Опасные геологические процессы на территории г. Ханой (Вьетнам) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Фи Хонг Тхинь, Л.А. Строкова

ОПАСНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ТЕРРИТОРИИ Г. ХАНОЙ (ВЬЕТНАМ)

Как геологическое строение и история геологического развития, тектоника, так и физико-географическое положение и климат региона определяют проявление экзогенных геологических процессов, которые имеют место на территории Ханоя. Самыми важными из инженерно-геологических факторов являются расположение города в рифтовой зоне р. Красная, наличие мощной толщи слабых водонасыщенных грунтов, понижение уровня грунтовых вод и оседание поверхности земли.

Ключевые слова: экзогенные геологические процессы; грунты; подземные воды.

Площадь административного образования Ханой составляет 3324,92 км2, население 6,3 млн человек. В начале 2008 г. площадь Ханоя была всего лишь 921 км2, затем к нему присоединили прилегающие земли. В настоящее время в территорию Ханоя входят 9 городских районов, 18 сельских районов и городки Хадонг (Ha Dong) и Шонтэй (Son Tay). 10 октября 2010 г. город отпраздновал тысячелетний юбилей, однако город выделяется не только наличием важных объектов культурного наследия, но и расположением на особо сложной природной территории. Для территории Ханоя характерны интенсивное проявление опасных инженерно-геологических процессов природного и техногенного характера и широкое (90% площади) распространение слабых грунтов.

Проведенный анализ градостроительства г. Ханой показывает, что при реконструкции существующей застройки и градостроительном планировании недостаточно учитываются инженерно-геологические факторы, из-за этого страдает инфраструктура города, происходят деформации жилых домов, общественных зданий и объектов, в том числе памятников архитектуры.

Большая часть территории Ханоя расположена в центральной погруженной зоне прогиба р. Красной, приуроченного к чрезвычайно сложному тектоническому узлу - сгущению тектонических разломов различного порядка и простирания, в основном северозападного, северо-восточного и субширотного, реже субмеридионального направлений. Некоторые разломы относятся к числу активных, перемещения отдельных крупных тектонических блоков составляют от долей до 5 мм, реже 8 мм в год (Ван Дык Чыонг и др., 1993; Нгуен Динь Суен и др., 1985, 1989, 2003). К настоящему времени на территории города с XIII в. до 2002 г. зафиксировано 152 землетрясения (144 - в XX в.), в том числе два сильных землетрясения около 7-8 баллов (1278 и 1285 гг.), три - 7, тридцать два - 6, и остальные - менее 6 баллов.

На рис. 1 показано расположение эпицентров землетрясений в тектонической структуре Северного Вьетнама [1. С. 8].

Специфической особенностью разреза территории Ханоя является наличие мощной толщи четвертичных отложений различного генезиса и возраста (от плейстоцена до позднего голоцена), характеризующихся различным гранулометрическим составом - от галечников до тяжелых глин.

В разрезе четвертичных отложений выделяют пять свит, различающихся по возрасту и генезису (снизу вверх): ранний плейстоцен - аллювиальные отложения (свита Лэчи - allc) представлены гальками, гравием с включением линз песков, супесей или суглинков; сред-

непозднии плейстоцен - аллювиальные и аллювиально-пролювиальные (свита Ханой - а,ар11-Ш1 Ип) отложения сложены гальками, гравием и песками, местами суглинками и супесями, развитыми в верхней части разреза; поздний плейстоцен - аллювиальные, озерные и озерно-болотные отложения (свита Виньфук -а,/,/ЬШ2ур123) имеют определенные закономерности перехода от песков в нижней части разреза к суглинкам и глинам в верхней, местами прослеживаются суглинки с органическими остатками; ранний и средний голоцен - озерно-болотные, морские и болотные отложения (свита Хайхынг - /Ь,т,МУ1-2ИИ1, 2, 3) относятся к специфическим слабым водонасыщенным грунтам в Ханое и представлены суглинками и глинами с органическими остатками в основании разреза, постепенно сменяющимися морскими глинами синего цвета; поздний голоцен - аллювиальные и аллювиально-озерно-болотные отложения (свита Тхайбинь - а,а/МУ3/Ь1, 2) имеют широкое распространение и характеризуются постепенным переходом от песков к супесям и суглинкам, местами с включениями органических остатков.

