Инженерно-геологические проблемы мегаполисов юга России и их влияние на строительство

Плейстоценовые и раннеголоценовые пески морского, аллювиально-морского и аллювиального происхождения в областях галокинеза имеют плотное сложение, высокие несущие свойства и низкую сжимаемость, и только позднеголоценовые пески повсеместно являются рыхлыми и среднеплотными. Песчаные морские, аллювиально-морские и аллювиальные породы Прикаспия от нижнечетвертичного до голоценового возраста отличаются высокой однородностью, что, по-видимому, типично для краевых впадин.

В главе приведены представительные данные испытаний грунтов статическими нагрузками на штампы.

Глава 6. Современные геологические процессы. В главе выполнена сравнительная характеристика обширного комплекса современных геологических процессов, развивающихся на территории Прикаспия и изученных регионов. Она основана на обобщении большого фактического материала, а также данных из работ А.В. Вострякова, А.И. Дзенс-Литовского, В.Н. Зайонца, Р.С. Зиангирова, Г.В. Короткевича, С.В. Кузнецовой, Г.И. Леонтьева, С.И. Маховой, Ю.А. Мещерякова, А.А. Никонова, В.А. Прохорова, В.М. Седайкина, С.А. Сладкопевцева, В.Н. Синякова, И.О. Тихвинского, А.В. Цыганкова, А.Ф. Чепрасова, М.А. Шубина, В.Н. Экзарьяна и других исследователей по Прикаспийской впадине и Е. Вербика, Дж. Громко, Р. Долезаля, Дж. Дэвиса, Г. Иллиса, Д. Йоргенсена, А. Калембера, Д. Клейнендорста, В. Коула, Дж. Кремса, 3. Куреши, К. Ланкауфа, С. Лизермана, С. Мэтьюсона, Э. Мартонна, Р. Нейборна, М. Роджерпиллера, Р. Салливана, М. Сандерсона, М. Томлинсона, Р. Фонта, К. Хаммершмидта, Е. Шульца и других авторов по изученным регионам.

Выполненный анализ выявил характерные закономерности сходства комплекса геологических процессов на территории изученных регионов, обусловленные их структурно-геологическими особенностями, и в то же время ряд отличий, обусловленных зонально-климатическими факторами.

В таблице 1 приведена краткая сравнительная характеристика геологических и инженерно-геологических процессов на территории трех мегаполисов и двух городов юга России.

1. Эндогенные процессы. В региональном плане современных тектонических движений рассматриваемых областей преобладает погружение, унаследованное от более ранних периодов геологического развития, хотя имеются некоторые отличия частного порядка для отдельных регионов.

В пределах локальных соляных структур происходят тектонические движения со скоростью до 12,5 мм/год, направление которых, как правило, согласуется со знаком структуры. Современные тектонические движения на соляных куполах могут сопровождаться разрывными дислокациями, которые в ряде случаев привели к деформациям сооружений.

2. Экзогенные процессы, в отличие от эндогенных, в пределах рассматриваемых областей обладают как чертами сходства, обусловленными однотипностью структурно-геологических факторов, так и чертами различия, вызванными неодинаковыми зонально-климатическими условиями.

Общим и типичным для всех рассматриваемых регионов вследствие их унаследованного прогибания и плоскоравнинного рельефа с малой энергией является преобладание процессов аккумуляции над денудацией и развитая мощная речная, дельтовая, морская, озерная аккумуляция. Оползни встречаются довольно редко и связаны только с долинами рек, преобладают оползни-потоки.

Таблица 1. Геологические и инженерно-геологические процессы на территории мегаполисов и городов юга России

Весьма характерно для всех регионов развитие соляного карста, представляющего серьезную проблему для строительства.

Еще одна характерная особенность каждой из рассматриваемых областей - широкое распространение морских глин, предопределившее развитие процессов набухания и усадки. Наконец, типичной чертой сходства является периодическое возникновение в каждой из областей сгонов и нагонов, опасность которых усугубляется однотипными плоскими пологими берегами.

При анализе отличий выделяется обособленность Прикаспийской впадины, расположенной в зоне с аридным климатом, от остальных впадин гумидной зоны. Прежде всего, только на территории Прикаспия в региональном плане развиты эоловые процессы, ареал распространения которых в других регионах ограничен узкой полосой вдоль побережья (хотя в верхнечетвертичное время эоловые пески покрывали всю территорию Нидерландов). Различается также тип выветривания: в Прикаспийской впадине преобладает физическое выветривание, в других регионах - химическое, развитое в Габоне в условиях тропического климата до стадии латеритизации.

На территории впадин гумидной зоны широко развито заболачивание в связи с обилием осадков, близким залеганием грунтовых вод и преимущественным погружением земной поверхности. На территории Прикаспийской впадины заболачивание развито значительно слабее, а в пониженных участках с близким залеганием грунтовых вод под влиянием аридного климата идет активное засоление грунтов с образованием солончаков - соров. По этой же причине во многих озерах Прикаспийской впадины развивается хемогенная аккумуляция.

