Header Image

Ведущие специалисты и ученые в области строительства, выступая на страницах различных отраслевых изданий, все чаще с тревогой отмечают очевидное в последние годы снижение научного потенциала строительной отрасли в нашей стране.

Подробнее ...
Крупные карстовые провалы на территории Нижегородской области и условия их образования Печать E-mail
09.12.2014 19:20

Р.Б. Давыдько
ОАО «Противокарстовая и береговая защита» Россия, 606019, г. Дзержинск, ул. Гастелло, д. 10/15.
Тел.\факс: (831-3) 259801; (831-3) 250508; эл. почта: e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

В южной части Нижегородской области широко распространены карстовые явления. Они приурочены к карбонатным и сульфатным породам перми и верхнего карбона. Эта часть территории Нижегородской области расположена на северо-западе Приволжской возвышенности, которая, по мнению А.В. Ступишина [1] и многих других исследователей, по интенсивности развития карста и яркости проявления его в рельефе занимает первое место в Среднем Поволжье.

Согласно районированию карста Среднего Поволжья по А.В. Ступишину [1], рассматриваемый район расположен в северной части Окско-Сурской карстовой области, которая занимает северо-западную часть Приволжской возвышенности и сложена карбонатными и сульфатными отложениями пермского возраста. Эти отложения, подверженные карстованию, слагают Горьковские поднятия. Тектоническая приподнятость пермских (сакмарских) гипсоангидритовых пород и залегание на них сильно трещиноватых органогенных известняков, имеющих небольшую мощность, известковистых доломитов и доломитов нижнеказанского возраста способствует интенсивному развитию современного карста в пределах карстовой области.
На структуры Горьковских поднятий накладываются структуры более низшего порядка – брахиоантиклинали и купола. Эти локальные поднятия оказывают существенное влияние на динамику подземных вод, определяющую развитие карста на земной поверхности. На данных участках, по А.Н. Ильину [2, 3, 6], уржумские отложения вследствие сильной эродированности и трещиноватости не являются водоупорными. В пределах каждого поднятия возникают свои местные области питания, связанные обычно с выходом на поверхность или близко к ней трещиноватых разрушенных доуржумских отложений. Интенсивный водообмен на участках поднятий способствует довольно быстрому растворению пород, следовательно активному развитию карста.
Рассматриваемая территория расположена в долине р. Оки и ее правобережных притоков Теши с Сережей и долине р. Суры с левобережным притоком р. Пьяной. Карстовые явления здесь развиваются в выделенных А.В. Ступишиным [1] четырех карстовых районах: Правобережный Нижнеокский эрозионно-долинный; Долинно-Пьянский; Левобережный Нижнеокский террасово-песчаный и Теше-Сережинский. В первых двух районах карстующиеся породы перекрыты толщей глин, мергелей и алевролитов уржумского яруса, которая в остальных районах сильно размыта и несет чехол четвертичных флювиогляциальных и аллювиальных отложений, мощность которых в Левобережном Нижнеокском террасово-песчаном районе достигает местами 80-100 м.
Закономерность распространения карста в данном районе определяется, с одной стороны, размывом водонепроницаемых в основном некарстующихся пород пермского возраста и более молодых отложений (вследствие чего карст приурочен к древним ложбинам стока и современным долинам рек Оки и Волги и их притокам), а, с другой стороны, наличием локальных тектонических поднятий, в сводах которых карстующиеся породы приближаются к поверхности, причем иногда не только в долинах, но и на приподнятых междуречьях, даже вблизи водоразделов [1, 2, 6].
Развитию современного карста явно способствовали палеогеографические условия, к которым относится предуржумский континентальный перерыв, где происходило уничтожение верхнеказанских отложений и развитие карста на тектонически приподнятых участках нижнеказанских известняков, доломитов и нижнепермских гипсов. В результате образовался эрозионно-карстовый рельеф с многочисленными останцами, которые прослеживаются на территориях всех четырех карстовых районах, преимущественно в виде погребенных форм карстового рельефа. Лишь в отдельных случаях в Теше-Сережинском и Долинно-Пьянском карстовых районах останцы частично выходят на дневную поверхность, образуя значительное количество поверхностных и подземных форм карстового рельефа.