В верхней части разреза четвертичных отложений прослеживаются болотно-озерные образования свит Виньфук (/М112ур3), Хайхынг (/Ь1У1-2ИИ\) и Тхайбинь (а/МУ3/^) - слабые песчано-глинистые грунты с органическими остатками. Широкое распространение водонасыщенных песчано-глинистых отложений с включением органики свиты Хайхынг (/ЫУ1~2ИИ{) определяет высокую степень сложности инженерногеологических условий рассматриваемой территории. Присутствие органического вещества с различной степенью разложения в слабых грунтах /ЫУ1-2ИИ1 создает пространственную неоднородность и анизотропию строения, состояния и свойств грунтов. Толща слабых пород свиты Хайхынг имеет наиболее широкое распространение в районах Тыльем, Хоангмай, Тханьчи, Лонгбьен и Жалам, прерывистое - в центральной части города. На основе данных Нгуен Ху Фыонг и др. составлена схема распространения слабых водонасыщенных грунтов свиты Хайхынг на рассматриваемой территории. Мощность данной толщи изменяется в широких границах - от 0,1...3,0 до 25,0...30,5 м в пределах города. В отдельных случаях значительные изменения мощности от 0 до 25 м могут встречаться в пределах строительной площадки. Слабые грунты свиты Хайхынг /Ь1У1-2ИИ1 характеризуются низкими параметрами прочности: ф = 2.11°, С = 3.19 кПа - по результатам испытания в сдвижных приборах; фи = 1.13°,

Си = 3.23 кПа - в условиях трехосного сжатия; высокой сжимаемостью (а!-2 = 4,7.29,8 кПа-1).

В пределах глубины градостроительного освоения Ханоя зафиксировано наличие двух водоносных горизонтов.

Китай'";;^^, :гЧГ1

') Лаос . / \#

л \ ^\^

_ ы

to

w [z?zi п czn i2

Рис. 1. Расположение эпицентров землетрясений в тектонической структуре Северного Вьетнама:

1 - докембрийская Южно-Китайская платформа; 2—4 - складчатые структуры: 2 - каледониды, 3 - варисциды, 4 - индосиниды;

5 - породы верхнего палеозоя - триаса в субгоризонтальном (платформенном) залегании; 6 - субгоризонтально залегающие вулканиты верхней юры - мела; 7 - континентальные отложения верхнего мела в грабенах; 8 - лейкограниты палеогена; 9 - щелочные вулканиты палеогена; 10 - раннедокембрийские комплексы основания рифта р. Красной: а - на поверхности, б - под четвертичными отложениями; 11 - синрифтовые отложения миоцена; 12 - предполагаемая палеограница распространения вулканитов поздней юры - раннего мела.

В нижнем левом углу показаны магниты землетрясений. В правом верхнем углу показано положение рифта р. Красной и его продолжение в морскую область (депрессии Сонг Хонг)

Повсеместное распространение в городе имеет плейстоценовый слабонапорный водоносный горизонт (qp), водовмещающими породами которого являются крупнообломочные образования (галька и гравий) и пески (allc, а,арИ-Ш1кп и аШ2^). Коэффициент водопрово-димости горизонта составляет от 50 до 2 300 м2/сут, коэффициент фильтрации грунтов горизонта - от 20 до 68 м/сут. Отмечается широкое варьирование содержания железа Fe2++Fe3+ - от 0,09 до 37,13 мг/л.

Крупнообломочные грунты и пески свит Ханой и Виньфук рассматриваются как важный несущий горизонт для свайных фундаментов в Ханое.

В верхней части разреза современных аллювиальных отложений (aIV3$12), представленных водонасыщенными песками, местами с гравием, прослеживается голоценовый водоносный горизонт (qh). Коэффициент водопроводимости изменяется от 20 до 790 м2/сут, чаще - 200.400 м2/сут. Содержание общего железа в этом горизонте может достигать 60,0 мг/л. Положение статического уровня водоносного горизонта зависит от интенсивности атмосферных осадков и уровня воды в

р. Красной и изменяется в пределах 1.5 м в течение года.

