие в разрезе природного и техногенного органического вещества, что в условиях высокой обводненности грунтовой толщи способствует формированию восстановительных условий, возникновению дефицита несущей способности грунтов основания. На низменных участках наблюдается интенсивное развитие процесса подтопления.

2. На территории Санкт-Петербурга развита сложная система тектонических разломов различного направления. По данным В.А.Рудника и Е.К.Мельникова (1998), тектонические нарушения северо-западного, северо-восточного, субмеридионального и субширотного простирания фиксируются в районе реки Каменки и озера Долгого, Лах-тинского разлива. Этот фактор необходимо учитывать при прогнозе условий строительства и оценке устойчивости различных сооружений, в том числе подземных трасс канализационных коллекторов, транспортных тоннелей метро.

3. Существование погребенных долин (неоген-раннечетвертичного возраста) раз_ 97

Санкт-Петербург. 2011

личной глубины и протяженности, в которых наблюдается наиболее полный разрез четвертичных отложений и фиксируется несколько напорных водоносных горизонтов, служит характерной чертой рельефа поверхности дочетвертичных пород. Более низкие абсолютные отметки кровли коренных пород (до глубины 25-79 м) фиксируются в районе озера Долгого, у станции метро «Удельная», вдоль реки Каменки и др. Участки в зонах палеодолин также рассматриваются как менее благоприятные для всех видов строительства.

4. В пределах всей территории рассматриваемого района к коренным породам относятся образования котлинской свиты котлин-ского горизонта. Толща глинистых пород выдержана в разрезе, является водоупором ниж-некотлинского водоносного горизонта, средой для подземных сооружений и основанием свайных фундаментов вне палеодолин. Более благоприятные с точки зрения строительства участки выделяются вне палеодолин, где верхнекотлинские глины залегают на глубине до 20-25 м. Поэтому при выборе дочетвертич-ных пород в качестве несущего слоя следует иметь в виду различную глубину положения их кровли, а также их дислоцированность в верхней зоне с повышенной влажностью, меньшей плотностью пород и сниженными показателями прочности.

5. Четвертичный разрез рассматриваемой территории в инженерно-геологическом отношении весьма неоднороден и сложен. Он включает техногенные (намывные и насыпные), болотные, озерно-морские, озерно-ледниковые, ледниковые отложения луж-ской и московской стадий оледенения, межморенные образования. Наличие торфов в верхней части разреза важно для оценки состояния четвертичной толщи. Базируясь на результатах изыскательских работ в пределах Приморского района, можно выделить специфические особенности рассматриваемых отложений.

Озерно-морские (литориновые) и озерные (анциловые) песчано-глинистые отложения местами заторфованы, отличаются чрезвычайной пестротой литологического состава. Отдельные слои не выдержаны как

98 _

по мощности, так и по простиранию, характеризуются как слабые и малопригодные для строительства. Образования со значительным содержанием органики (болотные) либо с рассеянными органическими компонентами (литориновые, анциловые и др.) предопределяют физико-химические и биохимические условия в обводненных грунтах.

Озерно-ледниковые песчано-глинистые разности залегают под насыпным техногенным слоем или озерно-морскими образованиями. Они различаются по текстурным особенностям, физическому состоянию, обладают тиксотропными свойствами. Это слабые неравномерно сжимаемые грунты, по-разному реагирующие на динамическую нагрузку от транспорта. В северной и восточной части района они могут служить грунтовым основанием дорог. Эти отложения здесь имеют низкую влажность, более устойчивую консистенцию и большую прочность, что связано с развитием в верхней части разреза гипергенных процессов (ожелезнение) в условиях окислительной обстановки.

Ледниковые отложения имеют значительные перепады мощности и глубины залегания (от 2 до 20 м) и оцениваются как достаточно прочные грунты. При устройстве свайных фундаментов и эстакад моренные супеси и суглинки могут служить опорным горизонтом, за исключением участков заторфованных отложений, погребенных и существующих болот.

6. В гидрогеологическом разрезе выделяется горизонт грунтовых вод; на участках развития палеодолин распространены межморенные водоносные горизонты. Практически вся территория Приморской и При-невской низин относится к зоне подтопления, гидрогеологические условия здесь характеризуются высоким положением уровня грунтовых вод и слабой дренированностью пород, что осложняет массовое строительство в Приморском районе. Согласно данным о химическом составе, в грунтовых водах на многих участках проявлен широкий спектр органических веществ, фиксируются заметные количества сульфатов, азотных соединений. Так, содержание иона ККИ^ как показателя хозяйственно-бытового загряз-

Содержание основных компонентов в грунтовых водах различных зон Приморского района Санкт-Петербурга (данные Треста геодезических работ и инженерных изысканий и СУ-299, 2000-2006 гг.)