3. Антропогенные процессы (32 вида, по классификации Ф.В. Котлова) также обладают чертами сходства и различия. Обращает на себя внимание резкая активизация соляного карста под влиянием деятельности человека, которая представляет серьезную проблему и может сыграть отрицательную роль в продолжающемся освоении территории Прикаспийской впадины.

Весьма характерной чертой для каждой из рассматриваемых областей является развитие процессов набухания и усадки высокодисперсных глин, причиняющих огромный ущерб (в США он превышает убытки, приносимые землетрясениями, ураганами и наводнениями), повсеместны антропогенные оползни. Вместе с тем имеются отличия, обусловленные зонально-климатическими факторами. Так, на песчаных равнинах юга Прикаспийской впадины под влиянием деятельности человека резко и в широком масштабе активизируются эоловые процессы, а на территории впадин гумидной зоны роль антропогенной дефляции и аккумуляции ничтожна.

Вместе с тем на преобладающей части территории Прикаспийской впадины, сложенной глинистыми и лессовыми породами, наиболее значительные изменения геологической среды связаны с нарушением природного водного баланса и влажностного режима пород зоны аэрации: на застроенных территориях происходит повышение уровня грунтовых вод, образование верховодки и новых водоносных горизонтов, увеличение влажности пород, возникает подтопление, заболачивание, вторичное засоление пород. Изменение влажности вызывает просадку лессовых пород, уменьшение их проч-кости и размокание, коррозию. Важно отметить, что выполненное в ВолгГАСУ обобщение данных 2553 исследований коррозионной активности 27 видов важнейших генетических типов пород Прикаспия показало, что все породы, за исключением современных аллювиальных песков и суглинков, обладают средней и повышенной активностью, что связано с их засоленностью, обусловленной аридным климатом.

Хотя отдельные из перечисленных процессов и отмечаются на территории впадин гумидной зоны, их роль невелика.

В то же время на территории Североморской и особенно При-мексиканской впадин широко развиты процессы, связанные с интенсивной эксплуатацией подземных вод, практически отсутствующие в Прикаспии или имеющие локальный характер: образование депрессий подземных вод, оседание земной поверхности и формирование гидрогеохимических аномалий в связи со смешением пресных вод с минерализованными. Эти различия отражают неодинаковую степень освоенности регионов, а также, косвенно, - зонально-климатические особенности, предопределившие преобладание на территории впадин гумидной зоны пресных вод, а в Прикаспии - минерализованных, непригодных для водоснабжения.

В главе охарактеризованы мульды оседания, возникающие в связи с отбором нефти, газа и конденсата на территории Примексиканской впадины и в других нефтегазоносных регионах, показана вероятность их образования в процессе эксплуатации крупных месторождений Прикаспия; приведена характеристика ряда других процессов и явлений.

Глава 7. Пространственные закономерности инженерно-геологических условий. Существует несколько схем ИГР территории Прикаспийской впадины или отдельных ее фрагментов (Н.И. Николаев и И.В. Попов, 1965; И.В. Попов, 1970; И.М. Цыпина и В.П. Лазарева, 1971; Ю.И. Панов, К.М. Панова, Д.Н. Афремов, Ц.С. Гринберг, 1978), разработанных до уровня регионов второго порядка или областей и требующих дальнейшего развития.

Предлагаемая схема районирования, основанная на принципах, предложенных И.В. Поповым (1961), с учетом современных представлений (И.С. Комаров, 1967; Г.А. Голодковская и И.В. Попов, 1978; Е.М. Сергеев, 1976; В.Т. Трофимов, 1979, 1982) доведена до уровня инженерно-геологических районов, выделенных на специально составленной карте (В.Н. Синяков, С.В. Кузнецова, 1984).

Прикаспийская впадина в этой схеме рассматривается в качестве инженерно-геологического региона второго порядка (часть Восточно-Европейской платформы), единого с позиций инженерно-геологической зональности.

При выделении типов областей 1-го порядка (табл. 2) учитывались тип рельефа, отражающий историю геологического развития территории в новейший этап, и геологическое строение поверхностной толщи. При выделении областей второго порядка дополнительно учитывался возраст рельефа, что позволило обособить территории, однообразные по неотектоническим, палеогеографическим факторам и, как следствие, по особенностям рельефа и геологического строения.

Таблица 2. Систематика типов инженерно-геологических областей

В ИГ областях, представленных аккумулятивными морскими, аллювиальными, аллювиально-морскими и эоловыми равнинами, ИГР выделялись в пределах границ распространения отложений одного стратиграфо-генетического комплекса. При небольшой мощности отложений верхнего горизонта учитывались также подстилающие отложения (например 2 тип районов - районы преимущественного распространения нижнехвалынских морских глин, а также суглинков, супесей и песков, залегающих на лессовых породах ательского горизонта). В областях денудационных равнин, где с поверхности почти повсеместно распространен чехол лессовых пород переменной мощности, такой принцип неприменим, и границы районов соответствуют границам развития отложений, определенных дочетвертичных формаций. Например, 5 тип районов - районы распространения глин майкопской серии терригенной формации олигоцена, преимущественно перекрытых лессовыми породами.

