CC BY
1
УДК 551.3.053
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ
И ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЧЕЧЕНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
А.А. Даукаев, Л.С. Гацаева, Р.А. Гакаев, В.И. Голик
Селана попытка рассмотреть с точки зрения синергетики геологические процессы, протекающие в верхних слоях Земли, которые либо упрощают, либо усложняют коренной рельеф. При этом территория, подверженная экзогенным процессам, уподобляется неравновесной, открытой термодинамической системе. Для успешного применения синергетического подхода к природным явлениям требуется всестороннее изучение степени влияния каждого из действующих на рассматриваемую систему факторов на процессы, протекающие в ней. Поэтому в данной работе основное внимание уделено динамике развития экзогенных процессов в юго-восточной части Чеченской Республики, подверженной экзогенным процессам. Показано, что эти процессы имеют циклический характер и наносят огромный вред хозяйству и населению района. Также рассмотрены геодинамические процессы, возникающие при длительной разработке месторождений нефти и газа. Данную работу можно рассматривать как подготовительный этап к изучению этих явлений на основе синергетического подхода. Ожидается, что эти исследования могут стать основой для систематизации, теоретического обобщения полученных результатов и разработки методов прогноза природных процессов.
Ключевые слова: синергия, Чеченская Республика, система, элемент, оползни, экзогенный процесс, активность, динамика, развитие.
Введение. В последние годы во многих научных направлениях часто используется синергетический подход, в котором учитывается коллективное воздействие ряда факторов на неравновесную систему. Суть синергетической парадигмы заключается в наличии таких свойств системы как нелинейность, открытость, диссипативность. Для успешного использования данного направления нужны объективные данные о природе и степени влияния каждого из действующих факторов на систему. В данной работе дается попытка выяснения характера взаимодействия различных факторов в геологических процессах с точки зрения синергизма.
Синергетический эффект по отношению к экзогенным процессам может заключаться, во-первых, в одновременном действии на изучаемый процесс нескольких сил или факторов. Сила его проявления тем больше, чем больше взаимосвязи между элементами системы. Например, наличие склона с мягким грунтовым покрытием, под которым сосредоточена относительно гладкая, водонепроницаемая порода; выпадение обильных осадков, проникающих в границу раздела мягкого грунта и водонепроницаемых пород и т.д.
Во-вторых, у системы должны быть различные варианты возможного развития, которые нельзя прогнозировать заранее. К таким ожидаемым процессам относятся оползни, сели, обвалы, паводки. В зависимости от конкретных условий эти процессы могут быть разной степени интенсивности [1].
Методы и материалы
Работа базируется на методах системного анализа и обобщения имеющихся материалов с использованием синергетического подхода. Основой для выполнения работы явились фондовые, архивные материалы и опубликованные литературные источники по тематике исследования как отечественные, так и зарубежные.
Результаты
Общие сведения о синергетике и синергизме природно-антро-погенных геодинамических процессов
Изначально под термином «синергетика», введенным в научный оборот Р. Фулером подразумевалась геодезическая синергия. Позже в работе «Тайны природы» Г. Хакеном было сформулировано новое определение синергетики, по содержанию близкое к современному, как учение о взаимодействии [2]. Дальнейшее развитие синергетическое направление получило в работах бельгийского ученого И. Пригожина, который ввел понятие о диссипативной системе [3]. Он отмечал, что в открытых сложных системах в неравновесном состоянии возникают эффекты, способствующие к синергизму элементов системы, приводящее, в конечном счете, к усилению процессов
[4].
Территория Чеченской Республики находится в пределах Восточного Кавказа, характеризующегося специфическими особенностями, обуславливающие благоприятные предпосылки для развития опасных природных и техногенных геодинамических процессов - мощная толща глинистых пород, сильная развитость эрозионной расчлененности и складчатых форм, активность современных движений земной коры, антропогенное воздействие и т.д.
На рассматриваемой территории развиты различные виды экзогенных процессов. В горной части особенно активно проявляются оползни и сели, интенсивность которых зависят, прежде всего, от литологического состава и свойств горных пород, слагающих земную кору конкретной территории. На некоторых участках одним из ключевых факторов также является антропогенная деятельность: прокладка линий коммуникаций, обезлесение склонов, прокладка и расширение дорог и т.д. (рис. 1).
