2.5.3. Инженерно-геологические районирования

Инженерно- геологическое районирование Казахского щита

Последовательное районирование Урало-Монгольского складчатого пояса по структурно-тектоническому признаку позволяет выделить в пределах региона Казахской складчатой страны инженерно- геологические регионы Орогенного пояса (А) и Казахского щита (Б). Разделяются они рубежом активного проявления мощного неотектонического орогенеза, сформировавшего горные системы Тянь-Шаня, Жонгарии, Саура, Алтая. Граница между щитом и современным орогеном почти вкрест пересекает древние складчатые структуры Урало-Монгольского пояса. На севере Казахский щит граничит с Западно-Сибирской, а на юго-западе – с Туранской платформами. Консолидация щита с переходом к платформенному режиму произошла в начале мезозоя. Палеозойские структуры щита разделяются на складчатые системы областей каледонской (V-D) и герцинской (D₂-T) консолидации. Каледонские системы объединяются в Северо-Казахстанский инженерно-геологический регион (Б-1); области герцинской стабилизации соответствуют Центрально-Казахстанскому региону (Б-2). Каждая из складчатых систем состоит из крупных структурно-формационных зон и продольных блоков, границами которых обычно являются региональные глубинные разломы. Герцинский Жонгаро-Балхашский мегасинклинорий отделен от каледонид девонским краевым вулканическим поясом.

Неотектонические движения сформировавшие Орогенный пояс Казахстана, на территории щита выразились широтными зонами поднятий (Улытауское, Боровско-Кокшетауское) и сводово-глыбовыми воздыманиями Балхаш-Иртышского водораздела. Рельеф Казахского щита на протяжении всего антропогена формировался в континентальных аридных условиях денудацией складчатого платформенного основания. Денудационные типы и формы рельефа (низкогорья, мелкосопочник, цокольные равнины) являются преобладающими. Сочетание денудационных поверхностей с активной педиментацией (в соответствии с импульсами сводово-глыбовых новейших воздыманий) обусловило ярусность поверхностей континентального выравнивания. В соответствии с кратностью импульсов и масштабами неотектонического движений в различных частях региона выделяются от двух (бассейн р. Терс-Аккан) до пяти (бассейны рек Мойынты и Кусак) ярусов рельефа. Гипсометрическими пределами ярусного рельефа щита являются отметки от 430 (уровень оз. Балхаш) и 200-300 (Прииртышские равнины) до 1000 м – на главном водоразделе (г. Аксоран 1565 м, г. Кособа 1305м). В геологической литературе территории Казахского щита часто именуется Сары-Арка, что очень точно соответствует облику выгоревшей за лето всхолмленной степи и геоморфологически ассоциируется с Казахским мелкосопочником.

Типизация территории Казахского щита по геоморфологическим признакам позволяет выделить ряд инженерно-геологических областей. В соответствии это:

– среднегорья и низкогорья – сводово-глыбовые возвышенности и хребты с реликтами древних поверхностей выравнивания, сложенные скальными породами палеозоя, мезозоя и кайнозоя;

– мелкосопочник денудационный и тектонико-эрозионный на скальном субстрате докембрия и палеозоя;

– равнины и плато пластовые структурно-денудационные на горизонтально лежащих породах мезозоя и кайнозоя;

– равнины цокольные на палеозойском складчатом основании с покровом элювиально-делювиальных накоплений;

– равнины подгорные аккумулятивные наклонные, сложенные аллювиально-пролювиальными четвертичными отложениями;

– равнины аккумулятивные террасированные, сложенные аллювиальными четвертичными отложениями;

– равнины аккумулятивные плоские вогнутые, сложенные озерно-аллювиальными четвертичными отложениями;

– равнины аккумулятивные бугристо-грядовые барханные, сложенные перевеянными озерно-аллювиальными четвертичными отложениями.

Относительная расчлененность и облик денудационных форм рельефа определяются составом, состоянием и условиями залегания коренного субстрата. Характерные матрацевидные формы имеют гранитные останцы Кокшетау, Имантау, Зеренды; рельеф округлых, почти конических форм возникает на участках, сложенных вторичными кварцитами (Ниаз, Тектурмас и др.); на девонских порфиритовых эффузивах и некках селективной денудацией моделируются своеобразные положительные формы.