Инженерно-геологическая характеристика районов представлена в специальной таблице, где для каждого из 8 типов районов подробно охарактеризованы геологическое строение, особенности рельефа, гидрогеологические условия, современные геологические процессы природного характера и вызванные деятельностью человека.

В главе 2 обоснована необходимость выделения соляных структур на инженерно-геологических картах. Хотя современное состояние изученности соляных структур Прикаспийской впадины не позволило учесть их в рассмотренной выше схеме ИГР, в будущем эти структуры целесообразно отражать на инженерно-геологических картах, что позволит в определенной степени прогнозировать особенности геологического строения, состав и состояние пород, современные геологические процессы, в том числе наиболее опасные из них: современные тектонические движения и соляной карст.

Выполненный анализ существующих классификаций соляных структур, а также оценка влияния различных типов структур на инженерно-геологические условия показали, что при инженерно-геологическом картировании следует различать положительные и отрицательные структуры в ранге типов и соляные купола, антиклинали, межкупольные депрессии сквозные и несквозные и внутрикупольные депрессии в ранге видов. Наиболее благоприятны для строительства сквозные межкупольные депрессии, в которых соль полностью отжата и отсутствуют условия для проявления современных тектонических движений и соляного карста.

В работе показана необходимость использования структурных карт отдельных участков региона при проектно-изыскательских работах. Подобная карта, учитывающая соляные структуры (Г.А. Бражников и др.) для территории мегаполиса, может явиться основой для рационального ее освоения.

Глава 8. Условия формирования геофизических и геохимических аномалий на территории Волгоградского мегаполиса. Сравнительный анализ условий эманирования изотопов радона в Волгоградском мегаполисе и прилегающих территориях. Прежде всего, чрезвычайно важно отметить, что проблема эманирования или выделения радиоактивных изотопов радона из твердых веществ, содержащих изотопы радия, является одной из составляющей проблемы геопатогенеза. К настоящему времени существование геопатогенных зон (ГПЗ) является неоспоримым фактом. Под ГПЗ, как правило, понимаются участки земли, в которых длительное пребывание человека отрицательно сказывается на его здоровье. Они формируются вблизи крупных трещин в горных массивах, в оврагах, над месторождениями полезных ископаемых, и пустотами в толщах горных пород. Геопатогенез может быть вызван изменением геофизических, геохимических, геомагнитных и других полей, а также уровня естественного радиационного фона, обусловленного радоном.

Следует отметить, что радиогеохимическая и радиометрическая изученность территории РФ крайне неравномерна, а качество материалов, используемых для составления карт-схем, неоднородно и, зачастую, недостаточно. Очевидно, по этим причинам территория Волгоградского мегаполиса даже не попадает в контур потенциально опасного региона по радону, хотя она находится в непосредственной близости (около 200 км) от территории Калмыкии с урановыми месторождениями в майкопских отложениях олигоцен-миоценового возраста. В геологическом строении территории мегаполиса принимают участие породы аналогичного возраста с желваками фосфоритов и рыбным детритом с повышенным (до 20-50 г/т и более) содержанием урана, имеют место зоны тектонических нарушений, город находится в нефтегазоносной провинции. В этой связи имелись все предпосылки выявления на его территории участков и площадей, неблагоприятных или потенциально радоноопасных.

Исследованиями кафедры ИГиГ ВолгГАСУ установлено, что повышенные уровни содержания радона в почвенном воздухе не ограничиваются контурами майкопских глин, обладающих максимальной радиоактивностью (в частности, к ним приурочены урановые месторождения "Ульдючина" и "Кегульта" в Калмыкии), а связаны также с зонами тектонических нарушений. В северной части города они приурочены к системе разломов, перпендикулярных планетарному Волжскому разлому (долина рр. Царицы, Ельшанки и др.) и параллельных ему. В южной части города радоновые аномалии связаны с солянокупольными структурами (Красноармейской, Бекетовской) и сопутствующими им разломами.

С целью оценки радоноопасности территории г. Волгограда и ее районирования, партией № 117 ГП "Кольцовгеология" в течение 1999 года проведен комплекс радиометрических, дозиметрических, гаммаспектрометрических и эманационных измерений в объеме 637 координатных точек по сети от 0,5 х 0,5 км до 1 х 1 км.

Проведенные работы позволили сделать заключение о необходимости дальнейших исследований территории Волгограда с целью выявления радоноопасных участков. Это позволило бы выполнить районирование территории города по степени радоноопасности, что, в свою очередь, могло стать главным обоснованием проведения работ по оценке радиационной обстановки при отводе земельных участков под строительство, а также проведения измерений объемной активности радона в детских и оздоровительных учреждениях.

Попытка выявить определенные закономерности объемной активности (ОА) по Rn в местах развития или зонах влияния тектонических нарушений к существенным результатам не привела. Возможно, это связано с неточным их положением по данным 50-х - 60-х годов прошлого столетия.

По данным ВолгГАСУ, связь тектонических нарушений (солянокупольных структур, разломов) с повышенной радоноопасностью потенциально существует.

