Факторы геологического строения, состава и обводненности пород (Атлас)

Под экологическим риском понимается наличие реальной или потенциальной вероятности нарушения функций биосферы, среды обитания и жизнедеятельности человека под воздействием природных и техногенных факторов. Природными предвестниками экологического риска служат геологические факторы, характеризующие качество и динамику геологической среды (ГС). Показатели качества ГС, имеющие экологическую значимость, отражены на карте–врезке "Факторы геологического строения, состава и обводнённости пород". На основной карте показаны экзогенные и эндогенные процессы, характеризующие динамику ГС, и дана интегральная оценка всех геологических факторов экологического риска в соответствии с экспертной оценкой каждого из них в диапазоне от 0 до 10 условных единиц.

В качестве информационной базы для карты "Геологические факторы экологического риска" использованы как собственные материалы автора (Демьянович, 1976; 1993; Демьянович, Писарский, 1985), так и материалы тематических работ Института земной коры СО РАН, выполняемых на протяжении последних 50 лет (Молодых, 1958; Солоненко, 1960; Астраханцев, 1963; Тржцинский, Будз, Зарубин, 1969; Вологодский, 1975; Лещиков, 1978; Рященко, 1984; Филиппов, 1988; Пуляевский и др., 1988; Литвин и др., 1989 и т.д.).

Качество ГС обусловлено ее строением, особенностями состава и характером обводненности. Неоднородность геолого–структурного строения отдельных частей Иркутской области предопределяет геоэкологическую значимость рельефа и возможности его освоения. Особой сложностью для освоения характеризуется горно–складчатое обрамление Сибирской платформы и зоны платформенных складок – участков повышенного риска к природным опасностям. Прямую экологическую значимость имеет выделение в пределах горно–складчатого обрамления массивов горных пород с повышенным радиоактивным фоном, которые могут служить источниками опасных загрязнений местности.

Экологическую значимость имеет качество жидкого компонента ГС. Для платформенной части территории характерна вертикальная гидрогеохимическая зональность в распространении подземных вод: пресные воды вниз по разрезу сменяются солеными и рассолами. Последние при выведении на поверхность вызывают изменение минерализации и химического состава пресных грунтовых и поверхностных вод. Степень риска подобного загрязнения природных вод зависит от наличия в разрезе и целостности толщи терригенных красноцветных отложений средневерхнего кембрия – границы раздела между пресными и солеными водами.

Высоким риском загрязнения характеризуются территории, где отложения содержащие некондиционные воды, залегают вблизи поверхности; средним – площади, где эти отложения перекрыты более молодыми породами, минуя региональный водоупор. Слабый риск загрязнения ожидается на площадях, где региональный водоупор вскрывается в пределах зоны эрозионного воздействия. Исключение составляют участки нарушения сплошности регионального водоупора тектоническими процессами (Жигаловский вал, зона Непских складок), где восходящие потоки соленых вод часто изливаются на поверхность. Возможность подтока соленых вод к пресным реализуется также при нарушении водоупора горнодобывающей деятельностью (Коршуновское железорудное месторождение).

Ряд негативных явлений связан с небольшой глубиной залегания грунтовых вод. Во–первых, воды не защищены от техногенного загрязнения; во–вторых, урбанизированные территории с неглубоким залеганием зеркала водного потока подвержены подтоплению и заболачиванию. Подтопление стало экологическим бедствием для части г. Иркутска, в остальных городах области оно находится в начальной стадии развития. Высокая, средняя и слабая вероятность риска подтопления соответствует глубинам залегания грунтовых вод до 1–3, 3–4 и 4–6 м.

Динамичность ГС характеризуется развитием современных геологических процессов. В пределах Иркутской области геологическая опасность связана

с повышенной сейсмичностью, региональным развитием карста, криогенных и гравитационных процессов, высоким эрозионным потенциалом и предрасположенностью некоторых разновидностей рыхлых грунтов к просадочным деформациям. С освоением территории возрастает риск опасностей, вызванных активизацией природных геологических процессов и возникновением их техногенных аналогов. Вероятность проявления и активизации геологических процессов характеризует геодинамический риск, создающий угрозу равновесию природных ландшафтов и осложняющий жизнедеятельность человека.

