Вклад докайнозойского карбонатного карста в развитие современных просадочных процессов в г. Москве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.25, кандидат географических наук Иксанова, Елена Анверовна

• Иксанова, Елена Анверовна
• кандидат географических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат географических наук Иксанова, Елена Анверовна

Введение.

Глава!. Карбонатный карст западного Нечерноземья.

Карст Прибалтийской карстовой области.

Центрально-Русская карстовая область.

Глава 2. Особенности протекания карстовых процессов под антропогенным прессингом на примере г. Москвы.

2.1. Развитие карстовых процессов на урбанизированных территориях

Особенности геологического строения Москвы как фактор развития карстовых процессов.

Антропогенные изменения гидрогеологической среды и современная активизация карстово-суффозионных процессов.

Значение сохранности юрских глин в свете развития карстово-суффозионных процессов.

2.2 Опыт районирования, зонирования, прогноза развития карстовых карстово-суффозионных процессов по степени их опасности для инженерных сооружений.

Глава 3. Тропический карст и его реликты во внетропической зоне.

3.1. Морфология и географическое распространение современного тропического карста.

3.2. Реликты тропического палеокарста во внетропических обстановках

Глава 4. Карст центра Русской равнины конца палеозоя - начала мезозоя.

4.1. Бокситы как индикаторы климатических условий, благоприятных для развития тропического карста. Эпохи бокситообразования на

Восточно-Европейской платформе.

4.2. Палеокарст в г. Москве.

Глава 5. Принципы зонирования территории г. Москвы по степени карстово-суффозионной опасности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вклад докайнозойского карбонатного карста в развитие современных просадочных процессов в г. Москве»

Актуальность темы. В последние годы в связи с ростом объемов капитального строительства в г. Москве обострилась проблема его инженерно-геоморфологического и инженерно-геологического обеспечения. Внимание проектных и изыскательских организаций приковано к проявлениям неблагоприятных рельефообразующих процессов с целью их изучения и определения степени природного риска. Одним из негативных факторов, с которым приходится считаться при строительстве в столице, является развитие карстово-суффозионных процессов.

Москва расположена на северной границе ареала распространения современных карстовых процессов в пределах Московской синеклизы. В естественном состоянии территория города не подвержена их воздействию, что связано с залеганием закарстованных известняков под толщей нерастворимых пород, мощностью в несколько десятков метров. Среди последних присутствует региональный водоупор - юрские глины. Маскирует карстово-суффозионную опасность и неагрессивность подземных вод. Но внешняя безопасность в условиях крупного города оказывается ложной.

Интенсивные и длительные, начиная с конца 19в., водозаборы, снизившие пьезометрические уровни подземных вод на несколько десятков метров (касимовского водоносного горизонта до 30м, подольско-мячковского до70-80м), вызывают нисходящую фильтрацию подземных вод, охватывающую всю систему "растворимые породы -перекрывающая толща". На участках эрозионных окон в толще юрских глин благодаря гидрогеологической связи осуществляется суффозионный вынос материала, которому сопутствует образование провалов и оседаний земной поверхности, сосредоточенных, главным образом, на северо-западе города - в Хорошеве.

В центре Русской равнины карбонатный карст развивался унаследованно, по крайней мере, с додевонского времени, и современный карст является лишь новейшим звеном в карстовой истории региона. Таким образом, изучение особенностей протекания карстовых процессов на предыдущих этапах развития территории, реконструкция карстового палеорельефа, выделение участков, подвергшихся максимально сильному закарстовыванию, являются крайне важными при исследовании современного карста и, более того, необходимыми при работах, связанных с районированием карста.

Однако в условиях покрытого карста выделение участков с разной степенью закарстованности известняков представляет известные трудности. Карстующиеся породы зачастую недоступны прямому наблюдению. Основной источник знания об условиях залегания и свойствах последних - данные бурения. И для успешной их интерпретации важно установить закономерности в характере закарстованности пород. Другими словами, необходимо проведение палеогеоморфологических исследований, нацеленных на изучение древних карстовых ландшафтов, в которых происходило формирование древней закарстованности. Для этого требуется привлечение материалов (обнажения, скважины) по геологическому строению карбонатного массива, изучение структурных особенностей района. Одним из самых важных условий успешного проведения подобного рода реконструкций является учет палеоклиматических обстановок, т.к. характер протекания геоморфологических процессов и особенности формирования рельефа теснейшим образом связаны с палеоклиматом территории. Показателями существования того или иного климата является геологический и палеонтологический материал.