Обобщая итог результатов изучения ОА Rn по всем районам города, нужно отметить, что на изученной части города (~ 290 кв. км) наиболее "радоноопасная" харьковская (майкопская) свита занимает около 28 %, киевская - 6 %, а наименее опасные - царицынская - 42 % и ергенинская -24 %. Таким образом, в совокупности две свиты (харьковская и киевская) составляют около 34 % или 98 кв. км и занимают практически 1/3 площади города. Учитывая потенциальную радоноопасность этих свит при наличии жилой или планируемой в их пределах застройки, они должны сопровождаться обязательным изучением Rn в почве, его плотности потока в атмосферу, а также изучением ОА в жилых и производственных помещениях.

Характер аномалий на Красноармейско-Паромненской соляной антиклинали. На территории мегаполиса представляет особый интерес крупнейшая Паромненско-Красноармейская соляная антиклиналь протяженностью более 100 км, пересекающая весь мегаполис от его юго-западной до северо-восточной границы (А.Л. Лосев, В.А. Ермаков). Она осложнена рядом разломов, сформировавшими грабен. Тектонические движения в ее зоне продолжаются и требуют продолжения мониторинга. Не менее нуждается в изучении Бекетовская антиклиналь в связи с ее близостью к городской застройке, и к бортовому уступу между Приволжской моноклиналью и Прикаспийской впадиной.

По данным газогеохимических исследований ПКВ вдоль крутых стенок куполов и антиклиналей зарегистрированы газобактериальные аномалии в почвах и грунтовых водах (В.Н. Михалькова и др., 1976). На площади развития соляных куполов установлены автогаммаспектрометрические аномалии, а также аномалии метана и тяжелых углеводородных газов на глубине 300-400 м.

На Паромненской площади в районе грабена проводилась сейсмическая и геохимическая съемка. Результатами водной съемки на участке в полосе 1,5-2,0 км, соответствующей своду купола, было выявлено аномальное повышение минерализации вод; позже, была зафиксирована газовая аномалия. Эти аномалии приурочены к зоне грабена, осложняющего свод антиклинали, а грабен четко фиксируется и результатами нивелирования в виде активно опускающегося участка. Проявления типичны для всей полосы грабена и характеризуют высокую степень тектонической активности и слабую герметичность разреза.

Участки разуплотнения разреза и связанных с ними аномалийных эффектов предположительно рассматриваются автором как потенциальные геопатогенные зоны, а территории пространственно связанные с площадью развития активно растущих куполов рассматриваются также как участки проявления геопатогенеза.

В геологическом строении Паромненской структуры принимают участие отложения от пермской до четвертичной систем. Эта структура по изогипсе минус 1000 м имеет протяженность порядка 15 км. В поперечнике её размеры составляют 1-1,5 км. Минимальная отметка глубины залегания соли минус 835 м, к северо-востоку поверхность соли погружается до отметки минус 900-959 м. В пределах описываемой территории широко развиты современные геологические и техногенные процессы. Они были изучены на кафедре ИГиГ ВолгГАСУ при участии автора на примере полигона захоронения "Волжский Оргсинтез" на Паромненской соляной структуре и других полигонах в различных регионах. Накопленный опыт подтвердил представления о неблагоприятных условиях над куполами.

Геодезические исследования выполнялись Институтом физики Земли (ИФЗ) с августа 1998г. по ноябрь 2003 г.; было выполнено 11 циклов геодезических исследований. В дальнейшем (до 2006 г.) исследования были продолжены. Было выявлено, что скорости вертикальных перемещений изменяются в широких пределах для различных участков трассы. В целом на участке Паромненской структуры отмечаются неравномерные вертикальные движения поверхности земли со скоростью от 1 до 14,8 мм/год.

Изучение горизонтальных движений земной поверхности полигона закачки за период 1998-1999 гг. было выполнено в ВолгГАСУ по определению значений 18 длин линий, охватывающих вершинную часть купола, Восточно-Паромненскую мульду и склон между ними (В.Н. Синяков, С.В. Кузнецова и др., 2001). В работе представлены схемы деформационной сети и величин горизонтальных деформаций в различные эпохи измерений. В целом, анализ данных показывает, что причина данного явления - унаследованное развитие роста купола и оседания мульды.

Данные о современных движениях соляных структур получены по результатам геодезических наблюдений (1987-1990 гг.) на полигоне из 103 реперов Светлоярского купола на юге Волгограда. Полигон был создан для изучения деформаций поверхности земли на Светлоярском рассолопромысле, состоящем из 15 скважин выщелачивания. Нивелирование, проводимое один раз в год, выявило нестационарность движений - в 1987 г. купол испытывал подъем со скоростью до 6-12 мм/год, в 1990 г. со скоростью 6-14 мм/год, а скорость опускания в 1988-1989 гг. - 1,7-3,4 мм/год, в 1989 г. - 0,9-5,4 мм/год. В целом за период наблюдений скорость роста составила 2-4 мм/год, т.е. на порядок меньше, чем в отдельные периоды подъема.

