Изменение гидрогеологических условий при строительстве Северо-Муйского тоннеля БАМ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат геолого-минералогических наук Грабарь, Александр Викторович

• Грабарь, Александр Викторович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Грабарь, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ, КАК ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

1.1. РЕЛЬЕФ.

1.2. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ.

1.3. КЛИМАТ.

1.4. МЕРЗЛОТНЫЕ УСЛОВИЯ.

1.5. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ.

1.6. НЕОТЕКТОНИКА И СЕЙСМИЧНОСТЬ.

Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ.

2.1. КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАССИВАХ.

2.3. ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В МЕЖГОРНЫХ ВПАДИНАХ

Глава 3.СХЕМАТИЗАЦИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КАК ОСНОВА ОЦЕНКИ ТЕХНОГЕНЕЗА.

3.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СЕВЕРО-МУЙСКОГО ТОННЕЛЯ.

3.2. ОБВОДНЕННОСТЬ КАК ОСНОВНОЙ ФАКТОР, ПРЕПЯТСТВУЮЩИЙ СТРОИТЕЛЬСТВУ.

3.3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ОБВОДНЕННОСТИ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД.

Глава 4. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ С ПОЗИЦИЙ ВЫДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ.

4.1. ПРОБЛЕМА АНАЛИЗА ДАННЫХ И СОСТОЯНИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕОЭКОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ.

4.2. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ.

4.3. ВЫДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ БЛОКОВ В ПРЕДЕЛАХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО МАССИВА.

4.3.1 Формализация поставленной задачи.

4.3.2 Выделение геологических неоднородностей на основе многомерного анализа данных.

4.3.3 Идентификация блоковой структуры гидрогеологического массива

Северо-Муйского хребта.

4.4. БЛОКОВЫЕ ВОДЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАССИВОВ И ИХ МЕСТО В

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМАТИКЕ.

Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННОГО РЕЖИМА БЛОКОВЫХ ВОД НА УЧАСТКЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЯ.

5.1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОПРИТОКОВ В ВЫРАБОТКИ СМТ.

5.2. РАЗВИТИЕ ТЕХНОГЕННОГО НАРУШЕНИЯ РЕЖИМА И УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СМТ

5.2.1 Западный участок.

5.2.2 Четвертая тектоническая зона.

5.2.3 Восточный участок, Третья тектоническая зона и гольцовая часть СМТ.

5.3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ТЕХНОГЕННОГО РЕЖИМА БЛОКОВЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изменение гидрогеологических условий при строительстве Северо-Муйского тоннеля БАМ»

Актуальность проблемы. В практике строительства крупных линейных сооружений Северо-Муйский тоннель (СМТ) Байкало-Амурской железнодорожной магистрали (БАМ) является уникальным по протяженности и горно-геологическим условиям. Его длина 15,3 км, глубина заложения до 900 м. Проходка осуществляется в сложных тектонических условиях рифтовой зоны при высокой сейсмичности с участками развития многолетнемерзлых пород и проявлений термальных вод. Трасса тоннеля пересекает наряду с положительной морфоструктурой (кристаллический массив) отрицательные формы (зарождающиеся межгорные впадины). Мощность тектонических разломов достигает сотен метров. Такое разнообразие условий привело к методическим трудностям при прогнозах общих водопритоков, устойчивости горных пород массива, тектонической обстановки и других факторов осложняющих строительство. В свою очередь это сказалось на сроках сооружения тоннеля. Сложность горно-геологических условий не была адекватно оценена в период изысканий и проектирования, что вызвало неоправданное и труднооценимое удорожание строительства. Отсутствие достаточно полной информационной базы и понимания геологических процессов, возникающих при нарушении естественных условий горного массива, привело к осложнениям строительства и крупным авариям, повлекшим человеческие жертвы. Вместо целесообразной продолжительности в 7-9 лет строительство длится более двадцати лет не завершено и до сих пор. Увеличение сроков строительства тоннеля привело к последовательному сооружению двух обходных железнодорожных веток через Ангараканский перевал Севе-ро-Муйского хребта (временного обхода с уклонами до 0,040 длиной 27 км в 1984 г. и постоянной обходной трассы с уклонами до 0,018 длиной 68 км в 1989 г.). Строительство разветвленной сети основных и вспомогательных дорог, станций, тоннелей, про-тиволавинных галерей, выемок, мостов и других искусственных сооружений повлекло не только значительные материальные затраты, но и изъятие дополнительных территорий и ресурсов уникального региона бассейна оз. Байкал.

При строительстве СМТ было разработано и вынуто около 1,5 млн. м3 горных

•а пород и откачивалось ежегодно до 90 млн. м подземных вод. Это не могло не отразиться на состоянии ландшафтов, поверхностных и подземных вод. Два последних компонента экосистемы (литогенного комплекса) наиболее быстро и репрезентативно реагируют на изменения, происходящие в массиве при проходке горных выработок.

Значительная часть техногенной нагрузки приходится на площади, примыкающие к СМТ. Широкое распространение многолетнемерзлых пород осложняет деятельность по освоению территорий и повышает уязвимость природных комплексов. Однако до настоящего времени не проводилось работ по оценке воздействия строительства на окружающую среду (ОВОС) и объемов изъятия природных ресурсов.

Результаты гидрогеологических съёмочных работ и научных исследований гидрогеологов позволяют на данном этапе оценить влияние строительства СМТ на экосистему лишь в первом приближении, поскольку, по экономическим причинам сеть и программа мониторинга за состоянием подземных и поверхностных вод неуклонно сокращается.