На выбор нами региона исследований (г. Москва) прежде всего повлияли актуальность проблемы и предыдущие исследования, сосредоточенные в Москве, поставившее нас перед необходимостью более подробного изучения рельефа поверхности каменноугольных отложений. Решение городских проблем, естественно, возможно лишь на базе сравнительно-географического анализа. Вокруг Москвы, в западном Нечерноземье широко развиты самые разнообразные формы карстового рельефа. Район этот достаточно изучен, что обеспечивает принципиальную решаемость вопроса о палеогеоморфологических реконструкциях. Значительная хозяйственная освоенность региона дает интересный материал о развитии карстовых процессов под антропогенном прессингом.

Цель и задачи работы. Целью работы является обоснование принципов крупномасштабной схемы зонирования территории г. Москвы по степени карстово-суффозионной опасности. Зонирование опирается на изучение разновозрастного погребенного рельефа, учитывающее как особенности закарстованности карбонатного массива, так и характер перекрывающей неоднородной нерастворимой толщи. В соответствии с выбранной целью в работе поставлены следующие задачи:

Оценка распространения погребенного карста и унаследованности карста Западного Нечерноземья.

Оценка условий и факторов активизации древнего карста на территориях интенсивного хозяйственного освоения поверхности и недр г. Москвы.

Обобщение опыта зонирования и прогноза степени опасности карстово-суффозионых процессов в регионах с интенсивной антропогенной нагрузкой.

Обобщение данных по особенностям распространения экспонированных и погребенных реликтов тропического карста в средних и высоких широтах с учетом специфики современных карстовых процессов в условиях влажного климата низких широт.

Палеогеографические реконструкции обстановок формирования древнего тропического карста на территории Европейской части России (с использованием данных по распространению теплолюбивой морской фауны и по бокситонакоплениям).

Реконструкция докелловейского палеорельефа г. Москвы на основе бурового материала. Выделение потенциально наиболее опасных участков и подходов к зонированию территории на основе изучения палеогеоморфологических условий и строения городских недр.

Фактический материал. В основу работы положены личные исследования автора автора - в том числе - в составе полевых партий Мосгоргеотреста в период с 1998 по 2005 гг., фондовые материалы Московского Городского Треста Геолого-Геодезических и Картографических работ, а также многочисленные опубликованные материалы по исследуемой проблеме. А именно:

1. Работы по общему карстоведению, в том числе — исследования особенностей протекания карстовых процессов в тропиках.

2. Региональные исследования карста Русской равнины.

3. Работы, посвященные активизации карстовых и карстово-суффозионных процессов в крупных городах (в первую очередь - в Москве).

4. Работы, посвященные развитию карстовых процессов в условиях низких широт и распространению реликтов тропического карста во внетропической зоне.

5. Литература о платформенных бокситах, о специфике бокситонакопления.

К фондовым материалам относятся прежде всего описания буровых скважин, пробуренных в Москве в ходе инженерно-геологических изысканий. Фундаментом ряда разработок явились также отчеты об инженерно-геологических условиях и о развитии карстовых процессов в Москве.

Методика. Основным методом, использованным автором, было изучение архивных материалов, в первую очередь буровых журналов скважин, пробуренных в разные годы с последующим их сопоставлением. В документации ряда скважин автор принимал личное участие в 1998-2005 гг. Для изучения палеогеморфологических особенностей территории были построены геолого-геоморфологические разрезы и карта погребенного рельефа доюрского возраста.

С целью изучения современного карстового рельефа автором проводились маршрутные наблюдения на территории г. Москвы и Подмосковья с описанием и фотодокументацией карстовых форм.

Научная новизна работы. В результате проведенных исследований на основе обобщения опубликованных и авторских материалов было предложено:

Интерпретация доюрского рельефа территории современной Москвы как тропического карстового.

