2.5. Природные факторы, определяющие закономерности изменений инженерно-геологических условий Казахстана

2.5.1.Геоморфологические строение

А. Орогенный пояс

В Орогенный пояс Казахстана входит система новейших поднятий, выраженных в рельефе хребтами Жонгарский Алатау, Тарбагатай, Саур, горами Рудного Алтая, а также разделяющими и обрамляющими их впадинами –Илийской, Балхаш-Алакольской, Зайсанской. Хребты относятся к возрожденным горам Центрально-Азиатского орогена [43]. Новообразованные морфоструктуры гор и впадин является прямым отражением сводовогорстовых и грабен-синклинальных новейших тектонических форм. Внутригорные понижения и впадины имеют тектоническое происхождение. До орогенные поверхности выравнивания фиксируются на водоразделах и междуречьях всех хребтов. Гребни хребтов Орогенного пояса имеют абсолютные отметки 4,5-4,0 тыс. м (соответственно Заилийский и Жонгарский Алатау), снижаясь в Тарбагатае до 3тыс. м, на Рудном и Южном Алтае –до 1,5-3,0 тыс. м. Прогибание межгорных впадин по масштабам соответствует, а иногда и превышает сопряженные поднятия гор.

Морфология водоразделов и склонов горных областей, амплитуды изменений абсолютных и относительных высот, глубина и интенсивность вертикального расчленения позволяют выделить высоко-, средне- и низкогорные типы рельефа.

Высокогорье характеризуется сильной расчлененностью склонов и водоразделов, значительными амплитудами относительных высот, широким распространением форм ледниковой скульптуры (кары, троги, боковые и конечные морены). Последние морфологически выражены в виде серии наложенных друг на друга моренных валов, разграниченных уступами высотой 50-100 м. Развитие высокогорья связано с максимальными амплитудами тектонических перемещений.

Среднегорье расположено ниже 2-2,5 тыс. м, но современные процессы преобразования рельефа активны здесь почти в той же степени, что и высокогорье. Однако относительные высоты уже не превышают 700 м, контуры водоразделов значительно сглажены, склоны меньшей крутизны и более мягких очертаний. Долины имеют V- образный профиль, поперечные размеры их заметно возрастают, достигая 1000 м. Узкие эрозивные врезы характерны и для долин боковых притоков, находящихся в ранней стадии развития. Склоны хребтов и водоразделов, обычно крутые и скалистые, покрыты многочисленными каменными осыпями.

Низкогорный рельеф приурочен к периферийной зоне главных горных хребтов. Глубина расчленения рельефа, морфология и морфометрия различных участков низкогорья весьма разнообразны. В одних случаях они прорезаны глубокими каньонообразными долинами, расширяющимися к выходу из гор, в других - преобладают пологие возвышенности, разделенные широкими речными долинами, выполненными рыхлыми осадками значительной мощности. К территориям развития средне- и низкогорного рельефа приурочены две инженерно-геологические области: 1) сводово-глыбовых возвышенностей и хребтов с реликтами поверхностей выравнивания, сложенная скальными породами палеозоя и мезозоя, и 2) ступенчатых моноклинальных складчатых структурно-денудационных предгорий, сложенных преимущественно рыхлыми породами кайнозоя (адыры).

Аккумулятивный геоморфологический комплекс развит на обширных территориях относительных тектонических опусканий (впадин) в виде грабенов и синклинальных прогибов, выполненных мощными толщами рыхлообломочных образований мезозоя и кайнозоя. К ним относятся меж-, внутри- и предгорные впадины древнего заложения и мелкие молодые депрессии, выполненные палеоген - четвертичными образованиями. Состав отложений, их генезис и условия залегания свидетельствуют о преимущественно водно-аккумулятивном происхождении современного рельефа. В пределах распространения аккумулятивного геоморфологического комплекса выделяются инженерно-геологические области: аккумулятивных подгорных наклонных равнин, сложенных аллювиально-пролювиальными четвертичными отложениями; аккумулятивных террасированных равнин, сложенных аллювиальными четвертичными отложениями; аккумулятивных плоских и вогнутых равнин, сложенных озерно-аллювиальными отложениями, и аккумулятивных бугристо-грядовых и барханных песчаных равнин, сложенных перевеянными озерно-аллювиальными четвертичными отложениями. Несколько обособленно расположены мелкосопочные и платообразные равнины, выделяемые как инженерно-геологические области: мелкосопочных денудационных и тектонико-эрозионных равнин на скальном субстрате пород докембрия и палеозоя; структурно-денудационных пластовых платообразных равнин на горизонтально залегающих отложениях мезо-кайнозая и цокольных равнин на палеозойском складчатом основании с покровом элювиально - делювиальных накоплений.