Оползневым процессам на территории ЧР посвящен ряд научных статей. В данной работе акцентируется внимание на синергизме их проявления.
Синергизм экзогенных процессов, как отмечалось выше, может заключаться в синхронном проявлении оползней, селей и паводков в соответ-
ствующих условиях. Материалом для селевого потока служит литомасса с оползневого участка.
Синергетика заключается в том, что ливневые дожди приводят к поднятию уровня воды в реках и, соответственно, к подмыву берегов, сложенных легкоразмываемыми горными породами.
Рис. 1. Оползневые процессы в юго-восточной части ЧР (с. Саясан)
Примером наиболее характерных для низкогорно-лесостепных ландшафтов оползней является оползень близ с. Белгатой (рис. 2). Он начинается приблизительно на высоте 766 метров (ниже старой мечети) и заканчивается на конусе выноса, наложенного на речную террасу, круто обрывающуюся к руслу реки.
Рис. 2. Вторичный эрозионный врез в оползневую массу на конусе выноса
(с. Белгатой, апрель 2022 г.).
Белгатойский оползень развивается на неогеновых отложениях, представленных переслаивающимися песчаными аргиллитами со множеством водоносных горизонтов. Они вскрываются по мере углубления оползня, образуя временный водоток в тальвеговой части эрозионно-оползневого цирка, который, проходя конус выноса в нижней части, врезается на глубину до 5 метров
[5].
Динамика оползневых процессов за последние 10 лет (2011-2021гг.), показывает, что оползневые и эрозионно-оползневые процессы сохраняют свою активность. Это заметно, прежде всего, по остающимся незадернован-ными участкам в эрозионно-оползневом цирке (рис. 3).
С ю
1 2 3 ^
Рис. 3. Профиль через Белгатойский оползень.
Вверху - продольный, внизу - поперечные (слева - в верхней части оползня, справа - в средней части оползня).
Цифрами показаны: 1 - широколиственные леса из дуба с примесью груши, дикой алычи, мушмулы; 2 - мелколесье из акации, косточковых и др.; 3 - разнотравно-злаковые лугостепные сообщества
В целом встроенность Белгатойского ландшафтно-оползневого комплекса в ландшафтную структуру сильно зависит от геоморфологических особенностей и условий увлажнения данной территории. В настоящее время из-за антропогенной деятельности существенно трансформированы рельеф, условия увлажнения почв и грунтов. Строительство этажных домов, мостов и дорог в 60-е годы XX столетия, интенсификация сельского хозяйства способствовали активизации оползней, апогеем которой стали катастрофические оползни 1989 года [6].
Другим районом распространения активных оползневых процессов является Беной-Саясановско-Зандакский участок востока Черных гор, где на поверхность выходят сарматские отложения, сложенные глинистыми породами. То есть, четко просматривается зависимость возникновения оползней, вещественного состава горных пород, слагающих район.
С начала 1960-х гг. в целом в горной части Чеченской Республики неоднократно происходила активизация оползневых процессов, нанеся огромный ущерб многим населенным пунктам, расположенных здесь. В этой связи актуальным являются проблемы прогнозирования оползневых процессов и разработка эффективных методов борьбы с ними с учетом специфических особенностей, обусловленных множеством факторов, которые привязаны к исследуемой местности.
Примером эффективных мер, принятых для борьбы с оползнями в с. Хочи-Ара Ножай-Юртовского района являются мероприятия, суть которых заключалась в следующем: поперек склона горы под углом 20...250 вырыли траншею глубиной 1 - 1,5 м, дно и нижнюю стенку которой выложили полиэтиленовой пленкой [7 - 8]. Она способствует стеканию воды по дренажной канаве. На пленку положили специальную дренажную трубу, которая сверху засыпана щебенкой. В свою очередь, вся эта система завернута в специальный материал и засыпана землей. Оползневым процессам препятствует и бетонная преграда вдоль дороги, залитая в качестве фундамента для забора. За прошедшие 8 лет с момента завершения этих работ каких-либо проявлений оползней не обнаружены.
