Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Копылов И.С. 1

---

1 Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета

Основой методологии оценки и прогнозирования геодинамической опасности на закарстованных территориях является линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных аэрокосмогеологических исследований. В закарстованных районах Нижегородской области с прилегающей территорией проведено дешифрирование космических снимков (масштаб 1:10 00 000-1:100 000), с детализацией в районе г. Дзержинска (масштаб 1:50 000-1:10 000), выделено 1,4 тыс. линеаментов. Установлено 15 геодинамических активных зон площадью 1,8-3,2 тыс. км2 с очень высокой и чрезвычайно высокой плотностью тектонической трещиноватости. Наиболее карстоопасными зонами являются Дзержинская, Навашинская и Арзамаская геодинамические активные зоны. Локальные зоны в их пределах представляют собой потенциально опасные участки с возможными карстовыми провалами, которые необходимо учитывать при проведении инженерных изысканий, проектно-строительных работ, разработке природоохранных мероприятий.

Статья в формате PDF

4114 KB

геодинамические активные зоны

линеаменты

карст

методология оценки геодинамической опасности

Нижегородская область

1. Зерова В.В. Оценка влияния современной геодинамики на инженерно-геологические условия и развитие карста (на примере г. Дзержинска) // Геология в развивающемся мире. – Пермь. – 2015. – С. 26–29.

2. Золотарев Д.Р., Катаев В.Н. Отражение линеаментов в покрове карстующихся отложений // Инженерная геология и охрана недр: сб. науч. тр. Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь. – 2012. – С. 84–88.

3. Копылов И.С. Теоретические и прикладные аспекты учения о геодинамических активных зонах // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – №4; URL:www.science-education.ru/98-4745.

4. Копылов И.С. Линеаментно-геодинамический анализ Пермского Урала и Приуралья // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 6; URL:www.science-education.ru/106-7570.

5. Копылов И.С. Геодинамические активные зоны Приуралья, их проявление в геофизических, геохимических, гидрогеологических полях // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 4. – С. 69–74.

6. Копылов И.С. Инженерно-геологическая роль геодинамических активных зон // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 5-2. – С. 110–114.

7. Копылов И.С. Геоэкологическая роль геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 7. – С. 67–71.

8. Копылов И.С. Аэрокосмогеологические методы для оценки геодинамической опасности на закарстованных территориях // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 6. – С. 14–19.

9. Копылов И.С. Методология и принципы оценки геодинамической активности // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 8-3. – С. 406–407.

10. Копылов И.С. Основные фундаментальные и прикладные направления в изучении геодинамических активных зон // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 8-1. – С. 82–86.

11. Копылов И.С., Ликутов Е.Ю. Структурно-геоморфологический, гидрогеологический и геохимический анализ для изучения и оценки геодинамической активности // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-3. – С. 602–606.

12. Копылов И.С., Коноплев А.В. Методология оценки и районирования территорий по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций как основного результата действия геодинамических и техногенных процессов // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 1; URL: http://www.science-education.ru/115-11918.

13. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г., Осовецкий Б.М. Региональные факторы формирования инженерно-геологических условий территории Пермского края // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 84. – С. 102–112.

14. Копылов И.С., Коноплев А.В., Ибламинов Р.Г. Новейшая тектоника и современная геодинамика западного Казахстана на Жилянском месторождении калийных солей // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.

15. Ликутов Е.Ю., Копылов И.С. Комплексирование методов изучения и оценки геодинамической активности // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. – 2013. – № 4. – С. 125–133.

16. Рекомендации по проведению инженерных изысканий, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области / В.В. Толмачев, М.В. Леоненко М.В. – Нижний Новгород: ОАО «Противокарстовая и береговая защита». – 2012. – 138 с.

17. Толмачев В.В., Давыдько Р.Б. Карстовый мониторинг как основа для изысканий на предпроектных этапах строительного освоения территорий Нижегородской области // Сергеевские чтения. – М.: РУДН. – 2012. – С. 78–82.

18. Kopylov I.S., Kovin O.N., Konoplev A.V. Forecasting of geodynamic hazards at potash mines using remote sensing data: a case study of the Tubegatan deposit, Uzbekistan. // 15th International Multidisciplinary Scientific. Geoconference SGEM 2015. Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining. – 2015. – С. 305–311.

На закарстованных урбанизированных территориях важнейшее значение при проведении инженерно-геологических исследований имеет изучение геодинамической активности и тектонической трещиноватости, которые обуславливают развитие опасных геологических процессов. Синергетический эффект в системе «карст – техногенез – геодинамика» нарушает равновесие в природной системе и приводит к образованию техногенно-карстовых провалов [6-8, 11-15, 18]. Для Нижегородской области, которая является одним из крупнейших промышленных районов Центральной России и Приволжского ФО (площадь 76,6 тыс. км, протяженность более 400 км.) проблема изучения геоструктурных факторов карстоопасности особенно актуальна, поскольку карстовыми процессами охвачено более трети промышленно освоенной территории. Наиболее карстоопасной является территория г. Дзержинска (в пределах Дзержинско-Нижегородского карстового района, приуроченного к долинам рек Оки и Волги), где карстом подвержена вся территория города, в среднем здесь происходит около 5 провалов в год [17].