Б. Казахский щит

Инженерно-геологические условия Казахского щита определяются господствующим распространением здесь мелкосопочного рельефа, длительное время формировавшегося в континентальных условиях аридного климата на складчатом скальном основании эпигерцинской платформы. Современный рельеф выработан процессами мезо-кайнозойского выветривания, эрозии и денудации скального цоколя, испытывающего медленные сводово-глыбовые неотектонические движения.

Низкогорья, мелкосопочник и цокольные равнины на складчатом основании являются преобладающими типами рельефа Казахского щита. Аккумулятивный рельеф, представленный озерно-аллювиальными, делювиально-пролювиальными и аллювиальными равнинами, приурочен к впадинам, озерным котловинам и речным долинам .

Низкогорный рельеф распространен в осевой части водоразделов и сформирован неотектоническими движениями сводово-глыбовых поднятий. Морфология низкогорий определяется преимущественно составом слагающих пород. Низкогорный рельеф, развитый на гранитоидах, представляет сочетание гряд или отдельных изолированных гор с крутыми скальными склонами, заостренными вершинами и гребнями. Наиболее высокие отметки (1370-1560 м) обычно приурочены к таким глыбовым низкогорным массивам.

Грядовый и грядово-увалистый рельеф низкогорий связан обычно с эффузионно-осадочными породами субстрата и отмечается в Шынгисе, Балхаш-Иртышском водоразделе, Ерементауском поднятии и др. Склоны в этом случае более пологие (до 35⁰). Абсолютные отметки водоразделов этих низкогорий достигают 1000 м. Относительное превышение низкогорий над окружающими равнинами составляет 500-600 м. Сарысу-Торгайский водораздел меридианального направления сформирован горстовыми поднятиями части крупного интрузива (горы Улытау, Идыге). О молодости гор свидетельствуют высокая энергия рельефа, наличие тектонических уступов по северо-западному обрамлению низкогорий.

В северной и северо-восточной частях региона на фоне равнинно-мелкосопочного рельефа выделяются одиночные низкогорные массивы Кокшетауских, Ниязских, Ерементауских и Баянаульских гор. Во впадинах межгорий располагаются многочисленные живописные озера. Благоприятные ландшафтно-климатические условия этих районов предопределили их интенсивное курортное использование.

Облик рельефа Казахского щита определяет мелкосопочник, разделяющийся по относительным превышениям на низкий (до 50 м), средний (50-100 м), и высокий (100-200 м), а по генезису тектоническо-денудационный и эрозионный (приречный).

Гипсометрические уровни поверхностей мелкосопочника плавно понижаются от Главного водораздела (800–900 м) к периферии (до 340 м - Прибалхашье) и 200 м северные окраины.

Тектонико-денудационные мелкосопочники развиты по периферии низкогорного рельефа Балхаш-Иртышского водораздела или выделяется в виде островных массивов в Северном Прибалхашье Сарысу-Тенизском водоразделе, Кокшетауском глыбовом поднятии. Его морфологические особенности определяются литологией и структурой субстрата. Грядовый мелкосопочник развит обычно на мергелях, известняках, порфиритах, метаморфических породах. На осадочных породах девона и карбона формируется грядово-гривистый рельеф. Увалистый рельеф развивается по песчаникам, алевролитам, аргиллитам. Отметки этого типа мелкосопочника находятся в пределах 600-900 м, а в Улытауском поднятии- 400-500м.

