Соболев Е.Г., Воевода Б.И., Савченко О.В.
(ОАО "УкрНТЭК", г.Донецк)

Принято считать, что естественный режим грунтовых вод, как правило, носит устойчивый, долговременный характер и определяется космогенными, климатическими и эндогенными факторами, а распространение грунтовых вод в плане на территориях, соизмеримых с размерами техногенных сооружений, относительно равномерное [1]. Подтопление территорий происходит из-за повышения уровня грунтовых вод (УГВ) и изменения режима их фильтрации. Нарушенный режим грунтовых вод, ведущий к подтоплению территорий, особенно урбанизированных, возникает тогда, когда на действие естественных факторов накладываются искусственные (техногенные) факторы. При этом обводнению (подтоплению) подвергаются территории со слабопроницаемыми грунтами.

Однако, накопленные в ОАО "УкрНТЭК" результаты исследований распространения естественных и техногенных вод при подтоплении городских территорий и окружающей среды различных гидротехнических сооружений, (водо-, шламо-, хвостохранилищ) свидетельствует, что подземная гидросфера неоднородная по своему строению [2-5]. При повсеместном распространении грунтовых вод в однородных структурах выделяются зоны повышенной фильтрации. Они приурочены, в основном, к геодинамическим зонам (ГДЗ) и фильтрационный режим грунтовых вод зависит от геологических, в частности, геодинамических процессов земной коры [3,4].

Поэтому в основе представляемой нами концепции зонального распространения грунтовых вод и, в особенности, их фильтрации лежит представление о геодинамической неоднородности земной коры на разных уровнях организации вещества. Основным элементом такой неоднородности массивов горных пород является геодинамическая зона [3].

Геодинамические зоны представляют собой структурные зоны горного массива с локально измененным напряженно-деформированным состоянием горных пород на границах тектонических (геодинамических) блоков. В горном массиве ГДЗ проявляются дезинтеграцией пород, локальным изменением тектонической структуры и литологического состава пород, что обеспечивает над такими зонами аномалии различных физических полей. На земной поверхности ГДЗ проявляются фрагментально или полностью линеаментами - линейными геоморфологическими структурами. С энергетических позиций ГДЗ являются областями истечения (стока) энергии (энергостоковые зоны) [6].

1.Многоуровневое зонально-блоковое строение Земной коры, определяемое линейными и площадными различно-активными геодинамическими структурами [3,6,7].

2.Ритмическая (циклическая) активность геодинамических структур, определяемая как эндогенной ритмикой Земли, так и внешней, космической ритмикой, в частности, лунно-солнечными приливными вариациями [8]. При этом активность ГДЗ значительно выше активности геодинамических блоков. Упомянутая ритмичность определяет неравномерность во времени интенсивности фильтрации грунтовых (естественных и техногенных) вод.

3.Приуроченность, как правило, к ГДЗ фильтрационных потоков и областей резкого изменения рельефа земной поверхности (овраги, балки…) [3,9].

4.Зависимость устойчивости инженерных сооружений от геодинамического состояния массива горных пород основания, так как тектонические напряжения и деформации в ГДЗ передаются насыпным грунтам и фундаментам сооружений [11].

Изложенные факторы установлены и изучены при оценке техногенно-экологической безопасности эксплуатации большого количества водо-, шламо- и хвостохранилищ различных регионов Украины (Кривбасс, Донбасс, Ивано-Франковская область), Узбекистана, Таджикистана, при выявлении причин провалов грунтов и подтопления промплощадок концерна "Стирол" (Донецкая обл.), исследовании оползневых процессов вдоль трассы аммиакопровода "Тольяти-Одесса", оценке последствий мокрой консервации шахт Донбасса.

Рассмотрим, в качестве примера, результаты наших исследований, выполненных комплексом геолого-геофизических методов на некоторых упомянутых выше объектах. Эти исследования состояли из линеаментного анализа по топооснове рельефа поверхности до строительства объектов, проведения полевых геофизических (магнитодинамические, электрические и радиоактивные методы) наблюдений на территории расположения объектов, составления карт инженерно-геодинамической зональности, установления местоположения и направления подземных потоков естественных и техногенных вод и сопоставления упомянутых данных с установленными признаками и явлениями негативного воздействия подтопления.

Таким образом, при подтоплении довольно обширной территории потоки подземной фильтрации сосредоточены в узких зонах горного массива, приуроченных к соответствующим геодинамическим зонам, отмечаемым в рельефе первоначальной поверхности линеаментами.

