Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пространственный анализ инженерно-геокриологических условий верхнего горизонта криолиозоны на севере Тимано-Печорской НГП ... 9
1.1. Закономерности пространственной изменчивости строения, состава и свойств 13
1.1.1. Состав и свойства отложений среднеплейстоценовой ледово-морской равнины 16
1.1.2. Состав и свойства отложений средне- и верхнеплейстоценовых озерно-аллювиальных равнин 24
1.1.3. Состав и свойства отложений казанцевской морской равнины и средних морских и аллювиально-морских террас... 29
1.1.4. Состав и свойства отложений низких морских и аллювиально-морских террас 35
1.2. Зональные и региональные закономерности пространственной изменчивости геокриологических условий 42
1.2.1. Распространение многолетнемерзлых пород и их температуры 42
1.2.2. Пространственные закономерности распространения и развития экзогенных геологических процессов и образований 53
1.3. Выводы 69
Глава 2. Картографическое моделирование инженерно-геокриологических условий в геоинформационных системах 71
2.1. Принципы составления матричной схемы районирования 71
2.2. База инженерно-геокриологических данных 78
2.3. Выводы 83
Глава 3. Инженерно-геокриологическое районирование севера Тимано Печорской НГП по верхнему горизонту криолитозоны 84
3.1. Особенности инженерно-геокриологического районирования при составлении карт различных масштабов в ГИС 84
3.2. Карта инженерно-геокриологического районирования севера Тимано-Печорской НГП масштаба 1:1000000 98
3.3. Выводы 103
Глава 4. Оценочное картирование с использованием ГИС 104
4.1. Принципы и основные критерии оценки инженерно-геокриологических условий 104
4.2. Карта потенциального развития экзогенных геологических процессов 106
4.2.1. Развитие экзогенных геологических процессов при техногенном нарушении 106
4.2.2. Картографическая оценка потенциального развития экзогенных геологических процессов 109
4.3. Карта районирования территории по условиям строительного освоения 120
4.4. Выводы 128
Выводы 130
Список литературы 131
- Состав и свойства отложений средне- и верхнеплейстоценовых озерно-аллювиальных равнин
- Зональные и региональные закономерности пространственной изменчивости геокриологических условий
- База инженерно-геокриологических данных
- Карта инженерно-геокриологического районирования севера Тимано-Печорской НГП масштаба 1:1000000
Введение к работе
Актуальность проблемы и постановка темы. Высокие и постоянно возрастающие потребности в углеводородном сырье привели к интенсивному освоению северных нефтегазоносных районов России, расположенных в зоне развития многолетнемерзлых пород - криолитозоне. Принятие оптимальных и экономически обоснованных инженерных решений при проектировании объектов нефтегазового комплекса требует знаний геологического, инженерно-геологического, геокриологического и гидрогеологического строения региона.
Настоящая работа посвящена инженерно-геологическому обеспечению изысканий для обустройства нефтяных и газовых месторождений, строительства трубопроводов и коммуникационных сетей на севере Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции (НГП). В работе рассматриваются взаимосвязи природных факторов и их значение для картирования инженерно-геокриологических условий верхнего горизонта криолитозоны до глубины 20 м, что определяется зоной взаимодействия природной среды с основными инженерными сооружениями (исключая разведочные и эксплуатационные скважины и другие глубокие выработки).
Север Тимано-Печорской НГП, являясь сложной и динамично изменяющейся природной средой, нуждается в постоянном мониторинге его природных условий, в том числе инженерно-геокриологических. Современные технологии предопределили качественно новый уровень сбора, обработки и визуализации инженерно- геокриологической информации на основе использования геоинформационных систем (ГИС). Это позволяет отображать инженерно-геокриологические условия территории на картографической модели разных масштабов, создавать альбом взаимосвязанных тематических карт, насыщать параметрами связанную с картой базу данных, а также осуществлять оценку изменения природных условий при строительстве и эксплуатации сооружений.
