тип. При значениях а>3 и 16,5<е₀ резко падает содержание травяных остатков и также резко возрастает содержание моховых, их стабилизация отмечается при дальнейшем повышении коэффициентов компрессии. В данном типе торфа преобладают представители верховых торфов моховой, реже травяно-моховой и древесно-моховой групп, доминирующими видами являются фускум, ангустифолиум, магелланикум, встречаются комплексные, сфагновые мочажинные и древесно-сфагновые торфа, а также представители травяной группы - слаборазложившиеся щейхцериевые и пушицевые. Типична степень разложения менее 20%, зольность - 4%, рН - 3,3, плотность скелета торфа - 0,08 г/см³. По направлению с юга на север торфа этого типа встречаются чаще. Они широко распространены на правобережных водораздельных равнинах Томской области; на левобережье на высоких террасах и водораздельных равнинах севернее устья Томи. Торфа представляют верхние слои залежи или всю залежь полностью, по возрасту относятся к более молодым отложениям.

Цоцур Е.С., Емельяновой Т.Я. в 1976 г. [5] разработана комплексная инженерно­геологическая классификация болот для северной части Томской области.

Основными классификационными признаками являются:

1. геоморфологический элемент;

2. болотные микроландшафты;

3. уклоны поверхности;

4. ширина болота;

5. фациальные типы торфа;

6. мощность торфа;

7. степень разложения торфа;

8. зольность торфа;

9. состав подстилающих пород (минеральное дно);

10. уровень залегания болотных вод.

Выделены I и II тип болот по проходимости и условиям освоения. Кроме того, приводится строительная оценка каждого типа болот. Например, I тип - низинные и верховые болота поймы и террас, осоковые, осиново-березово-моховые с уклоном 0,0035 - 0,004, шириной 0,2 - 0,5 до 2-3 км, с мощностью торфа до 2,5, реже до 6 м, слабо и среднеразложившегося, среднезольного и высокозольного, с уровнем воды 0,0 - 0,5 м.

Для них возможно устройство насыпей высотой 1,5-3,0 м, прокладка трубопроводов, работа и проходка обычной техники с помощью щитов, сланей, дорог. Возможно строительство легких сооружений при осушении болот или снятии торфа. Осушение рекомендуется проводить открытыми или вертикальными и горизонтальными дренами, заполненными песком.

4. Характеристика болотных отложений

73

Примечание. Приведены среднеарифметические значения из n вариантов, где n от 2 до 50

4. Опасность, риск и ущерб от природных и техногенных (антропогенных) геологических процессов

1. Понятие об опасности, риске и ущербе

Под опасными геологическими процессами и явлениями понимаются процессы и явления, приводящие к авариям сооружений, стихийным бедствиям, гибели людей, катастрофам. Чаще всего к таким последствиям приводят оползни, карст, эрозия, абразия, сели, землетрясения, горно-геологические процессы.

В настоящее время проблема оценки опасностей и риска от развития геологических процессов весьма актуальна и, несмотря на большое количество посвященных этому работ, разработана еще недостаточно [17]. В настоящее время нет однозначного понимания терминов «опасность» и «риск».

Решению настоящей проблемы посвящены работы следующих ученых - инженеров- геологов: Осипова В.И., Рагозина А.Л., Шеко А.И., Круподерова В.С., Коффа Г.Л., Дзекцера Е.С., Бахиревой Л.В. и др.

Наибольшую терминологическую ясность, характеристику содержания понятий, обзор результатов исследований по данной проблеме дает работа [17]. Здесь рассматриваются только экзогенные (поверхностные) процессы как наиболее распространенные на поверхности земли, в отличие от эндогенных (землетрясений), хотя последние могут быть более опасными и грозными.

Под опасностью экзогенных геологических процессов предлагается понимать вероятность их проявления в заданном месте, в заданное время, с определенными энергетическими характеристиками (скорость и площадь развития процесса, объемы вовлеченных в процесс горных пород, дальность их перемещения и т.п.).

Опасность определяется качественными (генетические особенности процесса) и количественными показателями (частота встречаемости форм проявления процесса на данной территории, частота проявления во времени, размеры, скорость проявления и энергетика процесса).

Один из основных показателей опасности - энергетический критерий, который определяет энергетику проявления экзогенных геологических процессов (ЭГП) - определяется площадью проявления ЭГП и объемом действующих форм процесса, скоростью движения масс пород и дальностью их перемещения. В настоящее время в исследованиях для оценки опасности ЭГП используются косвенные методы характеристики ЭГП. Примером могут служить энергетические классы ЭГП по объему перемещающихся масс пород и скорости процессов. Для оползней можно использовать данные табл. 16 [17].

Критерием опасности ЭГП является и активность их проявления, под которой понимается отношение количества действующих форм процесса в единицу времени (год) к общему числу форм проявления его на изучаемой территории.

Трофимов В.Т. [31] рекомендует использовать динамический критерий опасности ЭГП - темпы, скорость нарастания негативных нарушений поверхности или подземного пространства литосферы и предлагает следующие категории опасности (табл. 18).

Опасность ЭГП - категория вероятностная и изменяющаяся как в пространстве, так и во времени. Степень опасности от одного и того же процесса в одно время на разных территориях зависит от климатических, физико-географических, инженерно-геологических условий данной территории и антропогенной нагрузки.

Следует различать следующие категории опасности [17]: по времени проявления - фоновую и реальную; по площади проявления - объектную, локальную и региональную.

Фоновая опасность - это средняя опасность ЭГП за определенный период времени.

Реальная опасность - это вероятность проявления процесса в данном году, рассчитанная на основе прогнозных значений степени активности этого процесса.

Риск и ущерб от опасных экзогенных геологических процессов в работе [17] предлагается понимать следующим образом. Сначала оценивается ущерб от опасных экзогенных геологических процессов.

Под ущербом понимаются негативные последствия от проявления экзогенных геологических процессов, выраженные в физических, денежных или эквивалентных единицах.