Установлено, что современные движения не являются однородными над вершиной купола, а зависят от внутренней складчатости - поднятий и погружений второго порядка внутри купола. Наибольшие значения роста соответствуют участкам поднятий, наименьшие - погружениям. Аналогичная подчиненность характера движений внутренней складчатости отмечалась выше для купола Баскунчак. Сходное строение и характер роста имеют и другие купола (Индер, Челкар, Эльтон, Озинки) в Прикаспии, Речишкин в Припятском бассейне и Хейде-Хейнюгердт в ФРГ (Конищев, 1984; Bentz, 1949).

Исследования галокинеза проводились и на Красноармейской соляной структуре с целью поисков и разведки хорошо изолированных геолого-гидрогеологических структур. Они проводились на площади Сарпинско-Тингутинской мульды в пределах Светлоярского прогиба (Светлоярский и Красноармейский участки) и в пределах Райгородского прогиба (Райгородский участок).

Светлоярский участок расположен в центре мульды, ограниченной с запада и востока антиклиналями. Каждое из них представляет брахиантиклинальную складку, сложенную в ядре комплексом сульфатно-галогенных пород перми. В результате соляной тектоники весь надсолевой комплекс отложений очень сложно дислоцирован.

Светлоярский прогиб осложнен сбросом, амплитуда смещения которого составляет 500-600 м; западный блок опущен, восточный - приподнят. По геологическому разрезу выявлен сброс, кулисообразно примыкающий к первому. Мощность отложений увеличивается от Красноармейского купола в сторону прогиба.

Красноармейский участок расположен в зоне сочленения Сарпинско-Тингутинской мульды с Красноармейским прогибом от крупного Красноармейского купола. Границей между ними служит Красноармейский сброс, прослеживаемый на значительном расстоянии; он связан соляными штоками и имеет сложное строение. В результате соляного тектогенеза надсолевые отложения неоднократно претерпевали смещения переменного знака. Область интенсивных движений на изучаемом участке сброса не превышает в ширину 600-650 м.

Райгородский участок расположен на западном крыле Райгородского прогиба - крупной депрессии, разделяющей Приозерно-Светлоярскую и Ушаковскую соляные антиклинали. К северу протяженность прогиба достигает 50 км, южная граница является открытой. Ширина прогиба составляет 20-22 км, сужаясь к северу до 3-4 км. Структура осложнена серией разломов. Надсолевые отложения прогиба повторяют рельеф кунгурской сульфатно-галогенной толщи, погружаясь от бортов к центру. От бортов к центру структуры происходит и увеличение мощностей отложений.

Условия формирования геофизических и геохимических аномалий над соляными куполами. Аномалии гравитационного поля. Кунгурская каменная соль, обладающая дефицитом плотности по отношению к вмещающим породам и огромной мощностью в куполах, обусловливает значительный аномалиеобразующий эффект.

В гравитационном поле глубокие минимумы силы тяжести, отвечающие куполам, занимают примерно 1/4 площади и имеют округлую или удлиненную форму. Они впервые были установлены в США (1932г.) и широко используются в разведочной геофизике.

Соляная толща вызывает локальные проявления аномально высоких пластовых давлений (АВПД). Примером этому является Астраханский ГКМ. Наличие АВПД объясняется гравитационным фактором, обусловившим перемещения соли и разуплотнение межсолевых прослоев и их изоляцию. Образование АВПД связывается с сокращением объема пространства за счет роста кристаллов соли.

В западной части ПКВ (Волгоградское Поволжье) идет разгрузка глубинных газов; очаги разгрузки газов выражаются в виде линейных или кольцеобразных зон. Над месторождениями разгрузка газов возрастает на несколько порядков. В зонах активной разгрузки газов существенно изменяется состав приземной атмосферы. Многолетние наблюденияй на геодинамических полигонах западной части ПКВ и на Тенгизском месторождении подтверждают геоэкологическую напряженность активной разгрузки глубинных газов (Анисимов,1993).

Аномалии магнитотеллурических полей. Главным фактором, формирующим аномальное поле теллурических токов, является поверхность соли, которая служит опорным электрическим горизонтом высокого сопротивления. Удельное значение электрического сопротивления (УЭС) кунгурской соли превышает 100 Ом м, в то время как надсолевые слои характеризуются значениями 0,27-3,87 Ом м, реже достигают значений 5-40 Ом м. Напряженность поля в межкупольных разрезах обычно менее 10 ед.(усл.). Над соляными массивами фиксируются значения напряженности поля более 120 ед., достигающие обычно 200-400, а в редких случаях (купол Отрадный) - 1000 ед.

Аномалии магнитного поля. Сходство магнитного и гравитационного полей ПКВ известно давно, существуют схемы районирования с выделением аномалий I -IV порядков (Кунин Н.Я., 1977). Магнитная восприимчивость как способность пород намагничиваться, для кунгурской соли ниже, чем в надсолевом комплексе (табл. 3), хотя в целом большинство пород осадочного чехла ПКВ имеет слабую магнитную восприимчивость и не создает аномалий.

Таблица 3. Магнитная восприимчивость пород Прикаспийской впадины

Аномалии волновых полей. В пределах ПКВ применяются различные методы сейсморазведки: методы отраженных волн (MOB), корреляционный метод преломленных волн (КМПВ); их волновые поля четко различаются для соляных куполов и мульд.