Формирование рельефа Казахского щита происходило в условиях медленных колебательных дифференцированных вертикальных движений и смены климатов от аридных до перегляциальных. Регион располагался за пределами ледниковых областей, однако эпохи максимального и тазовского оледенений приводили к значительному увлажнению климата. С этими периодами связано проявления откопанного рельефа (Улутай, Акитау, Тектурмас), обширных пролювиальных равнин (склон Сарысуйской депрессии) и подгорных шлейфов. Происходила частая перестройка гидрографической сети. Погребенные древние долины олигоценового и неогенового этапов рельефообразования широко распространены в Центральном Казахстане. Современная гидросеть оформилась в основном в среднечетветичное время.

Господствующими на территории региона являются зоны степей, полупустынь и пустынь. В гидрогеологическом отношении Казахский щит представляет собой крупный массив преимущественно трещинных вод с локальными субартезианскими бассейнами в терригенных отложениях наложенных впадин платформенного чехла.

Инженерно-геологическое районирование территории Орогенного пояса

Орогенный пояс Юго-Восточного Казахстана образован горными системами Северного Тянь-Шаня, Жонгарии, Тарабагатая и Алтая с разделяющими их межгорными впадинами (Илийской, Балхаш-Алакольской, Жайсанской) и примыкающими предгорными прогибами. Основные крупные элементы современного орогена сформировались в позднеальпийский этап тектонической активизации, начиная с позднего олигоцена. Интенсивный рост горных хребтов и прогибание межгорных впадин, заполнение их продуктами денудации происходят с начала плиоцена.

В геоантиклинальной зоне, опоясывающей с юго-востока Казахстанскую платформу, выделяются семь фаз усиления позднеальпийского неотектонического орогенеза.

На неотектоническом этапе развития Орогенного пояса преобладали вертикальные тектонические движения. Суммарная амплитуда таких движений для Тянь-Шаня составляет 12-15 км, Жонгарии -5,5 км. Ближе к современному этапу темпы роста горных сооружений Орогенного пояса возрастают. Отражением современной тектонической активности региона являются высокая сейсмичность (М>8), сильные и катастрофические землетрясения недавнего прошлого, значительные скорости вертикальных движений. Эпицентры землетрясений с наибольшей магнитудой тяготеют к зонам крупных разломов - линеаментов - это области интенсивного проявления новейших движений и максимальных амплитуд неодеформаций. Распределение эпицентров сильных землетрясений указывает на существование двух основных зон сейсмической активности: Северный Тянь-Шань и Жонгария. Зоны имеют субширотное простирание, линейно вытянуты вдоль глубинных крутопадающих разломов неоген-четвертичной активизации. В Жонгарской зоне фиксируются землетрясения с энергетическим классом, равным 15, в Алакольской, Жайсанской и Алтайской зонах – 14.

Неотектонические движения N-Ag являются основным рельефообразующим фактором и определяют главные особенности современного рельефа земной поверхности. Морфоструктуры крупных порядков (хребты, впадины) различных регионов имеют много общих черт. Современная структура гор и нагорий сводово-глыбовая и блоковая с реликтами древних поверхностей выравнивания. Системой продольных и секущих разломов своды расчленяются на блоки и отделяются от внутригорных и окружающих впадин передовыми хребтами и ступенчатыми предгорьями. Границы хребтов и межгорных впадин четко фиксируются положением глубинных краевых разломов. Последние характеризуются значительной протяженностью и длительностью развития. По зонам глубинных разломов фиксируются горизонтальные сдвиги блоков и надвигание хребтов на котловины. Широтные и северо-западные простирания основных горных хребтов Жонгарского Алатау, Тарбагатая и Рудного Алтая соответствуют направлениям региональных разломов и плану важнейших элементов каледонских и герцинских складчатых систем.

