Интегральная оценка карстоопасности районов развития карбонатно-сульфатного карста на примере Среднего Предуралья

• Автор: Щербаков, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 273 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МИРОВОГО ОПЫТА И ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ
КАРСТООПАСНОСТИ
1.1. Оценка карстоопасности по поверхностным и подземным карстовым формам
1.1.1. Морфометрия поверхностных и подземных карстовых форм
1.1.2. Пространственно-временное распространение карстовых форм и закарстованности
1.2. Оценка карстоопасности по отдельным факторам природных условий
1.2.1. Структурно-тектоническое строение
1.2.2. Геологическое строение
1.2.3. Гидрогеологические условия
1.2.4. Геоморфологические условия
1.2.5. Инженерно-геологические условия
1.3. Интегральная оценка карстоопасности
1.3.1. Качественные оценки
1.3.2. Полуколичественные оценки
1.3.3. Количественные оценки
ГЛАВА 2. ИССЛЕДУЕМЫЕ ТЕРРИТОРИИ
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАРСТООПАСНОСТИ
3.1. Обоснование оптимального набора оценочных показателей природного строения
3.2. Карстовые формы, рассматриваемые при интегральных построениях
3.3. Взаимосвязи между морфометрией поверхностных и подземных карстовых форм
3.4. Взаимосвязи между показателями природного строения и карстовыми формами
3.4.1. Методика проведения анализа
3.4.2. Показатели структурно-тектонической группы
3.4.3. Показатели геологической группы
3.4.4. Показатели гидрогеологической группы
3.4.5. Показатели геоморфологической группы
3.4.6. Показатели инженерно-геологической группы
3.5. Построение интегральной модели карстоопасности

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОДХОДА ПРИ ОЦЕНКЕ КАРСТООПАСНОСТИ
4.1. Интегральная оценка карстоопасности трассы водовода
4.2. Интегральная оценка карстоопасности площадки строительства поглощающих
скважин
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. Значительная часть территории Российской Федерации характеризуется распространением карстующихся пород. Активно развивающийся карстовый процесс, а как следствие и формы его проявления, широко развиты в Пермском крае, Нижегородской области, республиках Башкортостан и Татарстан и в той или иной мере представлены в других регионах страны. Присутствие в геологическом разрезе карстующихся пород обусловливает дополнительные проблемы при хозяйственном освоении территорий, особенно при выборе мест под застройку, а также в значительной степени усложняет условия строительства и эксплуатации хозяйственных объектов. Важной задачей при этом является оценка степени карстовой опасности в пределах осваиваемых территориальных объектов.
К настоящему времени к практическому использованию рекомендовано большое количество всевозможных способов оценки и прогнозирования карстовой активности на различных масштабных уровнях, причем основанных не только на установленных закономерностях пространственного проявления карста на поверхности земли. Несмотря на это, по-прежнему не разработана универсальная методика оценки карстовой опасности, которая бы наиболее эффективно и на количественном уровне учитывала особенности строения изучаемой территории. В данном случае, комплексный учет подразумевает построение карстологической модели, отражающей особенности различных аспектов природного строения (структурнотектонических, геоморфологических, геолого-гидрогеологических, инженерно-геологических) территории и их влияние на развитие карста и степень опасности его проявления.
Главная научная идея работы заключается в установлении концептуальных количественных взаимосвязей между природными условиями развития карста, формализованными в виде набора отдельных показателей-факторов, интенсивностью и масштабами проявления карстовых форм.
Целью работы является разработка универсальной методологии интегральной оценки карстоопасности, на основе выявления закономерных связей пространственного распределения форм карста, их параметров и показателей особенностей строения массивов карстующихся горных пород.
Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:
• сбор и анализ опубликованной и нормативной литературы, а также фондовых материалов по оценке карстоопасности и устойчивости территорий;
• сбор, анализ и систематизация отчетных материалов исследований прошлых лет и составление специализированных баз данных, включающих сведения о структурно-

выделялись: 1) связь закарстованности с тектонической трещиной водопроницаемостью пород и 2) ослабление закарстованности массива с глубиной вследствие снижения трещинной водопроницаемости, скоростей движения и растворяющей способности подземных вод.
Тесная связь закарстованных зон с тектоническими поднятиями и новейшими положительными движениями прослеживается почти во всех карстовых областях. Новейшие движения определяют характер, степень и направление развития современных карстовых процессов, поэтому изучение неотектоники района исследований может оказаться весьма полезным при выявлении участков, благоприятных для карстообразования [4].
Роль структурно-тектонической трещиноватости в развитии карстового массива подробно рассмотрел В.Н. Катаев [69]. Им были выделены основные структурные элементы, слагающие карстовый массив, и масштабные уровни их организации. Так, размеры структурных элементов массива, влияющих на развитие и морфологию карста, изменяются в широком диапазоне: от десятков микронов до десятков километров. Связано это с генетическими особенностями процесса, начинающегося от микротрещин и микропор, различимых при большом увеличении, а впоследствии контролируемого в своем развитии элементами региональных дислокаций [69].
Масштабный диапазон размеров структурных элементов В.Н. Катаев [69] делит на семь интервалов-уровней, каждому из которых соответствует свой комплекс методов изучения, сформировавшийся по результатам многолетних практических исследований закарстованных территорий. Это атомарный (I), микронный (И), микроблоковый (III), блоковый (IV), локальный (V), региональный (VI) и глобальный (VII) уровни. Предложенная иерархия структурных элементов принципиально отражает качественное развитие карстового массива от I до VII уровня. Эволюционные изменения карстового массива в ходе его развития приводят к появлению новых структурных элементов большего масштаба, частично или полно сохраняя при этом элементы предыдущих этапов. Таким образом, получается целостная непрерывная картина развития массива с учетом фрактальности отдельных его уровней.
Предложенное В.Н. Катаевым [69] деление учитывает особенности свойств геологических тел каждого уровня с характерным влиянием на них закономерностей и явлений присущих для предыдущего уровня. В то же время свойства геологических тел настоящего уровня контролирует распределение структурных элементов в геологических телах последующего уровня. Как справедливо указывает В.Н. Катаев, при изучении распределения карстопроявлений в инженерных целях в пределах локальной тектонической структуры (V уровень) необходимо и целесообразно исследовать структурные элементы и явления, контролируемые ими, на блоковом уровне (IV) с учетом региональной ситуации (VI уровень), проявляющейся через структурно-тектонические, гидрогеологические, геологические условия и т.д. При этом состояние пород на первых трех уровнях ввиду особенностей решаемой инженерной задачи детализировать не имеет