До настоящего времени режим формирования подземных вод в кристаллических массивах изучен довольно слабо. Имеющиеся материалы свидетельствуют о крайнем разнообразии сезонной, годовой и многолетней динамики компонентов водного баланса и режима подземных вод.

При строительстве СМТ произошло глубокое нарушение естественных гидрогеологических условий. Многие техногенные изменения гидрогеологических условий имеют уже сейчас необратимый характер. Качественное и количественное изменение запасов и ресурсов подземных вод прилегающего к тоннелю горного массива можно оценить только на основе данных гидрогеологических режимных наблюдений. Однако для рациональной организации сети наблюдений за состоянием подземных вод необходимы знания общих закономерностей формирования ресурсов подземных вод. Эти закономерности в настоящее время обусловлены влиянием природных условий и техно-ген еза, разделить которые достаточно трудно, а часто и практически невозможно. Это определяет комплексный характер проблемы и требует привлечения обширного фактического материала и разнообразных методов исследований.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является выявление закономерностей изменения гидрогеологической обстановки и состояния горного массива в процессе сооружения СМТ. Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

- систематизировать сведения о природных условиях строительства;

- провести натурные наблюдения трещиноватости кристаллических пород в СМТ и обобщить данные других исследователей по инженерно-геологическим и геофизическим параметрам горного массива;

- систематизировать результаты собственных гидрогеологических режимных наблюдений и обобщить гидрологические и гидрогеологические исследования участка СМТ других авторов;

- установить влияние техногенеза на основные параметры состояния поверхностной и подземной гидросферы;

- разработать практические приемы идентификации состояния гидрогеологи5 ческой структуры в кристаллических массивах.

Методика исследований, фактический материал и личный вклад автора.

Исследования выполнены как на основе стандартных геолого-гидрогеологических, мерзлотных, горных методов изучения пород и гидросферы (съемочные работы, режимные наблюдения, инструментальные измерения и пр.), так и с применением не стандартных методов и приемов исследований (водно-балансовые, гидрометрические, изотопные и др.) Фактические материалы получены и собраны лично автором в период 1981-99 гг., а так же заимствованы с соответствующими ссылками у других исследователей и организаций. При анализе фактического материала привлекались результаты геолого-тектонических, геофизических и гидрогеологических исследований, проводившихся в пределах северной ветви Байкальской рифтовой зоны различными организациями Министерства Геологии СССР и Академии Наук СССР (РАН).

Методика исследований включала:

- анализ и обобщение опыта исследований по оценке воздействия линейных сооружений на среду и причин осложняющих строительство;

- обобщение данных по режиму подземных вод в отдельных пунктах и участках строительства с использованием математического аппарата анализа данных;

- обработку результатов опытно-фильтрационных работ;

- оценку и картографирование водопритоков и трещиноватости горных пород при проходке выработок СМТ, измерения локальных и суммарных водопритоков на отдельных участках;

- проведение и обработку специализированного геофизического зондирования;

- организацию сети мониторинга за режимом подземных вод на прилегающей территории и состоянием массива.

Научная новизна работы. В работе получают дальнейшее развитие представления о формировании ресурсов и запасов трещинных и трещинно-жильных вод, обращается внимание на необходимость опережающего и более детального изучения их режима. Такие исследования должны явиться неотъемлемой частью ОВОС и входить в состав работ по проведению экологических экспертиз при строительстве крупных горных выработок. Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Обосновывается необходимость представления новой категории трещинных вод - подземных вод блоковых структур кристаллических массивов.

2. Разработана методика идентификации неоднородностей (границ блоковых структур) с использованием методов распознавания образов на основе комплекса геологической, гидрогеологической и геофизической информации.

3. Доказывается, что строительство крупного линейного сооружения в кристаллическом массиве приводит к локальным изменениям режима подземных вод обусловленных блоковой структурой.

4. Наибольшие деформации гидрогеологических условий обусловлены резким возрастанием скоростей инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод (до полного поглощения поверхностных) водотоков.

5. Катастрофические прорывы водогрунтовых масс в горные выработки рассматриваются как следствие антропогенеза.

6. Дается оценка вертикальных скоростей движения подземных вод.

Практическая значимость. Применение разработанных и апробированных практических приемов изучения горно-геологических условий проходки обеспечивает проведение объективной оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) и экологическую экспертизу такого рода объектов. Результаты выполненных исследований создают необходимую основу для совершенствования прогноза водопритоков в горные выработки и оптимизации сети мониторинга подземной гидросферы как при строительстве, так и при эксплуатации сооружения. Это позволит сократить сроки сооружения и минимизировать отрицательные воздействия на гидросферу района строительства.

Результаты исследований автором применялись в практической деятельности:

1. При изучении геологических условий строительства Северо-Муйского и других тоннелей БАМ, регионального и локального режима подземных вод Севера Бурятии, при организации гидрогеологической режимной сети Северо-Муйского геодинамического полигона в рамках геологоразведочных работ Северобайкальской и Севе-ро-Муйской геологоразведочных экспедиций ПГО "Бурятгеология" Министерства геологии СССР (1983-89 г.).

2. При разработке дренажных систем для обеспечения нормальной эксплуатации Северо-Муйского и Байкальского тоннелей БАМ; при применении специальных способов проходки горных выработок Северо-Муйского тоннеля (закрепление грунтов и дренаж подземных вод) в сложных инженерно-геологических условиях; при разработке предложений для оптимизации проектных решений сооружения дренажных систем Северо-Муйского тоннеля. Внедрение результатов проводилось в рамках договорных научно-исследовательских работ Лаборатории строительства тоннелей БАМ Центрального научно-исследовательского Института транспортного строительства Министерства транспортного строительства СССР (ЦНИИС) (в последствии Научно-исследовательского тоннельного центра "Сибтон"), выполнявшихся для Института «Ленметрогипротранс» - генерального проектировщика Северо-Муйского тоннеля

1990-97 г.).