Зонирование территории г.Москвы на основе изучения особенностей погребенного и современного рельефа.

Практическое значение. Методические рекомендации по зонированию территории г.Москвы по степени опасности суффозионно-карстовых процессов важны при принятии научно-практических решений в свете инженерного освоения городской среды. Результаты проведенных исследований могут быть полезны: учреждениям и организациям, как непосредственно связанным с инженерно-геоморфологической и инженерно-геологической проблематикой, решением задач экологической безопасности, мониторингом, так и работающим в смежных областях знаний и практической деятельности. Материалы диссертации нашли отражение в учебном процессе по спецкурсу «Карст» для студентов кафедры геоморфологии и палеогеографии географического факультета МГУ.

Апробация работы и результатов исследований. Основные положения работы были доложены на Международных конференциях студентов и аспирантов (Москва, 1998,

1999), на заседании комиссии по карсту и спелеологии Русского Географического

Общества (Москва, 1999), на Иркутском геоморфологическом семинаре (Иркутск, 2004).

По теме диссертации опубликовано семь работ.

Структура и объем работы. В соответствии с поставленными задачами предложена следующая структура работы. Работа состоит из трех блоков.

Первый блок посвящен описанию современного карста Нечерноземья.

1.1. Естественное течение карстовых процессов, условия (тектонические, геологические, физико-географические) их развития, морфология современных карстовых форм и распространение древнего разновозрастного погребенного описаны в первой главе: "Карбонатный карст западного Нечерноземья".

1.2. Развитие карстовых процессов на урбанизированных территориях под антропогенным прессингом в г.Москве (как крупнейшем городе, для территории которого современный карст не характерен), опыт районирования, зонирования, прогноза развития карстовых и суффозионно-карстовых процессов по степени их опасности для инженерных сооружений рассмотрены во второй главе: "Особенности протекания карстовых процессов под антропогенным прессингом на примере г. Москвы".

Второй блок включает в себя материал, связанный с палеогеоморфологическими исследованиями.

2.1. Особенности современного карстового рельефа тропиков и реликты тропического карста во внетропической зоне описаны в третьей главе "Тропический карст и его реликты во внетропической зоне".

2.2. Реконструкции палеоклиматических обстановок и рассмотрению вопросов, связанных с применением принципа актуализма при изучении древних карстовых ландшафтов посвящена четвертая глава "Карст центра Русской равнины конца палеозоя — начала мезозоя", где описаны морфогенетические особенности "восстановленного" палеорельефа. К третьему блоку отнесены вопросы, касающиеся создания обновленного принципа зонирования территории по степени карстово-суффозионной опасности, проведенного на основе изучения современного и древнего рельефа. Палеогеоморфологические условия рассматриваются как интегральный признак, с которым тесно связаны закарстованность карбонатного массива, строение покрывающей толщи. Этот вопрос рассмотрен в пятой главе "Принципы зонирования территории г. Москвы по степени карстово-суффозионной ности".

Полученные выводы приведены в Заключении.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературных источников (117 наименований) и 5 графических приложений. Работа содержит 155 страниц, куда входят 41 иллюстрация, 10 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Геоморфология и эволюционная география», Иксанова, Елена Анверовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе исследований достигнута сформулированная ранее цель диссертации -разработаны и апробированы на территории части города принципы крупномасштабного зонирования г. Москвы. Они опираются на изучение разновозрастного погребенного рельефа, учитывающего как особенности закарстованности карбонатного массива, так и характер перекрывающей толщи.