Материалы и методы исследования

Основными методами картирования тектонической трещиноватости являются аэрокосмогеологические исследования (АКГИ), которые представляют собой комплекс методов по изучению элементов геологического строения Земли с помощью материалов аэрокосмических съёмок земной поверхности. Для информационного обеспечения геологической безопасности Нижегородской области с целью выделения основных геодинамических активных зон региона проведен линеаментно-геодинамический анализ на основе дистанционных методов, с детализацией в районе г. Дзержинска. АКГИ проводились с основной целью – выявления линеаментов, отождествляемых с трещинно-разрывными нарушениями осадочного чехла и фундамента и установления зон повышенной тектонической трещиноватости (геодинамических активных зон), которые являются одним из важнейших геоструктурных факторов оценки карстоопасности. Основу методики АКГИ, разработанной автором составляют: компьютерное космогеологическое (структурно-геологическое) цифровых космических снимков (КС) среднего и высокого разрешения и их геологическая интерпретация; морфоструктурный анализ линеаментов и мегатрещиноватости; интерпретация результатов АКГИ с учетом геолого-геофизических данных; обработка материалов АКГИ, составление карт линеаментов и зон повышенной тектонической трещиноватости с применением ГИС-технологий; линеаментно-геодинамический анализ [3-5, 9, 10].

Данная методика нашла широкое применение при оценке геодинамической активности многих регионов (Урал, Поволжье, Российский Север, Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток, Средняя Азия). Наиболее детально изучены Западный Урал и Приуралье, где методы АКГИ применяются более 50 лет, создана школа пермских аэрокосмогеологов. Автором совместно с В.З. Хурсиком проведены АКГИ на закарстованных территориях в рамках программы МПР Пермского края, выполняемой ПГНИУ с целью картирования зон повышенной трещиноватости и геоактивных зон при изучении геоструктурных факторов карстоопасности и составлены карты линеаментной тектонической трещиноватости [4, 5]. На основе анализа этих материалов Д.Р. Золотаревым и В.Н. Катаевым установлено влияние линеаментов на развитие карстовых форм и прочностные свойства грунтов [2].

Методика дешифрирования базируется на принципе поэтапного анализа аэрокосмических материалов разных уровней генерализации. Технологически это выполняется путем системного анализа (дешифрирования) КС разного масштаба от мелкого – к крупному (с захватом прилегающих территорий – чем мельче масштаб, тем большая площадь изучалась) и чем меньше площадь, тем детальнее изучение. Дешифрирование проводилось по 6 уровням генерализации в следующей последовательности: обзорное и обзорно-региональное дешифрирование КС 6 уровня с охватом всей Нижегородской области и прилегающей территории; региональное дешифрирование КС 5 уровня в центральной части Нижегородской области; регионально-зональное дешифрирование КС 4 уровня в центрально-западной части Нижегородской области; зональное дешифрирование КС 4 уровня с охватом г.Дзержинска и прилегающей территории; детальное дешифрирование КС 3 уровня с охватом г. Дзержинска и прилегающей территории; детальное дешифрирование КС 2 уровня территории г. Дзержинска; детализированное дешифрирование КС 1 уровня территории восточной промзоны г. Дзержинска. По результатам структурного дешифрирования КС составлялись карты линеаментов и геодинамических активных зон в соответствующих масштабах работ. При обработке материалов и расчетах данных применялись ГИС-технологии программными средствами ESRI ArcGIS и Arc View GIS (рис. 1).

Рис. 1. Региональный линеаментно-геодинамический анализ Нижегородской области (рабочее окно программы)

Результаты исследования и их обсуждение

В результате дешифрирования КС в закарстованных районах Нижегородской области с прилегающей территорией и детализацией в районе г. Дзержинска выявлено 1,4 тыс. прямолинейных линеаментов, ранжированных по протяжённости на 8 таксономических рангов (рис. 2).

Рис. 2. Результаты дешифрирования Нижегородской области и прилегающей территории

Рис. 3. Линеаментное поле Нижегородской области по разным уровням дешифрирования космоснимков

Линеаментное поле рассматриваемого региона по дешифрированию КС разных масштабов отображено на рис. 3.