Основной целью работы является разработка геоинформационной картографической модели инженерно-геокриологических условий севера Тимано- Печорской НГП по верхнему горизонту криолитозоны. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
изучить строение, состав и свойства верхней части разреза криолитозоны, включающих мерзлые, охлажденные и талые породы;
-
выполнить анализ пространственной изменчивости распространения, мощности и температуры многолетнемерзлых пород (ММП), глубин сезонного оттаивания-промерзания пород, экзогенных геологических процессов и образований в современных климатических условиях;
-
разработать методику последовательной генерализации и детализации инженерно-геокриологического районирования при картировании грунтовых толщ верхнего горизонта в различных масштабах на основе использования ГИС;
-
разработать принципы оценочного инженерно-геокриологического картирования территории на основе базовой геоинформационной модели инженерно- геокриологических условий.
Для решения перечисленных задач автором собраны и проанализированы многочисленные литературные и фондовые материалы и обобщены результаты инженерно-геологических исследований многочисленных проектируемых в 1997-2009 гг. объектов строительства инфраструктуры нефтегазового комплекса. Приоритетная роль отдавалась материалам, полученным при комплексных инженерно- геокриологических исследованиях, включающих бурение, полевую съемку, лабораторные исследования физических и физико-механических свойств грунтов, геофизические исследования.
Основные защищаемые положения.
-
-
Унифицированная матричная система анализа для всех масштабов картирования строится на сочетании природных факторов, определяющих инженерно- геокриологические условия, а не на их соподчинении; при этом учитывается максимально возможный спектр параметров, который в зависимости от масштаба картирования, инженерно-геокриологических условий конкретного района и назначения карты может трансформироваться, сокращаться или дополняться.
-
Использование ГИС обеспечивает взаимосвязь «база данных - карта» и реализует четырехмерное геоинформационное поле, позволяя создавать новые и обновлять уже существующие картографические модели и пополнять базу данных аккумулированной в карте информацией.
-
Единая методика картирования с использованием матричной схемы районирования позволяет создавать коррелируемые между собой карты разного масштаба и тематического содержания.
-
Картографическое моделирование инженерно-геокриологических условий с использованием базы данных и расчетных модулей ГИС дает возможность оценивать потенциальное проявление опасных экзогенных геологических процессов и устойчивость территории к различным видам техногенных нагрузок и прогнозируемым климатическим изменениям.
Научная новизна работы.
-
-
-
На основе анализа литологического состава и физических свойств грунтов основных геолого-генетических комплексов отложений севера Тимано-Печорской НГП выделены основные типы разрезов, адаптированные для единой геоинформационной системы, применяемой для разных масштабов инженерно- геокриологического картирования.
-
Для верхнего горизонта криолитозоны уточнена региональная шкала типов распространения и среднегодовых температур мерзлых пород; она дополнена различной глубиной залегания кровли ММП в зависимости от поверхностных условий.
-
Усовершенствована методика инженерно-геокриологического районирования для различных масштабов и перехода от мелкомасштабного картирования к крупномасштабному и наоборот.
-
Составлена серия карт инженерно-геокриологического районирования территории (от крупномасштабных до обзорных, включая карту масштаба 1:1000000), которые отражают инженерно-геокриологические условия для верхнего горизонта криолитозоны (до глубины 10-20 м).
-
Для отдельных объектов строительства нефтегазового комплекса созданы альбомы карт, включающие взаимосвязанные и дополняющие друг друга карты районирования: ландшафтного, инженерно-геокриологического и гидрогеологического, по развитию опасных экзогенных процессов и условиям строительного освоения.
6. Разработаны и апробированы новые методические приемы оценочного картирования устойчивости геологической среды к различным видам техногенного воздействия по потенциальному развитию экзогенных геологических процессов и по условиям строительного освоения на основе базовых геоинформационных картографических моделей.
Практическое значение работы. Геоинформационное картографическое моделирование инженерно-геокриологических условий севера Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции - наиболее современный элемент информационного обеспечения инженерно-геологических изысканий, проектирования и мониторинга для эффективного развития нефтегазовой отрасли региона.
Усовершенствованные автором принципы инженерно-геокриологического районирования позволяют:
-
отобразить сложные взаимосвязи природной среды: поверхностных условий, литологического состава отложений, распространения и температуры мерзлых, охлажденных и талых грунтов, их свойств, глубины слоя сезонного оттаивания- промерзания, развития экзогенных геологических процессов;
-
выделить инженерно-геокриологические районы для построения трехмерных геологических моделей разного масштаба и дать их комплексную характеристику;
-
оценить устойчивость геологической среды к конкретному виду освоения территории и спрогнозировать изменение инженерно-геокриологических условий в ходе строительства и эксплуатации месторождений.