Важным палеогеографическим событием на этой территории явился мощный древнечетвертичный размыв талыми ледниковыми водами покровных, преимущественно глинистых отложений уржумского яруса и наложение вместо них на размытую и закарстованную поверхность карбонатно-сульфатных пород водопроницаемых, в основном песчаных отложений, местами с моренными отложениями. Такая геологическая перестройка поверхности, безусловно, способствовала развитию карста.
Необходимо подчеркнуть, что основную роль в развитии карста на всей рассматриваемой территории играют маломинерализованные поверхностные и подземные воды верхней зоны. Получая доступ к карбонатным и сульфатным породам при нисходящей циркуляции, они оказывают на эти породы растворяющее действие. Инфильтрация этих вод наиболее облегчена в пределах локальных поднятий, где растворимые породы непосредственно обнажаются или находятся близко к поверхности. Покрывающие их отложения уржумского яруса обладают хорошей проницаемостью вследствие сильно развитой тектонической трещиноватости. Эти локальные поднятия можно проследить по приподнятой кровле отложений казанского яруса, которые представляют собой, на примере относительно хорошо изученного Рыльковского поднятия в Теше-Сережинском карстовом районе, сильно разрушенные останцы поверхности дотатарского рельефа выходящие на дневную поверхность.
Для данной карстовой области характерны крупные карстовые провалы порядка от 30 м до 100 м и более, которые обусловлены образованием крупных подземных полостей в останцах, сложенных толщей сакмарских гипсов и нижнеказанских известняков и доломитов, разбитых системой вертикальных трещин.
Наличие взаимно пересекающихся вертикальных трещин создает лучшие условия растворения сульфатно-карбонатных пород, чем в других частях массива карстующихся пород.
При концентрации потока трещинно-карстовых вод в останце происходит довольно быстрое расширение трещин, в результате эрозионно-корозионной деятельности подземного водотока и образование полостей в сульфатных породах. Эти полости, развиваясь под защитой кровли карбонатных и вышележащих глинистых отложений татарского яруса и четвертичных образований, могут достигать огромных размеров. Примером может служить разрушенная горными работами Борнуковская пещера, располагавшаяся в устье эрозионно-карстового лога в Долинно-Пьянском карстовом районе. Ширина грота пещеры была до 1950-х годов прошлого века 90х20 м, высота 10 м. Такие полости, постепенно развиваясь, могут, при соответствующих условиях, образовывать очень крупные провалы.
По данным ОАО «Противокарстовая и береговая защита» на территории Нижегородской области в период с 20-х годов прошлого века до 2013 года образовалось более 25 крупных карстовых провалов. Кроме того на этой территории широко распространены более старые крупные карстовые формы рельефа (воронки, котловины, озера), возраст которых более 100 лет. Размеры этих образований достигают часто очень больших размеров порядка 150-200 м и более.
Необходимо отметить, что в последние годы отмечается усиление интенсивности образования крупных карстовых провалов на территории карстовых районов Нижегородской области. Только за период 2005-2013 гг. произошло 6 крупных провалов.
Рассмотрим особенности природных условий провалообразования в Левобережном Нижнеокском террасово-песчаном и Теше-Сережинском карстовых районах, которые приурочены к древним погребенным речным долинам. Прежде всего, необходимо отметить, что эта территория представляет собой район широкого развития, как уже отмечалось, сильно размытых глинисто-мергелистых отложений уржумского яруса. Эти отложения перекрывают карстующиеся породы верхнего и нижнего отделов пермской системы на значительной части территории. Вследствие того, что эта территория находится в осевой зоне Горьковских поднятий или прилегает к этой зоне, карбонатные и сульфатные породы залегают относительно высоко и находятся в сфере воздействия поверхностных и подземных вод. Долины рек Оки, Теши и Сережи на участках эрозионно-тектонических поднятий прорезают всю толщу уржумских пестроцветов, углубляясь в породы казанского яруса, а в отдельных пунктах и в гипсо-ангидритовые породы сакмарского яруса, образуя ложе древних эрозионных ложбин. Толщи пермских пород перекрыты четвертичными, преимущественно флювиогляциальными отложениями. Лишь в восточной части Теше-Сережинского карстового района развиты элювиально- делювиальные суглинки.