Еще один пример, подтверждающий эффективность предложенной противооползневой системы: в с. Беной-Ведено Ножай-Юртовского района начались оползни, которые с каждым годом приближались к недавно построенному дому. По нашей рекомендации была построена защитная система, которая состоит из дренажа и бетонной стены. Два года она работает нормально, но требуется дальнейший мониторинг. При этом важным фактором является выпадение обильных осадков, которые могли бы спровоцировать оползни.
В целом территория ЧР по активности проявления селевых потоков делится на селеопасные районы 4 категорий [9-11] (рис. 4).
Опасные геодинамические проявления при разработке нефтегазовых месторождений.
Формирование нефтедобывающего комплекса вместе с участком геологической среды, охваченным им, можно рассматривать как сложную открытую природно-техногенную систему, обусловленную синергией ряда факторов.
Рис. 4. Оползне-селевые процессы в юго-восточной части ЧР
(с. Харачой)
Известно множество примеров проявления опасных геодинамических процессов при длительной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений (техногенная сейсмичность, оседание дневной поверхности и др.). Проблема техногенной сейсмичности при разработке месторождений полезных ископаемых актуальна для многих стран с развитой нефтедобычей. Техногенные процессы (как различные виды подтопления, наведенная сейсмичность) приносят значительный ущерб сооружениям и осложняют процесс освоения новых территорий.
Техногенная сейсмичность характерна для некоторых разрабатываемых месторождений углеводородов Терско-Сунженской нефтегазоносной области (ТСНО), в частности, для Старогрозненского и Гудермесского нефтяных месторождений.
В пределах Старогрозненского месторождения землетрясения незначительной интенсивности, связанные с его разработкой, отмечались в 1938, 1963, 1971 гг., а на Гудермесском - в 1950, 1955, 2008 гг. [12 - 13].
Взаимосвязь между сейсмической активностью и динамикой добычи нефти из этих месторождений свидетельствует об активном развитии геодинамических процессов.
Заключение
Таким образом, в работе сделана попытка рассмотреть геологические процессы на территории Чеченской Республики с точки зрения синергетиче-ского подхода. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на интенсивность протекания геологических процессов. Показано, что синергизм оползне-селевых процессов на рассматриваемой территории заключается в одновременном и совместном действии различных факторов, которые при этом усиливают интенсивность их протекания. Проявления селевых и оползневых процессов на территории ЧР достаточно активны. При их проявлении
большой ущерб наносится ландшафтам и инфраструктуре горных районов. Такой опасности подвержены коммуникации населенных пунктов, межпоселковые и межрайонные автодороги.
Синергизм опасных геодинамических процессов (оползни, пустоты, проседание земной поверхности, техногенная сейсмичность) при разработке месторождений УВ заключается в том, что формирование этих процессов происходит коллективным действием многих факторов и условий, в основе которых лежат геомеханические процессы [14 - 15]. При освоении нефтегазовых месторождений момент возникновения опасных геодинамических процессов соответствует так называемой точке «бифуркации».
На наш взгляд дальнейшие исследования рассмотренных и подобных экзогенных процессов в аспекте синергизма может привести к практически важным результатам. На этой основе возможны различные теоретические обобщения, которые, в свою очередь, могут способствовать разработке методов прогноза этих процессов.
Список литературы
1. Даукаев А.А., Абубакарова Э. А. Экзогенные процессы в горных районах Чеченской Республики: синергетические и геологические аспекты // Вестник КНИИ РАН. Сер. «Естественные и технические науки». 2022. № 1 (9). С. 93-99.
2. Хакен Г. Синергетика: Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир, 1985. 423 с.
3. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986. 432 с.
4. Хакимов И.И., Червяков В.О., Беленкова О.А. Возможность применения метода синергетики к решению актуальных проблем нефтегазовой отрасли // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. Вып. № 1(55)
5. Гакаев Р.А. Геолого-геоморфологические особенности оползнеоб-разования в Шатойском оползневом районе Чеченской Республики // Вопросы современной науки и практики / Университет им. В.И. Вернадского. 2008. № 1-1 (11). С. 39-42.
6. Гуня А.Н., Гакаев Р.А., Бадаев С.В. Ландшафтно-оползневое районирование территории Чеченской Республики и мероприятия по оптимизации динамики оползнеобразования // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2022. Т 16 (4). С. 30-37.