Результаты работ были использованы при проектировании объектов инфраструктуры севера Тимано-Печорской НГП - месторождений: Южно- Хыльчуюского, Инзырейского, Висового; нефтепроводов: Мядсейское м-ние - БРП Варандей, Южно-Хыльчуюское м-ние - БРП Варандей, Южно-Шапкинское м-ние - терминал Харьяга, Мусюршорское м-ние - терминал Харьяга, Инзырейское м-ние - терминал Харьяга, терминал Харьяга - Индига, терминал Харьяга - Усинск, Салюкинское м-ние - Черпаюское м-ние; газопровода Бованенково - Ухта; ЛЭП Южно-Хыльчуюское м-ние - БРП Варандей; автодороги Южно-Хыльчуюское м-ние - Дресвянка.
Личный вклад автора. Автор работы, начиная с 1998 г., принимала участие в выполнении полевых и камеральных инженерно-геокриологических исследованиях и изысканиях, в разработке и создании разномасштабных инженерно-геокриологических картографических моделей на объектах строительного освоения севера Тимано- Печорской НГП: месторождения Мядсейское, Тобойское, Инзырейское, Мусюшорское, им. Ю.Россихина, Южно-Хыльчуюское, Северо-Сарембойское, Ардалинское, терминалов БРП Варандей, Харьяга, Дресвянка, Центрально- Хорейверского и более 20 линейных объектов - магистральных и межпромысловых нефте-, газопроводов, автодорог и ЛЭП; участвовала в разработке региональных матричных схем районирования и создании региональной базы данных инженерно- геокриологических условий. Автор участвовала в работах по грантам международных научных проектов #01-2332 «Arctic coastal dynamics of Eurasia: classification, modern state and prediction of its development based on GIS technology» в 2003-2005 гг. и #6FP EC «CARBO-North» в 2007-2010 гг.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на Международных конференциях «Проблемы криологии Земли» (Пущино, 1998), «Мониторинг криосферы» (Пущино, 1999), «Инженерно-геологические изыскания в криолитозоне - теория, методология, практика» (С-Петербург, 2000), «Экстремальные криосферные явления: фундаментальные и прикладные аспекты» (Пущино, 2002), «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003), «Криосфера нефтегазоносных провинций» (Тюмень, 2004), «Приоритетные направления в изучении криосфкры Земли» (Пущино, 2005), «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений» (Тюмень, 2006), «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007); международных конференциях по мерзлотоведению (Швейцария, Цюрих, 2003; Аляска, Фербенкс, 2008); Европейских конференциях по мерзлотоведению (Италия, Рим, 2001; Германия, Потсдам, 2005); второй конференции геокриологов России (МГУ, 2001); международных совещаниях «Динамика берегов Арктики» (С-Петербург, 2003; Канада, Монреаль, 2004), международном научном симпозиуме «140 лет МАМИ» (Москва, МГТУ «МАМИ», 2005), рабочих совещаних проекта «CARBO-North» (Великобритания, Лондон, 2007; Дания, Копенгаген, 2009, Швеция, Стокгольм, 2010).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 139 страниц, включая 63 рисунка и 26 таблиц. Список литературы составляет 172 наименований, в том числе 7 на иностранном языке.
Состав и свойства отложений средне- и верхнеплейстоценовых озерно-аллювиальных равнин
Современные инженерно-геокриологические условия Гимано-Печорской нефтегачоносной провинции (НПО формировались на протяжении длигельного периода с верхнего плейстоцена до настоящего времени. На этом отрезке геоло!ической истории выделяются несколько основных этапов формирования рельефа.
Среднему плейсгоцену соответствует накопление осадков холодпого ледовитого моря, проникавшего на юг до верховьев р. 1 Іечорьі. І Іосле ре1рессии моря в конце ЭТОГО периода ледово-морские (роговские) осадки подвергаются криогенному воздействию (Понов, 1962; Зархидзе, 1963; Белкин, 1966: Геокриология СССР, 1988). Па Гимапе и Полярном Урале в среднем плейстоцене происходит иакопление ледниковых и флювиогляциальных отложений.