Элементы анализа Зона

I II III IV V VI

Скважина

425 450* 485 486 488 449 440 1059 1063 1072

Содержание, мг/дм3:

Са2+ 12,0 10,0 4,0 18,0 32,0 34,0 240,0 22,0 14,0 10,0

Mg2+ 4,9 7,3 8,5 17,0 3,6 40,1 38,9 29,2 8,5 7,3

№+ + К+ 66,0 34,5 45,9 59,3 173,0 199,5 410,2 60,0 89,6 34,5

so4- 80,2 18,1 38,3 52,7 212,3 239,1 672,4 59,3 52,7 18,1

С1- 14,2 21,3 28,4 28,4 14,2 56,7 326,2 56,7 49,6 21,3

НСО], 109,8 128,1 79,3 189,1 231,8 536,8 646,6 207,4 170,8 128,1

ЫОз 1,12 5,77 7,46 1,12 8,73 8,73 12,80 1,54 1,64 5,77

N0^ 0,24 0,00 0,12 0,26 0,45 0,00 0,00 0,30 сл 0,00

Ж; 2,1 3,45 37,0 1,33 54,0 25,9 10,92 1,49 1,26 3,45

Fe2+ + Fe3+ 6,8 10,5 5,3 1,9 5,6 11,3 10,2 2,1 2,9 10,6

Минерализация, мг/л 248,0 184,0 176,0 264,0 1196,0 1002,0 3694,0 444,0 324,0 184,0

Общая жесткость, мг-экв/л 1,0 1,1 0,9 2,3 1,9 5,0 15,2 - - -

Окисляемость, мг 02/л (перм.) 9,70 32,0 38,0 7,2 121,21 38,4 412,0 8,0 18,6 32,0

Содержание С02 агрес, мг/л 0,0 11,0. 33,0 15,4 0,0 4,4. 22,0 22,0 13,2 11,0

рн 6,52 5,77 5,30 6,34 8,62 6,65 6,63 6,51 6,66 5,77

Примечание. I - лесопарковая зона; И - неосвоенная территория вблизи свалки; Ш - строительная площадка; IV - промзона; V - побережье Финского залива; VI - Юнтоловский заказник.

нения почти во всех опробуемых скважинах меняется от 1,33 мг/дм3 в лесопарковой зоне до 10,92 мг/дм3 в промышленной и 54,0 мг/дм3 вблизи свалки (см. таблицу).

Выводы

1. Загрязнение грунтов и подземных вод органическими компонентами, связанное с существованием и развитием жилых кварталов, транспортных магистралей, промышленных зон, городских свалок, кладбищ, сельскохозяйственных угодий, болотных массивов в приморской части Санкт-Петербурга, способствует не только снижению несущей способности песчано-гли-нистых грунтов, но и усиливает коррозию строительных материалов подземных конструкций зданий, ускоряя их переход в аварийное состояние. Соответственно, уже на стадии инженерно-геологических изысканий необходимо выполнять предварительный прогноз основных изменений компонентов среды и строительных материалов за счет природных и техногенных факторов.

2. При проведении исследований в рассматриваемом районе необходимо учитывать структурно-тектоническую обстановку, разнообразие типов и сложность инженерно-геологических разрезов (наличие погребенных долин, положение кровли несущих горизонтов, мощность слабой толщи, включая погребенные торфа и заторфованные отложения, гидрогеологическую неоднородность, физико-механические свойства грунтов, специфику загрязнения территории), а также влияние техногенных факторов на геологическую среду. При выборе типа фундаментов представляется необходимым определение глубины несущего горизонта (лужской морены или коренных глинистых пород), выделение зон распространения межморенных напорных вод и участков гидравлической связи с грунтовыми водами («гидрогеологических окон»), выполнение зонирования по расчетной осадке и несущей способности оснований в соответствии с нормативными документами. Глубокое исследование природных особенностей позволит типизировать территорию и составить карты инженерно-геологического районирования по различным показателям.

_ 99

Санкт-Петербург. 2011

УДК 553.411

А.Л.ПОПОВ, аспирант, alpopov06@mail. ru Санкт-Петербургский государственный горный университет

A.L.POPOV, post-graduate student, [email protected] Saint Petersburg State Mining University

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОЛОТА В ЭЛЮВИАЛЬНО-ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗОЛОТОЕ (ЕНИСЕЙСКИЙ КРЯЖ)

Иссследование характера формирования геохимических ореолов золота позволяет судить о причине возникновения высококонтрастных ореолов золота. Проведенный анализ форм нахождения золота и изучение его поведения показал, что в процессе разрушения рудных минералов происходит вынос золота из коренных пород и накопление его во вторичных ореолах в наименее растворимой фазе (фаза сульфидов и металлов), что препятствует их дальнейшему перераспределению.