В пределах промплощадки концерна ОАО "Стирол" геолого - геофизические исследования позволили установить детальную картину распространения геодинамических зон горного массива. Оконтурены также участки развития суффозионных процессов в грунтах, местоположение и направление подземных потоков природных и техногенных вод. Выявленная картина однозначно показывает, что повреждения труб подземной канализации, провалы дневной поверхности, нарушение целостности производственных корпусов, потоки подземных вод, развитие суффозии, приурочены к установленным геодинамичеким зонам, и особенно, к узлам их пересечения.

В качестве примера рассмотрим объединенное хвостохранилище Алмалыкского горно-металлургического комбината (Узбекистан) емкостью 495 млн. м³. Оно заполнено хвостами обогащения золотоносных, свинцовых и медных руд. В результате функционирования хвостохранилища свыше 20 лет техногенными водами подтоплена территория радиусом 70 км с выводом из водопользования большого количества водозаборов и засолонением хлопковых полей.

Как показали геолого-геофизические исследования, проведенные по методике ОАО "УкрНТЭК", 60% скважин установлены вне подземных потоков высокоминерализованных хвостовых вод. Исследования показали, что техногенные воды в основном, фильтруют по геодинамическим зонам на глубинах 25-28м, приуроченным к древним "саям" (руслам подземных ручьев, стекающих с оврагов Тянь-Шаня).

Действующие нормативные документы подчеркивают влияние геологических процессов на устойчивость существующих и строящихся сооружений, однако не раскрывают главные геологические признаки и явления и не дают направлений их изучения и учета [10].

Во-первых, при любой густоте скважин получаемая информация имеет точечный характер. Во-вторых, в качестве проб отбираются монолиты, даже из нарушенных зон, так как измельченную породу извлечь из скважины затруднительно. Отобранные монолиты в таких случаях не могут характеризовать общее физико-техническое состояние горного массива ни в районе отбора пробы, ни, тем более, в окружающем массиве. А самое главное, при случайном расположении скважин зачастую не выявляются геодинамические зоны, особенно участки с развитием процессов деформации на начальной (скрытой) стадии (на микро уровне развития трещиноватости). Поэтому, наличие и функционирование геодинамических зон в массивах пород оснований сооружений не учитываются нормами проектирования и строительства, которыми руководствуются в настоящее время проектные и строительные организации.

• напорные воды водохранилищ, техногенные воды шламо- и хвостохранилищ, построенных, как правило, в овражно-балочных системах рельефа, создают фильтрационные потоки вод в геодинамических зонах;
• повышение уровня грунтовых вод на промышленных и городских территориях обеспечивается строительством крупных сооружений на путях фильтрации грунтовых вод (водотоках);
• на геодинамических зонах, особенно на узлах их пересечений, под воздействием геодинамических процессов расстыковываются трубные железобетонные секции канализационных систем и техногенные воды, растекаясь по геодинамическим зонам, загрязняют уровень грунтовых вод;
• подвижки и газы, истекающие из недр по геодинамическим зонам, а также естественные и наведенные электромагнитные поля, способствуют ускоренному износу металлических труб подземных водных коммуникаций. Утечки вод медленно поднимают уровень грунтовых вод, обеспечивая подтопление территорий, а также способствуют образованию и развитию оползней на естественных и искусственных склонах, балках, оврагах, берегах рек и ручьев;
• распространение фильтрующих вод из различных источников в начальный период зональное и имеет куполообразный вид, затем выходит за пределы геодинамических зон с образованием ореолов подтопления на больших территориях;
• практикуемое понижение уровня грунтовых вод на подтопленных территориях путем откачки вод из водопонижающих скважин зачастую мало эффективно, так как скважины располагаются без учета местоположения ГДЗ, то есть не в зонах максимальной фильтрации;
• оценка и прогноз экологической безопасности подтапливаемых территорий должны основываться на данных о площадном и объемном структурно-геодинамическом строении и состоянии горного массива. Такие данные можно без бурения скважин получить с помощью геолого-геофизических исследований;
• эффективность мероприятий по предотвращению подтоплений, или осушению подтопленных площадей во многом зависит от достоверности карт инженерно-геодинамической зональности территории [12]. С помощью таких карт можно объективно определить места установки противофильтрационных завес[13].

1..И.К. Гавич. Гидрогеодинамика: учебник для вузов. - М.: Недра. 1988 - с.349

4.Соболев Е.Г., Воевода Б.И., Савченко О.В. и др. Влияние геодинамических процессов на возникновение и развитие аварийно-опасных участков на дамбах (плотинах) водо-, шламо- и хвостохранилищ// Тез. докл. VI межд.НТК. "Экология промышленного региона", г.Донецк, 1995 с.19.