В начале позднего плейстоцена в период устойчивого продолжительного потепления в Печорской низменности формируется обширная озерио-аллювиальиая (казанневская) равнина, в нижнем течении современной р. Печора - морская равнина.
С середины позднего плейстопена до среднего голоцена - в период климатических колебаний - на севере территории образуются морские и аллювиально-морские террасы, замещаясь к югу аллювиальными террасами и озсрпо-аллювиатьными равнинами полузамкнутых речных бассейнов.
Потенление климата в среднем голоцене привело к формированию обширных надмерзлотпых таликов, а местами полному протаиванию сформировавшихся до этого толщ многолетнемерзлых пород (ММП). Пастуиившее во второй половине голоцена похолодание вновь повлекло за собой глубокое многолетнее промерзание протаявших ранее пород.
Сложившиеся к настоящему времени особенности инженерно-геокриологических условий приобрели современные черты в эпоху наступившего похолодания после голоценового оптимума и постепснно10 приближения к современному климату Нвронейского Севера (Суходольский, 1973; Баулин и др., 1981; Оберман. 1981. Геокриология СССР, 1 988, Основы геокриологии, 1998),
Основной закономерностью формирования и распространения многолетнемерзлых пород Тимаио-Печорской ПГП является их зопатьность, проявлению которой способствует равнинный рельеф территории и климатическая зональность - увеличение суровости с юго-запада на северо-восток (Рис. 1.1). Региональные отклонения распространения мерзлых пород связаны с особенностями состава четвертичных отложений, их мощностью, вотдсйствием на характер геокриологических условий моря и крупных рек. в первую очередь Печоры (Геокриология СССР, 1988; Геокриологическая карта СССР, 1997). Эрозионно-аккумулятивный характер равнин, выраженный возвышеннос1ями и деирессиями. привносит локальное измеаение природных условий и в некоторой сзепсни нарушает планомерную смену зональноеги.
Ма зерритории Гимаио-Псчорской ПГП в зависимости от особенностей распространения и строения криолигозоны выделяются несколько основных геокриологических областей (Геокриология СССР, 1988; Оберман и др., 2004).
На севере Ьольшезе.мсльской тундры произошло смыкание сохранившихся от протаивания реликтовых толщ ММII с вновь возникшими после голоцеиогюго оптимума. Смыкание реликтовых и современных ММП проходит по границе: верховье р. 1 Панкина-верховье р. Колва - верховье р. Адьзьва (Рис. 1.2). Общая мощность мерзлых порол составляет 200-500 м; близ морского побережья она уменьшаетея до 20-100 м. а ниже залегают охлажденные породы с криопзгами мощностью 100-200 м.
В Приуральской части территории в основиом развиты сплошныс по разрезу мерзлые толщи. Мощность плейстоцен-голоценовых мерзлых толщ доетигает 400 м на севере и уменьшается к югу до нескольких метров.
Для Ижма-Печорской области харакгерны современные мерзлые толщи небольших мощностей до 10-50 м. в южной части территории 1лубокое иоздиег олоценовое промсртание ие достигло кровли, сохранившихся после нротаивания реликговых мерзлых толш. Мощность голопеновых мерзлых толщ уменьшастся в южном направлении от ста до первых метров. Современные ММП простираются примерно до щирот Полярного круга. Кровля реликтового слоя мерзлых пород находится на глубине 100 м и более. область многолетней криолитозоны (КЗ); 1-4 - голонеиовая и голоценово-илейсгоценовая КЗ, залегающая с поверхности и представленная ярусами: I - ММП, 2 -преимущественно ММП, 3 - охлаждснных пород и ММП, 4 - преимущественно охлажденных; 5-7 - плейстоценовая КЗ, залегающая под толщей пород с положительной температурой с глубин: а - до 50 м, б - 50-100 м, в - 100-150 м и представленная ярусами: 5 - переслаивающихся охлажденных пород и ММП, 6 - ММП, 7 - охлажденных пород; 8 - область сезониомерзлых пород; 9 - фоновые глубины залегания подошвы криолитозоны, м; 10-12 - границьі раснросгранения криогенных толщ: 10 - залегающих с поверхности, 11 - перекрытых голщей пород с положительной температурой, 12 -различающихся строением; 13 - границы закартированной площади в настоящее время средняя годовая гемнература мерзлых пород на территории Тимано-Печорской 111II составляет Q...-4,5C (см. Рис. 1.3). Глубины годовых колебаний темперагур варьируют от 9.0 до 15 м. сокращаясь в массивах торфяников до 6,0 м. При досгаточно высоких отрииательных гемпературах ММП основными факторами, влияющимH на их диффсрснциацию, являются климат, рельеф, растительность, дрепированность поверхности. При этом ведущим фактором, как было установлено многочисленными исследованиями, являются условия енсгонакопления, связанные с особенностями мезо- и микрорельефа и высотой растительного покрова. Вследствие лото, высокотемпературные мерзлые породы очень чувствительны к измснению природных факторов.