Денудационный мелкосопочник (монадноки) сохранился в ряде участков среди денудационных равнин и характеризуется сглаженностью форм. Крутизна склонов (17-25°) часто зависит от пород, по которым развит мелкосопочник. Денудационный мелкосопочник известен в Северном Прибалхашье, Сарысу-Тенизском водоразделе, Каркаралинском и Баян-аульском районах, в бассейне р. Тундык.

Эрозионный приречный мелкосопочник широко развит по бортам крупных речных долин и наблюдается в виде не широких полос. Мелкосопочник склонов сорово-дефляционных впадин характеризуется обычно грядовыми формами и моделировка его обусловлена составом материнских пород.

Денудационные равнины распространены широко по периферии мелкосопочника и окраинам Казахского щита. По типу субстрата выделяются цокольные и пластовые денудационные равнины. Цокольные (скульптурные) равнины развиты на сложном палеозойском или допалеозойском основании и часто сохраняют остатки кор выветривания, имеющих в ряде случаев мощности до 100 м. В зависимости от возраста коры выветривания время образования равнин трактуется в широких пределах, но чаще всего датируется мезозоем. В ряде случаев денудационные равнины развиты на палеогеновых отложених (северо-восточная периферия Казахского мелкосопочника) либо перекрыты неогеновыми покровами (бассейн р. Аягоз). Значительные участки денудационных равнин сложены маломощными четвертичными отложениями с сохранившимися фрагментами корневых частей кор выветривания. По степени расчлененности денудационные равнины делятся на слабо-, средне- и высоковолнистые.

Участки денудационных равнин, прилегающие к Западно-Сибирской низменности, имеет хорошо выраженный наклон (1-3⁰) на север и северо-восток и абсолютные отметки от 300 до 150 м. Их поверхность усложнена слабо врезанными плоскодонными долинами с террасами (от одной до трех). Рельеф и состав отложений благоприятствуют формированию слабонапорных грунтовых вод, а химизм вод зависит от литологического состава вмещающих пород и гидродинамических характеристик водоносных комплексов.

Пластовые равнины распространены ограниченно. Наиболее обширные их участки отмечаются по восточной, северной и западной перифериям щита на горизонтально лежащих или слабонаклоненных отложениях мела-палеогена или неогена. Поверхность равнин покатая слабоволнистая, интенсивное расчленение которой на отдельных участках приводит к формированию «бедленда» (Северное Прибалхашье). Возраст пластовых равнин от палеогенового до четвертичного.

Аккумулятивные равнины представлены аллювиальными, аллювиально-пролювиальными, озерными и эоловыми типами антропогенного рельефа.

Аллювиальные террасированные равнины представляют собой плоские поверхности на супесчано-песчаном субстрате. Ширина их обычно невелика, но на отдельных участках по долинам рек Сарысу, Нура, Есиль и их протоков достигает 30 и даже 50 км (Колутонская депрессия) с возрастанием мощности аллювия до 25 м. Такой же ширины достигает аллювиальная равнина при слиянии рек Есиль и Нура. В крупных речных долинах выделяются три-четыре террасы (включая пойму), которые в большинстве случаев плохо выражены в рельефе –либо размыты, либо прикрыты пролювиальными шлейфами. Однако они свидетельствуют об антропогенных тектонических деформациях, имевших место в регионе. Под современными преимущественно неглубокими речными долинами Казахского щита буровыми и геофизическими работами установлены погребенные долины с резкими врезами в цоколь на глубину до 100 м и более. Древние долины выполнены пестроцветными глинами, под которыми залегают гравийно-галечники, содержащие напорные воды.

Аллювиально-пролювиальные и озерные равнины слагают территории; наиболее крупная из них (Тенизская) занимает центральную и восточную части крупной одноименной впадины. Платообразная поверхность этой равнины, сформированной на лессовом и глинистом субстратах (мощностью до 25 м и более), является водосбором многочисленных долин, впадающих в реки Селеты и Терсаккан. Суглинки и глины плохо водопроницаемы, что затрудняет условия питания подземных вод и способствует формированию водного стока в озерные котловины.