Естественные геологические границы между регионами Казахстанского щита и Орогенного пояса по своей природе являются неотектоническими. Однако морфологически переход от платформенно-денудационных массивов Центрального и Северного Казахстана к Орогенному поясу не везде четкий. Имеются расхождения и в оценке принадлежности предгорных прогибов (Прибалхашский) и межгорных впадин (Жайсанская, Алакольская) к платформенным или орогенным образованиям. Поэтому некоторые исследователи предлагают выделять эти впадины, открытые в сторону платформенных равнин, в самостоятельную категорию – зону сочленения платформенных и орогенных образований. Однако история развития этих структур на неотектоническом этапе, масштабы альпийских деформаций (700–1000 м), состав компенсирующих осадков, большая (до 300 м) мощность четвертичных отложений, повышенная современная сейсмичность (Баканасское землетрясение 1980 г. с магнитудой 6) дают основание рассматривать эти впадины в качестве орогенных. Поэтому граница Орогенного пояса Казахстана нами проводится по северному берегу оз. Балхаш, долине р. Аягоз, разделяющей хребты Тарбагатай и Шынгыстау, западному борту Жайсанской впадины, склонам Калбинского и Убинского хребтов. Региону Орогенного пояса практически соответствует принятая в схеме геоморфологического районирования (И. Э. Введенская, З.А. Сваричевская) «страна Восточно-Казахстанских эпиплатформенных гор, предгорных и межгорных впадин». Такое соответствие вполне закономерно, поскольку морфоструктура является выражением тектонической структуры в рельефе.

В пределах Орогенного пояса Казахстана по неотектоническому принципу, определяющему основные закономерности формирования и пространственных изменении инженерно-геологических условии, выделяются шесть инженерно-геологических регионов 111 порядка А-1–Илийский, А-11–Жонгарский, А-111–Балхаш-Алакольский, А-1V –Тарбагатайский, А-V–Жайсанский, А-V1–Рудноалтайский.

Горные хребты региона образуют самостоятельные довольно сложно построенные орографические системы. Их общими и характерными особенностями являются: ступенчатость рельефа, его глубокая расчлененность, крутосклонность долин, наличие выравненных водоразделов (доорогенные поверхности), современное горнодолинное оледенение на высотах более 2500–3000 м, дефляционные формы, навеянные пески и накопления лёссовидных пород в пред- и низкогорьях. Скальный субстрат гор на склонах средне- и высокогорий обычно обнажен и активно разрушается. Образующийся при этом обломочный материал формирует обширные поля курумников и каменных осыпей на склонах. Горные долины Орогенного пояса отличаются высокой селеопасностью. Сейсмодислокации крупных масштабов (завалы долин, образование подпрудных озер) установлены в Заилийском и Жонгарском Алатау. Склоны горных хребтов Юго-Восточного Казахстана характеризуются довольно четко выраженной высотной ландшафтно-климатической поясностью. Биоклиматические пояса часто соответствуют определенным элементам геоморфологических ярусов.

Морфоструктуры межгорных впадин (Илийской, Балхаш-Алакольской, Жайсанской) и предгорных прогибов начали формироваться с середины мелового периода по унаследовано-возрожденному плану. Формирование их в значительной мере связано с повторными перемещениями по разломам древнего заложения, чем, главным образом, определяется асимметричность строения всех впадин. Глубина прогибания палеозойского фундамента в Балхаш-Алакольской и Жайсанской впадинах составляет приблизительно 1000 м, в Жаркентской депрессии Илийской впадины достигает 5 км. Мощность четвертичных и плиоценовых отложении (предгорно-шлейфовые, континентально-дельтовые и озерно-речные накопления) варьирует в широких пределах и достигает сотен метров. Современная поверхность впадин образована аллювиально-пролювиальными равнинами, шлейфами, озерными террасами. Внутригорные впадины имеют преимущественно тектоническое происхождение–грабены и грабен-синклинали. Мощности рыхлых отложении здесь составляют сотни метров, четвертичных-первые десятки метров.

В рыхлых накоплениях меж - и внутригорных впадин, а также предгорных прогибов заключены огромные запасы подземных вод артезианских и субартезианских бассейнов. Воды по качеству от пресных, широко используемых в народном хозяйстве, до минеральных и термальных, вскрытых отдельными глубокими скважинами.

Выделение инженерно-геологических областей произведено на основе типизации территории по геоморфологическим признакам. Районирование этого уровня позволяет охарактеризовать территорию по устройству рельефа, генезису и возрасту отложений, условиям обводненности (поверхностными и подземными водами), интенсивности проявления экзогенных геодинамических процессов. На территории Орогенного пояса выделяется десять инженерно-геологических областей.

Инженерно – геологическое районирование Туранской плиты

Туранская плита как регион 1 порядка является крупной тектонической структурой с одинаковым или близким формационным строением с единым платформенным типом неотектонического режима.