Левобережный Нижнеокский террасово-песчаный район охватывает территорию левобережья р. Оки от г. Нижнего Новгорода до впадения р. Клязьмы. Мощность покровных водоносных песчаных отложений определена бурением от 20 до 100 м. Песчаная толща перекрывает на значительных участках территории сильно разрушенные и закарстованные трещиноватые известняки и доломиты казанского яруса верхнего отдела пермской системы. Мощность карбонатной толщи не превышает 10 м. На размытую поверхность казанских отложений, а где они отсутствуют - непосредственно на гипсо-ангидритовую толщу сакмарского яруса, ложатся отложения нижней свиты преимущественно глинистых пород уржумского яруса. Мощность этих отложений до 24 м. Эти отложения занимают большую часть площади, за исключением тех участков, где речной эрозией они размыты нацело и аллювий ложится прямо на казанские или сакмарские отложения. Перепад глубин залегания карстующихся пород в этом районе составляет 20-23 м и более, что говорит об останцовом характере подземного карстового рельефа.
В этом районе за период с 1956 по 2011 гг. по данным ОАО «Противокарстовая и береговая защита» произошло четыре крупных провала размером от 38 до 70 м. Самый большой провал произошел в 1956 г. северо-западнее г. Дзержинска под узкоколейкой, в результате чего опрокинулось три вагона. Размеры провала 70 х 50 м.
На другом Теше-Сережинском карстовом районе карстовые явления также получили широкое распространение, несмотря на относительно большую мощность покрывающей толщи глинистых пород уржумского яруса, где, благодаря значительной тектонической трещиноватости, создались благоприятные условия облегчения доступа поверхностных вод в карстующиеся породы и образования многочисленных крупных карстопроявлений.
Глубокие врезы речных долин и овражно-балочной сети в карбонатные и гипсо-ангидритовые породы и, как следствие этого, интенсивная циркуляция и локализация стока подземных вод, привели к тому, что для данного района характерна активность карста и образование новых очень крупных провалов. При наличии большой мощности покрывающих пород, в особенности глинистых пород уржумского яруса, такие провалы на данной территории достигают гигантских размеров. Так, например, воронка, образовавшаяся в 1932 г., имела диаметр 100 м и глубину до 25 м. Другой провал, образовавшийся в1957 г., имел размеры до 90 м, глубину до воды 25 м., а последние провалы, образовавшиеся в 2011 г. и 2012 г., имели размеры 130 и 60 м соответственно. Всего в этом карстовом районе по далеко неполным данным с 1932 по 2012 г.г. образовалось 10 крупных провалов диаметром от 40 до 130 м.
Вторая группа крупных карстовых провалов образовалась в Правобережном Нижнеокском эрозионно-долинном и Долинно-Пьянском карстовых районах. Характерная особенность распространения крупных провалов в этих районах - приуроченность большинства их к окраинам крупных возвышенностей. Правобережный Нижнеокский эрозионно-долинный карстовый район расположен на северном выступе Приволжской возвышенности. Второй район расположен на окраинах возвышенности Межпьянье.
Геологическая особенность этих районов - широкое распространение покровных глинистых образований уржумского яруса, юры и четвертичных большей частью глинистых образований. Мощность глинистых образований может достигать 130 м. В отдельных случаях в низовьях овражно-балочных систем, где сильно разрушенные останцы карстующихся пород подходят близко или выходят на дневную поверхность, мощность глинистых пород уменьшается до нескольких метров.
Исследования, проведенные в связи с возникновением очередного крупного провала возникшего в п. Бутурлино в 2013 г., позволили выявить ряд условий и механизм возникновения крупных провалов в Долинно-Пьянском карстовом районе [7]. Очевидно, выявленные условия и механизм образования Бутурлинского провала помогут восстановить картину образования крупных провалов и в других карстовых районов Окско-Сурской карстовой области.