Делювиально-пролювиальные равнины известны во многих участках близ мелкосопочных массивов Северного Прибалхашья, в Селеты-Шидертинском, Кокшетауском и других районах и часто сливаются с делювиально-пролювиальными шлейфами конусов выноса.

Эоловые равнины развиты в основном на северном побережье оз. Балхаш (Токраусская дельта) и располагаются полосами по право- и левобережью р. Сарысу. По морфологии они подразделяются на грядовые и бугристые, залегают на отметках 300-550 м. Ширина гряд не превышает 3-4 м. Образованы эоловые пески за счет переработки преимущественно озерно-аллювиальных отложений. На песчаных пляжах оз. Балхаш формируется преимущественно прибрежный дюнный рельеф. Мощность эоловых накоплении 2-3 м.

В. Туранская плита

Регион Туранской плиты располагается на обширных равнин­ных или слабохолмистых пространствах Средней Азии и в центральной и юго-западной частях Казахстана. Большую часть региона занимают равнины с отметками поверхности, не превы­шающими 200 м над уровнем океана. В некоторой своей части поверхность имеет отрицательные отметки или является поднятой до 300 и более метров. Повышенная часть региона имеет характер останцовых плато или останцовых хребтов. В краевых частях равнинная часть имеет характер шлейфов, окружающих средне- и высокогорные цепи.

Регион включает в себя большинство песчаных пустынь Сред­ней Азии – Каракумы, Кызылкумы, Мойынкумы и др., в связи, с чем эоловые процессы имеют весьма широкое развитие.

Б. А. Федорович выделяет в Туране различные по их характеру части (называемые им областями).

1. Мангыстауское низкогорье – плато и низменность. Опущенными ниже уровня океана, впадинами и вертикальными обрывами (чинками) плато Устюрт. В составе этой области можно выделить:

а) низменность п-ова Бузашы, постепенно теряющая водный покров в связи с понижением уровня Каспия и превратившаяся в плоские низины с солончаками и такырами;

б) Мангыстауское низкогорье, окаймленное со всех сторон плато и куэстами; хребты гор поднимаются до отметок 555 м над уровнем океана;

в) котловина Карын-Жарык, являющаяся узкой депрессией с дном ее на отметках минус 73 м и не имеющая связи с-морем;

г) Южно - Мангыстауское плато, являющееся продолжением плато Устюрт, с широко распространенными на нем замкнутыми котловинами и впадинами, ограниченными вертикальными обрыва­ми – чинками. Дно одной из впадин Карагие с относительной глу­биной 370 м и абсолютной отметкой– 132 м является самой низ­кой точкой для всего СНГ.

2. Плато Устюрт – громадная, почти нерасчлененная равнина, со всех сторон, кроме юго-восточной окраины, окаймленная вер­тикальными обрывами – чинками. Рельеф плоский, равнинный, почти не рассеченный гидрографической сетью, со слабо заметны­ми западинами и обширными глубокими и замкнутыми котловина­ми. Поверхностного стока почти нет. Поверхностные наносы образуют плащ из супесей и туфовидного гипса.

3. Заузбойские низкогорья и плато. Рельеф разнообразный, часто сильно расчлененный сетью сухих оврагов. Минимальные отметки – в котловине Кум-Себшен - 16,4 м от абсолютного нуля; наивысшую отметку имеет вершина гор Большие Балханы - 1880 м; средние отметки от +100 до +300 м. Плато Устюрт мож­но разделить на Прикарабугазскую намывную равнину, Красноводское плато, горы Большие Балханы, Туаркырское куэстовое хол­мистое низкогорье, дробно расчлененное, и площади покрытые песками, являющиеся как бы отрогами Каракумов.

4. К востоку от Аральской впадины расположена песчано-глинистая равнина Северных и Северо-восточных Кызылкумов. Здесь можно выделить Северные и Северо-восточные песчаные Кызылкумы, во многом аналогичные Каракумам, островную возвышенность Каратау, аллювиальные равнины и долину среднего течения Сырдарьи и Южную Голодную степь, представляющую собой супесчаную равнину древней дельты Сырдарьи и солончако­вую впадину Туз-Кан.