Главным элементом при региональной оценке инженерно-геологических условий плиты являются горные породы, закономерности их распространения и изменения состава и физико-механических свойств, характеристике которых уделяется значительное место в настоящей работе. Современный облик горных пород сформировался под влиянием всей геологической истории на всех этапах развития той или иной территории. Типы горных пород, их состояние и свойства определяются историей геологического и тектонического развития отдельных частей земной коры.

Инженерно-геологическое районирование Туранской плиты необходимо для установления изменения закономерностей инженерно-геологических условий по площади и в разрезе. Определяющим фактором, влияющим на это изменение, является в первую очередь геолого-структурное положение той или иной части плиты. В основу инженерно-геологического районирования положен геолого-структурный принцип, позволивший выделить отдельные регионы, под которыми понимаются участки земной коры, развивающееся в условиях единого тектонического режима и характеризующейся определенными инженерно-геологическими условиями.

Согласно теоретическим основам инженерно-геологического районирования И.В. Попова, выделение инженерно-геологических регионов в пределах Туранской плиты обосновано наличием тектонических элементов, в строение которых принимает участие те или иные структурные этажи, состоящие из формаций, породы которых являются основанием для инженерных сооружений. Таким образом, учитывая единство инженерно-геологических условий для различных видов строительства на территории Туранской плиты, выделяются следующие регионы II порядка: Амударьинский, Сырдарьинский, Мангыстау-Устюрт-Туаркырский и Шу-Сарысуйский, Торгайский.

Сырдарьинский регион расположен в центральной части Туранской плиты и состоит из Восточно-Аральской и собственно Сырдарьинской (Кызылкумской) впадин, которые в целом соответствуют Сырдарьинской синеклизе.

Регион характеризуется трехкилометровым осадочным чехлом верхнего структурного этажа , сложенного меловыми и кайнозойскими отложениями. Мощность четвертичных отложений незначительная (40-60м) и только в древних и современных дельтах рек она превышает 100м. В разрезе широко распространены песчаные породы, повсеместно переработанные эоловыми процессами. Рельеф его в основном равнинный с небольшими возвышенностями - Карактау, Торткудук-Нурасы, Бельтау, Кызылжар, Кушканатау и др. На территории региона развито орошаемое земледелие, наложившее отпечаток на инженерно-геологические условия.

Мангышлак-Устюртский регион занимает северо-западную часть Туранской плиты; состоит из Северо-Устюртского прогиба, Мангыстауской системы мегантиклиналией и мегасинклиналией, Карабогазского и Бузачинского сводов и Туаркырской системы мегасинклиналией и мегантиклиналей. В его строении принимают участие два структурных этажа; дополеозойско-палеозойский и мезокайназойский . Для региона характерен маломощный покров четвертичных отложений и широкое распространение с поверхности пород терригенно-карбонатной формации верхнего структурного этажа.

Рельеф территории региона представлен плато- Устюрт, Мангыстау и Красноводским, а также невысокими горными возвышенностями Мангышлака и Туаркыра. Почти вся территория ограничена высокими крутыми уступами-чинками. Территория долго не осваивалась из-за тяжелых климатических условий. Только в последнее время в связи с открытием нефтяных месторождений Устюрта, Мангышлака, Красноводского полуострова стали строятся города, проводиться газопроводы, железнодорожная магистраль, автодороги.

Шу - Сарысуйский регион занимает восточную часть Туранской плиты, представляющей собой крупную Шусскую синеклизу. Территория Шу-Сарысуйского региона вступила в платформенное развитие в начале позднего мела ,поэтому она характеризуется осадочным чехлом небольшой мощности (1000-1200м).

Рельеф территории в основном равнинный, переработанный эоловыми процессами (пустыня Мойынкум). Северную часть региона занимает каменистая палеогеновая пустыня Бетпак - Дала. Территория региона освоена мало, в основном по долинам рек, Шу, Талас, Ассы и др.

Каратауский регион состоит из двух хребтов-Большого Каратау, разделенных крупным Каратауским разломам. Малый Каратау состоит почти целиком из каледонских структур. В Большом Каратау, наряду с каледонскими, имеются и герцинские структуры. Породы каледонского структурного этажа образуют большие пологие складки сложенные карбонатными, эффузивными, эффузивно-осадочными и интрузивными формациями, обычно сильно метаморфизованными.