Наивысшую оценку получила сейсмичность как катастрофично протекающий процесс, часто провоцирующий возникновение ряда других и осложняющий освоение значительных территорий. Относительно сейсмичности ранжированы остальные факторы геодинамического риска с учетом проявления их в пространстве, повторяемости во времени и скорости протекания. Категории сейсмического риска соответствуют интенсивности землетрясений и снижаются по мере удаления от зоны Байкальского рифта. На платформенной части области негативные последствия транзитных землетрясений возможны во всех городах южного Приангарья и предупреждаются применением специальных методов строительства.

К категории быстро и периодически протекающих относятся эрозионные процессы. Разнообразие форм их проявления зависит от устойчивости пород, режима выпадения атмосферных осадков и ветрового волнения на водоемах. Для горно–складчатой части Иркутской области ведущее значение имеют сели, высокий риск проявления которых отмечается для рек южного, северо–западного Прибайкалья, а также центральной части Восточного Саяна. Их разрушительному влиянию подвержена наиболее освоенная полоса южного побережья оз. Байкал, где неоднократно разрушались полотно железной дороги, мосты и другие сооружения. Средняя степень риска эрозионных процессов в виде селей характерна для юго–западного побережья, где под постоянной угрозой находится Кругобайкальский участок железной дороги, и для предгольцовых склонов Восточного Саяна. Эта же категория риска установлена для площадей развития легко размываемых пород (рыхлые и слабосцементированные осадочные разновидности) в платформенной части области. Здесь преобладают овраги, рытвины, редки сели (верхнее Приангарье), иногда эрозионные формы сочетаются с размывом берегов водоемов (низовья Братского водохранилища). Остальной части области свойственно локальное развитие эрозионных форм (слабая степень риска).

Катастрофический характер приобретают иногда гравитационные процессы, отличающиеся локальным проявлением. Высокая сейсмичность, ливневый характер выпадения атмосферных осадков на фоне тектонической раздробленности пород предопределили высокую степень гравитационного риска на байкальских склонах хребтов Хамар–Дабан и Приморского, а также северных склонов Улан–Делюрского хребта. Ведущее значение здесь имеют обвалы, а оползни скальных пород редки. Катастрофичны порой смещения рыхлого покрова по скальным отложениям. Кругобайкальский участок железной дороги с момента строительства играет важную роль в активизации обвалов по искусственным откосам.

Средняя степень гравитационного риска присуща центральным частям Восточного Саяна и Байкало–Патомского нагорья, где в связи со стабилизирующей ролью мерзлоты обвалы проявляются реже и отличаются меньшими объемами. Аналогичная степень риска отмечена на речных склонах Ангаро–Ленского бассейна, где ведущую роль играет оползневой процесс, медленно протекающий в природных условиях и активизирующийся на берегах Братского и Усть–Илимского водохранилищ. В связи с приуроченностью к сложным для освоения крутым склонам оползни редко представляют здесь непосредственную угрозу инженерным сооружениям, хотя когда–то и предопределяли выбор гидротехнических створов на Ангаре. Исключение составляют их техногенные аналоги на бортах карьеров (Коршуновское железорудное месторождение) и катастрофичные смещения в рыхлых отложениях (Артумейское расширение Братского водохранилища). Слабая степень риска характерна для пологих склонов, развивающихся по денудационному типу.