3. При проведении поисков термальных вод в окрестностях п. Северомуйск Республики Бурятия и прогнозировании сезонных колебаний водопритоков в горные выработки Северо-Муйского тоннеля в рамках геологоразведочных и научно-исследовательских работ Научно-производственной фирмы ТИДЭК" по договорам с администрацией Муйского района Бурятии и Восточно-Сибирской железной дорогой МПС СССР (1994-96 г.).

4. При проведении опытно-миграционных гидрогеологических исследований Межхозяйственного объединения "БайкалГео" на одном из участков строительства Северо-Муйского тоннеля со сложными гидрогеологическими условиями по заказу Управления строительства «БАМтоннельстрой» Минтрансстроя СССР (1990 г.).

5. При выполнении гидрогеохимических и изотопных исследований по трассе Северо-Муйского тоннеля Межхозяйственным объединением "БайкалГео" и Иркутским государственным университетом по заказу ПГО "Бурятгеология" Министерства геологии СССР (1992 г.).

6. При оценке неоднородности пласта Воскресенских глин в основании центрального ядра Московского международного делового центра «Москва-Сити» проведении научно-исследовательских работ для обеспечения безопасного вскрытия котлована по решению штаба строительства (1999 г.).

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований неоднократно докладывались на научных конференциях и совещаниях. Впервые на аномальные водопритоки в СМТ автор обратил внимание членов Совета по координации научно-исследовательских работ в зоне БАМ Мингео СССР (КНИР БАМ) в 1983 году в г. Улан-Удэ. В процессе выполнения работы, результаты докладывались: на региональной научной конференции "Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири" (Иркутск, 1986); на совещании "Геолого-геоморфологические и водохозяйственные аспекты изучения рек Сибири" (Новосибирск, 1987); на XIV конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1990); на Всесоюзном совещании "Разломообразование в литосфере: тектонофизические аспекты" (Иркутск, 1991); на XIII Всесоюзном совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (Иркутск-Томск, 1991); на XVIII Международной научной конференции по результатам работы Советско-Монгольской комплексной Хубсугульской экспедиции (Иркутск, 1992); на научной конференции в Институте гидрогеологии и гидрофизики АН Казахстана, посвященной 80-летию со дня рождения академика У. М. Ахмедсафина (Алма-Ата, 1992); на Международном семинаре по применению математических методов в геологии «Горнорудный Пршибрам» (Прага, 1994); на Второй экологической конференции молодых ученых, посвященной Всемирному дню окружающей среды (Москва, 1998); а также на семинарах факультета гидрогеологии и инженерной геологии Китайского геологического университета (г. Пекин, г. Ухань) и института водного хозяйства в г. Тайюань в 1991 - 1994 гг.

Ряд положений диссертации апробировался при разработке технических предложений и рекомендаций по проходке горных выработок и сооружению дренажных систем Северо-Муйского и Байкальского тоннелей БАМ. Они входят в состав отчетов по научно-исследовательским работам Лаборатории строительства тоннелей БАМ ЦНИИС (в последствии Научно-исследовательского тоннельного центра "Сибтон") за 1990-96 гг. Эти предложения и рекомендации рассматривались на соответствующих научно-технических совещаниях и рекомендовались для использования при проектировании, сооружении и эксплуатации Северо-Муйского и Байкальского тоннелей.

По теме диссертации было опубликовано 5 статей и ряд тезисов докладов.

Структура работы. Диссертация общим объемом 1Ь 7 страниц состоит из Введения, 5 глав, и Заключения. Содержит 42 рисунка, 20 таблиц и список литературы |Г? наименований.

Заключение диссертации по теме «Экология», Грабарь, Александр Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований позволили обобщить полученную информацию в следующие выводы.

Анализ распространения горно-теологических явлений позволяет сделать вывод об увеличении частоты их встречаемости при увеличении геостатического давления и напоров подземных вод при прочих равных условиях. Главной причиной возникновения выбросов и выносов водогрунтовых масс является высокий напор подземных вод. В условиях интенсивной тектонической раздробленности и высокой неотектонической активности аномально высокая обводненность массива становится основным фактором, осложняющим проходку горных выработок на значительных глубинах. Вместе с тем проходка горных выработок в таких условиях приводит к нарушению, прежде всего, гидрогеологических условий.

Разработанная методика оценки трещиноватости массива позволяет формализировать субъективные данные об интенсивности трещиноватости и преобразовать их в количественный вид. Средние индексы трещиноватости массива по трассе СМТ изменяются от 2,33 до 4,46, что соответствует степени трещиноватости горных пород от трещиноватых до раздробленных.

Статистическая обработка выборок большого объема (более 10 тыс. замеров) выявила отсутствие надежной связи водопритоков в горные выработки со степенью трещиноватости пород. Коэффициенты корреляции удельных водопритоков и трещиноватости не превышает 0,15 - 0,32, а в ряде случаев имеет место слабая обратная корреляционная связь. Отсутствие тесной связи дает основание предположить, что водопритоки обусловлены проявлением структурной композиции элементов формирующих гидрогеологический массив как целостную систему.

Проведенная декомпозиция гидрогеологического массива позволяет представить его в виде следующей таксономической иерархии: водоносная трещина => водоносная зона трещиноватости => водоносный комплекс пород => водоносный блок пород => гидрогеологический массив.