Для обоих горизонтов характерно широкое варьирование величины рН и БИ. Для водоносного горизонта др: рН = 4,1-8,4 и БИ = -63 ^ +140 тВ, для горизонта дк: рН = 4,0-8,6 и БИ = -88 ^ +132 тВ. Колебания величины рН и БИ таких водоносных горизонтов связаны с наличием органических соединений в разрезе, со степенью загрязнения грунтовых вод за счет утечек из канализационной системы и свалок хозяйственнобытовых отходов, а также влияния атмосферных осадков, насыщенных кислородом. Содержание легкоокис-ляемой органики, определяемое по величине перманга-натной окисляемости, имеет относительно невысокие значения: для горизонта др - 5,3 мгО2/л, дк -4,0 мгО2/л. Анаэробные условия в подземной среде, которые фиксируются по величине БИ, связаны с наличием в грунтовых водах трудноокисляемой органики техногенного генезиса и озерно-болотных отложений свиты Хайхынг (/й1У1-2кк1). Как известно, в условиях бескислородной среды происходит активная электро-

химическая коррозия металлических конструкций. На некоторых участках города содержание КН4+ в этих горизонтах может достигать до 193,6 мг/л (дк) и 75 мг/л (для др), что свидетельствует о загрязнении грунтовых вод хозяйственно-бытовыми стоками.

Большая часть разреза четвертичных отложений мощностью до 120 м в пределах территории города -

Важное значение для развития ряда экзогенных процессов (затопление территорий, повышение уровня грунтовых вод, эрозия русел и берегов р. Красной, оползневые деформации береговой зоны реки, плывуны, суффозия, неравномерные осадки сооружений, осадки земной поверхности при водопонижении и др.) имеет не только специфика инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории, но также климатических и гидрологических факторов. Кроме того, необходимо учитывать инженерную деятельность в пределах территории города.

Значительное количество годовых атмосферных осадков (1015.2536 мм), гидрологические особенности р. Красной предопределяют развитие весьма опасных процессов, влияющих на большую часть территории города за счет его подтопления и затопления.

В периоды половодий и паводков скорость течения воды р. Красной может достигать от 1,6 до 2,3 м/с, местами 3.4 м/с. В результате воздействия речных вод происходит эрозия (подмыв) русла и берегов, сложенных песками, супесями или суглинками свиты Тхай-бинь (а1У3/Й1,2). Кроме того, специфические особенности расположения высоких пойм и берегов р. Красной предопределяет возможность развития оползневых деформаций в береговой зоне, что зафиксировано в участках Нгоктху, Бодэ и др.

На территории города широкое распространение имеют водонасыщенные песчаные породы свиты Тхай-бинь (а1У3/Й1,2), а также свиты Виньфук (аШ2ур1), коэффициент неоднородности гранулометрического со-

это водонасыщенные песчано-глинистые породы, в том числе грунты малой степени литификации, содержащие природную органику. Они рассматриваются как среда развития плывунов, суффозионных процессов, тиксотропных явлений в глинистых грунтах, склоновых процессов (оползни, оплывания) на незакрепленных берегах рек и котлованов (таблица).

става которых изменяется в пределах 3,0.9,6, реже -более 10, что при повышенных градиентах напора определяет развитие суффозионных процессов. В этих песках также отмечается проявление плывунных свойств при низких коэффициентах неоднородности. Именно развитие фильтрационных деформаций в основании защитной дамбы от наводнений, построенной вдоль берега р. Красной на территории Ханоя, может приводить к ее разрушению. Подобные явления (разрушение дамбы) наблюдались в течение ряда лет (1903, 1915, 1971 гг. и др.).

К настоящему времени объемы откачиваемых подземных вод с целью питьевого и промышленного водоснабжения города достигают 700 000 м3/сут, в дальнейшем суточный расход воды увеличится до 950 0001 050 000 м3/сут к 2015 г. и до 1 180 0001 250 000 м3/сут к 2020 г. Большая часть воды забирается из плейстоценового водоносного горизонта (др). Непрерывный рост дебита водозаборных скважин вызывает образование депрессионных воронок с понижением уровня в ряде зон: от 13 до 18 м (Тханьконг, Нго-сильен, Донтхуй, Натывонг и др.); 18.32 м (Майзич, Нгокха, Хадинь, Тхыонгдинь, Танчьеу, ДайКим, Фап-ван и др.).

