Введение к работе
Актуальность работы. Разломы земной коры контролируют широкий комплекс процессов, протекающих в недрах Земли и рядом с ее поверхностью. Они изучаются различными пауками о Земле. В инженерной геологии разрывные нарушения являются одним из важнейших объектов исследования, поскольку определяют деформационные, прочностные и фильтрационные свойства массивов горных пород. Они могут влиять на развитие и активизацию экзогенных процессов и рассматриваться как ослабленные поверхности, по которым- могут возникнуть движения. Несвоевременное вьшвление и неправильная оценка разрывных нарушений могут привести к серьезным, осложнениям при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
Как свидетельствует опыт гидротехнического строительства, разнообразие типов плотин и методов укрепления оснований дает возможность использовать почти любые структурные условия для сооружения гидроузла. Поэтому вопрос об инженерно-геологических особенностях внутреннего строения разрывных нарушений, свойствах и параметрах как отдельных подзон, так и всего разрывного нарушения в целом, часто встает перед геологами при инженерно-геологических изысканиях. На основе проведенного обобщения фактического материала отмечается, что внутреннее строение, мощность разрывных структур, степень изменения физико-механических и фильтрационных свойств являются малоизученными параметрами. Нет четкого представления о том, какие факторы влияют на эти параметры в большей степени.
Цель и задачи. Целью диссертационной работы стало вьшвление
закономерностей вещественно-морфологического проявления разрывных
тектонических структур (II - IV порядков), расположенных в регионах с различными геоструктурными и тектоническими условиями, и их влияния на инженерно-геологические условия территорий. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Обобщение и анализ литературных и фондовых материалов по вещественно-морфологическому изучению разломпых зон и их структурных элементов в пределах регионов с различными геоструктурными и тектоническими условиями.
»>ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ
БИБЛИОТЕКА і
СПэтербтог <*-/ } 09 1007^^
2. Анализ и оценка геоструктурных, литолого-петрографичсских и
неотектонических факторов, определяющих инженерно-геологические особенности
(размеры зоны динамического, влияния, внутреннее строение разрыва, степень
нарушенности пород, эпигенетические преобразования) разрывных тектонических
структур.
3. Исследование влияния условий формирования разрывных тектонических
структур и последующей истории геологического развития на их вещественно-
морфологические особенности.
4. Выявление влияния литолого-петрографического состава и постгенетических
(как структурных, так и петрографических) изменений пород разрывных зон на их
физико-механические и фильтрационныехвойства.
5. Оценка характера распределения и величин напряжений в зоне
динамического влияния РТС с целью определения ее ширины с помощью
математического моделирования.
6. Инженерно-геологическая оценка разрывных тектонических структур в
связи с гидротехническим строительством.
Объект исследования и исходные данные. В основу диссертации легли личные исследования автора закономерностей строения разрывных зон на основе анализа литературных и фондовых материалов по инженерно-геологическим изысканиям на участках семнадцати гидроузлов: Ингурской ГЭС, Рогунской ГЭС, Худонской ГЭС, Красноярской ГЭС, Саяно-Шушенской ГЭС, Токтогульской ГЭС. Курпсайской ГЭС, Нурекской ГЭС, Чарвакской ГЭС, Чиркейской ГЭС, Днепровской ГЭС1, гидроузла Хоабинь, Иовской ГЭС, Верхне-Туломской ГЭС, Усть-Каменогорской ГЭС, Бухтарминской - ГЭС, Ондской ГЭС. Рассмотрено более 40 разрывных нарушений (II - IV порядка), которые были вьшвлены на участках этих гидроузлов. В качестве объекта детального исследования был использован Бодракский разлом Горного Крыма, где автором были выполнены полевые комплексные геолого-геофизические исследования. Для оценки зоны динамического влияния разрывной тектонической структуры автором было выполнено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния Ионахшского разлома, прослеживающегося на участке Рогунского гидроузла. Основные принципы диссертации были разработаны с использованием фондовых
материалов института Гидропроект, а также отечественных и зарубежных литературных источников.
Научная новизна работы заключается в выявлении вещественно-морфологических различий разрывных тектонических структур в зависимости от геологической истории развития, вещественного состава пород и современных движений, определяющих напряженно-деформированное состояние массива.
Выполнена систематизация и анализ данных по разрывным тектоническим нарушениям (более сорока), выявленным на участках семнадцати гидроузлов.
Предложены новые подходы к изучению и анализу разрывных тектонических нарушений, основанные на комплексном изучении геологической истории их развития, литолого-петроірафического состава вмещающих пород и характера современных движений территории.