В качестве методологической основы изучения влияния строительства СМТ на гидрогеологические условия использована систематизация (типологический анализ) неоднородностей кристаллического массива. Эффективным методическим инструментом при такой постановке являются принципы и подходы построения различных моделей в рамках анализа данных.

Разработанные этапы построения региональных гидрогеологических моделей реализованы с помощью эмпирических классификаций или методологии распознавания образов.

Создание классификационных моделей для оценки неоднородностей кристаллических массивов в рамках системной методологии является эффективным и оправданным методическим приемом познания закономерностей формирования трещинных подземных вод.

Объективность построения классификационных моделей достигается предварительным анализом эмпирической информации с выделением и интерпретацией генетических группировок признаков.

Применение для этих целей факторного анализа позволяет выделить комбинации признаков, наиболее эффективно отражающих процессы формирования трещинных вод

234 238 18 в зоне выветривания (НСОз, Са, N3, ^\]Га\] и 8 О). Процессы метаморфизации подземных вод в зонах глубокой циркуляции трещинных вод наилучшим образом отражают следующие признаки: температура и минерализация подземных вод, содержания двуокиси кремния, 1л, ЛЬ и трития.

Комбинации перечисленных признаков, наряду с параметрами водоносности и трещиноватости массива, использованы в типологических задачах как индикаторы поиска границ для выявления блоковой структуры массива.

Решением обратных задач классификации подтверждены высокие диагностические свойства перечисленных выше совокупностей признаков. Это дает возможность их широкого использования при прогнозе техногенного воздействия горных работ на массив и создания на основе использования этих признаков системы литомониторинга.

Подземные воды блоковых структур - это трещинные воды, циркулирующие в обособленных блоках горных пород, ограниченных проницаемыми, полупроницаемыми и непроницаемыми тектоническими нарушениями. Для таких вод характерно преобладание вертикального водообмена над горизонтальным (межблоковым) и, как следствие, единство режима подземных вод. Блоковые структуры имеют присущие только им характерные особенности цикла питание - транзит — разгрузка подземных вод.

Выявленная блоковая структура массива подтверждена специальными исследованиями с применением изотопии трития и гелия-3 для оценки скоростей вертикальной фильтрации метеогенных вод. Полученные данные (табл. 4.9) свидетельствуют о высокой неоднородности условий формирования трещинных вод, которая вызвана активным изменением гидрогеологических условий массива.

Категория блокового типа скопления трещинных вод, с нашей точки зрения, позволяет наиболее достоверно выявлять и интерпретировать процессы техногенного воздействия глубокого дренажа гидрогеологического массива, поскольку она отражает единство формирования режима трещинных вод. Как следствие вышесказанного -блоковая структура с учетом выделяемых границ дает основу организации оптимальной сети литомониторинга.

В соответствии с существующими систематиками резервуаров подземных вод водоносный блок массива рекомендуется ввести как промежуточную единицу между резервуарами микро- и мезоразмеров, а при гидрогеологическом районировании - как промежуточную градацию между площадью и районом (округ).

Развитие техногенного режима подземных вод в кристаллических массивах имеет выраженную стадийность и происходит по следующей схеме:

- Резкое повышение водопритока или значительные выбросы водогрунтовых масс происходят на начальном этапе вскрытия блоков в пределах их границ - мощных (до нескольких десятков м) тектонических разломов, заполненных дезинтегрированными до минеральных зерен и тектонической глины кристаллическими породами;

- В таких структурах образуется тиксотропная система «вода-заполнитель» с преобладанием вертикального водообмена по сети глубокопроникающих тектонических трещин. Скорости вертикального движения метеогенных вод в ненарушенных дренажем условиях могут достигать первых сотен м в год;

- Основная причина выбросов водогрунтовых масс - потеря устойчивости субстрата в результате динамического воздействия на горный массив;

- Развитие депрессионной поверхности трещинных вод по мере проходки горных выработок приводит к сработке запасов трещинных вод, что определяет снижение водопритоков до вскрытия очередного блока;

Характер развития депрессионной поверхности трещинных вод при вскрытии кристаллического массива обусловлен его блоковым строением. Это нашло проявление в следующих особенностях:

- Дискретном характере воздействия, приводящему к изломанному плану гидроизогипс за счет значительных градиентов потока на граничных участках;

Перераспределением подземного стока в верхней части трещиноватого массива с латеральной формы движения на вертикальную;

- Резким возрастанием скоростей вертикальной фильтрации в зонах крупных тектонических нарушений с сотен до тысяч м/год;

Перехвату и постоянному переводу поверхностных вод в подземный сток, что способствует деградации многолетнемерзлых пород;

- Перехвату восходящих потоков холодных и термальных напорных вод с последующим их смешением в дренажной выработке и, следовательно, потерей не только составляющей водного баланса, но и компонента экосистемы;

На западном участке СМТ вскрытие выработками тоннеля привело к перехвату до 60% стока р. Итыкит, вовлечению трещинных вод как дополнительного источника питания вод рыхлых четвертичных отложений, исчезновению выхода на поверхность Итыкитского термального источника и ряда холодных родников.

Величина привлеченных запасов подземных вод для западного участка составила 45,5 млн. м3, привлеченные ресурсы 3050 м3/ч, а удельная величина привлеченных ресурсов, как характеристики гидрогеодинамических изменений, 0,74. Наибольшее значение последнего параметра (1,25) выявлено в П-6 водоносном блоке, что очевидно, объясняется степенью раскрытости этого блока.

В Четвертой тектонической зоне произошло коренное преобразование режима формирования трещинных подземных вод, которое проявляется резким увеличением градиентов напоров на границах блоков, что, в свою очередь, обусловило вовлечение дополнительных ресурсов за счет перетоков подземных вод. Такое искусственное расширение областей питания привело в 1985 г. к поглощению воды в объеме до 490 м3/ч за счет поверхностных водотоков. Это пагубно сказалось на естественном водном режиме ряда безымянных водотоков, особенно в зимнее время.

