В 2007 году в районе г. Докучаевск на площади складирования твердых отходов горнодобывающего производства (карбонатное сырье) и металлургического производства (шлаки) начались инженерно-геологические изыскания для выбора участков под промышленные сооружения и хранилища жидких отходов. Авторы статьи приняли непосредственное участие в полевых геофизических и атмогеохимических исследованиях площади.
Целью исследований было выявление геодинамически активных тектонических структур и их проявлений в покровных отложениях (геодинамических зон). Необходимость выявления и прослеживания геодинамических зон (ГДЗ) на площадях промышленных объектов обусловлена тем, что они представляют серьезную экологическую опасность для промышленных сооружений. Такие зоны могут иметь тектоническую и техногенную природу.
Геодинамические зоны тектонической природы формируются в покровных отложениях над активными разрывными структурами коренного массива - глубинными разломами, разрывными тектоническими нарушениями различного порядка, трещинными зонами. В покровных рыхлых отложениях такие зоны проявляются аномалиями геофизических и атмогеохимических полей. В пределах ГДЗ наблюдается разуплотнение и оседание несущих грунтов, формируются ландшафтных геохимические аномалии с высокими концентрациями химических элементов и веществ.
В геодинамических зонах над активными разрывными нарушениями наблюдаются деформации земной поверхности, приводящие к нарушениям целостности зданий, промышленных сооружений, дорог, трубопроводов и т.д. Если зоны хорошо проницаемы, то по ним может происходить инфильтрация загрязняющих веществ из шламонакопителей в подземные водоносные горизонты питьевого назначения.
Техногенные геодинамические зоны формируются в аномалиях напряженного состояния массива горных пород, связанных с отвалами или крутыми откосами техногенных форм рельефа. В таких зонах могут формироваться деформации дорожного покрытия или оползни, но инфильтрация загрязняющих веществ в глубинные горизонты мало вероятна, так как эти ГДЗ не связаны с тектоническими разрывами массива коренных пород.
Площадь исследований имеет сложное ландшафтное и глубинное строение. Прежде всего, следует отметить, что участок расположен в пределах глубинного разлома, разделяющего две крупные геологические структуры Украины – Приазовского блока Украинского кристаллического щита и Донбасса. Этим обусловлено большое количество разрывных нарушений различных порядков и направлений. Выявить конкретное расположение этих нарушений и оценить их проницаемость традиционными геологическими и геофизическими методами очень трудно, так как вся площадь перекрыта техногенными грунтами и отходами мощностью 10-20м и более. В связи с эти для решения задачи нами был применен азимутальный метод структурно-геодинамического картирования (СГДК-А) в комплексе с газовой съемкой по СО2 (СГДК-Г). Применяемый комплекс хорошо зарекомендовал себя для выявления ГДЗ в разных странах.
Способ СГДК-А основан на явлении азимутальной неоднородности электропроводности поверхностного слоя покровных отложений в связи с геодинамическими процессами. В данном методе покровные отложения используются в качестве источника информации о напряженном состоянии коренного массива и положении в нем активных разрывных структур.
Для реализации способа СГДК-А использовался прибор, разработанный с участием кафедры полезных ископаемых и экологической геологии ДонНТУ - электронный фиксатор анизотропии (ЭФА). Прибор ЭФА позволяет оперативно выявлять геодинамические зоны по изменению анизотропии электропроводности в покровных отложениях до глубины 2,5м. Геодинамические зоны, выявленные методом СГДК-А, отражают активные в настоящее время разрывные нарушения и зоны повышенной трещиноватости в массиве коренных пород, а также зоны формирующихся деформаций техногенной природы.
В газовом методе СГДК-Г покровные отложения используются в качестве источника информации о газовом составе почв. На исследуемой территории была измерена концентрация углекислого газа, которая определялась с помощью шахтного интерферометра ШИ-10. Метод СГДК-Г использовался для заверки аномалий СГДК-А и для оценки проницаемости грунтов в выявленных геодинамических зонах.
Комплексирование методов СГДК позволяет не только выявлять разрывные нарушения различного масштаба, но и оценивать геодинамическую активность и проницаемость этих нарушений.
В результате проведенных исследований на полигоне были обнаружены два типа геодинамических зон: тектонической и техногенной природы.
Было установлено, что ГДЗ тектонической природы имеют cеверо-западное, северо-восточное и субширотное простирание. Анализ геологической карты района подтверждает наличие разрывных нарушений таких направлений на площади. Кроме того, сравнение розы – диаграммы простираний трещин, построенной по данным геологического изучения ближайшего карьера, также подтверждает наличие разрывных дислокаций названных направлений. Выявленные геодинамические зоны, особенно узлы их пересечения являются наиболее опасными структурами площади исследований. По ним возможны утечки загрязненных поверхностных вод из проектируемого накопителя жидких отходов в подземные водоносные горизонты. На участках промышленных сооружений (эстакады и др.) вероятны деформации грунтов и фундамента промышленных сооружений.
Были также установлены ГДЗ техногенной природы, отражающие аномалии напряженного состояния верхней части покровных отложений и насыпных грунтов вблизи отвалов. С ними могут быть связаны формирующиеся трещины отрыва оползневого типа вблизи крутых стенок откосов отвалов.
Так как наиболее опасными участками площади полигона промышленных отходов являются узлы пересечения ГДЗ, рекомендовано скорректировать проект строительства и выбирать участки для сооружения промышленных объектов за пределами узлов ГДЗ. Особенно это касается участка отстойника жидких промышленных отходов. При прокладке дорог рекомендовано избегать также выявленных геодинамических зон техногенной природы.
1. Атлас. Геологія і корисні копалини України. – Київ: ИГН НАН України, 2001. – 168с.
2. Горбушина Л.В., Рябоштан Ю.С. Эманационный метод индикации геодинамических процессов при инженерно-геологических изысканиях // Советская геология., 1975., №4., с.106-112.
3. Алехин В.И. , Корчемагин В.А., Койнаш П.В. Особенности геохимии Почвенных отложений на участке пересечения Северно-Волновахского и Викторовского разломов // Наук. Праці ДонНТУ. Серія гірничо-геологічна. – 2003., Вип. 55., с.120 ,125.