Установлены закономерности пространственного распределения полей напряжений в зоне динамического влияния тектонических разломов и выявлены факторы, влияющие на ее конфигурацию и размеры.
Дана инженерно-геологическая оценка сложности разрывных тектонических структур, выявленных на площадках гидротехнических сооружений.
Предложены методические подходы к изучению разрывных тектонических структур разной степени сложности.
Результаты исследований сформулированы в виде следующих защищаемых положений:
1. Разрывная тектоническая структура является инженерно-геологическим
телом, сформировавшимся в определенных геотектонических условиях, пережившим
особую геологическую историю, находящимся в настоящее время в характерном поле
напряжений и представляющим собой комплекс парагенетически связанных пород,
характеризующихся особым составом, состоянием и свойствами, взаимное
расположение которых образует структуру дизъюнктива.
2. Вещественно-морфологические особенности разрывных тектонических
структур - размеры зоны динамического влияния, их внутреннее строение, степень
нарушенности пород, эпигенетические преобразования - обусловлены историей
геологического развития, вещественным составом пород и характером современных
движений, определяющих напряженно-деформированное состояние массива.
3. По характеру влияния на вещественно-морфологические особенности
разрывных тектонических структур выделено шесть комплексов пород: гранито-
гнейсовый, габброидный, метаморфических сланцев, эффузивно-осадочный,
карбонатный; терригенный. Изменение деформационных и прочностных свойств
пород рассматриваемых комплексов при прочих равных условиях происходит в
следующей последовательности (по мере убывания): гранито-гнейсовый
эффузивно-осадочный - терригенный - габброидный - метаморфических сланцев -
карбонатный.
4. Зона динамического влияния разрывной тектонической структуры включает
не только зону нарушенных пород, но и область измененного напряженно-
деформированного состояния, причиной которого является сам дизъюнктив.
5. Инженерно-геологические условия разрывных тектонических структур в
зависимости от механизма формирования и морфокинематического типа, времени
заложения и внутреннего строения, литолого-петрографического комплекса пород,
эпигенетических преобразований, современной подвижности, положения в массиве и
гидрогеологических условий могут быть оценены как простые, сложные и весьма
сложные.
Практическое значение работы заключается в выявлении комплекса факторов, оказывающих влияние на сложность разрывных тектонических структур, что позволяет оптимизировать инженерно-геологические изыскания и принимать предварительные решения о мерах инженерной защиты.
Апробация работы. Основные разделы диссертации изложены в одиннадцати публикациях. Защищаемые положения обсуждались на международных конференциях и семинарах, в частности, на III Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" в Москве (апрель 1997 г.), на научной конференции аспирантов и молодых ученых, посвященной 100-летию со дня рождения С.С.Морозова и 60-летию кафедры инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ им. М.ВЛомоносова (январь 1998 г.), на третьих Яншинских чтениях в Москве (март 2003 г.), на Ломоносовских чтениях в МГУ (апрель 2003 г.), на аспирантских семинарах кафедры инженерной и экологической геологии в марте 1996 г., январе 1997 г., январе 1998 г., феврале 2003
г., а также на научных семинарах кафедры инженерной и экологической геологии в декабре 2001 г. и в апреле 2003 г.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 206 страницах. Текст сопровождается 16 таблицами и 37 рисунками. Список использованной литературы составляет 162 наименования.
В процессе работы автор получал помощь и научные консультации у сотрудников кафедры инженерной и экологической геологии профессора Голодковской ГА., профессора Трофимова В.Т., с.н.с. Шлыкова В.Г., с.н.с. Панасьян Л.Л., с.н.с. Андреевой Т.В., а также в институте «Гидропроект» у начальника технического отдела инженерных изысканий к.г.-м.н. Ременяк М.Б. и других сотрудников отдела. Полевые исследования Бодракского разлома были проведены автором совместно с профессором кафедры инженерной и экологической геологии Вознесенским Е.А. и доцентом кафедры геофизических методов исследования земной коры Большаковым Д.К. Упомянутым ученым, а также всем сотрудникам кафедры инженерной и экологической геологии, кто своим вниманием и участием, в обсуждении способствовал завершению работы, автор выражает свою искреннюю признательность.
Особую благодарность приношу своему научному руководителю профессору Золотареву Г.С., предложившему сложную и важную, но малоизученную в инженерной геологии тему, за его постоянное внимание и помощь на всех стадиях выполнения работы, и в первую очередь за критическое отношение к ней, что способствовало разработке основных идей диссертации. Автор благодарит консультанта работы профессора Калинина Э.В. за всестороннюю помощь в проведении математического моделирования и анализе полученных результатов.