Зональные и региональные закономерности пространственной изменчивости геокриологических условий
На первой аллювпадьно-морской террасе слабозасолениые грунты раепростраиепы только в нижней части разреза и местах малодоступных для рассоления поверхностными водами, в основном перекрытых мсрзлыми торфяниками. Содержание солей в песках fie более 0,1%, в сутлинках не более 0,4%.
Засоление периодически заливаемых морскими водами пойм определяется ироиикновением приливов и нагонов вверх по реке и иптенсивноетью паводков. Вследствие этого засоленность грунтов в целом увеличивается вниз по течению, но, как правило, не выходит за пределы слабого засоления.
Засоленные грунты в пределах первой морской террасы отмечаются в разрезах ее склонов, преимуществепно с глубины 5-7 м, как в морских, так и в нижележащих роговских отложениях, куда происходил отжим солей в результате промерзания грунтов с поверхности. На сниженных поверхностях террасы, перекрытых озерно-болотными осадками, промерзанис грунтов происходило быстрее, чем рассоление, вследствие чего засоленные грунты могут нрисутствовать непосредственно под торфом (см. Рнс. (.1.4.1). Степень засоления обычно нс превышает 0,1-0.3%. Па высокой лайде грунты с поверхности и до глубины 2-8 м находятся в твердомерзлом состоянии, ниже грунты преимущественно пластичномерзлые, реже охлажденные. Грунты низкой лайды практически полностью засолены за исключением отдельных рассоленных с поверхности островов мерзлых пород мощностью до 1 -5 м (Рис. 1.1.4.3).
Под слоем мерзлых пород в отложениях высокой и низкой лайды на глубинах 3-15 м распространены криопэги - напорные минерализованные воды с отрицательной температурой. В районе БРИ Варандей минерализация криоимов составляет 16-32 г/л при температуре водовмешающих пород -1.()...-2,0"С (Иванова и др.. 2008). С глубин 14-17 м засоление пород снижается и происходит их переход в мерзлое состояние. А
Суглинки в основном приурочены к нижней части разреза первой морской террасы. Находящиеся в мерзлом состояпии грунты имеют суммарную влажносль (W,ot) в пределах 35-45%, плолность р = 1,56-1,85 г/см"\ Грунты льдистые, криотекстура селчатая, слоисто-сетчатая. Для суглинков ла1ых и охлажденных влажность (W) в основном изменяется в пределах от 20 до 30%. месгами доходя до 40%; плолность р = 1.82-2.06. ГОСУДДІ- СТІ еННАЯІ
Озерно-болотные отложения (IblV), которые сформировалиеь в климатический оптимум голоцена, покрывают более половины площади первой морской и не более 20% площади аллювиально-морской террасы. Отложения представлены торфом мощностью 0,5-1,5 м и оторфованными песками мощностью до 1 м.
В пределах лайды озерно-болотные отложения развиты исключительно в ее высокой, преимущественно тыловой части, и сложены торфом мощностью не более 1 м. Такие же небольщие мощности озерно-болотных отложений отмечаются на щироких высоких поймах рек, выходящими из-под влияния моря и редко заливаемыми морскими нагонами.
Значения показателей физических свойств озерно-болотных отложений залегающих на низких и средних морских террасах близки (см. Раздел 1.1.3).
Для низких морских и аллювиально-морских террас выделяется 8 типовых разрезов отложений (Табл. 1.1.4.2), средние показатели физических свойств грунтов среди наиболее значимых (выделено курсивом) литологических разностей в разрезах приведены в таблице 1.1.4.3.