Ущербы могут быть прямыми и косвенными. Прямой ущерб - это ущерб, который причинен непосредственно от разрушения сооружений, сельскохозяйственных угодий, естественных ландшафтов, а также гибель людей. Величина прямого ущерба определяется затратами на восстановление разрушенных объектов, здоровья и психического состояния людей или экологических условий.

Косвенный ущерб определяется потерями продукции или другими отрицательными последствиями в жизни людей, которые связаны разрушениями промышленных объектов, коммуникаций, сельско-хозяйственных угодий, а также с психическими травмами человека и изменением экологических условий.

Прямой и косвенный ущербы, в свою очередь, могут быть экономическими, социальными и экологическими.

Экономический ущерб - это денежное выражение отрицательных последствий, вызванных разрушением и выводом из эксплуатации промышленных, социальных, бытовых, сельскохозяйственных объектов и различного рода коммуникаций.

Под социальным ущербом понимается гибель людей, психические травмы и другие неудобства, которые вызваны экзогенными геологи-ческими процессами.

Под экологическим ущербом следует понимать негативные последствия в окружающей среде, вызванные ЭГП и отрицательно влияющие на человека и животный мир. Следует отметить, что все виды ущербов тесно связаны между собой.

А. Л. Рагозин предлагает ущерб определять по формуле

(Xi) = Cw (Xi) W_y (Xi), (27)

где С_те(Х;) - степень поражения (уязвимости) объекта при проявлении процесса Х; определенного энергетического класса; W_y(X_;) - стоимость всех материальных ценностей, находящихся в зоне воздействия процесса Х_;, в том числе и населения.

Риск - это вероятность ущерба (то есть - прогноз) и его обычно определяют как произведение опасности проявления данного генетического типа ЭГП определенного энергетического класса на ожидаемый ущерб. Другими словами, риск может быть определен как возможный ущерб и это может быть выражено в виде формулы

R(X;) = Pn(X₁)-P_b(X₁)-Cw(X₁)Wy(X₁), (28)

где R(X_;) - риск проявления процесса i-го энергетического класса; P_n(X_;) - пораженность территории процессами X 1-го энергетического класса; Pb(X1) - вероятность проявления данного процесса во времени (активность); C_w(X_;) - степень поражения (уязвимости), доля объектов, населенных пунктов, гибель людей при проявлении процесса X_;; W_y(X_;) - полный ущерб от проявления данного процесса (стоимость полностью и частично разрушенных объектов, гибель людей).

Риск выражается в единицах стоимости или физических единицах и определяется для конкретных объектов.

По аналогии с ущербом следует различать следующие категории рисков: а) прямой и косвенный; б) экономический, социальный и экологический.

Кроме того, необходимо выделять риски: а) по площади охвата: объектный, локальный, региональный; б) по характеру проявления ЭГП: дискретный и непрерывный;

в) по полноте учета: частный (от одной генетической опасности) и суммарный (от нескольких генетических опасностей).

Риск, как и опасность - величина, изменяющаяся во времени. В связи с этим следует различать фоновый (усредненный) и реальный риски.

Фоновый риск определяется как среднее значение возможного ущерба от данного генетического типа ЭГП за какой-то период времени; при его расчете в формулу (28) подставляется значение фоновой опасности.

Реальный риск рассчитывается с учетом реальной опасности на заданный период времени (год, сезон, месяц), и при его расчете, соответственно, в формулу подставляется значение реальной опасности.

2. Методы оценки и прогнозирования опасности и риска экзогенных геологических процессов

Методы оценки и прогнозирования опасности, ущерба и риска ЭГП объединяются в четыре группы: [17]

• эмпирические;

• математические;

• физическое моделирование;

• геоэкологические.

Эмпирические методы включают: сравнительно-геологические методы или методы аналогий, факторный анализ и эмпирические классификации.

Сравнительно-геологические и методы аналогий охарактеризо-ваны в гл.4 настоящего пособия.

Факторный анализ предусматривает определение для каждого процесса ведущих факторов, по которым и прогнозируется его дальнейшее развитие.

Факторный анализ может быть однофакторным и много-факторным.

Однофакторный анализ прогнозирует развитие процесса и его характеристики на основе учета и анализа какого-то одного фактора развития процесса. Например, прогнозируется развитие эрозии в связи с направлением и амплитудой неотектонических движений. Но на развитие опасных ЭГП влияет множество взаимосвязанных факторов, причем по мере развития процесса изменяющих степень своего влияния. В связи с этим, лучшие результаты дает многофакторный анализ, учитывающий большой набор факторов развития опасных процессов.

Разработаны многочисленные методы многофакторного анализа для прогноза опасности процессов через балльную оценку группы факторов их развития. Каждый фактор развития опасных процессов оценивается каким-то значением балла, затем баллы суммируются. С учетом суммарной балльной оценки факторов развития процессов для изучаемых территорий выполняется районирование по степени интенсивности развития процессов. Этот метод использован в практике исследований для оценки опасности и рисков для разных территорий для карста, оползней, селей [17].

В настоящее время многофакторный анализ выполняется по методике автоматизированного анализа на базе ГИС.

Метод эмпирических классификаций заключается в балльной оценке каких-либо параметров (чаще геологических), влияющих на устойчивость массивов горных пород к развитию процессов и отнесению данных массивов к какому-либо классу.

Определенное количество таких классификаций имеется [17].

Суть методов математических и физического моделирования и их виды характеризуются в гл. 4 настоящего пособия.

В качестве примера прогнозирования опасности геологических процессов методом логико-вероятностной модели можно отметить прогноз оползневой опасности для территории г.Томска, составлен-ный Ольховатенко В.Е. и др. (1997).

