title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Карет и сопутствующие ему явления

Карет и сопутствующие ему явления

Некоторые твердые горные породы (известняки, доломиты, гипсы, каменная соль и др.) отличаются повышенной растворимостью в воде. Благодаря этому в зонах активной циркуляции подземных вод наблюдается развитие пещер, каналов и других крупных подземных полостей, а также расширение трещин и увеличение размеров пор. Эти явления, развивающиеся в растворимых породах, объединяют понятием карст. В зависимости от характера карстующейся породы различают карбонатный, гипсовый и соляной карсты.
Карстовые явления коренным образом изменяют условия стока атмосферных осадков и вешних талых вод, а также обстановку циркуляции подземных вод. Поверхностные воды и осадки часто полностью поглощаются карстовыми колодцами и воронками. Воды закарстованных толщ, циркулирующие через системы карстовых полостей, создают постоянную угрозу затопления подземных выработок, прорывов подземных вод и плывунов. Деформации карстовых полостей нарушают нормальные условия залегания вышележащих толщ пород. Когда в составе последних развиты полезные ископаемые (например, угольные пласты), они вызывают резкие местные нарушения гипсометрии полезного ископаемого, разубоживание его и т. д.
Как показали исследования Н.В. Родионова, Д.С. Соколова и др., большое влияние на развитие карста оказывают состав и строение растворимых пород. Так, например, при содержании глинистых минералов свыше 10—15% растворимость карбонатов снижается; чистые известняки растворимы и карстуются значительно легче. Структура породы влияет на характер и формы карстового процесса. При однородной структуре и трещиноватости карст развивается более или менее равномерно во всей карстующейся толще. Это приводит к развитию мелкой равномерно распределенной пустотности (кавернозности). При неоднородном строении и неравномерной трещиноватости пород в зонах ее повышенной пустотности и трещиноватости возникают крупные карстовые полости.
Растворимость горных пород в значительной мере определяется растворяющей способностью природных вод, которая повышается при увеличении концентрации углекислоты и ионов SO2в4- и Cl-.
В областях и зонах интенсивного поступления инфильтрационных и инфлюационных вод развитие карста идет наиболее быстро. Высокая активность карстового процесса наблюдается и в зонах повышенных скоростей боковой фильтрации в направлении к дренам. Повышение активности карста на придолинных склонах связано иногда со значительной раскрытостью трещин в этих местах (явление «бортовой» трещиноватости горных пород). Зоны разрывных тектонических нарушений также являются зонами повышенной активности карстового процесса.
Карст широко распространен на территории России — он встречается почти во всех областях развития карбонатных пород как в составе платформенного чехла Русской и Сибирской платформ, так и в составе складчатого комплекса горных районов. Ограничено развитие карбонатного карста в областях сильно метаморфизованных докембрийских толщ, а также в карбонатных флишевых формациях. Это связано с затруднительными условиями циркуляции подземных вод в них.
Известно, что гипс и соли являются высокопластичными породами. Благодаря этому при деформациях они обычно не дают трещин, доступных для проникновения и циркуляции подземных вод. По этой причине, несмотря, на большую растворимость этих пород, гипсовый и соляной карст развиты значительно рейсе, чем карбонатный.
По Д.С. Соколову, гипсовый карст развивается только в районах положительных тектонических структур, в которых, по-видимому, создаются наиболее благоприятные условия для раскрытия трещин.
Довольно широко известны карстовые формы в районах распространения меловых пород Русской платформы (меловой карст).
При инженерно-геологической оценке условий возведения наземных сооружений учитывается густота распределения карстовых воронок и закономерность их приуроченности к определенным элементам рельефа и геологической структуре, геологический (по возможности абсолютный) возраст карстовых форм, степень активности карста и устойчивости закарстованной территории.
Густота распределения карстовых воронок оценивается числом последних на единицу площади или же коэффициентом закарстованности, численно равным отношению суммарной площади карстовых воронок к площади местности, на которой они зафиксированы.
Время образования карста устанавливается обычными методами стратиграфических сопоставлений карстующихся пород, пород, участвующих в карстовых деформациях и выполняющих карстовые полости и воронки. Иногда помогают данные споровопыльцевых анализов, а также свидетельства местных жителей.
О степени активности карстового процесса в настоящее время можно судить по величине химического стока подземных вод с территории карстующихся пород, т. е. по количеству растворимых солей, выносимых подземными водами за определенное время, например за тысячелетие. Количественно активность карстового процесса может быть выражена отношением (в %) объема растворенной породы, выносимой подземными водами из этого массива к общему объему карстующихся пород в определенное время. Это отношение Н.В. Родионов назвал степенью, или показателем активности карстового процесса:
A = v/V 100%,

