CC BY
19
4. Зелнкмам А.П. , Вольдман F.ML, Бсливская JLB. Теория гидромсталлургичсских процессов. -U. Металлурги* ,1975. - 504 с.
5. Киргинцсв А.Н., Трушникона Л.Н.. Лаврентьев BJY Растворимость неорганических вешеств в sox. - Л. Химия. 1972. - 248 с. "
6. Крайний С.Р. Швец В.М Гидрохимия. -М.: Нелра.1992. -463 с.
7. Рекомендации по проведению гидрохимического опробования и фнзико -химических «следований для оценки загрязнении подземных вод /ПНИИС - М.: Строниздат, 1986. - 32 с
УДК 624.131
Э.И.Дфанасиадн, В.В.Бодин, О.Н.Грязнов, С.Г.Дубсйковский, О.Б.Нещеткин
ИЗУЧЕНИЕ, ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ 3АКАРСТОВАННОСТИ КАРБОНАТНЫХ МАССИВОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТРАСС
При обосновании мероприятий по безопасному движению железнодорожного гранспорта на закарстованных территориях следует учитывать особенности геотехнической системы "карбонатный массив - железная дорога" Главной проблемой в этих условиях является пространственно-временной прогноз развития карстовых провалов в зоне полотна железной дороги. Опыт наших работ, выполненных по заданию и при финансовой поддержке НШД КАРСТ на 94 км железной дороги Екатеринбург - Каменск-Уральский, позволяет рекомендовать рациональное сочетание карстологической съемки и сейсмических методов исследования
В геоморфологическом отношении ipacca железной дороги проходит по равнинной местности с глубоко врезанной долиной р. Каменки - левого притока р.Исети. В геологическом строении плошади принимают участие карбонатные отложения каменноугольного возрасга. мезозойская кора выветривания и платформенные осадки нижнего мела - голоцена.
В ochooqihoi разреза эалега«от органогенные, слабо б»ггуминозные известняки верхнего подъяруса визейского яруса нижнего карбона. Хорошо обнаженные в скальных выходах борта долины р.Каменки и Сннарскрго карьера известняки представлены массивными, участками шламоао-дстритусовыми, оолитовыми, комковатыми, реже слоистыми разностями с многочисленными линзо видны мл включениями кремней. Общая мощность толщи 300-500 м.
Складчатые дислокации в массиве известняков выразились в развитии системы сопряженных антиклинальных и синклинальных симметричных складок блнзмеридноналыюго • северо-восточного простирания с наклоном крыльев в западных и восточных румбах под углами 40-45 и 45-50° В известняках фиксируется активная трещине.цтость. представленная сочетанием литогенстических, тектонических и экзогенных трещин. В группе лнтогенетичсских трещин преобладают системы близмериднональных трещин с отклонением к северо-востоку и северо-запад)' Первые характеризуются более широким распространением с вариациями азимутов падения 270-280® при пологих (25""), средних (45-50°) и кр\тых (70-85°) углах падения С трещинами З-СЗ падения сопряжена система крутых (70°) трещин ЮВ падения Системы трещин С-СЗ простирания различаются крутым (65-70°) падением на З-ЮЗ и крутым (75°) СВ падением Подчиненное значение имеют системы субширотных - северо-западных трещин при пологом падении к югу под утлом 40° (согласные со слоистостью) и субширотных - северо-восточных трещин с падением на ЮВ 150° под углом 55° Сочетание названных систем трещин при развитии эрозионно-гравитационных процессов формируют крупноглыбовые вывалы, а процессы
выщелачивания - образование карстовых полостей и трещин. В верхней части обнаженного массива известняков в зоне экзогенной трещиноватости на глубину 3-5 м развивается щебнисто-глыбовый элювий.
Стратиграфически выше известняков залегают глинистые сланцы и мелкозернистые песчаники на известковистом цементе, огносимые к московскому ярусу среднего карбона Длительный континентальный перерыв, установившийся на Урале с позднего палеозоя до наступления верхнемеловых морских трансгрессий, способствовал формированию мощных кор выветривания на породах складчатого фундамента. Наибольшее развитие получили мезозойские коры выветривания. Олигоцеиовые коры были маломощными и существенно уничтожены эрозиен и денудацией. Миоценовое выветривание очень редко фиксируется в виде красноцветиых дресвяно-щебнистых образований на поверхности палеозойских горных пород и мезозойского элювия. В палеоценовое и четвертичное время выветривание выразилось в образовании дресвяно-щебнистого элювия.