В пределах Восточного участка СМТ привлеченные запасы подземных вод составили 69,0 млн. м3, привлеченные ресурсы - 3900 м3/ч, при средней удельной величине 0,62. Колебания последнего параметра составляют от 0,37 до 1,20, что обусловлено различными особенностями питания трещинных вод соответствующих блоков.

Строительство тоннеля привело к исчезновению выхода Окусиканского крупнодебитного (более 20 л/с) термального источника, который по праву можно было отнести к памятникам природы, оздоровительному, научному и эстетическому объекту.

Неуправляемое развитие депрессионной поверхности подземных вод привело к перехвату поверхностных вод р. Окусикан (более 2000 м3/ч), оз. Перевального (снижение уровня до 1 м), других более мелких водотоков и родников. Произошло изменение структуры водного баланса и перестройка условий питания всех поверхностных водотоков и большинства выходов подземных вод.

Для суммарных водопритоков отдельных блоков «ненарушенность» их сезонного хода связана с активным проникновением значительных объемов поверхностных вод по практически открытой системе вертикальной трещиноватости. Это позволяет для прогноза изменчивости водопритоков использовать данные по атмосферным осадкам с учетом их релаксации на процессы инфильтрации.

Получены уравнения регрессии, позволяющие осуществлять прогноз водопритоков в условиях техногенных изменений (перевода части поверхностного и подземного стоков в более глубокие части массива) с учетом блокового строения и изменчивости атмосферных осадков.

Специально проведенные исследования по оценке изменения качественного состава поверхностных и подземных вод (режимом было охвачено около 30 показателей) не выявили сколько-нибудь значимых следов загрязнения, что обязано отсутствию крупных промышленных объектов в регионе.

С учетом изменений гидрогеологических условий вызванных строительством СМТ намечены основные направления дальнейших исследований. Они могут быть определены как оценка экологической безопасности при эксплуатации тоннеля. Такое направление работ будет эффективно только при организации действующей сети литомониторинга. Проведение таких работ может быть в двух направлениях: по линии создания нового геодинамического полигона (предсказание землетрясений и нежелательных инженерно-геологических явлений) и экологического литомониторинга в условиях техногенеза. С учетом специфики воздействия СМТ на окружающую среду сформулированы общие принципы организации системы мониторинга.

Вышеизложенное позволяет обобщить выводы диссертационной работы в следующие защищаемые положения:

1. Блоковый тип формирования трещинных вод в тектонически активных кристаллических массивах достаточно адекватно раскрывает процессы перестройки гидродинамического режима подземных вод, ваызванные строительством СМТ. Преобладание в блоках пород вертикального водообмена над горизонтальным, делает маловероятным существование латеральных перетоков в массивах. Это обусловлено увеличением скоростей вертикальной фильтрации, что влечет за собой резкое возрастание роли межблоковых границ.

2. Разработана методика идентификации блоковых структур гидрогеологических массивов с применением методов многомерного математического анализа. В основу методики положено выявление структурной неоднородности массивов кристаллических пород на основе идентификации промежуточных неоднородностей (подтипов). Решением обратных классификационных задач определена оптимальная система признаков (индикаторов), позволяющих эффективно выявлять гидродинамические и гидрогеохимические типы (особенности), образующиеся при влиянии строительства СМТ.

3. Впервые для элементов кристаллического массива проведена оценка скоростей вертикальной фильтрации подземных вод, позволяющая его рассматривать как целостную гетерогенную гидравлическую систему. Высокая степень раскрытости гидрогеологической структуры делает подземные трещинные воды уязвимыми практически для всех видов загрязнителей

4. Развитие депрессионной поверхности подземных вод зависит от вскрытия дренажными выработками соответствующих блоков массива и определяется граничными условиями этих блоков. Ускорение вертикальной инфильтрации атмосферных и поверхностных вод в покровных крупнообломочных отложениях могут привести к изменениям геотемпературных полей, а также повлечь перестройку зоны аэрации, криолитозоны и других элементов экосистемы.

5. Результаты выполненных исследований создают необходимую основу для проведения ОВОС и экологических экспертиз при сооружении крупных объектов в пределах кристаллических массивов, совершенствования прогноза водопритоков в горные выработки и оптимизации сети литомониторинга, как при строительстве, так и при эксплуатации сооружения. Это позволит сократить сроки сооружения и минимизировать отрицательные воздействия на гидросферу района строительства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Грабарь, Александр Викторович, 1999 год

1. Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. Классификация многомерных наблюдений - М.: Статистика. 1974. - 240 с.

2. Айвазян С. А., Енюков И. С., Мешалкин Л. Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -471 с.

3. Ан В.В. Своеобразие мерзлотной обстановки в Муйской и Чарской впадинах. В кн.: Геокриологические условия Байкало-Амурской магистрали. Якутск: 1980. - С. 50-63.

4. Ан В.В., Любомиров A.C., Соловьева Л.Н. Геокриологические условия Байкало-Становой части зоны БАМ. Новосибирск: Наука, 1984. 152 с.

5. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. М.: Физматгиз, 1963.-520 с.

6. Артюшков Е.В. Геодинамика. М.: Наука, 1979. - 326 с.

7. Антыпко Б.Е. Гидрогеологические емкости горно-складчатых областей СССР. М.: Недра, 1986. 141 с.

8. Атлас Забайкалья. М. Иркутск: ГУГК, 1967. - 167 с.