5. Аральская котловина и северо-восток Туранской низменнос­ти включает в себя как районы песков западной части Кызыл­кумов, так и современные дельты и староречья Сырдарьи, Амударьи и Торгая, а также Ассаке-Аудан-Саракамышскую впадину. Область весьма слабо расчленена, имея отметки поверхности от плюс 100–130 м до минус 44,7 в Саракамышской впадине. Мест­ность представляет собой сплошную территорию древних дельт. В своих отмерших частях дельты образуют обширные неорошаемые такырные равнины. В более высоких частях дельты орошаются, образуя Хорезмский, Кызылординский и Казалинский оазисы.

Наиболее характерной частью этой области является Сарака-мышская впадина, образование которой будет далее подробнее рассмотрено.

Самой северной частью региона Туранской плиты является Торгайский прогиб. Он является столово-останцовой равниной или плато. Поверхность ее колеблется в пределах отметок 200–250 м. Характерным является то, что северная часть Торгайского прогиба относится к бассейну стока р. Оби, а южная -Аральского моря. В средней, самой узкой, части Торгайского прогиба или Торгайской сквозной долины расположено озеро Куш-Мурун.

Г. Прикаспийский регион

Прикаспийская синеклиза расположена на юго-востоке Русской платформы и является крупной отрицательной структурой, унаследовано развивающейся с конца докембрия. Большую часть региона занимает Прикаспийская низменность. На севере к ней примыкают возвышенности Низкого Заволжья и Общего Сырта, а на востоке - Урало-Эмбинское (Подуральское) плато. Прикаспийская низменность представляет собой морскую аккумулятивную равнину с относительными высотами 1-3 м и полого наклонную с севера на юг. Абсолютные отметки ее поверхности понижаются соответственно от 50-80 м до 28м. над низменностью поднимаются редкие изолированные холмисто-грядовые возвышенности – соляные купола. Южнее нулевой изогипсы значительная часть территории занята массивами полузакрепленных, реже перевеваемых песков с бугристым и грядово-бугристым рельефом высотой 5-10м. Низкое Заволжье на западе охватывает район волжских террас, плоские поверхности которых переходят к востоку в волнисто-увалистую равнину с уплощенными междуречьями. Абсолютные высоты возрастают в том же направлении от 20 до 160 м. Общий Сырт более приподнят (200-360м) и глубоко расчленен долинно-балочной сетью на отдельные возвышенности. Пологоволнистые водораздельные пространства (сырты) асимметричны – южные склоны их значительно круче северных. Общий Сырт граничит с Прикаспийской низменностью отчетливо выраженным уступом высотой до 60-80м.

Урало-Эмбинское плато характеризуется структурно-денудационным рельефом с многочисленными куэстовыми грядами, бронированными плато со ступенчатыми склонами, скалистыми останцовыми холмами и скульптурными котловинами. Абсолютные высоты водораздельных массивов снижаются от 300-350м на северо-востоке до 80-100 м на юго-западе. Относительные превышения структурных форм на водоразделах невелики (20-30м, реже 40-50м), но над днищами долин основных рек достигают 100 и даже 150м.

Гидрографическая сеть региона принадлежит бассейну Каспийского моря. Постоянный сток происходит лишь у крупных рек – Волги и Урала. Река Эмба достигает моря только в половодье, а более мелкие реки (Большой и Малый Озени и др.) теряются в лиманах и разливах. Основным источником питания рек являются талые воды, поэтому большую часть годового стока (до 90%) приходиться на весенний период. На Прикаспийской низменности имеется ряд соленых озер (Елтон, Баскыншак и др.).

Климат территории резко континентальный с жарким, засушливым летом, морозной зимой и сильными ветрами. Степень континентальности возрастает с севера-запада на юго-восток, в том же направлении увеличивается среднегодовая температура воздуха (от 3 до 11°), уменьшается количество осадков от 400 до 130мм, испарение возрастает от 50 до 250мм. На летний период приходится до 70% осадков. Зимы малоснежные, глубина промерзания почв изменяется от 0,6м на юго-западе до 1,1м на востоке.