Результаты диссертационных исследований состоят в следующем: 1. Обобщение материала, связанного с древним и современным карбонатным карстом западного Нечерноземья, позволило установить, что его характерной чертой является унаследованность. На описываемой территории карстовые процессы неоднократно оживлялись, причем на отдельных этапах теократических эпох карстообразование шло в условиях отличных от современных, в связи с чем карстовый рельеф приобретал иной облик. Развитие карстовых процессов прерывалось морскими трансгрессиями и четвертичными оледенениями, и снова возобновлялось на новом этапе геологической истории развития. Вследствие тектонических поднятий, начиная с каменноугольного времени, в зону действия экзогенных процессов попадали уже закарстованные известняки и древний карст получал новый импульс развития. В итоге верхи разреза платформенного чехла характеризуются залеганием закарстованных на предыдущих этапах развития известняков под чехлом нерастворимых (как проницаемых, так и водоупорных) пород. Гидрогеологический разрез территории насчитывает серию сообщающихся между собой "этажей". Додевонский карст ныне "осваивается" современными процессами на Ижорской возвышенности, доюрский - в пределах Окско-Цнинского вала и в других районах.

Большой интерес представляют собой урбанизированные территории, где природное равновесие нарушено антропогенными факторами, такими как снижение уровня подземных вод, повышение их агрессивности, вибрационные нагрузки на закарстованную толщу. Особенно ярко "реанимация" древнего карста проявились в Москве, отличающейся интенсивной и разнообразной нагрузкой на поверхность и недра.

2. На территории современной Москвы в доюрское время карстообразование шло по тропическому типу. В связи с этим на междуречьях получил развитие рельеф останцовых куполовидных возвышенностей относительной высотой в первые десятки метров. В пользу данного предположения говорит распространение бокситов близкого возраста на территории Русской равнины. Более того, они известны непосредственно рядом с изучаемой территорией - в обнажениях Мячковского карьера. Дело в том, что наличие бокситовых залежей может рассматриваться как очень жесткий индикатор климата, заведомо благоприятного для формирования форм тропического карста. Удобство использования бокситов для палеогеографических построений повышается незначительной дальностью их переноса. В пользу гипотезы о тропическом генезисе доюрского рельефа говорит и распространение ископаемого останцового карста в других частях Русской равнины.

Так, Г.А. Максимович [1963] описал погребенные палеозойские карстовые останцы в пределах Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, где они служат коллекторами. Раннемезозойский карст с погребенными останцами описан для Волго-Уссинского междуречья [Гвоздецкий, Лаптева и др., 1974]. На северо-западе Русской равнины нет таких однозначных свидетельств развития останцового палеокарста. Но и здесь его наличие можно предположить, опираясь на косвенные свидетельства. Таковым можно считать значительное распространение ледниковых отторженцев (известняковых) в центральной части Русской равнины (например, в верховьях Москвы-реки, в окрестностях Сатинского полигона МГУ). Но известняки на Русской равнине распространены в пределах зоны преобладания ледниковой аккумуляции. Захват ледником карстовых останцов — моготе представляется здесь более вероятным, чем «выламывание» ледником известняковых глыб из выровненного массива

3. Преобладающее большинство современных карстово-суффозионных форм приурочено к териториям, тяготеющим к верховьям Ходынской "палеодолины", к ее границе с междуречьем. Последняя проходит примерно по улицам Тухачевского, Куусинена, Хорошевскому шоссе. Морфология "долины" настолько своеобразна, что на наш взгляд это позволяет говорить о ней как о флювиально-карстовом комплексе форм.

В целом, эрозионные формы рельефа этого времени (Рублевская, Измайловская палеодолины) были осложнены карстовыми формами.

В пределах доюрского междуречья, от Ходынского поля до Яузы, современный карст еще практически не получил развития. Известны отдельные случаи оседаний, прорывов плывунов в закарстованные толщи, например, при строительстве станции м. Лубянка. Интересно, что последняя находится непосредственно вблизи от карстового останца.

Вероятно, положение в пределах карстовых переулков (приуроченных к ослабленным зонам и характеризующихся невыдержанностью геологического разреза) может быть потенциально опасно, особенно при подземном строительстве. Специфическая морфология (чередующиеся возвышенности и впадины) карстового массива также заслуживает внимания. Активно развивающееся подземное строительство диктует необходимость изучения древнего рельеф. Картина такого "восстановленного" палеорельефа будет не в последнюю очередь зависеть от нашего представления о нем.

4. Карстово-суффозионные процессы также контролируются формами доледникового рельефа и тяготеют к краевым частям эрозионных окон в толще юрских глин. На основе этого признака нами предложено зонирование территории.