9. Белонин М.Д., Голубева В.А., Скублов Г.Т. Факторный анализ в геологии. М.: Недра, 1982.-269 с.

10. Ю.Богданов Г.Я., Кононов В.М. Некоторые вопросы гидрогеологической стратификации. Изв. вузов. Геология и разведка, 1975, №2. - С. .99-104.

11. Бугаец А.Н., Дуденко Л.Н. Математические методы при прогнозировании месторождений полезных ископаемых. Л.: Недра, 1976. 270 с.

12. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. -М.: Наука, 1977.-240 с.

13. Воронин Ю.А. Теория классифицирования и ее приложение. Новосибирск: Наука, 1985.

14. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1980.- 355 с.

15. Геокриологические условия зоны Байкало-Амурской магистрали / Под ред. Л.И. Красного. М., 1978. 170 с.

16. Геология зоны БАМ. Т. 1. Геологическое строение/М-во геологии СССР. ВСЕГЕИ. -Л.: Недра, 1988.-443 с.

17. Геология зоны БАМ. Т. 2. Гидрогеология и инженерная геология/М-во геологии СССР. ВСЕГЕИ. ВСЕГИНГЕО. Л.: Недра, 1988. - 447 с.

18. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Гидрогеология / Е.В. Пиннекер, Л.Л Шабынин, В.Г Ясько и др. Новосибирск: Наука, 1984. 167 с.

19. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Инженерная геология и инженерная сейсмология / О.В. Павлов, В.И. Джурик, А.Ф. Дреннов и др. Новосибирск: Наука, 1985.- 192 с.

20. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Неотектоника / ред. H.A. Логачев. -Новосибирск: Наука, 1984. 207 с.

21. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Структурно-вещественные комплексы / Замараев С.М., Грабкин О.В., Мазукабзов A.M. и др. Новосибирск: Наука, 1983.

22. Гидрогеология Азии / ред. H.A. Маринов. М.: Недра, 1978. - 575 с.

23. Гидрогеология СССР, т. XXII, Бурятская АССР. М: Недра, 1970. - 432 с.

24. Гидрологическая изученность. Забайкалья. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - Т. 16. -Вып. 3.-159 с.

25. Голубев В.А. Тепловые и химические характеристики гидротермальных систем Байкальской рифтовой зоны. Сов. Геология, 1982, №10. С. 100-108.

26. Грабарь A.B. Анализ гидрогеологических условий проходки одного из участков транспортно-дренажной штольни Северо-Муйского тоннеля. // Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири: Тез. докл. Иркутск: ИГУ, 1986

27. Грабарь A.B. Закономерности формирования водопритоков в горные выработки Северо-Муйского тоннеля // XIV конференция молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (9-11 апреля 1990): Тез. докл. Иркутск,: ИГУ. - 1990. -С.116-117.

28. Грабарь A.B. Тектонические разломы и блоковое строение гидрогеологического массива по материалам проходки Северо-Муйского тоннеля // Тектонофизические аспекты разломообразования в литосфере: Тез. докл. Иркутск: ИЗК СО АН СССР. - 1990.-С.153-154.

29. Грабарь A.B. Техногенное влияние строительства Северо-Муйского тоннеля БАМ на гидрогеологические условия // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности», 1997, №2. С.78-82.

30. Грабарь A.B., Белокопытов В.Н. К определению гидрогеологических параметров горных пород. // Транспортное строительство, 1988, №5. С.17-19.

31. Девис Дж. Статистика и анализ геологических данных. М.: Мир, 1977. 572 с.

32. Дементьев Л.Ф., Жданов М.А., Кирсанов А.И. Применение математической статистики в нефтегазопромысловой геологии. М.: Недра, 1977.

33. Дубровский С.А. Прикладной многомерный статистический анализ. М.: Финансы и статистика, 1982. - 216 с.

34. Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. М.: Статистика, 1977. - 127 с.

35. Елисеева И.Н., Руковишников B.C. Группировка, корреляция, распознавание образов. -М.: Статистика, 1977. 144 с.

36. Енюков И.С. Методы алгоритмы, программы многомерного статистического анализа: Пакет ППСА. М: Финансы и статистика, 1986. - 232 с.

37. Зальцберг Э.А. Статистические методы прогноза естественного режима уровня грунтовых вод. Л.: Недра, 1976. - 101 с.

38. Зекцер И.С. Закономерности формирования подземного стока и научно-методические основы его изучения. М.: Наука, 1977. - 172 с.

39. Зорин Ю.А. Новейшая структура и изостазия Байкальской рифтовой зоны и сопредельных территорий. М.: Наука, 1971. 168 с.

40. Иберла К. Факторный анализ. М.: Статистика, 1980. - 298 с.

41. Йереског К.Г., Клован Д.И., Реймент Д.И. Геологический факторный анализ. Л.: Недра, 1980.-223 с.

42. Караванов К.П. Бассейны подземных вод горно-складчатых областей Восточной Азии. М.: Наука, 1977. -144 с.

43. Караванов К.П. Типизация подземных водоносных систем. М.: Наука, 1980. -152 с.

44. Кендал К. Анализ временных рядов М.: Мир. - 1982. - 704 с.

45. Климатические особенности зоны БАМ. Новосибирск: Наука, 1979. 144 с.

46. Косыгин Ю.А. Тектоника. М.: Недра, 1983.

47. Ковалевский B.C. Многолетние колебания уровней подземных вод и подземного стока. М.: Наука, 1976. - 270 с.

48. Ковалевский B.C. Многолетняя изменчивость ресурсов подземных вод. М.: Наука, 1983.-205 с.