Геоэкономические методы оценки риска включают геологическую оценку, которая отражает вероятность проявления экзогенных процессов с определенными параметрами и сочетанием негативных последствий и экономическую оценку, представляющую определение стоимости ожидаемого ущерба. Геологическое и экономическое прогнозирование риска дополняют друг друга. Главным вопросом в геоэкономических оценках риска является определение ущерба - т. е. стоимостная или балльная оценка негативных последствий от экзогенных геологических процессов. По степени предотвращения выделяется предотвращенный и непредотвращенный ущербы, а по прогнозированию - предвиденный и непредвиденный ущербы. Общий ущерб слагается из следующего: ущерб населению, производственной сфере, жилищно­коммунальному хозяйству, рекреационным ресурсам, геологической среде, воздушному бассейну, водным и сырьевым ресурсам. При этом, по мнению Коффа Г.Л., надо учитывать не только денежную стоимость прямого ущерба, но и добавить условную количественную оценку социальных и экологических потерь.

Одним из критериев экономической оценки риска является коэффициент риска, представляющий отношение денежной оценки непредотвращенного ущерба к предотвращенному. Коэффициент риска характеризует степень устойчивости природно­технических систем (ПТС) и может быть фактическим и прогнозным.

При коэффициенте риска, равном 0, ПТС является устойчивой.

С помощью разных геоэкономических показателей в настоящее время выполняется районирование ПТС разных территорий по ущербу или по степени риска от воздействия опасных процессов.

Экономический риск для оползнеопасных территорий предлагается рассчитывать по формуле

S • N

Яэ = - • m_y • К, (29)

ST

Критерием величины допустимого экономического риска, обусловленного воздействием, может служить средний удельный годовой ущерб от аварий и катастроф для территорий с разными видами ее использования (Тихвинский, 1995).

В целом, в настоящее время оценка и прогнозирование ущерба и риска затрудняется слабым развитием методики его определения. В частности, одной из первоочередных задач инженерной геологии рекомендуется считать разработку единой комплексной методики экономической оценки риска и совершенствование соответствующих этому нормативных документов [17].

Прогнозирование опасности и риска геологических процессов нужно выполнять на основе установленных закономерностей их развития, характера и механизма оцениваемого процесса, от решаемых задач, стадии исследований, особенностей и степени изученности территории развития процессов.

Лучшими методами прогноза, как считает А. Л. Рагозин (1997), являются вероятностно-детерминированные.

Для обеспечения безопасности людей и объектов народного хозяйства от опасных геологических процессов наилучшим мероприятием является их профилактика, заключающаяся в осуществлении предупредительных мер по выявлению и изучению опасных процессов, перманентном прогнозировании их развития и оценке риска возможных потерь, выполнении минимального объема предупредительных и защитных мероприятий, контроле за эффективностью выполненных мероприятий.

Допустимые уровни риска следует устанавливать законо-дательными и нормативными актами на федеральном и региональном уровнях на основе учета, оценки всех видов ущерба - экономического, социального и экологического (Рагозин, 1997).

Примером реализации данной рекомендации является Закон Томской области «Об оползневых зонах, расположенных в границах городских и сельских поселений», принятый постановлением Госдумы Томской области от 31.07.2003 г., № 744.

Закон определяет: статус и границы оползневых зон; виды оползневых зон по опасности; виды использования земельных участков и других объектов в оползневых

зонах; мероприятия по снижению геологического риска; ответственность за нарушение Закона.

В данном Законе оползневые зоны по степени геологического риска для городских и сельских поселений подразделяются на:

1. Весьма опасные оползневые зоны - территории с площадной пораженностью оползнями от 10 до 30 процентов (либо в пределах которых формируются оползни, имеющие площадь разового проявления на одном участке от 1 до 0,5 квадратных километров), объемом оползневых тел от 5 до 10 миллионов кубических метров;

2. Опасные оползневые зоны - территории с площадной пораженностью оползнями от 1 до 10 процентов (либо в пределах которых формируются оползни, имеющие площадь разового проявления на одном участке от 0,01 до 0,5 квадратных километров), объемом оползневых тел от 0,001 до 5 миллионов кубических метров;

3. Умеренно опасные оползневые зоны - территории с площадной пораженностью оползнями от 0,1 до 1 процента (либо в пределах которых формируются оползни, имеющие площадь разового проявления на одном участке менее 0,01 квадратных километров), объемом оползневых тел 0,001 миллионов кубических метров;

4. Потенциально опасные оползневые зоны - территории, в пределах которых оползневые процессы не проявлялись, но для их развития имеются благоприятные геологические условия;

5. Территории, на которых отсутствуют оползневые процессы, относятся к неопасным зонам.

К обязательным мероприятиям по снижению геологического риска в пределах первой, второй, третьей и четвертой оползневых зон, наряду со многими прочими, является организация системы комплексного мониторинга геологической среды - наблюдений за изменением положения оползневых тел и грунтовых масс; за уровнями, составом и динамикой подземных вод; за зданиями, сооружениями, подземными коммуникациями для фиксации их деформаций.

Результаты мониторинга являются основой для качественных и количественных оценки и прогнозирования опасности, ущерба и риска от геологических процессов и принятия оптимальных управляющих решений.

1. Геологические процессы и явления, обусловленные деятельностью поверхностных вод

В эту группу процессов включаются деятельность рек, временных водотоков, морей

и озер.

Геологические процессы, связанные с деятельностью рек

Постоянные водотоки - реки - производят эрозионную и аккумулятивную работу. Для инженерной деятельности человека большое негативное значение имеет эрозионная, разрушительная деятельность рек, которая и характеризуется ниже.