Ключевые слова: Енисейский кряж, формы нахождения золота, анализ распределения по фазовым формам.

SPECIFIC PARTICULARITY OF THE DISTRIBUTION OF GOLD IN SURFICIAL SEDIMENTS OF GOLDEN DEPOSIT (ENISEYSKIY RIDGE)

The main team of the research is study of the nature shaping geochemical anomaly of gold. That will allow answering the question about reason of high level anomaly of gold.

The analysis of the forms of finding gold and study of its behavior have shown that process of the destruction ore mineral occurs stand gold from bedrock and accumulation it in secondary aura in the most soluble phase (the phase of sulfide and metal) that prevents their further redistribution.

Key words: Eniseyskiy ridge, form of gold, analysis of the distribution phase forms.

Геохимические работы по вторичным ореолам рассеяния играют немаловажную роль при опоисковании золоторудных месторождений. Вместе с тем велика доля ошибок, возникающих в процессе разбраковки полученных аномалий. Чаще всего эти ошибки возникают из-за чрезмерно высокой интенсивности полученных ореолов и, следовательно, последующего завышения площадной продуктивности и прогнозных ресурсов данного объекта. Характерным примером такой ситуации может послужить месторождение Золотое, расположенное в пределах Енисейского кряжа.

100 _

На месторождении Золотое выявлены три крутопадающие рудные зоны мощностью до 40 м и протяженностью до 1000 м. Простирание рудных зон северо-западное, падение на северо-восток, вверх по разрезу наблюдается выполаживание и расширение зон. Визуальное выделение рудных тел весьма затруднительно и возможно только по результатам опробования. Мощность рудных тел 3-10 м, редко 15-20 м. Среднее содержание золота на месторождении около 2,0 г/т. Установлены высококонтрастные литогеохимические аномалии золота, интенсивность которых многократно превышает

фоновые, и сравнительно низкие концентрации металла в коренных породах (в ряде проб до 45 г/т). В связи с этим возникла необходимость изучения характера формирования геохимических ореолов золота, установления форм его нахождения и их изучение в зоне гипергенеза.

Для достижения основной цели работы -определения форм нахождения золота во вторичных ореолах рассеяния, в центральных частях аномалий были отобраны четыре большеобъемные (10-15 кг) пробы рыхлого материала из элювиально-делювиальных отложений зоны гипергенеза месторождения. В процессе предварительных эмиссионного спектрального и спектрозолотохи-мического анализов содержаний золота и его элементов-спутников в этих пробах производилась их разбраковка, и на дальнейшие исследования была направлена наиболее представительная проба.

При исследовании большеобъемных проб был использован комплекс методов для определения форм нахождения золота. Определение содержаний элементов в полученном в результате исследований материале производилось масс-спектрометрическим методом (ICP-MS). Использовались следующие методики:

1) гранулометрический анализ выполнялся в крупности менее 0,4 мм на стандартных ситах. Выделение класса -0,015 мм производилось отмучиванием;

2) рентгенофазовый анализ выполнен на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3. Интерпретация спектров проводилась согласно стандартам ASTM International;

3) элементный анализ выполнен на масс-спектрометре «Agilent 7500A». Жидкие продукты анализировались непосредственно, твердые - после вскрытия царской водкой по стандартной методике;

4) при анализе распределения золота по фазовым формам была использована стандартная методика анализа, обычно применяемая в мировой практике для исследования фазового состава современных осадков.

Сначала было произведено выделение класса крупности менее 1 мм, затем органических остатков (торфа, корней и пр.). Весь

материал был промыт на центробежном концентраторе «Falcon» для получения концентрата тяжелых минералов для дальнейших минералогических исследований. Концентрат далее разделялся отмывкой в бромо-форме с получением шлихового концентрата свободного золота в крупности более 15 мкм.

Хвосты концентратора были отправлены на отмучивание и ситовой анализ. Полученный материал подвергся анализу распределения золота по фазовым формам, гранулометрическому и рентгенофазовому анализам. Для определения содержаний элементов материал фракций растворяли в уксусной и соляной кислотах, а также в царской водке.

Согласно данным рентгенофазового анализа, минеральный состав исследованных проб достаточно прост. В пробе отмечено повышенное количество мусковита. Основная фаза пробы - кварц, в подчиненном количестве присутствует плагиоклаз (ближе к анортиту). На дифрактограммах отсутствуют рефлексы каких-либо железосодержащих минералов. В сочетании с данными анализов, показывающих значительное содержание железа в пробах, это свидетельствует о рентгеноаморфности железистых фаз.