7. Дадашев Р.Х., Даукаев А.А. Оползневые процессы в юго-восточной части ЧР и меры борьбы с ними // КНИИ РАН, 2015. Вып. 8. Грозный: КНИИ РАН. С 207-213.
8. Дадашев Р.Х., Даукаев А.А., Гакаев Р.А. Противооползневые мероприятия и их эффективность на участках локальной активизации оползней Ножай-Юртовского района Чеченской Республики // Вестник Чеченского государственного университета им. А.А. Кадырова. 2016. № 2 (22). С. 66-70.
9. Landslides And Mudflows In The Chechen Republic / A. A. Daukaev, R. Kh. Dadashev, L. S. Gatsaeva, R. A. Gakaev // Synergetic Aspects IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Conference on Innovations and Prospects of Development of Mining Machinery and Electrical Engineering. 2019.
10. Сели и их проявление в Чеченской Республике / И.А. Керимов, Р.А. Гакаев, А.А. Даукаев, Л.С. Гацаева // Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа. Грозный: Академия наук Чеченской Республики, 2011. С. 433-434.
11. Methods of Forecasting Electric Energy Consumption / R.V. Klyuev [and others] // A Literature Review. Energies. 2022. 15. 8919. https://doi.org/10.3390/en15238919.
12. Керимов И.А., Гайсумов М.Я., Ахматханов Р.С. Техногенная сейсмичность на месторождениях нефти и газа // Геология и геофизика Юга России. 2012. № 1. С. 22-45.
13. Overview of Methods for Enhanced Oil Recovery from Conventional and Unconventional Reservoirs / B.V. Malozyomov // Energies. 2023. 16. 4907. https://doi.org/10.3390/en16134907.
14. Мельников Н.Н., Калашник А.И., Калашник Н.А. Техногенные геодинамические процессы при освоении нефтегазовых месторождений шельфа Баренцева моря // Вестник МГТУ. 2009. Т 12 (4). С. 601-608.
15. Tailings Utilization and Zinc Extraction Based on Mechanochemical Activation / V.I. Golik [and others] // Materials. 2023. 16. 726. https://doi.org/10.3390/ma16020726.
Даукаев Арун Аболханович, д-р геол-минерал. наук, зав. отд., [email protected], Россия, Грозный, Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова РАН,
Гацаева Лиана Саидовна, науч. сотр., [email protected], Россия, Грозный, Комплексный научно-исследовательский институт им. Х.И. Ибрагимова РАН,
Гакаев Рустам Анурбекович, ст. преподаватель, [email protected], Россия, Грозный,Чеченский государственный университет им. А. Кадырова,
Голик Владимир Иванович, д-р техн., наук, проф., v.i.golik@,mail.ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет; гл. науч. сотр., Владикавказ, Геофизический институт Владикавказского научного центра
SYNERGISTIC MANIFESTATIONS OF NATURAL AND MAN-MADE GEODYNAMIC PROCESSES ON THE TERRITORY OF THE CHECHEN REPUBLIC
A.A. Daukaev, L.S. Gatsaeva, R.A. Gakaev, V. I. Golik
The work makes an attempt to consider, from the point of view of synergetics, the geological processes occurring in the upper layers of the Earth, which either simplify or complicate the bedrock relief. In this case, the territory subject to exogenous processes is likened to a nonequilibrium, open thermodynamic system. To successfully apply the synergetic approach to natural phenomena, a comprehensive study of the degree of influence of each of the factors acting on the system under consideration on the processes occurring in it is required. Therefore, in this work, the main attention is paid to the dynamics of the development of exogenous processes in the southeastern part of the Chechen Republic, subject to exogenous processes. It is shown that these processes are cyclical in nature and cause enormous harm to the economy and population of the region. The geodynamic processes that arise during long-term development of oil and gas fields are also considered. This work can be considered as a preparatory stage for the study of these phenomena based on a synergetic approach. It is expected that these studies can become the basis for systematization, theoretical generalization of the results obtained and the development of methods for predicting natural processes.
Key words: synergy, Chechen Republic, system, element, landslides, exogenous process, activity, dynamics, development.