Западная Сибирь имеет достаточно густую речную сеть (рис. 21). С юга на север регион пересекает крупнейшая река России - Обь, третья по многоводности река страны. Река Обь принимает многочисленные притоки на всем протяжении, также отличающиеся многоводностью, часть рек впадает в Енисей и в моря Северного Ледовитого океана. Все эти реки проводят огромную эрозионную работу. Большая часть рек имеет незначительный уклон русла, поэтому глубинная, донная эрозия в долинах этих рек проявляется слабо. Но в силу многих условий весьма активно проявляется боковая эрозия, разрушающая берега долин. Скорость разрушения берегов на территории различна и изменяется в среднем от 0,5-1 м до 20-24 м в год. На некоторых участках и в отдельные годы величина разрушения значительно выше. Так, например, в г.Колпашеве, в центральной части Западной Сибири р. Обь по данным Земцова А. А. ежегодно разрушает прибрежную полосу шириной, в среднем, 5-10 м. За 30 лет половина территории г.Колпашева «...ушла под яр!». Не менее интенсивно размываются берега во многих других городах и поселках Западной Сибири, разрушаются сооружения, уничтожаются площади сельско-хозяйственных земель, лесные массивы. Изменяются условия во всей речной долине (рис. 18). На интенсивность и активность речной эрозии Западной Сибири влияют все факторы развития данного процесса, действующие в любом регионе [3, 10, 12]. Они следующие.

Режим питания рек и их гидрологические особенности.

Все реки имеют, в основном, атмосферное питание. Оно разделяется на дождевое, снеговое, ледниковое, смешанное. Реки Западной Сибири имеют все типы питания, но для каждой реки в зависимости от ее географического положения преобладает какой-то тип, который обусловливает своеобразие эрозионных процессов и время их активизации.

Гидрологические особенности рек, влияющие на эрозионные процессы, это характер половодий и паводков и характер ледохода. Реки Западной Сибири имеют, как правило, высокое и сравнительно длительное половодье (значительный длительный подъем воды в реке и увеличение ее расхода). Часто бывают и паводки (нерегулярные кратковременные подъемы воды), связанные с ливневыми дождями, таянием ледников в горах и др. факторами. В половодье и паводки резко увеличивается живая сила рек (Р), определяемая по формуле

тированы и поэтому менее размываемые. Большей устойчивостью к эрозионному размыву отличаются многолетнемерзлые породы, слагающие берега речных долин в северной части Западной Сибири.

Тектоническое и неотектоническое строение и режим территории. Современный структурный план Западно-Сибирской плиты осложнен многочисленными молодыми тектоническими структурами разного размера и порядка, испытывающими современные движения как положительного, так и отрицательного знака. Эти структуры и их режим существенно влияют на характер эрозионной деятельности рек, так как изменяют положение местных базисов эрозии, рельеф поверхности и состав горных пород.

Экзогенные геологические процессы. Сопутствуют и влияют на эрозионную деятельность рек региона такие современные геологические процессы как выветривание, оползни, суффозия, оврагообразование, которые довольно широко развиты в долинах рек и активизируют их разрушительную деятельность.

Хозяйственная деятельность человека является мощным фактором развития речной эрозии в Западной Сибири. Она выражается в строительстве различных сооружений в долинах и вблизи их, в дноуглубительных работах, вырубке лесов, сплаве леса по руслам, в судоходстве, устройстве водозаборов и т. п. Большинство видов деятельности человека, к сожалению, как правило, активизируют эрозионные процессы.

Результатом эрозионной деятельности рек Западной Сибири является аккумуляция (накопление, перенос) размытых пород, которая в этом регионе имеет значительные масштабы. Аккумуляция формирует русловые, пойменные и старинные отложения в долинах, меняет рельеф речных пойм, вызывает перемещение русел рек, что также влияет на их эрозионную деятельность.

Геологическая деятельность временных водотоков

Временные водотоки на склонах долин рек, берегов морей и озер, производят как эрозионную, так и аккумулятивную работу. Наибольшее инженерно-геологическое значение имеет оврагообразование. На большей части территории овраги являются склоновыми формами. Оврагообразование в Западной Сибири развито во всех природных зонах - степи, лесостепи, тайге, лесотундре и тундре, так как везде существуют условия для их развития. Это - формирование временных водотоков, наличие склонов с крутизной, достаточной для формирования повышенных скоростей водотоков и наличие размываемых горных пород.

Длина оврагов изменяется от 10-12 м до нескольких сотен метров. Глубина оврагов - 5­10 м до 35 м и более, ширина - до 75-100 м [34]. Скорость роста оврагов до 1,5-15 м в год. Естественно, такой процесс является весьма неблагоприятным фактором для инженерно­хозяйственной деятельности человека.

На территории Западной Сибири оврагообразование развито во всех четырех стадиях своего развития [12]. Первая стадия - стадия промоины глубиной до 0,5-1 м V- образной формы. Промоины образуются в верхней части склона. Вторая стадия - стадия ускоренного врезания оврага вершиной. Глубина оврага и крутизна склонов увеличиваются, овраг растет и в сторону местного базиса эрозии, преобладает донный размыв. Третья стадия - стадия выработки продольного профиля равновесия. Овраг достигает базиса эрозии в основании склона, рост его замедляется, донная эрозия сменяется боковой, овраг приобретает трапецеидальную, корытообразную форму, может расти в ширину. Четвертая стадия - стадия затухания, превращения оврага в лог или балку с заросшими растительностью выположенными склонами и тальвегом.

При изменении условий в балках по склонам вновь могут образовываться овраги в начальных стадиях. Во многих оврагах в разных их частях можно найти одновременно разные стадии развития. Выяснение при исследованиях стадий развития оврагов имеет большое значение для прогнозирования процесса и выбора

методов борьбы с ним.

Активному развитию оврагообразования в Западной Сибири способствуют следующие факторы.

В теплый период года на большей части территории выпадает значительное количество осадков, часто в виде интенсивных ливневых дождей, способствующих возникновению временных водотоков на склонах. Возникновению временных водотоков способствуют также талые весенние воды с большим запасом воды, т.к. в зимний период в Западной Сибири накапливается довольно много снега. Склоны речных долин имеют значительные уклоны поверхности, особенно на участках активной речной эрозии, здесь водные потоки достигают размываемых скоростей.