Достаточно высок уровень риска криогенных процессов, разнообразные формы которого, сменяясь, динамично развиваются практически в течение всего года. Высокой степенью риска отличается платформенная часть области в зоне развития крупных островов высокотемпературных мерзлых пород. Наледи, пучение, деградация мерзлого состояния пород часто создают опасные ситуации на дорогах, нарушают устойчивость зданий, бортов угольных разрезов и других сооружений. Серьезные экологические последствия ожидаются после разработки Мугунского угольного месторождения. Уничтожение горными работами крупного массива мерзлых пород в области питания поверхностного стока приведет к осушению почв и снижению биологической продуктивности сельскохозяйственных земель на прилегающих территориях. Средняя степень риска выделяется в горно–складчатой части области, где наряду с устойчиво мерзлыми массивами прочных пород встречаются и термически неустойчивые, формирующие локальные очаги напряженных ситуаций в зоне техногенеза. В платформенной части области аналогичная категория риска выделяется в зоне распространения редких островов многолетнемерзлых пород, где деформации чаще связаны с процессами сезонного промерзания и оттаивания талых грунтов.

При площадном развитии карстующихся отложений и преобладании небольших скоростей их растворения в историческом масштабе времени, экологическую значимость имеет раздробленность массивов пород древними формами проявления процесса. Закарстованные породы служат путями инфильтрации загрязненных стоков и аварийных выбросов (например, нефтепродуктов) в природные воды, средой зарождения провалов при изменении гидродинамического режима в зоне подпора водохранилищ и т.д. Категории риска негативных последствий, связанных с закарстованностью пород, выделены в соответствии с существующим районированием территории по интенсивности развития карстовых пустот.

Высокая степень риска выделена лишь в верховьях Братского водохранилища, где активное провалообразование в пределах классических форм карста на площади развития сульфатных пород осложняет сельскохозяйственное использование прибрежной территории и вызывает деформации зданий. Средней степенью риска негативных ситуаций характеризуются галогенно–карбонатные отложения Предбайкальского и Предсаянского прогибов. В условиях слабой освоенности экологическая роль карста сводится здесь к нарушению защищенности пресных вод сверху от техногенных загрязнителей и снизу – от подтока соленых вод и рассолов. Положительная роль карста проявляется при формировании месторождений питьевых вод. Слабая категория риска возможных деформаций связана с одиночными формами карста в метаморфизованных карбонатных толщах Предбайкалья, Восточного Саяна и Байкало–Патомского нагорья. В пределах этих толщ на слабой растворимости пород сказалась стабилизирующая роль мерзлоты. Исключение составляют тектонически раздробленные породы в зоне отепляющего воздействия водных масс. Здесь одиночные поверхностные формы процесса сменяются глубинными. Известны катастрофические прорывы карстовых вод при вскрытии таких зон подземными горными выработками. Экологически нецелесообразно использовать породы данной степени закарстованности как основание для водоемких производств. Например, периодическая инфильтрация техногенных вод хвостохранилища Коршуновского ГОКа через провалы в карстово–тектонических пустотах приводит к загрязнению подземных и поверхностных вод. Аналогичная категория риска отмечается также при наличии маломощных слоев карстующихся пород в осадочных толщах.

Низкими значениями риска оценены просадочные деформации. На территории Иркутской области предрасположенные к ним лессовидные разновидности грунтов широко распространены, причем на наиболее благоприятных для освоения площадях. О просадке в природных условиях свидетельствуют реликтовые формы бугристо–западинного рельефа. В настоящее время этот процесс является детищем техногенеза и отличается точечным характером проявления. Высокая категория риска негативных деформаций характерна лишь для лессовых пород мощностью до 10 м и более, перекрывающих речные террасы и выположенные поверхности в остепненных районах юга области. Лессовидные породы на отложениях юрской угленосной формации отличаются одновременным проявлением набухания и просадочности при замачивании (средняя степень риска деформаций). Остальной платформенной части Иркутской области со спорадическим развитием лессовидных отложений присуща слабая степень риска проявления просадочных деформаций.