49. Коган Р.И., Белов Ю.П., Родионов Д.А. Статистические ранговые критерии в геологии. М.: Недра, 1983. - 136 с.

50. Крамбейн У., Грейбилл Ф. Статистические модели геологии. М.: Мир, 1969. -397 с.

51. Крамбейн У., Кауфман М., Мак-Кеммон Р. Модели геологических процессов. -М.: Мир, 1973.- 150 с.

52. Лещиков Ф.Н., Зарубин Н.Е. Геокриологические условия Прибайкалья. В кн.Геокриологические условия Забайкалья и Прибайкалья. М.: Наука, 1967. - С. 51 -69.

53. Лещиков Ф.Н. Мерзлые породы Приангарья и Прибайкалья. Новосибирск: Наука, 1978. 141 с.

54. Литвиновский Б.А., Андреев Г.В., Конников Э.Г. Магматизм западной части зоны БАМ // Магматизм и метаморфизм зоны БАМ и их роль в формировании полезных ископаемых. Новосибирск: Наука, 1983.

55. Литвиновский Б.А., Занвилевич А.Н. Палеозойский гранитоидный магматизм Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1976.

56. Ломоносов И.С. Геохимия и формирование современных гидротерм Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: наука, 1974. 165 с.

57. Ломоносов И.С., Пиннекер Е.В., Беляев В.Б. и др. Новые данные о современных гидротермах зон глубинных разломов Байкальской рифтовой зоны //Тезисы Всес. Совещ. по подземным водам Востока СССР. Иркутск - Южно-Сахалинск. - 1988. -С.62.

58. Лоули Д., Максвелл А. Факторный анализ как статистический метод. М.: Мир, 1967.- 141 с.

59. Львов A.B. Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на западной части Амурской ж. д. в условиях «вечной мерзлоты» почвы. Иркутск, 1916. 881 с.

60. Маринов H.A. Принципы и схемы гидрогеологического районирования Азии // Подземные воды Сибири и Дальнего Востока. М., 1971. - С. 33 - 34.

61. Мацегора А.Г., Безродный К.П., Бессолов В.А., Грабарь A.B. Комплексное водопонижение при преодолении протяженных зон водонасыщенных грунтов. // Научно-технический информационный сборник. М.: ВПТИТРАНССТРОЙ. - 1990. -С. 15-20.

62. Многолетнемерзлые горные породы Станового нагорья и Витимского плоскогорья / Некрасов И.А., Заболотный С.И., Климовский И.В., Шасткевич Ю.Г. М.: Наука, 1967.- 168 с.

63. Некрасов И.А. Наледи восточной части Станового нагорья. В кн.: Наледи Сибири. М.: Наука, 1968. - С. 16 - 30.

64. Некрасов И.А., Климовский И.В. Вечная мерзлота зоны БАМ. Новосибирск: Наука, 1978. 115 с.

65. Некрасов H.A., Климовский М.В., Ан В.В. К методике изучения подземных льдов в зоне БАМ. В кн.: Регион и криолитологические исследования в Сибири. Якутск, 1979.-С. 17-27.

66. Мостеллер Ф., Тьюки Дж. Анализ данных и регрессия. М.: Финансы и статистика, 1982. - Вып. 2. - 239 с.

67. Мурзин Ю.А. Геокриологические условия Ангараканского перевала Северо-Муйского хребта. В кн.: Природа и хозяйство Сибири. Якутск, 1977. - С. 8 - 9.

68. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия/ C.J1. Шварцев, Е.В. Пиннекер, А.И. Перельман и др. Новосибирск: Наука, 1982. 286с.

69. Основы гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах/ Е.В. Пиннекер, Б.И. Писарский, C.JI. Шварцев и др. Новосибирск: Наука, 1982. 239с.

70. Основы гидрогеологии. Общая гидрогеология/ Е.В. Пиннекер, Б.И. Писарский, C.J1. Шварцев и др. Новосибирск: Наука, 1980. 225с.

71. Пампура В.Д., Сандимирова Г.П. Геохимия и изотопный состав стронция в современных гидротермальных системах. Новосибирск: Наука, 1991. 205 с.

72. Петров В.Г. Наледи Амуро-Якутской магистрали. Л.: Изд-во АН СССР, 1950. 177 с.

73. Пиннекер Е.В. Значение изотопных определений при изучении месторождений подземных вод (на примере Восточной Сибири). В кн.: Месторождения подземных вод Иркутской области. Л: Недра, 1974. - С. 14-31.

74. Пиннекер Е.В., Писарский Б.И. Подземные воды зоны Байкало-Амурской магистрали. Новосибирск: Наука. 1977. 86 с.

75. Плотников Н.И. Введение в экологическую гидрогеологию: Научно-методические основы и прикладные разделы. М.: Изд-во МГУ, 1998. -240 с.

76. Предбайкалье и Забайкалье. М.: Наука, 1965. 492 с.

77. Принципы гидрогеологической стратификации. М.: ВСЕГИНГЕО, 1982. 107 с.

78. Родионов Д.А. Статистические методы разграничения геологических объектов по комплексу признаков. М.: Недра, 1968. 158 с.

79. Родионов Д.А. Статистические решения в геологии. М.: Недра, 1981.

80. Ржечицкий Ю.П. Гидрогеологические особенности БАМ на участке Даван -Муякан. В кн.: Региональная гидрогеология и инженерная геология Восточной Сибири. Новосибирск: Наука, 1978. - С. 156 - 160.

81. Салоп Л.И. Геология Байкальской горной области. Т. 2. Магматизм, тектоника, история геологического развития. М.: Недра, 1967.