Важным фактором оврагообразования является геологический состав горных пород склонов, их состояние, строение разреза. Геологическое строение поверхности региона способствует ее размыву. Меньшему размыву, а следовательно и образованию оврагов, подвержены участки, сложенные песками. Это связано с тем, что дождевые и талые воды довольно быстро фильтруются в песчаную толщу и не образуют значительных поверхностных водотоков. Активно развиваются овраги на участках, сложенных супесчано-суглинистыми, особенно лессовидными отложениями.

Эти породы относятся к легкоразмываемым, вода в них резко ослабляет структурные связи и уносит частицы потоком. Менее активно развиваются овраги также в плотных глинистых породах.

Подземные воды, близко залегающие к поверхности в Западной Сибири, часто вскрываются овражной эрозией, способствуют оплыванию пород на склонах, суффозии, что также приводит к активизации разрушения пород, увеличению размеров оврагов. Активизируется оврагообразование на участках активных неотекто-нических положительных структур. Здесь преобладают стадии донной эрозии, овраги глубокие, так как при поднятиях структуры относительно понижается положение местного базиса эрозии и водный поток, стремясь достичь его, увеличивает скорость движения и размывающую способность.

Способствуют оврагообразованию многие виды деятельности человека: распашка и подрезка склонов, сброс хозяйственных вод на склоны, застройка. Особенно интенсивно развиваются овраги в населенных пунктах (рис. 19). Так по данным работы [35] берег р.Чулым в пос.Комсомольский, Батурине и др. интенсивно расчленен растущими оврагами. В 2001 году вершина самого большого оврага в пос.Комсомольский переместилась на 21 м, ширина увеличилась на 1,5-2 м и составляет в среднем 16 м. Некоторые особенности в развитии оврагов характерны для севера Западной Сибири, где развиты многолетнемерзлые породы. Здесь овраги встречаются как на склонах речных долин, так и на междуречных территориях. Исследования показали [34], что овражной эрозии здесь способствует ежегодное осенне-зимнее растрескивание верхней части разреза многолетнемерзлых пород. В трещинах, ориентированных к склонам, весной и летом собирается вода и легко размывает и выносит оттаивающие сверху породы. Степень заовраженности территории на севере региона большая, развиваются как молодые овраги длиной до 200 м, так и много древних оврагов, имеющих длину от 0,3-0,5 км до 1 км и глубину до 20-30 м.

направления ветра в районах расположения озер. В целом же, озерная абразия существенного влияния на формирование геодинамической обстановки Западной Сибири не имеет.

2. Геологические процессы и явления, обусловленные деятельностью подземных вод

Основным процессом этой группы является суффозия, под которой понимается перемещение мелких частиц в горной породе фильтрационными потоками подземных вод и вынос их из породы. Суффозия, хотя и развивается медленно, является неблагоприятным процессом - разрыхляет горные породы, уменьшает их плотность. Впоследствии же плотность пород может увеличиваться под действием веса вышезалегающих пород или сооружений. При этом на поверхности могут образовываться понижения, осадки сооружений. Суффозия на склонах может активизировать эрозионные и оползневые процессы.

Основными условиями развития суффозии являются следующие:

• неоднородность состава породы, при которой возможно передвижение более мелких частиц среди более крупных;

• градиенты потока, вызывающие образование повышенных скоростей

фильтрации воды;

• наличие области выноса, разгрузки водного потока от мелких частиц при выходе его на поверхность в основании склонов, в котлованах, карьерах, подземных выработках.

Все эти условия на территории Западной Сибири присутствуют.

Многочисленные проявления суффозии отмечены в долинах рек Оби, Иртыша, Надыма, Пура, Таза. Значительно реже проявляется суффозия в долине Енисея, имеющей другое геологическое строение, где на многих участках верхняя часть геологического разреза сложена плотными, сцементированными породами. Геологический разрез в Западной Сибири представлен молодыми песчано-глинистыми породами, рыхлыми, неоднородными, что весьма благоприятно для суффозионного выноса. Значительно активизируется суффозия при резких спадах уровней половодных и паводковых вод, которые, как отмечалось выше, достигают больших величин. При этом резко возрастают градиенты напора подземного потока на склонах и вынос тонкодисперсных частиц. Установлено, что наиболее активный вынос частиц пород происходит на контакте песчаных и глинистых толщ.

Кроме суффозии, в результате деятельности подземных вод в Западной Сибири развивается набухание, засоление, усадка пород, оседание поверхности, плывунные явления, которые изучены слабо [34].

3. Геологические процессы и явления, обусловленные деятельностью поверхностных и подземных вод

Основными процессами этой группы в Западной Сибири являются заболачивание и болота и просадочные процессы и явления.

Заболачивание. Западная Сибирь - это регион, где процессы заболачивания, формирование болот и торфонакопления протекают с интенсивностью, как ни в одном другом регионе Земного шара. По данным Нейштадт М.И. (1971) степень заторфованности Западной Сибири 11,5%. Степень заболоченности центральной части Западной Сибири - 40%. Степень заболоченности Сургутского и Кондинского полесья, Васюганья достигает 70-75% и более.

Подробно процесс заболачивания в целом охарактеризован в гл. 6 настоящего пособия. Ниже приводятся зональные особенности развития разных типов болот в Западной Сибири. Здесь отчетливо обосабливаются следующие широтно ориентированные болотные зоны с определенной степенью заболоченности и заторфованности, типом и интенсивностью болотообразовательного процесса [34].

• Зона полигональных минеральных травяно-гипновых, травяных и сфагновых болот расположена в пределах тундровой зоны. Болота здесь приурочены к плоским понижениям на междуречьях, морским и речным террасам. Болота в зоне занимают до 40% территории. Средняя мощность торфа 0,1 - 0,5 м, очень редко - до 3-5 м. Торфа болот слаборазложившиеся, с повышенной зольностью, преимущественно низинного типа.