Были выделены две "угрожающие" зоны: опасная и умеренно опасная.

Первая имеет сложную конфигурацию: она охватывает внутренние части окон, распространяясь на 200м от края эрозионного окна в сторону его центра. К ней также относятся участки развития бат-келловейских отложений, представленных переслаивающимися глинами и песками (они зонируются так же как, и обыкновенные эрозионные окна, за исключением того, что их центральным частям присваивается категория "опасные"). И, наконец, к опасной зоне относятся внешние участки эрозионных окон, протягивающися примерно на 700м от края эрозионного окна вдоль палеотальвегов погребенных доледниковых ложбин и на 200м на участках, пространственно не сопряженных с этими тальвегами.

Умеренно опасная зона занимает внутренние части эрозионных окон, начиная от границы опасной зоны до рубежа 400м по направлению к центру окна.

Как в опасной, так и в умеренно опасной зонах особого внимания заслуживают участки, проектирующиеся на погребенные отрицательные карстовые формы (эрозионно-карстовые ложбины, котловины типа увала и карстовые переулки).

На остальной территории города карстово-суффозионная опасность пока себя почти не проявила. Расширение ареала зонирования территории по степени карстово-суффозионной опасности является задачей следующего этапа исследований.

Дополнительное влияние на развитие карстово-суффозионных процессов оказывает возрастающая степень техногенной нагрузки (водозаборы, утечки из водонесущих коммуникаций), строение четвертичной толщи, наиболее благоприятное в долинном комплексе и, особенно, в пределах третьей надпойменной террасы. Особая роль отводится Московскому метрополитену, где сосредоточены откачки подземных вод, вибрационные нагрузки, влияние горнопроходческих работ при строительстве. "Накладываясь" на существующую обстановку, они могут усиливать или ослаблять опасность развития провально-просадочных явлений. Однако, основа современного карста была заложена в докелловейское время, когда формировались ландшафты тропического карста. Ареалы развития современных карстово-суффозионных процессов контродлируются формами карстового рельефа конца палеозоя - начала мезозоя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Иксанова, Елена Анверовна, 2005 год

1. Апродов В.А., Апродова А.А. Движения земной коры и геологическое прошлое Подмосковья. М.: Изд-во МГУ, 1963. 267с.

2. Белоусов А.А., Маккавеев А.Н., Курбатова Л.С. Влияние геолого-геоморфологических факторов на возникновение чрезвычайных ситуаций в центральных районах г. Москвы. Геоморфологтя. 2000. №4. С.40-45.

3. Биро П. Португалия. М.: Изд-во ИЛ, 1952. С.126-131.

4. Борзов А.А., Семихатова Л.И. Географические экскурсии под Москвой. М.: Государственное учебно-педагогическое издательство, 1933. 112с.

5. Броневой В.А., Теоретическая модель гумидного выветривания и некоторые вопросы бокситообразования. В кн.: Рудоносные коры выветривания., М., 1974. С. 307-317.

6. Бугельский Ю.Ю., Витовская И.В., Никитина А.П., Слукин А.Д. Новые аспекты теории образования рудных месторождений в коре выветривания // Условия формирования кор выветривания и их минеральных месторождений. М.:Наука, 1983. С.8-14.

7. Бушинский Г.И., Геология бокситов М., Недра, 1971. 366с.

8. Викторов A.M., Звягинцев Л.И. Белый камень. — М.: Наука, 1981, 125с.

9. Гаврюхина А.А., Воды каменноугольных отложений Москвы и их современное состояние // Тр. Лаборатории гидрогеологических проблем им. Ф.П. Саваренского, том XXIV. М., Издательство АН СССР, 1959. 95с.

10. Гаврюхина А.А. Формирование подземных вод под влиянием искусственной разгрузки (на примере Москвы). М.: Наука, 1964. 132с.

11. Гвоздецкий Н.А. Известняковые останцы Памиро-Алая как реликтовые формы тропического карста. Труды Московского общества испытателей природы. Том XLVII, 1972, с. 160-168.

12. Гвоздецкий Н.А. Карст. М.: Мысль, 1981. 214с.14.