Волновое поле MOB отображает строение разреза и отличается спецификой в ПКВ. Число отраженных волн в мульдах варьирует от 5 до 15 и обычно составляет 8-12. С приближением к соляному куполу волновое поле осложняется. В сводовых частях куполов волны прослеживаются хуже или не регистрируются.

В поле преломленных волн ПКВ выделяются аномальные волны, обусловленные куполами: дифрагированные и отраженные от куполов волны с низкой интенсивностью, большим диапазоном кажущихся скоростей, специфической формой годографа. Аномальные волны с большими скоростями существуют также в зонах крупных разломов.

Существуют и другие геофизические аномалии с резкими различиями напряженно-деформированного состояния разреза над куполами. Обзор исследований аномалий опубликован В.Ф. Котловым (1997).

Геохимические аномалии. над соляными куполами установлены в левобережье Волгоградской области и на территории АГКМ. По данным анализа разреза и результатов газовой съемки на территории АГКМ установлена связь между распределением метана на глубине 0-100 м и расположением куполов Ахтубинский и др. (Акимова А.А.). Площадная газонасыщенность разреза метаном определена на основе данных 208 геохимических скважин глубиной 100 м, равномерно распределенных на площади 1500 м ². Газонасыщенность пород колеблется в пределах от 0,1 до 20,3 %. Сравнительный анализ площадного распределения газонасыщенности с поверхностью кровли соли указывает на взаимосвязь между ними. Аномально высокая концентрация метана (АВКМ) совпадает с крутыми, как правило, западными и северо-западными стенками куполов. В мульдах распределение концентрации метана не зависит от местоположения точки опробования. АГКМ рассматривается как показатель повышенной флюидопроницаемости разреза на данной площади. Последнее подтверждается данными геофизических исследований, по которым участки с повышенной трещиноватостью надсолевого комплекса совпадают.

Геохимические аномалии над соляными куполами с ураганным содержанием гелия в подземных водах закартированы также А.В. Постновым над Ахтубинским куполом.

По данным геохимических исследований в ПКВ и на территории АГКМ выявлены закономерности изменений в составе атмосферы и выявленных зон проницаемости разреза. Установлено, что локализация диоксида азота техногенного происхождения в приземной атмосфере, превышающая ПДК, связана с выявленными геодинамически активными зонами. Проявление газогеохимических аномалий над участками повышенной трещиноватости и флюидопроницаемости на площадях с развитой солянокупольной тектоникой ПКВ, предопределяет формирование так называемых зон притяжения техногенных потоков газов и приводит к локализации загрязнителей, выбрасываемых в атмосферный воздух.

В левобережье Волгоградской области (Лугово-Пролейская, Демидовская и другие структуры) при анализе данных газометрических исследований с данными дешифрирования аэрофотоснимков также наблюдается взаимосвязь.

Зоны трещиноватости и аномалий концентраций метана приурочены к зонам развития максимальных тектонических напряжений и четко отражают проявление соляной тектоники. Максимальная густота трещин наблюдается в пределах присводовых частях структур, где напряжения наиболее значительны. К этим зонам приурочены геохимические аномалии: например, содержание метана в поверхностных образцах в 3 раза больше, чем вне этой зоны, а тяжелых углеводородов в 4,5 раза. Непосредственно над разрывными нарушениями содержание метана выше в 15 раз, а тяжелых углеводородов - в 20 раз (В.Г. Прохоров).

Выявление зон повышенной проницаемости среды представляет актуальную научную и практическую задачу. Горные породы в этих зонах имеют пониженную прочность, повышенную трещиноватость, что может отражаться в нарушениях герметичности водоупоров; они относительно неблагоприятны в инженерно-геологическом отношении.

Эти зоны отличаются фильтрационной анизотропностью, повышенным динамизмом подземного стока, связью режима ПВ с режимом инфильтрации поверхностных вод, пониженной минерализацией подземных вод в зоне активного водообмена. Эксплуатационные скважины в пределах газовых месторождений являются источниками повышенного экологического риска и требуют особого внимания в процессе эксплуатации. К подобным зонам, по мнению большинства исследователей, относятся так называемые "геопатогенные зоны", или зоны биологического дискомфорта, негативно влияющие на здоровье человека (М.В. Комарова, 1988).

Зоны повышенной проницаемости изучены и закартированы крайне слабо. В Волгоградской области подобные зоны выявлены и изучаются с помощью режимных наблюдений на ряде полигонов (Суворовском, Демидовском) и Лободинско-Катричевском профиле.

Пространственные закономерности линеаментов в Волгоградском Прикаспии. В Волгоградском Прикаспии отсутствие резко выраженной связи рельефа со структурными и ИГ условиями на локальных площадях не позволяет отметить многие важные морфологические особенности территории.

Для выявления структурных форм и их связи с геохимическими аномалиями требуется более тщательный анализ рельефа, поэтому был применен морфоструктурный анализ разрывных дислокаций, отражающихся в ландшафтах в виде прямолинейных элементов. Опыт использования этого метода есть как у нас в стране, так и за рубежом.