Снижение уровня подземных вод приводит к существенному росту эффективных напряжений, что определяет уплотнение слабых песчано-глинистых пород и деформации земной поверхности, а также развитие дополнительных осадок построенных зданий и подземных сооружений. Так, например, формирование об-

Развитие экзогенных процессов в различных генетических типах песчано-глинистых отложений Ханоя

Геологический индекс Генетические типы, их состав и показатели консистенции Развитие процессов

Ж (техногенные отложения) Насыпные и намывные грунты - пески, суглинки и супеси с примесью отходов Неравномерная сжимаемость, осадка земной поверхности, коррозия строительных материалов

а1У3ГЬ2 Суглинки, супеси, мелко- и тонкозернистые водонасыщенные пески, местами с гравием; для суглинистых разностей 1ь = 0,48-0,82 Оползневые деформации, фильтрационные деформации, эрозия, разжижение

а/ЫУ3^ Водонасыщенные суглинки с органическими остатками; II = 0,75-1,26 Неравномерная сжимаемость, оползневые деформации, тиксотропия, наплыв пород в подземные выработки

а\\ъЛ1 Суглинки, глины и супеси; Д = 0,21-0,85 Оползневые деформации, выдавливание пород дна котлованов

Мелко- и среднезернистые водонасыщенные пески, местами с супесями или гравием Фильтрационные деформации, разжижение, водопритоки в котлованы, агрессивность подземных вод

тШ1-2кк2 Глины и суглинки; Ь = 0,40-0,69 Выпор дна глубоких котлованов

/Ы¥1-'2ЙЙ1 Водонасыщенные суглинки и глины с органическими остатками, торфы (0,3-1,7 м); Ь = 0,75-1,95 Неравномерная сжимаемость, оползневые деформации, осадка земной поверхности при водопонижении, тиксотропия

Р Суглинки и глины, местами с малым содержанием органики; 1ь = 0,58-1,08 Неравномерная сжимаемость, оползневые деформации, тиксотропия

а,ЛН2ур1,2 Глины, суглинки и супеси; Ь = 0,03-0,75 Оползневые деформации, выпор дна глубоких котлованов

аШ2ур! Мелко-, средне-, крупнозернистые водонасыщенные пески, местами с гравием, галькой или супесями Фильтрационные деформации, водопритоки в котлованы

а,арН-Ш1ки Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, местами крупнозернистые пески; Е0 > 80 кПа Водопритоки в котлованы

а\1е Водонасыщенные галечно-гравийные отложения, мелко-и крупнозернистые с суглинками; Е0 > 80 кПа Водопритоки в котлованы

ширной пьезометрической депрессии на площади до 250 кв. км (До Ван Бинь, 2006) с максимальным понижением уровня до 32 м за счет водозабора подземных вод привело к осадке земной поверхности.

На основании результатов наблюдений за осадками земной поверхности с 1988 по 1995 г. при водопониже-нии по 80 наблюдательным реперам на территории Старого города выделены 2 зоны - Чан Минь и Нгуен Ван Дан. Первая, включающая участки от Нгатывонг до Вандьен, имеет скорость оседания земной поверхности более 20 мм/год; вторая - Хадонг, Хадинь, Кау-быоу, Каумой, Фапван и от Тханьконг до Нгосильен оседает со скоростью 10.20 мм/год; на остальной территории города скорость осадки меньше 10 мм/год.

Максимальные величины оседаний существенно различаются в отдельных районах города. Так, например, на участках Хадинь - 133,4 мм (1988-2002 гг.), Фапван -371,4 мм (1988-2002 гг.) и Тханьконг - 160,5-194,3 мм (1993-2001 гг.), что соответствует величине водопониже-ния до 17 м (1987-2002 гг. - Хадинь), до 16,7 м (19852002 гг. - Фапван) и до 14 м (1988-2002 гг. - Тханьконг). Величина оседания земной поверхности в большей степени зависит от мощности малолитифицированных сжимаемых озерно-болотных отложений свиты Хайхынг (/МУ1-^^). Так, например, мощность слабых грунтов /МУ1-2кк1 варьирует на участке Хадинь от 6 до 12 м, Тханьконг - 8.18 м и Фапван 6 - 27 м.