Карстующимися породами на данной территории являются карбонатные породы (известняки и доломиты) и сульфатные (гипсы) пермского возраста. Карбонатные породы в значительной мере сильно трещиноватые, а местами разрушенные, залегают на глубинах 24-29 м, ниже которых на глубинах 52-60 м залегают сульфаты. Карбонатные породы перекрыты глинистыми отложениями уржумского яруса мощностью 8-10 м, над которыми залегают водонасыщенные пески мощностью 8-10 м и суглинки четвертичного возраста мощностью 5-6 м.
Провал произошел в ночь на 9-10 апреля 2013 г. на южной окраине п. Бутурлино на ул. Железнодорожной.
Интересно высказывание свидетеля провала - жителя д. 26 а по ул. Железнодорожной – Александра Ивановича Ионычева, у дома которого поздно ночью возник провал, частично разрушивший его дом: «...Я проснулся ночью, примерно в 2 часа, от странного шума, который сопровождался треском. Мне показалось, что кто-то пытается залезть в гараж. Взял ружье и фонарь и вышел из дома. Возле дома я увидел на земле громадную «дыру» размером примерно 10 м, в которой не увидел дна и разорванную трубу газопровода. «Дыра» быстро расширялась и приближалась к моему дому. В нее упал соседний нежилой дом и ушел тополь, высотой примерно 15 м. Частично разрушился угол, расположенного напротив моего дома, зернохранилища... Примерно за 30-60 мин воронка выросла до размеров 40-50 м, после чего провал стал быстро заполняться водой из соседнего болота».
Рассмотрим предполагаемый механизм формирования провала, при составлении схем которого были использованы материалы полевых исследований поверхностных и подземных карстовых форм, проведенных автором в 2003-2004 гг. в долине р. Пьяны и р. Сережи (Нижегородская обл.), и совместно с В.В. Толмачевым в республике Башкортостан в 1981 г. Использовались также данные экспериментальных исследований механизма карстовых провалов в глинистых породах татарского (уржумского) яруса, полученные авторами в 70-80 гг. прошлого столетия в Дзержинской карстовой лаборатории ПНИИИС [4, 5, 8], а также данные полевых исследований, проведенные сотрудником этой организации В.Г. Ремизовым при обследовании карстовой пещеры на правобережье р. Оки, образовавшейся в начале 70-х гг. прошлого века.
Кроме вышеперечисленного, использовались материалы по 25 крупным карстовым провалам, которые произошли на территории нашей области с 30-х гг. прошлого века по настоящее время.
Образование таких крупных (гигантских) провалов, как Бутурлинский, на наш взгляд, видимо, связано с формированием очень крупных полостей, которые образуются в условиях Нижегородской области на контакте карбонатных и сульфатных пород, при сочетании крайне благоприятных для их возникновения и развития следующих условий:
1. Наличие прежде всего мощного блока растворимых пород гипса, разбитого системой вертикальных взаимопересекающих тектонических или трещин отседания.
2. В местах максимальной концентрации потока агрессивных подземных вод.
Часто, по нашим наблюдениям, формирование значительных пустот происходит в сильно разрушенных гипсовых останцах, перекрытых трещиноватыми и сильно разрушенными известняками, которые образовались на территории Нижегородской области в конце казанского времени (например, Перевозский и Бутурлинский районы).
Замечено, что образование многих крупных провалов (например, в районе д. Возрождение (Бутурлинский р-н,), д. Белозерье (Арзамасский р-н), д. Болотниково (Вадский р-н) и т.д.) происходило ночью, что, видимо, связано с перераспределением напряжений в земной коре при прохождении луны (тригерный эффект).
Началом образования и развития подземной пустоты на участке будущего провала в п. Бутурлино видимо послужила вертикальная тектоническая трещиноватость, которая пронизывает всю толщу коренных пород пермского возраста (гипсов, известняков и глин). Вертикальная тектоническая трещиноватость и сильно трещиноватые и разрушенные известняки способствовали концентрированному подтоку и концентрации агрессивных вод в наиболее растворимую, лежащую в подошве карбонатных пород, гипсовую толщу. В результате на контакте гипсовых пород и известняков, в течение длительного геологического времени стала образовываться полость. Концентрация агрессивных вод на этом участке способствовала более быстому развитию этой полости, чем на соседних участках.