Кора выветривания распространена неравномерно и имеет невыдержанную мощность от О до 140 м Выделяются остаточные и перемещенные, площадные и линейные (трещинные, контактные) коры выветривания. Остаточные коры на известняках имеют незначительные мощности. Перемещенные коры выветривания развиты локально на тестоническн осложненных контактах алюмосиликатных и карбонатных пород, имеют элювиально-делювиальное происхождение, !гредставлены бесструктурным гидрослюдистым либо каол и кит-гид р ос л юдн сты м глинистым материалом с обломками окружающих палеозойских пород. Меловые отложения заполняют понижения в рельефе палеозойского фундамента при мощности от 3 до 30 м, в отдельных случаях до 100 м.
Четвертичные отложения представлены континентальными осадками плейстоцена и голоцена, характеризуются значительной пестротой лнтологичсского состава, быстрой сменой фаций, мощностей, невыдержанностью залегания Генетически они принадлежат ледниковым, элювиально-делювиальным, озерно-болотным »1 аллювиальным отложениям - песчано-гравийным. галечниковым, суглинкам, глинам при участии сапропеля, торфа
В гидрогеологическом отношении площадь охватывает пограничную область открытых структур Болылеуральского бассейна трещинных вод и Западно-Сибирского (Тобольского) артезианского бассейна пластовых вод. По геологическим условиям образования здесь установлены трсщинно-грунтовыс. трешинно-жильные, трешинно-пластовые и трещинно-карстовые подземные воды.
В массиве трещиноватых карбонатных пород нижнего карбона и отчасти в перекрывающих терригенно-карбонатных отложениях среднего карбона под влиянием просачивающихся через зону аэрации атмосферных осадков, вод поверхностного стока, фильтрующихся подземных вод достаточно активно происходит растворение и выщелачивание карбонатных пород, развитие карстового и суффознонного процессов. Водосборной артерией поверхностного стока и дреной подземного стока рассматриваемой площади служит долина р.Каменки В активизации карстово-суффозионных процессов существенную роль играют техногенные факторы - наличие полотна железной дороги, ее конструкция и технология строительства, нагрузка железнодорожных составов на систему "насыпь - карбонатный массив", режим движения поездов и др.
На этом участке периодически отмечается образование провалов в теле земполотна и в разрезе железной дороги (1937, 1942, 1961-1962,. 1997 гг.), которые иногда формируются катастрофически быстро. Карстуюшимися породами здесь являются внзейские известняки. Карстологическон съемкой, выполненной в полосе отвода железной дороги шириной по 100 м по обе стороны от железнодорожного полотна на протяжении 1,5 км. установлено свыше 90 поверхностных карстовых проявлений - воронок, впадин, западин, логов. При их изучении фиксировались: форма в плане и разрезе, площадные размеры и глубина, направление длинных и коротких осей, характер бровки, склонов, крутизна, степень задериованностн, растительность.
форма дна и его заболоченность,наличие воды, поглощающих поноров, происхождение и возраст карстовых форм. Прн описании известняков оценивалась их трещииоватость.
Геофизические методы исследований широко используются при изучении карстовых процессов. На описываемом участке в 1963 г. институтом Уралгипротранс были выполнены комплексные изыскания с применением геофизических исследований. Они включали:
- вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) по двум профилям;
- электрическое симметричное профилирование по трем профилям;
- магнитное профилирование по двум профилям;
- круговые ВЭЗ.
Выполненные работы позволили установить геоэлектрнческий разрез, строение которого свидетельствовало об устойчивости земляного полотна железной дороги. Однако последующие деформации полотна определили необходимость использования для оценки закарстованности других методов исследований.
Рнс.1. Схема годографов н лучей сейсмических волн для случая одиночной карстовой полости:
1 - лучи рефрагировшшой волны;
2 - лучи днфрапфоианной волны,
3 - годограф рсфрагированной воины.
4 - годограф дифрагированной волны,
5 - известняки, 6 - заполнитель карстовой полости
Рнс.2. Годографы рефрагированных и дифрагированных волн для случая одиночной карстовой полости. Сплошная линия -годографы дифрагированных волн, треугольники - годографы рефрагированных волн
Нами одновременно с карстологической съемкой применен сейсмический метод исследований как ведущий при решении поставленных задач. Целесообразность применения обусловлена возможностью быстрого получения значительного аномального эффекта уменьшения скорости упругой волны при наличии в известняках полости. Причем полость может быть заполнена супесчаным или глинистым материалом, воздухом или водой. Для обнаружения и изучения закарстованности сейсмическим методом ранее использовались косвенные признаки в волновом поле: резкое уменьшение скоростей продольных и поперечных волн, изменение частотного состава сейсмических волн, искаженная форма годографов и увеличение затухания колебаний. Поскольку указанные признаки могут быть вызваны не только карстовыми проявлениями, необходим более надежный и однозначный признак выделения закарстованности. С
этой целью использовались дифрашрованные волны*, генерированные карстовыми полостями или зонами закарстованностн пород
В основу сейсмогеологической модели были положены два типа геологического разреза Первый содержит изолированную карстовую полость, которая является сильным дифрагирующим объектом (рис.1). Данной модели среды соответствует годограф рефрагированной или преломленно-рефрагированной волны и одиночный годограф дифрагированной волны Причем наложение точки дифракции не зависит ог координат пункта возбуждения (рис.2)
Вторая модель представляет собой зону развития карстового процесса, размеры которой могут в несколько раз превосходить размеры одиночной карстовой полости (рис.3) В этом случае дифрагирующими объектами я&тяются скоростные неоднородности, случайным образом расположенные в зоне карстующнхся пород, и контакты сильно трещиноватых порол с монолитными. Случайное расположение дифрагирующих объектов приводит к тому, что координаты годографов дифрагированных волн могут зависеть от положения пунктов возбуждения (рис.4).