Установлены прямолинейные линеаменты восьми систем. В целом, отмечается регматическая сеть, состоящая из двух систем региональных линеаментов, уходящих далеко за пределы рассматриваемой территории. Диагональная система имеет преимущественное направление 300-330 ° и 30-45 °; ортогональная система – 0-15 ° и 270-285 °. В региональном и зональном линеаментных полях на КС (масштабы 1:1 000 000-1:100 000) наиболее четко выражена серия северо-восточных и северо-западных линеаментов, которые также отражены и в пределах детального линеаментного поля (масштабы 1:50 000-1:10 000) в районе г. Дзержинска. Реже проявляются субширотные и особенно редко – субмеридиональные линеаменты. Прямолинейные линеаменты предположительно отображают активизированные в новейшее время узкие субвертикальные линейные зоны трещинно-разрывных и флексурно-разрывных структур и зоны тектонической трещиноватости в осадочном чехле и фундаменте. Проявление таких структур в строении земной поверхности обусловлено возрождением блоковых движений в современный тектонический этап развития земной коры. Региональные и зональные линеаменты, как правило, контролируют элементы тектонического строения территории – первого и второго порядка (своды, валы, крупные складчатые структуры). Наиболее тектонически ослабленными являются геодинамические зоны и участки на границах неотектонических блоковых структур.

Пространственный и статистический анализ проведенный (совместно с В.В. Зеровой [1] по материалам ОАО «Противокарстовая и береговая защита») по оценке влияния тектонической трещиноватости на распределение карстовых воронок и физико-механические свойства грунтов, показал существенные корреляционные связи между показателями (особенно между плотностью линеаментов и плотностью карстовых воронок), что свидетельствует о влиянии неотектоники и современной геодинамики на закарстованность и строительные условия территории (рис. 4).

Рис. 4. Графики взаимосвязи мощности рыхлых отложений (А), плотности воронок (Б) и плотности тектонической трещиноватости

Проведен анализ плотности линеаментов (основной показатель – суммарная протяженность на единицу площади по всем линеаментам) и по этим показателям выполнена оценка геодинамической (неотектонической) активности территории. Общий фон составляют значения с низкой (2 балл, зеленый цвет на картах) и повышенной (3 балл, желтый цвет) степенью значений плотности линеаментов. Отмечается резкая неоднородность в ее распределении, обусловленная блоковой тектоникой и дифференцированными неотектоническими движениями – многочисленные, но небольшие по площади аномалии с высокой степенью (4 балл, розовый цвет) интенсивности, характерны для участков границ неотектонических блоковых структур.

На территории Нижегородской области и прилегающей территории выделяется 10 районов с высокой плотностью линеаментов, с площадями 3-14 тыс. км2. В их пределах выделяется 15 геоактивных зон площадью 1,8-3,2 тыс. км2 с очень высокими (5 балл, красный цвет) и чрезвычайно высокими (6 балл, коричневый цвет) значениями плотности линеаментов. Выделены: Калининская, Судаковская, Березниковская, Ветлужская, Сокольская, Городецкая, Кстовская, Лысковская, Пионерская, Пильнинская, Черновская, Дзержинская, Навашинская, Ласинская, Кучкуровская, Арзамассая геоактивные зоны. С учетом развития карстовых процессов [16] наиболее карстоопасными зонами являются Дзержинская (в пределах Володарского, Богородского, Павловского, Вачского, Сосновского муниципальных районов), Навашинская (в пределах Навашинского района) и Арзамассая (в пределах Арзамасского и Первомайского районов).

На территории г. Дзержинска проведено детальное дешифрирование КС (масштаб 1:25 000-1:50 000) с детализацией (масштаб 1:10 000) восточной промзоны города. Наиболее четко на КС выделяется серия линеаментов центральной части восточной промзоны, где отмечаются два крупных линеамента, субмеридионального и субширотного направлений, которые имеют множество пересечений с линеаментами более низших порядков. По плотности линеаментов и мегатрещиноватости построена карта геодинамической активности (рис. 5).

Рис. 5. Геодинамические активные зоны карстового района восточной промзоны г. Дзержинска (на основе дешифрирования КС масштаба 1:10 000)

Общий фон составляют значения со средней плотностью линеаментов, по периферии – участки с низкой степенью плотности линеаментов. В центральной части выделяются значения с высокой и очень высокой степенью интенсивности, небольшими участками отмечены площади с чрезвычайно высокой геодинамической активностью. Все известные карстовые воронки сконцентрированы в основном в зонах с высокой, осень высокой и чрезвычайно высокой геодинамической активностью территории.

Заключение

Геодинамические активные зоны на закарстованных территориях представляют собой потенциально опасные участки для размещения строительных объектов, которые необходимо учитывать при проведении инженерных изысканий, проектно-строительных работ, разработке природоохранных мероприятий, безопасной эксплуатации инженерных сооружений [8]. В Нижегородской области изучение геодинамической активности закарстованных территорий особенно важно для обеспечения геологической безопасности при проектировании и строительстве предприятий химической промышленности, Нижегородской атомной станции, высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Казань.

Статья оставлена в рамках мероприятий ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.».

Библиографическая ссылка