По современным представлениям вся земная кора повсеместно разбита на блоки различных размеров. Границы между блоками земной коры представляют собой геодинамические зоны (ГДЗ). Они имеют определенные размеры по ширине (в плане) и различную протяженность на глубину, зависящие от причин, вызывающих движение блоков.
Зоны низкой плотности грунтов часто связаны с активными разломами или с разрывными нарушениями, составляющими зоны таких разломов. Такие структуры могут оказать негативное воздействие на участки техногенных объектов. Зоны низкой плотности грунтов могут быть связаны также и с такими структурными элементами, как складки, участки с повышенной трещиноватостью и рассланцеванием. В пределах влияния таких структур в грунтах снижаются прочностные свойства грунтов, наблюдается более активная циркуляция подземных вод. Все эти явления могут привести к деформациям промышленных сооружений, а в отдельных случаях и к полному их разрушению [1].
Обычно перед строительством объекта проводится детальные инженерно-геологические исследования территории при помощи плотной сети разведочных скважин. Буровые работы проводятся с целью отбора проб для определения физико-механических характеристик грунтов, выяснению геологических особенностей участка и установлению уровня подземных вод. Из пробуренных скважин отбираются пробы с ненарушенной структурой, по которым проводится комплекс лабораторных исследований по определению ряда физико-механических параметров.
Цель данной работы является выявление участков низкой плотности грунтов на территории летного поля аэропорта Донецк и определение их природы.
Новизна работы заключается в комплексном анализе геологических, геофизических, инженерно–геологических и дистанционных данных, что дает возможность получить качественно новую информацию о неоднородностях массива горных пород на участке.
Задача исследований состояла в следующем:
- провести анализ данных геофизический исследований, направленных на выявление геодинамических зон;
- выполнить анализ космоснимка исследуемой территории с выделением линеаментов, отражающих разрывные структуры массива горных пород;
- выполнить анализ физико-механических свойств грунтов и выделить параметры, которые наиболее контрастно отражают участки низкой плотности грунтов;
- построить карту площадного распределения значений показателя, отражающего низкую плотность грунтов. Сопоставить участки низкой плотности грунтов с геодинамическими зонами и линеаментами.
В процессе исследований использовались различные материалы: геологическая карта района; схема тектонических структур горного массива летного поля КП «Международный аэропорт Донецк»; карта инженерно – геологических условий и районирования; результаты комплексных геофизических съемок методом СГДК – А и ЕИЭМПЗ; физико-механические характеристики грунтов по данным лабораторных исследований.
Изучение зон низкой плотности грунтов производилось на участке проектируемой искусственной взлетно-посадочной полосы (ИВПП), магистральной рулежной дорожки (МРД) и рулежной дорожки (РД).
В геологическом плане исследуемый участок расположен в юго-западной части Донецкого бассейна. В тектоническом отношении этот участок приурочен к северо-восточной части южного крыла Кальмиус-Торецкой котловины. Непосредственно в пределах проектируемых ИВПП, МРД и РД крупных тектонических нарушений не имеется, но в 400 метрах восточнее исследуемого участка проходит Пантелеймоновский надвиг северо-восточного простирания. Проектируемые участки ИВПП, МРД и РД расположены в опущенном западном крыле Пантелеймоновской флексуры. Залегание пород на исследуемом участке моноклинальное с углами падения 10-12°. Спокойно залегающая толща каменноугольных пород осложнена мелкими и пологими складчатыми антиклинальными и синклинальными структурами. Выявленная мелкоскладчатая структура горного массива свидетельствует о возможном развитии в пределах проектируемых ИВПП, МРД, РД трещинных и разрывных структур различного простирания.
Для выявления мелко амплитудных разрывов и трещиноватых зон применялся комплекс методов геолого-геофизических исследований, который включал
Линеаментный анализ топографической основы исследуемой местности и геофизические исследования выполнены сотрудниками ООО «УКРНТЭК-ГЕОДИНАМИКА». Линеаментный анализ топографической основы выполнялся по топографической основе масштаба 1:10 000. Результаты его показали, что в районе исследований развиты линеаменты различных порядков, преимущественно северо-западного (340°) и широтного (90°) простирания. Такие данные позволяют предполагать наличие на участке геодинамических структур тех же направлений.
В результате проведения комплекса геофизических исследований закартированы геодинамические зоны (ГДЗ) различных категорий геодинамической активности. Ниже приведена характеристика некоторых геодинамических зон. ГДЗ 10 имеет северо-восточное простирание, ГДЗ 2 и 9 – меридиональное простирание. При этом ГДЗ 2 отнесена к высокой категории геодинамической активности, а ГДЗ 9 – к средней. ГДЗ 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 имеют северо-западное простирание. ГДЗ 1 отнесена к высокой категории активности, ГДЗ 5 имеет среднюю активность.
Для уточнения полученных «УКРНТЭК-ГЕОДИНАМИКА» данных авторами статьи проведен анализ космоснимков участка и данных лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов
Анализ космоснимков дает возможность охватить большую площадь и провести оценку территории с определением потенциально опасных участков, зон повышенного риска, где не рекомендовано производить строительство. Использование этих снимков позволяет оценить и выявить участки нарушений геологической среды, активные тектонические нарушения (линеаменты). Дистанционные исследования позволяют также прослеживать изменения во времени компонентов окружающей среды, в том числе и форм проявлений разрывных дислокаций. По космоснимкам можно выявить ранг разрыва, его структуру, простирание и, в ряде случаев, кинематические характеристики.
Выявление линеаментов тектонической природы на космоснимке базируется на анализе линейных элементов ландшафта. При этом используются такие признаки разрывных структур, как спрямление участков балок и рек, параллельные изгибы русел балок и рек, линейные уступы рельефа, линейно расположенные участки густой и более темной растительности (водонасыщенные разломы) и др.
На участке проведено бурение скважин. Буровые работы проводились с целью определения физико-механических свойств грунтов путем отбора монолитов и проб грунтов ненарушенной структуры в характерных точках разреза с последующим исследованием отобранных образцов в лабораторных условиях и получением количественных значений характеристик грунтов. Керн скважин тщательно изучался и описывался. Положение скважин на участке определялось по предварительно полученным данным геолого-геофизических исследований и уточнялось по результатам бурения конкретных скважин. Обработка материалов буровых работ заключалась в идентификации грунтов по макроскопическому описанию, группированию их в отдельные слои. В результате были построены инженерно – геологические разрезы, которые отражают литологию пород, уровень воды в скважинах. В процессе бурения скважин велись гидрологические наблюдения с целью получения качественной информации о проходимых породах и водоносных горизонтах. В целом был выполнен комплекс неоходимых исследований, который предусмотрен при инженерно-геологических изысканиях [2].
Для выделения участков низкой плотности грунтов обычно анализируются такие показатели: плотность частиц грунта, плотность сухого грунта, плотность водонасыщенного грунта, плотность взвешенного грунта, пористость, коэффициент пористости [3]. С помощью компьютерной программы «Surfer» построена карта распределения значений пористости грунтов по площади участка. На эту же карту вынесены геодинамические зоны, выявленные геофизическими методами, и главные линеаменты по данным анализа космоснимка участка
В целом по результатам комплексных исследований на участке установлены активные тектонические разрывные дислокации коренного массива пород, которые формируют в перекрывающих рыхлых отложениях и грунтах участки низкой плотности. Такие участки могут представлять опасность для сооружаемых промышленных объектов, в частности, для взлетно-посадочной полосы аэропорта города Донецка