• Зона плоскобугристых сфагновых, травяно-гипновых и лишайниковых болот приурочена к южной тундре и лесотундре. Болота здесь занимают до 50% площади. Мощность торфа в среднем 1,5-2,5 м редко на буграх - до 2,5-3,5 м. Степень разложения торфа не более 30%, немного увеличивается в придонном слое.

• Зона крупнобугристых кустарниково-сфагновых и лишайниковых болот расположена в пределах северной тайги. Заболоченность зоны более 50% площади. Характерной особенностью зоны является широкое распространение на болотах крупных торфяных бугров высотой 3-5 м, иногда до 10-12 м, значительной площадью (до нескольких десятков, а иногда и сотен кв. м). Мощность торфа на буграх до 4-5 м. Степень разложения торфа невысокая.

• Зона выпуклых сфагновых болот расположена в пределах центральной и южной тайги. Болота занимают здесь от 40 до 60%, а кое-где и больше.

На севере зоны расположена подзона верховых озерных и озерково-грядово- мочажинных болот. Заболоченность здесь до 60%, мощность торфа 3,5-4 м. В этой подзоне много озер разного размера. Южнее располагается подзона верховых грядово-озерковых и грядово-мочажинных болот. Здесь развиты верховые сосново-сфагновые болота со слаборасчлиненным микрорельефом, низинные осоково-гипновые болота с разным микрорельефом, иногда с длинными грядами с березой и сосной и низинные грядово- мочажинные сильноувлажненные болота. Еще южнее расположена подзона верховых грядово-кустарниково-сфагновых, переходных осоково-сфагновых и низинных древесно- осоковово-гипновых болот. В пределах этой зоны болота отличаются более мощной торфяной залежью. На территории Обь-Иртышского междуречья мощность торфа часто достигает 6-7 м, в бассейне р.Васюган встречена мощность торфа до 11 м [5]. Преобладают верховые болота и торфа. В южной части зоны широко распространенны низинные болота и торфа.

• Зона плоских травяно-гипновых и травяных болот расположена на юге тайги, в лесостепи и степи. Заболоченность изменяется здесь с севера на юг от 40 до 20%, т.к. на юге Западной Сибири уменьшается количество атмосферных осадков и увеличивается величина испарения. В этой зоне выделяются: подзона низинных травяно-гипновых болот с рямами, среди которых встречаются и верховые и переходные сосново-сфагновые болота. Эта подзона занимает южную тайгу.

В лесостепи и степи расположена подзона низинных займищных тростниково­осоковых болот, расположенных на слабоводопроницаемых, часто засоленных горных породах. Наиболее переувлажнены болота, расположенные в речных старицах и озерных котловинах. Среди низинных болот этой подзоны встречаются небольшие верховые сильновыпуклые сфагново-кустарниково-сосновые болота - рямы. Мощность торфа на таких рямах достигает 5-7 м. В целом же для всей этой зоны характерна небольшая мощность торфа - до 2-3 м на севере и 1-1,5 м на юге.

На территории Западной Сибири в процессе болотообразования участвуют все факторы этого процесса (гл. 6), но роль каждого из них изменяется в разных районах. Поэтому степень и типы заболоченности в регионе различны. В настоящее время

процесс заболачивания в регионе прогрессирует [34], хотя в отдельных местах отмечается и деградация (отступление, уменьшение площади) болот. Последнее объясняют в основном активными современными положительными тектоническими движе-ниями, увеличением сухости климата и инженерной деятельностью человека. Заболачивание и болота являются неблагоприятным фактором для хозяйственной деятельности человека, освоения региона. Поэтому при строительстве разных сооружений, исполь-зования участков болот в сельскохозяйственных целях проводятся довольно сложные осушительные работы или выторфовывание. Но поскольку болота представляют очень ценные для природы экосистемы (питают реки региона, создают определенные типы ландшафта), выбор мероприятий при освоении заболоченных территорий Западной Сибири должен быть основан на тщательных всесторонних исследованиях этого процесса.

Просадочные процессы и явления в лессовых породах. Просадочные процессы, под которыми донимают уплотнение пород, уменьшение их в объеме под действием собственного веса или какого-то давления при их обводнении, развиваются в лессах и лессовых или облессованных породах. Типичных лессов в Западной Сибири нет. Лессовые же породы широко распространены в верхней части геологического разреза на юге региона на междуречьях Тобола, Иртыша, Ишима, в Новосибирском Приобье, в Барабинской и Кулундинской степях. Лессовые (облессованные) породы встречаются на хорошо дренированных повышенных участках и в центральной части Западной Сибири. Лессовые породы, в отличие от лессов, имеют другой генезис - элювиальный, делювиальный, аллювиальный - и несколько отличаются по физико-механическим свойствам. Лессовые породы - это желто-бурые, палевые пылеватые однородные суглинки, реже супеси. Характерные признаки их - макропористость, пониженные плотность и влажность. В них преобладают неводопрочные структурные связи - коагуляционные и цементационные с легко- и среднерастворимыми солями. При взаимодействии с водой эти структурные связи быстро разрушаются, а повышенная пористость и пониженная плотность способствуют оплыванию макропор, дополнительному уплотнению. Этот процесс вызывает деформации сооружений, возведенных на них, и формирование локальных понижений в рельефе поверхности, затрудняет строительство в южных районах региона - Новосибирской, Омской областях и Алтайском крае.

Лессовые породы Западной Сибири могут быть как просадочными, так и непросадочными. Непросадочные лессовые породы развиты преимущественно в центральной части Западной Сибири, но на некоторых повышенных хорошо дренированных участках по нашим данным [5] проявляют просадочность 1 типа. Для южных районов региона характерны и 1 тип (просадка до 5 см под действием веса вышезалегающих пород) и 2 тип (просадка под действием вышезалегающих пород больше 5 см) грунтовых условий по просадочности. Увлажнение лессовых пород может происходить за счет подъема уровня грунтовых вод, формирования техногенных водоносных горизонтов, обводнения пород за счет различных техногенных утечек.