Daukaev Arun Abalkhanovich, doctor of geological and mineral sciences, head of department, daykaev@mai. ru , Russia, Grozny, Comprehensive Scientific Research Institute named after H.I. Ibragimov of the Russian Academy of Sciences,
Garaeva Liana Saidovna, sci. officer, [email protected] , Russia, Grozny, Comprehensive Research Institute named after H.I. Ibragimov of the Russian Academy of Sciences,
Gakaev Rustam Anurbekovich, senior lecturer, [email protected] , Russia, Grozny, Kadyrov Chechen State University,
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@,mail.ru , Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University; ch. sci. officer, Vladikavkaz, Geo-physical Institute of Vladikavkaz Scientific Center
Reference
1. Daukaev A.A., Abubakarova E. A. Exogenous processes in the mountainous regions of the Chechen Republic: synergetic and geological aspects // Bulletin of the Research Institute of the Russian Academy of Sciences. Ser. Natural and technical sciences. 2022. No. 1 (9). pp. 9399.
2. Haken G. Synergetics: Hierarchies of instabilities in self-organizing systems and devices. Moscow: Mir, 1985. 423 p.
3. Prigozhin I.R., Stengers I. Order from chaos: A new dialogue between man and nature. M.: Progress, 1986. 432 p.
4. Khakimov I.I., Chervyakov V.O., Belenkova O.A. The possibility of applying the synergetics method to solving urgent problems of the oil and gas industry // International Scientific Research Journal, 2017. Issue No. 1(55)
5. Gakaev R.A. Geological and geomorphological features of landslide formation in the Shatoy landslide region of the Chechen Republic // Issues of modern science and practice. V.I. Vernadsky University, 2008. No. 1-1 (11). pp. 39-42.
6. Gunya A.N., Gakaev R.A., Badaev S.V. Landscape-landslide zoning of the territory of the Chechen Republic and measures to optimize the dynamics of landslide formation // News of Dagestan State Pedagogical University. Natural and Exact Sciences, 2022. T 16 (4). pp. 30-37.
7. Dadashev R.H., Daukaev A.A. Landslide processes in the south-eastern part of the CR and measures to combat them // KNII RAS, 2015. Issue 8. Grozny: KNII RAS. From 207-213.
8. Dadashev R.H., Daukaev A.A., Gakaev R.A. Anti-landslide measures and their effectiveness in the areas of local activation of landslides of the Nozhai-Yurtovsky district of the Chechen Republic // Bulletin of the Chechen State University named after A.A. Kadyrov, 2016. No. 2 (22). pp. 66-70.
9. Landslides and Mudflows in the Chechen Republic / A. A. Daukaev, R. H. Dadashev, L. S. Gatsaeva, R. A. Gakaev // Series of conferences of the Higher School of Economics "Syn-ergetic aspects: Science of the Earth and the Environment environment". An international conference dedicated to innovations and prospects for the development of mining engineering and electrical engineering. 2019.
10. Villages and their manifestation in the Chechen Republic / I. A. Kerimov, R.A. Gakaev, A.A. Daukaev, L.S. Gatsaeva // Modern problems of geology, geophysics and geoecolo-gy of the North Caucasus. Grozny: Academy of Sciences of the Chechen Republic, 2011. pp. 433-434.
11. Methods of forecasting electricity consumption / R.V. Klyuev [et al.] // Literature review. Norway. 2022. 15. 8919.
https://doi.org/10.3390/en15238919 12. Kerimov I.A., Gaisumov M.Ya., Akhmatkhanov R.S. Technogenic seismicity in oil and gas fields // Geology and geophysics of the South of Russia. 2012. No. 1. pp. 22-45.
13. Review of methods for increasing oil recovery from traditional and unconventional reservoirs / B.V. Malozemov // Energy. 2023. 16. 4907.
https://doi.org/10.3390/en16134907 14. Melnikov N.N., Kalashnik A.I., Kalashnik N.A. Technogenic geodynamic processes in the development of oil and gas fields of the Barents Sea shelf // Vestnik MSTU, 2009. T 12 (4). pp. 601-608.
15. Utilization of tailings and extraction of zinc based on mechanochemical activation / V.I. Golik [et al.] // Materials. 2023. 16. 726. https://doi.org/10.3390/ma16020726. УДК 629.424.1:502.1.