Пески, суглинки, реже супеси с включениями гравийно-галечникового материала (mlll-IV) в твердомерзлом, редко в пластичномерзлом состоянии в талом, редко в охлажденном состоянии Пески, редко с прослоями супесей, суглинков, глин (amIII-IV) в твердомерзлом, редко в пластичномерзлом состоянии в талом состоянии
Пески с прослоями супесей, суглинков и илов (mlV, amIV) в твердомерзлом, редко в пластичномерзлом состоянии в талом, редко в охлажденном состоянии
Торф мощностью до 1,5 м (IblV), подстилаются песками с прослоями суглинков, супесей (mlll-IV, amIII-IV, mlV, amIV) в мерзлом состоянии, с глубины 2-8 м твердомерзлом, пластичномерзлом или охлажденном состоянии в талом состоянии, с глубины 2-8 м твердомерлом, пластичномерзлом или охлажденном состоянии Таблица 1.1.4.3. Средние показатели свойств грунтов низких морских аллювиально-морских террас
База инженерно-геокриологических данных
Инженерно-геокриологическое типологическое районирование выполняется на базе ландшафтного районирования и основано на выявлении взаимосвязей геокриологических характеристик с ландшафтными условиями и геолого-генетическими комплексами поверхностных отложений (Арманд, 1975; Методика, 1979; Иванова, 1982; Геокриология, 1988). В пределах районов формируются свойственные только им сочетания природных факторов: климатических, геолого-геонетических, почвенно-растительных, гидрологических, гидрогеологических и ряда других - т.е. всего спектра факторов, обуславливающих инженерно-геокриологические условия.
Для построения картографической модели проводится анализ природных факторов, базирующийся на их классификационных признаках. Иерархическая систематизация геологических тел и геосистем разрабатывались Г.К.Бондариком, М.И.Горальчук, С.Е.Гречищевым, Д.С.Дроздовым, Е.С.Мельниковым, В.В.Пендиным, И.В.Поповым и др. Матричная система анализа факторов, предлагаемая в настоящей работе, строится, в первую очередь, на сочетании факторов, а не на их соподчинении (Ривкин, 2005). В строгой иерархической систематизации есть возможность пропуска важного параметра в нее не входящего (например, наличие близко залегающих коренных пород).
Матричная система анализа факторов, из которых складываются инженерно-геокриологические условия района, построена на геолого-генетической основе по различным классификационным признакам. Уровень иерархии здесь предопределен детальностью исследований. Матричная схема районирования является легендой к карте, отражающая современные инженерно-геокриологические условия (Рис. 2.1.1).
Унифицированная легенда на север Тимано-Печорской НГП для карт всех масщтабов включает основные геолого-географические параметры, определяющие инженерно-геокриологические условия: геоморфологический уровень; характер поверхности (рельеф, дренированность, растительные ассоциации и т.п.); генетическую принадлежность, мощность и состав четвертичных отложений; формации коренных пород; распространение и среднюю годовую температуру ММП; льдистость и засоленность пород; глубину сезонного промерзания-оттаивания; экзогенные процессы и образования. Типизация районов построена на выделении схожих по своим свойствам параметров и их встречаемости на том или ином участке. При составлении легенды учитывается их максимально возможный спектр, который в зависимости от масштаба картирования, конкретного района исследований и назначения карты может трансформироваться, сокращаться или дополняться новыми данными. Таким образом, матричная схема районирования является не только легендой к карте, но и методом организации и обобщения информации (Ривкин, 2005).
Матричная схема районирования, в отличие от иерархических схем районирования, основана на последовательном расчленении геологической среды по целому ряду признаков, которые наиболее полно (для заданного масштаба) характеризуют инженерно-геокриологические условия района. Горизонтальная ось унифицированной матричной схемы содержит информацию о геолого-генетических комплексах, криолитологических типах (составе и льдистости) разреза четвертичных отложений и их мощности (Рис. 2.1.2-а). В вертикальной оси матрицы представлена информация о ландшафтных условиях районов (мезо- и микрорельеф, растительность, дренированность, уклон поверхности, уровень грунтовых вод, виды техногенных нарушений и т.п.) и свойственных им распространении мерзлых пород и диапазонах изменения их среднегодовой температуры, о мощности слоя сезонного оттаивания-промерзания в зависимости от состава грунтов, развитии экзогенных геологических процессов и образований (Рис.2.1.2-6).