82. Сандмирова Г.П., Ломоносов И.О., Похольченко Ю.А., Ржечицкий Ю.П. Формирование природных вод района Северо-Муйского тоннеля по данным изотопии стронция. // Гидрогеология и формирование химического состава вод. Новочеркасск. - 1989. - С. 98-110.

83. Саньков В.А., Коваленко С.Н., Днепровский Ю.И., Обухов С.П. Тектодинамическая модель рифтогенного разломообразования Северо-Муйского геодинамического полигона. Изв.вузов. Геология и разведка, 1996, №3. - С. 3-10.

84. Сейсмическое районирование Восточной Сибири и его геолого-геофизические основы. Новосибирск: Наука, 1977. 303 с.

85. Соловьева Л.Н. Морфология криолитозоны Саяно-Байкальской области (на примере Бурятской АССР). Новосибирск: Наука, 1976. 125 с.

86. Солоненко В.П. Сейсмология и сейсмическое районирование трассы БАМ и зоны экономического влияния. Новосибирск: Наука, 1979. 67с.

87. Соколов В.Л., Саркисян В.О. Подземное питание горных рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 240 с.

88. Справочник по нефтепромысловой геологии / Н.Е. Быков, А.Я. Фурсов, М.И. Максимов и др. М.: Недра, 1981. 525 с.

89. Справочник по математическим методам в геологии / Д.А. Родионов, Р.И. Коган, В.А. Голубев и др. М.: Недра, 1987. 335 с.

90. Степанов В.М. Гидрогеологические структуры Забайкалья. М.: Недра, 1980. - 176 с.

91. Степанов В.М. Введение в структурную гидрогеологию. М.: Недра 1989.

92. Технический отчет о строительстве БАМ. Том тоннели. М.: 1999.

93. Толковый горно-геологический словарь. Основные термины. / В.А. Гладун, Н.Б. Здорик, Т.Б. Здорик и др. М.: Рус. яз., 1993.

94. Толстихин И.Н., Каменский И.Л. О возможности определения возраста подземной воды тритий гелий-3 методом. - // Геохимия - 1969, № 8 - С. 1027-1029.

95. Фиделли И.Ф. Особенности формирования и распределения подземного стока на территории горно-складчатых областей //Научные основы изучения и охраны подземных вод. -М., 1980, ч. 2. -С. 12- 80.

96. Флоренсов Н.А. Мезозойские и кайнозойские впадины Прибайкалья. М. - Л.: Изд-во АН СССР, 1960. - 257 с.

97. Фролов Н.М. Основы гидрогеологической стратификации. Известия АН СССР, 1981. - №11. - С. 9 - 20 (Сер. Геологич.).

98. Фролов Н.М. Упорядочение понятийно-терминологической базы гидрогеологии // Водные ресурсы. 1984. - №3. - С. 73 - 90.

99. Хаустов А.П. Многомерный анализ гидрогеологических систем горноскладчатых областей. Новосибирск: Наука, 1986. 111с.

100. Хаустов А.П. Многомерные модели формирования подземного стока складчатых областей. Автореф. дисс. д-рагеол.-мин. наук. Иркутск, 1988. 50с.

101. Хаустов А.П., Грабарь A.B. Гидрогеохимические критерии выявления блоковых структур трещинных вод. // Тезисы докладов Всесоюзного совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. Иркутск - Томск: Наука 1991. -С.179.

102. Хаустов А.П., Грабарь A.B. Подземные воды блоковых структур и методы их идентификации в кристаллических массивах. Изв.вузов. Геология и разведка, 1999, №3. - С.85-96.

103. Хаустов А.П., Грабарь A.B., Джа Джемин. Оценка возраста подземных вод блоковых структур Северо-Муйского тоннеля с помощью изотопов трития // Природные условия и ресурсы некоторых районов Центральной Азии. Иркутск, 1992.-С.14-16.

104. Чалов П.И., Тихонов А.И., Васильев И.А., Комиссаров В.В., Светличная

105. H.A. Использование уран-изотопной информации для моделирования процессов обводнения трещиноватых пород в условиях многолетней мерзлоты / Водные ресурсы, 1990, №2. С.76-84.

106. Чесалов С.М., Шмагин Б. А. Статистические методы решения гидрогеологических задач на ЭВМ. М.: Недра. - 1989. - 174 с.

107. Шабынин JI.JI. Гидрогеологические особенности горных сооружений (на примере Северомуйского хребта) / Водные ресурсы, 1998, том 25, №4. С.413-420.

108. Шеннон Р. Имитационное моделирование искусство и наука. М.: Мир, 1978. -418 с.

109. Якуцени В.П., Тихомиров В.В., Толстихин И.Н. и др. Гелиевый изотопный критерий эндогенности газоводопроявлений. В кн.: Тезисы докладов YII совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. Иркутск -Новосибирск, 1973. - С. 50 - 51.

110. Ясько В.Г. Подземные воды межгорных впадин Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1982.- 169 с.

111. Schmidt G. Ein Graphenmodell des Geokomplex zur Veranschaulichung der Möglichkeit für die Anwendung mathematische Metoden. "Peterm. Geogr. Mitt". 1974, Bd 118, Jg.,H.2, s. 9-24.

112. Temple I.T. The Use of Factor Analysis in Geology I. Of Inst. Assoc. Of Math. Geology, 1978, v. 18,4, pp. 379 - 388.

113. Wang Yanxin, Khaustov A.P. Geochemical and isotopic imprints of environments of fissure waters in crystalline rocks. /Chinese Science Bulletin, Vol.42, No. 9, May 1997. -PP 756-760

114. Weber E. Einfurang in die Facktorenanalyse. Iena, Gustav Fischer. Verlag 1974, 192 s.