Прямолинейные элементы ландшафта в работах различных авторов имеют разные названия; большинство исследователей называет их линеаментами. Исследуя закономерности распределения их по площади, а также общий геометрический рисунок, можно решать многие вопросы структурного анализа. Например, в пределах отдельных локальных участков, приуроченных к соляным куполам, разломам и т. д., порядок скоростей современных движений сохраняется таким же (1-1,5 мм/год), как и для наиболее активного Жирновско-Линевского блока (до 4,5 мм/год). Ранее установленная тесная связь геохимических аномалий с зонами активных новейших поднятий в Правобережье, дала основание утверждать, что подобный порядок скоростей восходящих подвижек обеспечивает образование трещин - путей миграции углеводородов. Поэтому выявление наиболее активных инженерно-геологических зон по линеаментам представляет большой интерес.

Специфические условия рельефа Левобережья определяют особенности их выделения и интерпретации. Для этой цели В.А. Прохоровым проводилось дешифрирование аэрофотоматериалов крупного масштаба.

В качестве поисковых критериев использовались прямолинейные границы почв, линейно вытянутые участки лиманов, другие прямые границы фототона. Дешифрирование проводилось на участке Лугово-Пролейской площади, который частично расположен в зоне Приволжской моноклинали и Прикаспийской синеклизы. В результате обработки была составлена карта густоты линеаментов, построены розы-диаграммы, проанализированы их плановые распределения.

Методика составления карт детально описана в работе И.Г. Гольбрайха. Применялся метод "скользящего окна" с помощью круговой палетки. Радиус палетки - 2 км, как 1/3-1/4 часть от размера локальных структур. Шаг палетки - 1 км, для получение непрерывной информации по всей площади. Дополнительно были составлены карты избранных простираний характерных линеаментов 300-320° и 30-60°.

Установлено, что повышенная густота трещиноватости приурочена к зонам максимальных тектонических напряжений и наиболее сложных ИГУ. Полученные аномалии густоты линеаментов сравнивались со структурной картой по кровле соли. Общее повышение густоты линеаментов приурочено к соляным структурам.

Характерно, что мульда, четко проявляющаяся на структурных картах, вверх по разрезу становится все менее выраженной и на поверхности представлена куполовидным повышением, высотой до 3 м, с концентрическим рисунком линеаментов. Увеличение густоты линеаментов происходит и в пределах моноклинали по мере приближения к бортовому уступу, но и периклинальная часть Лугово-Пролейской брахиантиклинали с амплитудой 0,01 км по подошве турона выделяется повышенной густотой линеаментов.

Изучение ориентировки линеаментов позволяет получить определенную информацию о тектонической и инженерно-геологической структуре региона.

Линеаменты, как трансформация тектонической трещиноватости на поверхность, отражают не разломы, а распределение трещиноватости в пределах тектонической и инженерно-геологической структуры района, а, следовательно, и саму структуру. Таким образом, подтвердилось мнение, что в условиях длительного компенсированного прогибания молодые разрывы преобладают над разрывами древних пoгребенных этажей.

Распределение линеаментов по площади, связь их с трещинно-разрывной сеткой коренных пород и с морфологией структуры определяет инженерно-геологические особенности строения вертикального разреза.

Е.М. Смехов указывает, что обнаруженные на поверхности аномалии густоты трещиноватости можно трансформировать на глубину и предсказывать вероятные зоны трещинных коллекторов. Исследования показали, что густота линеаментов на поверхности наиболее четко отражает неравномерное распределение трещиноватости верхнего структурного этажа, в данном случае надсолевого комплекса. Это может служить надежным критерием при поиске ослабленных инженерно-геологических зон в земной коре.

Данные по структурному развитию новейшей тектонической активности, ведущих к раскрытию или закрытию трещин, позволяют прогнозировать участки повышенной проницаемости, что во многом может облегчить интерпретацию инженерно-геологических исследований.

В пределах исследуемого участка для Приволжской моноклинали геохимические аномалии вытянуты по простиранию структуры; в Прикаспийской синеклизе они имеют более причудливые очертания, повторяющие контуры структур, и располагаются на крупных крыльях, периклиналях, в межкупольных впадинах и других местах развития наибольших тектонических напряжений.

Адекватно отражая соляные структуры, аномалии густоты линеаментов могут служить средством для отбраковки геохимических аномалий, приуроченным к соляным куполам, которые являются малоперспективными. И наоборот, повышенная густота линеаментов, развитая над другими структурными формами и отражающая активные поднятия, указывает на повышенную проницаемость разреза в данном месте и благоприятные условия для миграции флюидов к поверхности. На наличие таких условий указывает крупная газобактериальная аномалия, отмечается и повышенная газонасыщенность пород на глубине.

Радиометрические аномалии также отличаются повышенной густотой линеаментов или в их пределах; рисунок линеаментов концентрический, отражающий куполовидные поднятия на дневной поверхности.

При использовании результатов дешифрирования аэрофотоматериалов и выделенных на них линеаментов, отражающих неоднородность трещиноватости пород, при интерпретации геохимических исследований необходимо учитывать данные геофизических и инженерно-геологических исследований, которые, в частности, могут дополнить данные о трещиноватости и проницаемости пород на глубине, что позволит более точно выделять перспективные аномалии (В.А. Прохоров).