Сометание выделенных ландшафтных и геокриологических факторов (вертикальная ось матрицы) и типовых разрезов геолого-генетических комплексов (горизоатальная ось матрицы) позволяет выделить на исследуемой территории типологические инженерно-геокриологические районы (см. Рис. 2.1.1). Матричная система районирования дает возможность установить все многообразие инженерно-геокриологических условий, встречающихся в регионе исследования.
Наличие Г ИС. как средства обработки данных, позволяет при выборе одного из инженерио-гсокриологических районов выдать содержательную ииформацию о районе из легенды (матрицы), обратиться к фактическому матсриалу (колонкам скважин, нолевым и лабораторным материалам и т.п.) но району, который хранится в базе данных. Таким образом, карта и матричная схема инженерно-геокриологическо1о районирования создают трехмерное геоинформационное ноле, содержащее комплексную информацию об инженерно-геокриологических условиях исследуемой территории на заданную глубину (Рис. 2.1.3), т.е. описание характеристик района имеет трехмерную пространственную привязку.
Комплексная информация по каждому району, содержащаяся в ГИС, может представляться пофакторпо, например [еокриологические и гидрогеологические условия, ландшафты н т.п. Это дает возможность создавать многослойную геоииформацнонную модель территории, чредегавленную тематическими картами различных назначений (Рис. 2.1.4). Также важным элементом 1ИС для принятия грамотных решений на различных стадиях освоения территории является иоиикетнос описание объекта исследований (трассы), которое необходимо для оитимизации размещения объектов строительства и их дальнейшей эксплуатации (Габл. 2.1.1). Рисунок 2.1.4. Фрагменты тематических карт грассы нефтепровода «Харьяга-Индша»; а - инженерно-геокриологического районирования; б - ландшафтного районирования; в - гидрогеологического районирования; г - районирования по условиям строительного освоения; д - районирования по техническим решениям прокладки нефтепровода. аблица 2.1.1. Фрагмент попикетно10 описания основных нокатателей по трассе нефтепровода «Харьяга-Индига»
Карта инженерно-геокриологического районирования севера Тимано-Печорской НГП масштаба 1:1000000
Состав грунтов анализируется опосредованно по их свойствам (консистенция / водонасыщенность, льдистость, засоленность, пучииистость).
Мощность рассматриваемого грунтового среза (массива) принимается равной мощнос ириродио-техннчсской системы и зависит от конкретного вида техногенных нагрузок (от тина и глубины заложения фундамента, технологии эксплуатации сооружения и т.п.). Массив грунта будет состоять из набора разрезов ио глубине, оцениваемых по количествеиным показателям (физическим свойствам). В расчет принимаются показатели с встрсчаемостью на заданной глубине грунта выше 25%, образуя либо однослойный ( 50%). либо многослойный разрез грунтовой толщи ( 50%). На рисунке 4.3.1 представлена гистограмма для торфо-минерального разреза ледово-морской равнины, на которой в таблице процентного соотношения встречаемости разновидностей грунтов но глубине красным цветом выделены грунты, слагающие однослойный разрез, зеленым - двухслойный, бслым - не принимающиеся в расчет. В случае многослойного разреза баллы присваиваются всем разновидностям грунта на каждой глубине, и учитывается иаивысший балл, т.е. иаихудший показатель устойчивости геологической среды.
Видом сооружений определяегся значимость факторов в группе - чем выше опасность фактора для возволимо1о объекта, гем выше балл (Табл. 4.3.1). В зависимости от масштаба картирования, разнообразия инженерпо-геокриоло1ических условий, класса ответственности сооружения и техноло1ии его эксплуатации количество групп факторов и их градации могут изменяться, в том числе учитываться физико-механические свойства грунтов.