Таким образом, привлечение дифрагированных волн, зарегистрированных на участках предполагаемого развития карстовых процессов, позволяет достаточно надежно идентифицировать карстовые полости и зоны развития кареговых процессов
Регистрация волнового поля на участке 94-1 км железной дороги Екатеринбург - Каменск-Уральский выполнялась цифровой двенадцатнканальной ссйсмостанциен "Агат-05" при ударном возбуждении упругих колебаний Наблюдения велись по системе непрерывного профилирования Сейсморазведочные работы проводились с шагом между сейсмопрнсмникамн в 2 и 5 м Вначале исследования были выполнены по двум профилям - справа и слева от полотна железной дороги от ПК-928+90 до ПК 943+90 при шаге между сейсмоприемникамн в 5 м. В процессе ингерпретацни выявлены участки, характеризующиеся аномально низкими значениями скоростей упругих вол»» На них проведены детальные исследования с шагом между сейсмоприемникамн в 2 м Общая длина детальных сейсморазведочных работ по обеим сторонам железной дороги составила 2025 м. что соответствует 67,5 % от общего объема работ (3000 п.м).
Обработка полученной информации осуществлялась с помощью пакета прикладных программ, разработанных в Уральской государственной горно-геологической академии и Институте геофизики УрО РАН. Выполненные сейсморазведочные работы позволили становнть характер скоростного разреза по обе стороны от железной дороги и выделить участки развития карстовых полостей и закарстованных зон, непосредственно примыкающих к железнодорожном) полотну. Эти участки были привязаны к пикетажу железной дороги и нанесены на план.
Важное значение для оценки карстоопасности имеют глубина залегания поверхности карстующнхся пород, мощность, строение и состав перекрывающей толши. С целью решения этих вопросов в процессе обработки годографов были построены вертикальные скоростные разрезы На них по скоростям продольных волн выделены горные породы с различными упругими параметрами
- элювиально-делювиальные отложения, характернзуюшиеся скоростью продольных волн егг 300 до 800 м/с;
- выветрелые известняки со скоростью продольных волн от 1000 до 1800 м/с;
- трещиноватые известняки со скоростью от 2000 до 4000 м/с,
монолитные известняки со скоростью продольной волны более 4000 м/с
* Старобинец А.Е. Выделение к интерпретация дифрагированных и хвазидифрагнрованных волн. -Мл Недра. 1988. -199 с
Рис.3. Схема годографов и лучей сейсмических волн для случая зоны карстуюшнхся пород:
1 - лучи рефралфованной ваяны;
2 - лучи дифрагированной волны;
3 - годограф рсфрагированной волны,
4 - годограф дифрагированной волны;
5 - известняки, 6 - заполнитель карстовой полости; 7 - пустая пол осп.
Рис.4.Годографы рефрагнрованных н дифрагированных волн для случая зоны карстующнхся пород. Сплошная линия - годографы дифрагированных волн, треугольники - годографы рефрагнрованных волн
Контрольное бурение подтвердило результаты сейсмического профилирования.
Анализ информации, полученной при карстологнческой съемке и сейсморазведочных работах, позволил установит!. закономерности простра нетленного распространения карстопроявлений, вскрыть природные в техногенные факторы, определяющие развитие карстового процесса, предложить методику изучения и оценки закарстованности карбонатных массивов железнодорожных трасс, выделить карстоопасные зоны, требующие выполнения тампонажных работ.
УДК 556.388(575.11)
Л.П.Парфенова, Ю.С Меньшикова
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА МИГРАЦИИ МАРГАНЦА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ШУВАКИ111СКОГО ВОДОЗАБОРА
Проблема загрязнения подземных вод на водозаборных сооружениях актуальна в
последние несколько десятилетии. Пути решения этой проблемы для каждого водозабора
индивидуальны, но без оценки процессов миграции основных элементов - загрязнителей они не будут полными.
