CC BY
37
УДК 550.34
ИЗУЧЕНИЕ ОПОЛЗНЕЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
В. А. Лютоев, А. Н. Шушкова, Н. В. Лютоева
Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар VALutoev@geo.komisc.ru
Приводятся предварительные результаты геофизических работ 2012—2013 гг. вдоль берега р. Сысолы в районе Кировского парка г. Сыктывкара.
Ключевые слова: оползень, геофизика, электроразведка, сейсморазведка, вибропенетрация, резонансно-акустическое профилирование, программа GeoStab.
STUDY LANDSLIDES GEOPHYSICIST IN THE KIROV PARK
V. A. Lyutoev, A. N. Shushkova, N. V. Lyutoeva Institute of Geology Komi SC UB RAS, Syktyvkar
Preliminary results of geophysical surveys for 2012—2013, along the banks of the river Sysola in Kirov Park Syktyvkar are presented. Keywords: landslide, geophysics, electromagnetics, seismic, vibropenetration, resonant acoustic profiling, the program GeoStab.
Несмотря на использование новых технологий в гражданском и промышленном строительстве, изучение и прогноз оползневых явлений остается весьма актуальным и в настоящее время. Как известно, изыскания в потенциально опасных районах возможного смещения оползневых тел проводятся в основном инженерно-геологическими, геодезическими и геофизическими методами [4—6]. В последние годы при прогнозе крупных и гигантских оползней активно начали применять космическую съемку [3]. Основная трудность прогнозирования оползневых процессов заключается в решении условных нелинейных задач с неустойчивой обратной связью. Для этого необходимо использовать разные данные о физическом состоянии вмещающей геологической среды и неустойчивого геологического объекта внутри нее, которые можно получить комплексированием ряда геологических и геофизических методов. Тогда общее формальное решение с наибольшей вероятностью будет соответствовать одновременно всем типам уравнений используемых физических методов. Исходя из этого к инженерно-геологическим и геодезическим работам, выполненным ранее, нами были добавлены ге-
офизические методы, позволяющие проводить исследования электрическими и сейсмическими полями.
Обратимся к истории изучения района работ. Ранее оползневые процессы пытались остановить укреплением берега песком, посадкой деревьев и рытьем канав, но предотвратить оползни не смогли. Обширные оползни в пределах Кировского парка были зафиксированы в 1902, 1912, 1914, 1949 1952, 1966, 1968 гг. [1, 2]. Среди них особое место занимает оползень 1968 г., когда произошло смещение грунта объемом 100 тыс. м3, что послужило поводом для проведения серьезных научно-исследовательских и проек-тно-изыскательских работ в районе Парижского оврага. Их выполнял Московский проектный институт «Гипрокоммунстрой» (В. М. Костомаров, 1964, 1966, 1969). В результате были проведены топографическая съемка масштаба 1:500 и инженер-но-геологическая съемка масштаба 1:10000, пробурены по сетке 30 скважин глубиной от 1 до 20 м. Были отобраны 54 пробы грунтов и определены их физико-механические свойства. Вскрыты три водоносных горизонта: первый на глубине 8.8 м, второй — 19.3 м, третий — в оползневых накоплениях, в их проница-
емых горизонтах. В начале 80-х гг. XX века по проекту Коми отделения гражданских проектных изысканий «Ленгипроводхоз» были осуществлены локальные работы по устройству трубчатых дренажных систем в нижней части парка: сделаны пешеходные дорожки с асфальтовым покрытием, укреплен песком берег реки, но несмотря на это, земля и дальше уходила под воду, размываясь во время паводков. В середине 80-х гг. под руководством Ю. А. Спиридонова была составлена программа берегоукрепительных работ, строительства набережной и нового речного порта. В 1987 г. Московским институтом «Гипрокоммунстрой» был предложен проект, согласно которому в районе парка должны были быть построены укрепительные конструкции. Но проект оказался дорогим, поэтому от него решили отказаться. В 2004 г. Правительство РК выделило необходимые средства на разработку комплексного проекта берегоукрепительных работ на р. Сысоле в районе парка имени С. М. Кирова. Научно-исследовательскими и проектно-изы скательскими работами занималось ОАО «НИПИИ «Комимелио-водхозпроект». И наконец в этом году началось осуществление этого проекта (рис. 1).
Рис. 1. Начало реконструкции Кировского парка
Поскольку данная проблема до конца не изучена, мы решили провести инженерно-геофизические исследования, структурно-тектонический анализ оползневых откосов вдоль берегов рек Сысолы и Вычегды в пределах г. Сыктывкара посредством наведенных электрических и сейсмических полей, а также опреде-
лить динамические свойства грунтов в выбранных (ослабленных) зонах в верхней части разреза.