Длительные и неравномерные осадки характерны для 4-6-этажных зданий Старого Ханоя, построенных в 70-80 гг. прошлого века на фундаментах неглубокого заложения, иногда на пирамидальных сваях (до 3,6 м), в микрорайонах города, в которых широко развиты слабые водонасыщенные грунты с органическими остатками свиты Хайхынг (/ЬГУ1~2НН{). Величина осадок зданий варьировала от 100 до 400 мм, в отдельных случаях превышала 1200 мм.

Наличие в верхней части разреза Ханоя слабых водонасыщенных песчано-глинистых отложений провоцирует рост сейсмической активности территории, как естественной, так и наведенной. Эффект последней неоднократно отмечался при забивке свай, длительном воздействии динамических и вибрационных нагрузок от транспорта и работающего оборудования. Кроме того, широкое распространение водонасыщенных песчаных отложений свиты Тхайбинь (аГУ3/Й1,2) при неглубоком залегании уровня грунтовых вод (меньше 5 м) вдоль р. Красной предопределяет возможность разжижения песков при сильных землетрясениях.

Результаты многочисленных исследований однозначно доказывают, что проявление сейсмической интенсивности на земной поверхности может меняться от +2 до -2 баллов в различных инженерно-геологических условиях. Причем наиболее опасными в сейсмическом отношении являются области распространения рыхлых обводненных отложений. Основными факторами изме-

нения степени локальной сейсмической опасности являются: геолого-литологическое строение, геоморфологические и гидрогеологические условия, физикомеханические и сейсмические свойства песчаноглинистых отложений, экзогенные геологические процессы. Из техногенных факторов особое значение имеет распространение и мощность насыпных грунтов и плотность застройки территорий.

Согласно картам обзорного сейсмического районирования территории Вьетнама, а также детального сейсмического районирования Ханойского прогиба и его окрестностей, сейсмичность территории Ханоя соответствует 7 и 8 баллам шкалы М8К-64. На основе инженерно-геологического районирования в масштабе 1:25 000 города, данных общего и детального сейсмического районирования Нгуен Дык Манем [2. С. 24] выполнено сейсмическое микрорайонирование (СМР) Старого Ханоя. Целью проведения работ по СМР является выделение в пределах данного сейсмического района участков с существенно различными грунтовыми условиями и определение сейсмической балльности на этих участках. По результатам этих работ центральная часть города Ханоя была разделена на 4 района с различной балльностью: 7, 8, 8-9 и 9. Район с 7 баллами приходится на Донгань (северная часть города). Район в 8 баллов - в пределах большой части территории города Ханоя и его окрестностей. Район с 8-9 баллами -в южной части. Район с 9 баллами - поймы, располагаемые вне защитных дамб р. Красной с небольшой глубиной уровня грунтовых вод - 2-4 м (Тханьчи).

Выводы:

1. Широкое распространение слабых песчаноглинистых грунтов с органическими остатками свиты Хайхынг (/Ь1У1-2ЛЛа) и водонасыщенных тонко- и мелкозернистых пылеватых песков свиты Тхайбинь (аГУ3/Й1,2), нестабильность гидрогеологических условий, широкий спектр развития экзогенных процессов, а также сейсмичность региона предопределяют сложность градостроительной деятельности на территории г. Ханоя.

2. Активность и особенности развития экзогенных процессов в г. Ханой определяются природными и техногенными факторами. К ним относятся специфические климатические условия региона и гидрологические особенности р. Красной, наличие слабых песчаноглинистых водонасыщенных грунтов, изменение напряженного состояния пород при снижении напоров в результате использования водоносных горизонтов для водоснабжения города.

3. Расширение границ города, сложность инженерно-геологических условий территории, в том числе наличие слабых грунтов и рыхлых песчаных водонасыщенных отложений в верхней части разреза, а также неглубокое залегание грунтовых вод предопределяют необходимость проведения сейсмического микрорайонирования для территории Большого Ханоя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ле Ван Зунг. Новые решения проблемы сейсмичности Вьетнама: Автореф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. М., 2011.

2. Нгуен Дык М. Инженерно-геологическое обеспечение освоения подземного пространства г. Ханоя (Вьетнам): Автореф. дис. ... канд. геол.-

минер. наук. СПб., 2010.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 19 апреля 2011 г.