По результатам анализа классов крупности и шлама рассчитано распределение

Крупность фракции, мм

Рис. 1. Плотность распределения материала хвостов и химических элементов по классам крупности

_ 101

Санкт-Петербург. 2011

100 -I

о4

80 -

CS

О С

CS Н О

н о

60 -

40 -

Щ

н й

U &

о

CS

См

20 -

Хвосты

Ш Сульфиды и металлы Щ Кристаллические оксиды Щ Аморфные оксиды

Шлам

I Органика ! Карбонаты I Обменные формы

Рис.2. Распределение Аи по фазам геохимического анализа

химических элементов по классам крупности исследованных проб (рис.1). Распределение построено для суммы хвостов гравитационной концентрации и шлама менее 0,015 мм. Сделано это для того, чтобы избавиться от влияния свободного золота и золотосодержащих свободных сульфидов, которое обычно перекрывает другие, более слабые эффекты, а также для повышения представительности и воспроизводимости.

Результаты анализа форм нахождения золота, в дальнейшем именуемом геохимическим анализом, и других элементов позволяют ответить на вопрос о происхождении и процессах формирования литогеохи-мических ореолов месторождения (рис.2).

Распределение элементов по классам крупности хвостов гравитационного обогащения в сумме со шламом -0,015 мм, т.е. материала, освобожденного от свободного золота и основного количества раскрытых сульфидов и арсенопирита, может быть интерпретировано как проявление рудной минерализации в пробе, представленное первоначально тонкой вкрапленностью 10-30 мкм, характеризующейся ассоциацией благородных металлов ^п, Sb, Se, W, Се, As). На графике плотности распределения по круп-

102 _

ности эта минерализация и остаточные продукты ее выветривания представлены максимумом для соответствующих элементов в интервале 0,03-0,06 мм. В этом же интервале концентрируется основная часть золота, что составляет 29 % от общего. Содержания здесь достигают 1,27 г/т, при общем содержании золота в пробе 0,93 г/т. Нахождение золота в этой фракции может свидетельствовать о выносе золота из коренных пород путем инфильтрации солевыми растворами и капиллярными водами либо о привносе его посредством движения грунтовых вод.

Основные результаты фазового геохимического анализа свидетельствуют о следующем. Основная часть золота, как в песках, так и в шламе, связана с сульфидами и металлами. Эта фаза содержит около 50 % всего золота в пробе. В песках золото находится, кроме того, в карбонатной, органической и обменной фазах, в связи с аморфными оксидами железа и марганца, а также с кристаллическими оксидами. Обменные, т.е. самые мелкие подвижные, формы золота, закрепленные на поверхности других минералов и легко растворяемые водой, составляют около 30 %, на остальные фазы приходится от 5 до 10 % благородных металлов. В сульфидах и металлах шлама содержится около 80 % золота, оставшаяся его часть концентрируется в органике и аморфных оксидах железа и марганца, что говорит о слабой растворимости Аи. В процессе выветривания и окисления часть золота, не связанного с сульфидами, высвобождается и переходит в свободную форму. Однако нахождение золота в песках в обменной форме в достаточном количестве может быть непосредственной причиной высокой интенсивности геохимических ореолов, так как эта фаза легко переходит в фазу аморфных оксидов.

Таким образом, наличие на площади месторождения высококонтрастных ореолов золота на фоне сравнительно низких его содержаний в рудах является следствием нахождения золота в виде тонкодисперсной вкрапленности в мусковите, пирите и арсе-нопирите. В процессе разрушения этих минералов происходит вынос золота из корен-

0

ных пород и накопление его в нижней части разреза зоны гипергенеза в наименее растворимой фазе (фаза сульфидов и металлов), что препятствует дальнейшему перераспределению золота. Однако в процессе эволюции ореолов золота, при движении вверх по разрезу, происходит перераспределение золота, связанного с сульфидами и металлами, и переход некоторой его части в фазу аморфных оксидов и органики, которые как наиболее подвижные формы накапливаются

в приповерхностных частях разреза и являются одними из основных фаз при поисках по вторичным ореолам рассеяния.

Проведенный анализ форм нахождения золота и изучение его поведения в вертикальном геохимическом разрезе позволяет более надежно проводить разбраковку аномалий золота, учитывая при оценке продуктивности рудных зон сочетание ореолов золота с другими элементами-индикаторами (мышьяк, цинк, бор, висмут и сурьма).

Санкт-Петербург. 2011