Глава 9. Инженерно-геологическое обоснование проектирования и строительства оснований и фундаментов на территории мегаполиса. В соответствии с действующими нормативными документами (СНиП), основания и фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы.

Выбор основания (несущего слоя) производится в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей проектируемого здания и сооружения; грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций зданий и сооружений при минимальных объемах строительных работ по устройству фундаментов.

В качестве основания могут приниматься разнообразные грунты; не рекомендуется использование в качестве основания илов, торфов, рыхлых песчаных и текучепластичных глинистых грунтов.

При свайных фундаментах грунты основания должны максимально использовать прочность материалов свай при минимальном их сечении, длине и заглублении подошвы ростверка.

Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий Прикаспийской синеклизы и Приволжской моноклинали в границах Волгоградского мегаполиса. В целях выявления пространственных закономерностей инженерно-геологических условий на территории мегаполиса был выполнен сравнительный анализ этих условий для инженерно-геологических районов города, относящихся к Прикаспийской синеклизе и Приволжской моноклинали.

К ним относятся тектоническая позиция и господствующий тип тектонических движений, преобладающие типы четвертичных отложений, геоморфологические условия, состав и физико-механические свойства грунтов (в том числе специфических), геологические и инженерно-геологические процессы. Итоги анализа приведены в таблице 4.

В целом по большинству признаков инженерно-геологические районы Прикаспия и Воронежской антеклизы резко отличаются. Некоторым исключением является сходство инженерно-геологических процессов в подземной гидросфере, однако и здесь скорости подъема УГВ на хвалынских глинах в Прикаспии существенно выше, чем в лессовых породах Приволжской возвышенности.

Таблица 4. Сравнительная характеристика инженерно-геологических районов Прикаспийской синеклизы и Приволжской моноклинали

Некоторым особняком выглядят районы VIII типа - преимущественного распространения искусственных насыпных и намывных пород мощностью до 28 м, подстилаемых аллювиальными современными отложениями притоков р. Волги, которые распространены как в Прикаспии, так и на Приволжской антиклинали мегаполиса, с некоторым преобладанием в северной части. Они возникли в результате ликвидации мелких речек, оврагов и балок.

Исследование закономерностей несущей способности оснований и фундаментов. Количество высотных зданий в Волгограде и их высота непрерывно возрастает (более 100 м). Как правило, многоэтажные здания возводят на свайных или плитных фундаментах.

Вместе с тем инженерно-геологические условия территории Волгоградского мегаполиса достаточно сложные, что связано с распространением так называемых специфических грунтов (раздел 7.2).

Первым от поверхности горизонтом являются техногенные грунты, по преимуществу насыпные и намывные. Вследствие высокой неоднородности в качестве естественного основания для плитных фундаментов они не используются, хотя сроки их самоуплотнения давно исчерпаны. При свайном варианте фундаментов эти грунты полностью прорезаются сваями и опираются на слабосжимаемые грунты.

К просадочным грунтам относятся в первую очередь покровные лессовые породы LQ_III, широко распространенные на водораздельных пространствах и склонах Приволжской возвышенности. Кроме того, просадочными являются погребенные лессовые породы ательского горизонта LQ_IIIat. Оба типа грунтов проявляют просадочность при замачивании.

Набухающие грунты представлены древними глинами майкопской свиты палеогена P₃mk; при замачивании они увеличиваются в объеме, а давление набухания составляет 0,15-0,3 МПа. Другим распространенным типом набухающих при замачивании пород являются глины хвалынского горизонта Q_IIIhv; их давление набухания достигает 0,5 МПа.

К слабым грунтам относятся озерно-аллювиальные глины и суглинки бекетовского горизонта, образовавшиеся около 10 тысяч лет назад и вследствие этого обладающие высокой пористостью, влажностью, сжимаемостью и крайне низкой прочностью.

Вполне понятно, что все перечисленные выше специфические грунты не могут использоваться в качестве оснований плитных фундаментов без искусственного укрепления грунтов.

Ниже рассматриваются результаты 245 натурных испытаний свай (см. таблицу 5) статическими нагрузками в различных инженерно-геологических условиях*.

Таблица 5. Результаты полевых исследований несущей способности свай в различных инженерно-геологических условиях мегаполиса

* Анализ и обобщение данных выполнены автором совместно с к.г. -м.н. А.П. Долгановым по данным изыскательских организаций НВТИСИЗ, Радиан и др.

Подводя итоги данным о несущей способности свай различных типов и размеров, мы вправе прийти к следующим выводам.

Сваи-стойки сечением 0,3 Ч 0,3 м. Важнейшим в мегаполисе опорным слоем для свай являются песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена P₂m. Толща этих пород имеет своеобразный вещественный состав и относится к типу пород с жесткими связями. По существу, они представляют разновидности, промежуточные между песками и песчаниками, образуя гамму пород разнообразной прочности. Причем, песчаники играют среди них подчиненную роль и залегают в виде караваев или маломощных пластов, обычно называемых плитами.