С течением времени пролет полости, образовавшийся в гипсовых породах, достиг критического размера и произошло обрушение ее кровли, состоящей преимущественно из трещиноватых известняков, и образование свода (рис. 1.I). По данным натурных обследований сводов обрушения, сформировавшихся в аналогичных по возрасту трещиноватых известняках в районе Ичалковского бора, величина пролета, при котором образуется сравнительно устойчивые своды в известняках, составляет примерно 15 м, а высота сводов - 12-15 м.

С дальнейшем развитием полости в течение очень продолжительного времени пролет полости достиг критических величин примерно 25-30 м. Это привело к дискретному обрушению всей кровли известняков, с образованием вторичной полости в глинистых породах уржумского яруса, где сформировался временный свод равновесия (рис. 1.II). По данным экспериментальных исследований, проведенных в Дзержинской карстовой лаборатории ПНИИИС в 70-80 гг. прошлого века [5], величина пролета сформировавшегося свода равновесия в глинистых прородах достигает 10-12 м. Натурные наблюдения за карстовой пещерой в районе г. Дзержинска подтверждают экспериментальные приведенные данные. С дальнейшим развитием полости, при величинах пролета в глинистых породах примерно 15 м, произошло разрушение свода, и образование многочисленных неустойчивых сводов в рыхлых песчаных и суглинистых четвертичных породах. Свод достигает земной поверхности и происходит образование провала диаметром от 8 м и более (рис. 1.III).
В результате дальнейшего быстрого истечения (выпора) водонасыщенных песков в образующийся провал, до образования в песках угла естественного откоса, который составляет 20-220, начинается быстрое блоковое разрушение вышележащих суглинков (рис. 1.IV).
При достижении угла естественного откоса процесс истечения песчаных водонасыщенных грунтов прекращается. Замедляется быстрое развитие бортов провала. Провал достигает максимальных размеров ~ 60 м. В дальнейшем начинается процесс длительного уполаживания склонов провала до угла естественного откоса.

Литература
1. Ступишин А.В. Равнинный карст и закономерности его развития на примере Среднего Поволжья. – Казань, 1967. – 291 с.
2. Ильин А.Н., Капустин А.П. и др. Карстовые явления в районе города Дзержинска Горьковской области. Тр. Лабор. гидрогеол. проблем им.Ф.П.Саваренского т. XXXII. – М.: Изд-во АН СССР, 1960. – 122 с.
3. Ильин А.Н., Иконников Л.Б. и др. Вопросы изучения карстовых явлений в районе г. Дзержинска. Тр. Лабор. гидрогеол. проблем им. Ф.П. Саваренского. т. XLVII. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 71 с.
4. Давыдько Р.Б., Толмачев В.В. О моделировании механизма карстовых провалов. – Труды ПНИИИС. – М., 1977, т.47. – с. 123-133.
5. Толмачев В.В. Моделирование методом эквивалентных материалов механизма карстовых провалов в связи с освоением сильно закарстованных территорий. Отчет. Тема 24. разд. Е. Дзержинская карстовая лаборатория ПНИИИС. Горьковский инженерно-строительный институт. – Дзержинск, 1976. – 73 с.
6. Ильин А.Н. Подземные воды Алатырско-Горьковских поднятий, условия их разгрузки в районе г. Дзержинска и влияние на развитие карста. Дзержинская карстовая станция. – Дзержинск, 1962. – Фонды ОАО «Противокарстовая и береговая защита» Инв. № 73.
7. Протасова М.А., Толмачев В.В. и др. Заключение по объекту «Проведение изыскательских работ по зонированию и бурению скважин с целью обследования территории, прилегающей к зоне провала в р.п. Бутурлино Нижегородской области для оценки карстоопасности.. ОАО «Противокарстовая и береговая защита». – Дзержинск, 2013. – Фонды ОАО «Противокарстовая и береговая защита». Инв. № 1963
8. Зиангиров Р.С. Провести научные исследования, разработать методику прогноза устойчивости закарстованных территорий и апробировать ее на объектах Нечерноземья и Башкирской АССР. Отчет. ПНИИИС. – Москва-Дзержинск, 1982.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.