Для этого необходимо было поэтапно решить следующие задачи:
1) выделить оползневые участки на основе космокарты «Google»;
2) на месте визуально выявить предрасположенность выбранно-
го участка к оползневым процессам, затем провести топографические работы в масштабе 1:500 и электроразведочные работы в произвольном масштабе для предварительного определения пространственного положения проницаемых и непроницаемых пластов в геоэлектрическом разрезе, определить их мощность и глубину залегания, установить тип оползня;
3) на потенциально опасных зонах выполнить профильные или площадные электроразведочные исследования в масштабе 1:500;
4) на основе геоэлектрического разреза осуществить отбор керна в ослабленных зонах и вблизи них;
5) провести вибропенетрацию отобранных проб;
6) определить амплитудно-частотную сейсмическую анизотропию путем трехмерного резонансно-акустического профилирования (ТРАП);
7) провести комплексную интерпретацию геофизических исследований, в результате которой будут выявлены все параметры условия равновесия откосов Кировского парка. К настоящему времени выборочно решены первые пять задач.
Рис. 2. Электроразведочная станция Elektrotest-P
Рис. 3. Сейсморазведочная станция ZET 048-C
ЪестЯик ИГ Коми НЦ УрО РАН, октябрь, 2013 г., № 10
Рис. 4. Вибропенетрационная установка
Для решения данного алгоритма исследований использовалась следующая геофизическая аппаратура:
• высокоточная электроразведочная станция (Б1ек1го1е811-Р) с соотношением токовых и приемных электродов, соответствующим расстановкам Шлюмберже и Веннера, в редких случаях — произвольным (рис. 2);
• широкополосная сейсмораз-ведочная станция (ЪЕТ 048-С) с полосой частот регистрации в пределах 0.1—400 Бц по компонентам X, У, Ъ (рис. 3).
• вибропенетрационная установка (рис. 4), позволяющая достичь максимального значения (до 1^) ускорения грунта (магнитуда класса В).
Предварительная интерпретация полученного нами геофизического материала показала, что вышеуказанные геофизические методы дают возможность получить новые сведения о причинах неустойчивости геологической среды вдоль береговой зоны рек Сысолы и Вычегды. Так, например, закономерности поведения электрических полей в геоэлектрическом разрезе позволили установить признаки образования ослабленных зон-слоев — наличие низкоомных мягко-пластичных глин (р « 2—7 Ом-м), присутствие супесей и аллювиальных песков во вмещающих водо-насыщенных породах. Таких горизонтов два: на глубинах 4—6 и 12— 16 м. Мы их относим к ослабленным зонам с потенциалом инициации оползня на склонах, т. е. ко второму и третьему горизонтам соответственно. Вибропенетрация пробы, отобранной с глубины 1.5 м из сухих разнозернистых песков (01У), похожих на дресву, со слабой структурной связью, с неравномерно меняющейся мощностью от 0.1 до 0.3 м, показала величину динамической усадки разрушения структурных связей между зернами с величиной относительного ускорения всего лишь 0.069 g (М = 3.6). Этот горизонт мы считаем ослабленной зоной
с потенциалом инициации оползня на склонах (первым горизонтом). Ко второму горизонту с потенциалом инициации оползня на основе вибропенетрации можно отнести тонкозернистые водонасыщен-ные пески на глубине 3 м (плывун), величина динамического разрушения этих песков составляет также 0.069g (М = 3.6). Таким образом, исходя только из этих данных, полученных при предварительных расчетах, можно сказать, что оползневые процессы в районе парка им. Кирова могут происходить на разных уровнях, причем накопление мелких тел в дальнейшем будет провоцировать гравитационное сползание второго горизонта, а именно перемещение блока с более крупной массой. То есть смещение оползневых масс совершается здесь ступенчато-периодически в пространстве и во времени. Опираясь на эти предварительные экспресс-данные и дополнительно используя метод ТРАП, а также программу обработки ОеоБГаЪ, в дальнейшем можно провести полную комплексную обработку всего массива данных, что позволит получить наиболее точную прогнозную оценку общей устойчивости откосов в Кировском парке, которую необходимо будет учи-
тывать при реконструкции береговой зоны.
Работы выполнены при поддержке проектов № 12-У-1029 программы фундаментальных исследований РАН.
Литература
1. Лыткин Л. А. Сыктывкар и сык-тывкарцы. 2004. 267 с. 2. Рогачев М. Б., Цой А. И. Усть-Сысольск: страницы истории. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1989. 157 с. 3. Шляхова Л. А., Повх В. И. Оценка угроз оползневых процессов на территории ЮФО по данным ДЗЗ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: Материалы 8-й Всерос. конф. М., 2010. С. 257. 4. СП 11-105-97, ч. 2. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Ч. 2. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. 5. СП 11105-97, ч. 3. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Ч. 3. Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов. 6. СП 126.13330.2012 «СНиП 3.01.03-84. Беодезические работы в строительстве» (Утвержден приказом Минрегиона России от 29 декабря 2011 г. № 635/1).
Рецензент к. г.-м. н. Т. А. Пономарева