Мощность лессовых пород в центральной части - до 10 м, на юге региона значительно больше. Лессовые породы относятся к легкоразмываемым породам, поэтому на участках их распространения активно развиваются процессы оврагообразования и речной эрозии.

4. Геологические процессы и явления, обусловленные действием гравитационных сил на склонах

Гравитационные процессы развиты в Западной Сибири широко на склонах речных долин и северных морских побережьях. Здесь развиты оползни, обвалы, осыпи.

Оползни региона по механизму разделены на структурные, пластические и структурно-пластические [34]. Структурные оползни или оползни-блоки в большей степени развиты на крупных реках - Оби и Иртыше. Оползни-блоки имеют разные размеры. Обычно они протягиваются на 50-200 м, иногда до 500 м, ширина их от 10 до 60-80 м, могут состоять из 3-5 оползневых ступеней, хорошо выражены поверхности отрыва оползневых тел и наличие трещин на них. Наиболее крупные оползни изучены на Оби выше пос.Семейка, у пос.Кирпичное, пос.Елизарово, пос.Кабель, пос.Горный, пос.Малый Атлым и др. [34]; в р-не с.Молчаново [5]; в с.Подгорном (р. Чая), г.Томске (р.Томь), на Иртыше - выше пос.Чембакчино, г.Тобольска, пос.Усть-Ишим и др. [34]. Крупные оползни развиваются, в основном, на коренных склонах или склонах высоких террас. В основании таких склонов залегают среднечетвертичные или более древние отложения, в основном, суглинки и глины пластичные, которые часто являются поверхностью скольжения вышезалегающих песчано-глинистых пород. Оползни-блоки в нижней части обычно переходят в структурно-пластические оползни или оползни-потоки.

На береговых склонах, сложенных многолетнемерзлыми породами, оползни-блоки формируются редко [34].

Широко распространены в долинах всех рек региона пластические оползни или оползни- потоки. Их образование происходят в результате переувлажнения подземными и атмосферными осадками песчано-глинистых пород оползней-блоков или осыпных и обвальных накоплений. Такие оползни небольшие по размерам.

Основными факторами, способствующими активному развитию оползней в Западной Сибири, являются:

• эрозионная деятельность рек. Берега, сложенные рыхлыми песчано-глинистыми породами, подмываются и разрушаются, особенно в половодье, резко увеличивая крутизну склонов и снижая устойчивость пород (рис. 20);

• деятельность подземных вод и процесс механической суффозии. Эти процессы ослабляют породы, увлажняют их, увеличивают пластичность, текучесть. Как отмечалось выше, реки Западной Сибири имеют высокое половодье, на спаде его резко возрастает гидродинамическое сдвигающее давление подземных вод;

• геологическое строение склонов. Склоны повсеместно сложены песчано-глинистыми породами, рыхлыми, со слабыми структурными связями, увлажненными, с пониженной прочностью;

• хозяйственная деятельность человека - дополнительная загрузка склонов сооружениями, нарушение растительного покрова, обводнение т.п.

Оползни региона являются весьма неблагоприятными факторами инженерно­геологических условий.

Широко развиты по склонам долин обвалы и осыпи. Процессы обваливания и осыпания пород развиты в долинах рек на всех геоморфологических элементах. Пойма, как правило, разрушается в форме обвалов.

Обвально-осыпные накопления занимают большие площади и объемы у подножия склонов, которые легко размываются, если взаимодействуют с речным потоком.

5. Геологические процессы и явления, обусловленные деятельностью ветра (эоловые процессы)

Эоловые процессы развиты в разных районах Западной Сибири. Выражаются эти процессы в дефляции - выносе песчаных частиц ветром и образовании раздувов, ниш, западин, воронок выдувания и аккумуляции отложении перенесенных частиц и формировании дюн, бугров и гряд. Развитию эоловых процессов в регионе способствуют следующие факторы:

• формирование ветра повышенной скорости;

• наличие участков развития песчаных пород на поверхности;

• слабая закрепленность песчаных пород растительностью, особенно на

севере;

• частые лесные пожары, обнажающие песчаные породы;

• равнинный рельеф, способствующий свободному переносу песка.

Наиболее интенсивно эоловые процессы развиты на Ямале и Г ыданском полуострове и на юге - в пределах степи и лесостепи. В целом активность развития эоловых процессов невысокая, но в связи с активным освоением в настоящее время севера Западной Сибири она увеличивается.

Кроме перечисленных геологических процессов и явлений, в Западной Сибири интенсивно развиваются процессы, связанные с сезонным и многолетним промерзанием и протаиванием горных пород. Эти процессы являются предметом изучения учебной дисциплины «Мерзлотоведение» и в настоящем пособии не рассматриваются.

Основной целью инженерно-геологических исследований территорий Западной Сибири для достоверного прогнозирования геологических процессов, выбора защитных мероприятий, рацио-нального использования территорий является изучение всех условий и факторов, влияющих на интенсивность и активность развития процессов.

6. Районирование территории Западной Сибири по развитию комплексов современных геологических процессов и явлений

Трофимовым В.Т. [34] выполнено районирование Западной Сибири по

характеру развития и типам геологических процессов (рис. 21). Таксонами первого порядка являются два пояса, выделенные по характеру современного увлажнения

территории. Большую территорию региона занимает территория с избыточным увлажнением, гумидным климатом, входящая в пояс 1. Южная, относительно небольшая часть территории отнесена к поясу 2 с умеренным и недостаточным увлажнением территории.

районы по обособившимся комплексам современных экзогенных процессам и явлений. В пределах самой северной зоны 1А экзогенные процессы развиваются в условиях сплошного распространения многолетне-мерзлых, часто сильнольдистых грунтов. Здесь повсеместно развит комплекс мерзлых процессов - термокарст, морозное растрескивание грунтов, пучение грунтов, термоэрозия, термоабразия, наледе- образование, солифлюкция. Кроме них, характерны заболоченность (до 40%) и эоловые процессы.