Рассмотренные факторы экологического риска действуют практически взаимосвязанно в различных сочетаниях, определяемых спецификой конкретной природной обстановки. Для оценки их совместного влияния методом пересечения контуров распространения геологических факторов выделены площади с их определенным набором и, соответственно, геодинамическим потенциалом территории. Степень совместного влияния геологических факторов на формирование негативных ситуаций оценивается показателем обобщенного экологического риска, равным сумме их индивидуальных значений в пределах конкретных выделов. В диапазоне от 8 до 35 и более баллов обособлены площади семи категорий обобщенного риска. Их пространственное распространение подчеркивает специфику платформенной и горно–складчатой частей области. Для последней характерно преобладание повышенного (более 20 баллов) уровня значений обобщенного риска с ведущей ролью сейсмического, эрозионного и гравитационного процессов. Экстремальные их проявления выделяют Южное Прибайкалье как наиболее уязвимую к техногенным воздействиям территорию. По направлению к платформе уровень значений обобщенного риска постепенно снижается при сохранении структуры ущербообразующих процессов.

В платформенной части Иркутской области имеют место все выделенные категории обобщенного риска, но изменяется, значительно расширяясь, их структура за счет факторов, характеризующих качество геологической среды. Наивысшим значением обобщенного риска отличается район г. Иркутска, где экологическим бедствием стал техногенный процесс подтопления, который, кроме прямой угрозы инженерным сооружениям, повышает сейсмичность территории и активизирует другие процессы. Участки высокого обобщенного риска приурочены также к неотектоническим депрессиям предгорных прогибов, зонам складок и площадям развития сульфатного карста. Повышение значений обобщенного риска в предгорных прогибах предопределено незащищенностью пресных вод от загрязнения солеными водами и рассолами. В целом платформенные выделы отличаются широким спектром геологических факторов риска при ведущей роли литогенных (карст, просадка, овражная эрозия, оползни) и криогенных процессов.

Комплексный характер показателя обобщенного риска открывает широкие возможности для обоснования рационального и экологически безопасного использования ресурсов геологической среды и упреждающей разработки типовых схем природоохранных мероприятий в соответствии со структурой ущербообразующих факторов.

Литература

1. Астраханцев В.И. Селевые явления // Братское водохранилище. Инженерная геология территории. – М.: Изд–во АН СССР, 1963.
2. Вологодский Г.П. Карст Иркутского амфитеатра. – М.: Наука, 1975.
3. Демьянович Н.И. Прогноз оползней на Ангарских водохранилищах. – Новосибирск: Наука, 1976.
4. Демьянович Н.И. Техногенные геологические системы городских агломераций и крупных промышленных узлов // Проблемы охраны геологической среды (на примере Восточной Сибири). – Новосибирск: ВО "Наука"; Сибирская издательская фирма, 1993.
5. Демьянович Н.И., Писарский Б.И. Криогидрогеологические процессы, связанные с техногенезом (на примере Коршуновского железорудного месторождения) // Криогидрогеологические исследования. – Якутск: Изд–во Института мерзлотоведения СО АН СССР, 1985.
6. Лещиков Ф.Н. Мерзлые породы Приангарья и Прибайкалья. – Новосибирск: Наука, 1978.
7. Литвин В.М., Боярский О.Г., Максимова Л.Н. Геокриологические условия Байкало–Патомского региона // Горные страны юга СССР. Под ред. Э.Д. Ершова. – М.: Недра, 1989.
8. Молодых И.И. Лессовые породы южной части Ангаро–Окинского междуречья. – Иркутск, 1958.
9. Пуляевский Г.М., Овчинников Г.И., Тарасов В.В. Развитие абразионных берегов на Ангарских водохранилищах // Формирование берегов Ангаро–Енисейских водохранилищ. – Новосибирск: Наука, СО, 1988.
10. Рященко Т.Г. Литогенез и инженерно–геологическая оценка четвертичных отложений (Восточная Сибирь). – Новосибирск: Наука, 1984.
11. Солоненко В.П. Очерки по инженерной геологии Восточной Сибири. – Иркутск: Кн. изд–во, 1960.
12. Тржцинский Ю.Б., Будз М.Д., Зарубин Н.Е. Оползни, сели, термокарст в Восточной Сибири и их инженерно–геологическое значение. – М.: Наука, 1969.
13. Филиппов В.М. Динамика карста Ангарских водохранилищ. Автореф. дисс. канд. геол.–мин. наук. – Л., 1988.