Природные - факторы оценки ісррнтории по условиям строитель освоения Распространение ММГІ Среднегодоваятемпературагрунтов л—. 2 "S3 5 - в s Я йg о я Я о а Льдистость ірунтов Засоленность грунтов 1 Іучинистость грунтов Уклон поверхности Уровень грунтовых вод Активизация Э1 11 в нарушенных условиях оо4J0?я оSСП Г) После пофакторной оценки для ингересующего вида техногенной нагрузки в каждом районе рассчитываю гея общие баллы ио совокупности всех факторов, иа основе которых строится карта опенки территории ио условиям строительного освоения. Для расчета используется равенство Парсеваля (см. Раздел 4.2) для суммирования независимых измерений (Вентцель. 1964; Комаров. 1972; Родионов и др., 1987): где Аойщ - общий батл сложности но условиям строительного освоения. А„ - балл оценки по фактору.
Расчет общего балла позволяет провести типизацию инженерно-геокриологических условий по степени сложности для строительного освоения ио множеству разнородных качественных и количественных природных факторов опенки территории.
Карты районирования территории по условиям строительного освоения (масштаба 1:5000) ио этой методике построены для нескольких типов сооружений на ключевом участке около г. Воркута в полосе газопровода Вайдара-Ухта (Иосиа. Попова. 201!). Па картах были выделены наименее сложные, умеренно сложные, сложные и крайне сложные инженерно-геокриологические условия (Табл. 4.3.2) для нескольких видов техногенных нагрузок: прокладки подземного трубопровода с отрицательной температурой продукта, с положительной температурой продукта и автодороги.
Степеньсложностиусловий освоения Усгойчивостьгеологической средык техногенным нагрузкам Изменение инженерно-геологических условий
Наименее сложные Геологическая средаустойчива к техногенномувоздействию Изменение инженерно-геокриологических условий и возникновение или активизация Э1П маловероятны
Умеренно сложные Геологическая средаотносительно устойчива ктехногенному воздействию Возможны изменения инженерно-геокриологических условий и начальные фазы активизации ЭГП
Геоинформационная картографическая модель позволяет охарактеризовать как естественное состояние инженерно-геокриологических условий, так и прогнозировать возможные изменения геокриологической обстановки при различных видах техногенных нарушений, т.е. оценить устойчивость территории к техногенным нагрузкам и потенциальному проявлению опасных экзогенных геологических процессов. Моделирование инженерно-геокриологических условий в ГИС дает возможность наглядно продемонстрировать все их многообразие, оценить характер взаимодействия с различными техногенными нагрузками, принять грамотные решения для проектирования и дальнейшей эксплуатации сооружений.
2. Экзогенные геологические процессы на севере Тимано-Печорской НГП в естественных условиях имеют достаточно широкое распространение, но не характеризуются активной динамикой. При нарушении естественных условий при любом виде хозяйственного освоения отмечается либо существенная активизация процессов, либо их затухание. Влияние поверхностей нарушений на изменение геокриологических условий приводят к определенному ужесточению геотемпературных условий.
3. Районирования территории по потенциальному развитию экзогенных геологических процессов целесообразно для выбора местоположение объекта строительства и его проектного решения, а также для проекта геотехнического мониторинга объекта строительства и экологического мониторинга окружающей среды. Потенциальное развитие процессов может быть смоделировано для естественных условий и различного рода их нарушений с учетом изменения высоты снежного покрова, температуры воздуха, уровня грунтовых вод и др. Оценка потенциального развития, как каждого процесса, так и совокупности всех рассматриваемых процессов определяется в баллах.
4. Карты оценки территории по условиям строительного освоения базируются на данных заданного среза отложений в разрезе; они подразумевают типизацию грунтовой толщи как основания для определенного типа фундаментов и нагрузок, т.к. рассматриваются в контексте природно-технической системы. Оценка территории по условиям строительного освоения предусматривает определение устойчивости геологической среды к конкретному виду освоения по основным параметрам: 1) определяющим специфику инженерно-геокриологических условий и 2) необходимым для проектирования конкретных сооружений с заданными технологическими и конструктивными решениями. Карта оценки территории по условиям строительного освоения строится на основе карты инженерно-геокриологического районирования и базируется на данных заданного среза грунтового массива. Оценка осуществляется в баллах. Расчет общего балла позволяет провести типизацию инженерно-геокриологических условий по степени сложности для строительного освоения по множеству разнородных качественных и количественных природных факторов оценки территории.
Похожие диссертации на Геоинформационное картографическое моделирование инженерно-геокриологических условий севера Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции по верхнему горизонту криолитозоны
-
-
-