В пределах зоны 1Б для районов развития многолетнемерзлых пород характерен комплекс геологических процессов, сходный с зоной 1А. На участках немерзлых пород развиты эрозия, оползни, осыпи, обвалы, эоловые процессы. В целом для зоны характерна сильная заболоченность.

В зоне 1В преобладающим процессом является заболачивание и формирование болот с довольно мощными торфяными залежами. Заболоченность занимает до 50%, а в Кондинском Полесье - до 70-80%. На приречных участках развит комплекс эрозионных и гравитационных процессов. Зимой развит процесс пучения увлажненных пылеватых суглинисто-песчаных отложений.

Пояс 2 представлен одной зоной. Здесь в связи с недостаточностью увлажнения преобладают следующие геологические процессы: оврагообразование, просадочность в лессовых породах, оползни, осыпи, суффозия, засоление грунтов. Резко снижается интенсивность заболачивания и площади болот.

Выделенные в каждой зоне районы различаются типом и расчлененностью рельефа поверхности, типами геологических процессов, их возрастом, размерами, интенсивностью их развития.

В пределах Западной Сибири в связи с интенсивным ее освоением, особенно в последние годы, и большими масштабами строительства различных сооружений (городов, поселков, нефтегазодобывающих сооружений, трубопроводов, дорог, линий электропередач и т.п.) активно развиваются антропогенные (инженерно-геологические) процессы и явления, которые являются весьма неблагоприятными для устойчивости сооружений и рациональной деятельности и жизни людей. Они объединены в три группы [34].

1. Антропогенные геологические процессы и явления, вызванные изменением теплового баланса и температурного режима грунтов. Группа включает деградацию и аградацию мерзлоты, тепловые осадки сооружений, термокарст, пучение, наледеобразование, солифлюкцию и др.

2. Антропогенные геологические процессы и явления, вызванные изменением водного баланса и влажного режима грунтов. Группа включает подъем уровня грунтовых вод (подтопление), вызывающего активизацию заболачивания, ухудшение физико­механических (особенно прочностных) свойств грунтов и деформации сооружений, активизацию эрозионных процессов. Исключительно интенсивно и активно развивается подтопление со всеми следствиями в последние годы на территории городов и крупных поселков региона в связи с особенностями современного строительства.

3. Антропогенные геологические процессы и явления, вызванные изменением напряженного состояния грунтов в массивах.

Изменение напряженного состояния горных пород происходит под воздействием статических (от сооружений) и динамических (удары, вибрация) нагрузок и разгрузки пород в котлованах, карьерах, выемках. В результате развиваются такие процессы как уплотнение грунтов и осадки сооружений, тиксотронное разжижение грунтов, склоновые и другие процессы в откосах выемок горных пород. Для Западной Сибири характерна устойчивая тенденция развития антропогенных геологических процессов.

Заключение

Список литературы

26. Сергеев А.И. Методика инженерно-геологического изучения торфяных массивов. - М.: Наука, 1974. - 136 с.

27. Справочник по охране геологической среды / Под ред. Войткевича. - Ростов-на- Дону: Изд-во Феникс, 1996. - Т.1. - 443 с.

28. Строительные нормы и правила. Геофизика опасных природных процессов. СНиП 22­01-95. - М., 1996. - 8 с.

29. Строительные нормы и правила. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. СНиП 2.01.15-90. - М., 1991. - 32 с.

30. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы / Под ред. Е.М. Сергеева. - М.: Недра, 1985. - 332 с.

31. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т. Трофимова. - М.: Изд-во МГУ, 1997. - 365 с.

32. Толстых Е.А., Клюкин А.А. Методика измерений количественных параметров экзогенных геологических процессов. -М.: Недра, 1984. - 117 с.

33. Шеко А.И. Методы прогноза опасных экзогенных геологических процессов // Геоэкология. - 1996. - № 3. - С. 140-141.

34. Экзогеодинамика Западно-Сибирской плиты. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 288 с.

35. Экзогенные геологические процессы. Состояние геологической среды на территории Томской области в 2001 г. Информационный бюллетень. - Томск: ТЦ «Томскгеомонитороинг», 2002. - Вып. 7. - 134 с.

Содержание

Содержание инженерно-геологической оценки геологических и инженерно-геологических процессов и явлений 16

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ КАК УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 17

1. Определение понятия инженерно-геологических условия 17

2. Горные породы и их роль в развитии геологических процессов . . . . 18

3. Тектоника и неотектоника 28

4. Геоморфологические условия 31

5. Подземные воды и современные геологические процессы и явления 31

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГЕОЛОГИ­ЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ 34

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПОЛЗНЕЙ . . . 40

1. Общая характеристика оползней 40

2. Причины нарушения устойчивости пород на склонах и образования оползней 44

3. Факторы развития оползней 45

4. Динамика и механизм оползневого процесса 48

5. Инженерно-геологические классификации оползней 50

6. Прогноз устойчивости склонов и развития оползней 54

7. Основные задачи и содержание инженерно-геологического изучения оползней 60

8. Противооползневые мероприятия 62

ЗАБОЛАЧИВАНИЕ И БОЛОТА 64

1. Определение понятий 64

2. Закономерности заболачивания суши и образования болот 65

3. Условия и факторы развития болот 66

4. Инженерно-геологические классификации болот 68

Характеристика болотных отложений 72

Рациональное хозяйственное использование болот и заболоченных территорий 73

ОПАСНОСТЬ, РИСК И УЩЕРБ ОТ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ (АНТРОПОГЕННЫХ) ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 75

1. Понятие об опасности, риске и ущербе 75

2. Методы оценки и прогнозирования опасности и риска экзогенных геологических процессов 78