где А — показатель активности карстового процесса;
v — объем растворенной породы за 1000 лет;
V — объем карстующегося массива.
По исследованиям Н.В. Родионова, показатель современной активности карбонатного карстового процесса составляет: для горной части Крыма — 0,08% за тысячелетие; для Сочинского района — 0,49% за тысячелетие; для одного из засушливых районов Средней Азии — 0,0001% за тысячелетие; для мергельно-меловых пород бассейна р. Северский Донец — 0,27% за тысячелетие.
Для гипсов (Башкирия) показатель современной актинности карста определен Г.Г. Скворцовым в 1,67%.
Степень устойчивости закарстованной территории устанавливается по совокупности данных о карстовом процессе и формах карста. В некоторых случаях она может быть определена по частоте появления карстовых провалов на единице площади, например на 1 км2.
Как показывают наблюдения, степень закарстованности и степень трещиноватости карстующихся пород тесно связаны друг с другом. Обычно подземные карстовые полости в известняках проходят по трещинам в виде систем водопроводящих каналов и пустот размером от мелких каверн до крупных пещер объемом в несколько тысяч кубометров. Наиболее часто карстовые полости развиваются по системам крутопадающих трещин, особенно в местах их пересечения с трещинами других систем.
Подземные формы карста распространены в массиве обычно крайне неравномерно. Величина открытой закарстованности уменьшается с удалением от придолинных склонов в область водораздельных пространств. Ho даже в пределах одних и тех же глубин и одной и той же части склона или водораздела открытая закарстованность крайне неравномерна. Наибольшая закарстованность приурочивается к мощным зонам дробления крупных тектонических нарушений. С удалением от этих зон закарстованность массива снижается.
Неравномерная закарстованность приводит к тому, что развитие депрессионной воронки вокруг водопонижающих установок протекает также крайне неравномерно. Так, по данным Северо-Уральского бокситового месторождения, на северном фланге шахты 7, обращенном к долине реки, напоры по отношению к нижнему горизонту достигают (6—8)*10в5 Па, а на южном составляют всего лишь (1,5—2,0)*10в5 Па. Высокие остаточные гидростатические напоры на отдельных участках явились причиной многократных прорывов подземных вод. Последние обычно сопровождались интенсивным размывом глинистого материала карстовых полостей.
В некоторых случаях суффозионные процессы достигали поверхности в виде суффозионных воронок.
В развитии подземных форм карста наблюдается вертикальная зональность. По Д.С. Соколову, она соответствует следующим зонам циркуляции подземных вод:
I — зона азрации, где наблюдается преимущественно вертикальная фильтрация, приводящая к формированию вертикальных карстовых каналов и пустот;
II — зона сезонного колебания уровня подземных вод, в которой наблюдается развитие полостей и каналов как вертикальных, так и горизонтальных;
III — зона полного насыщения, находящаяся в сфере дренирующего действия гидрографической сети. Поток подземных вод направлен в сторону долин, а зона, где происходит циркуляция воды, захватывает подрусловый поток и сферу разгрузки подземных вод (IIIa). Такой характер движения подземных вод обусловливает развитие карста в дне долины и по берегам;
IV — зона глубинной циркуляции, где движение подземных вод замедленное и поэтому выщелачивание в этой зоне происходит медленно.
Подземные формы карста можно изучать с помощью буровых работ, некоторых методов опытных и стационарных гидрогеологических исследований и геофизическими методами разведки.
По кернам буровых скважин изучаются трещиноватость и общая пустотность пород, степень их разрушенности (размеры обломков породы, выход керна), изменения состава и состояния выветрелости пород, характер и состав выполнения трещин, пор и каверн. По этим исследованиям удается установить зоны глубин с различной закарстованностью и разрушенностью пород.
Обычно наблюдается связь между степенью закарстованности породы и ее фильтрационной характеристикой и водопоглощающей способностью. Путем производства опытных нагнетаний и откачек, а также систематических наблюдений за расходом промывочной жидкости в процессе проходки скважин получают данные о степени трещиноватости и закарстованности пород.
Имеются интересные опыты определения степени закарстованности пород по объему вытекающей воды при сработке уровня водоносного горизонта, путем наблюдений за скоростью восстановления уровня водоносного горизонта, путем построения интегральных кривых повторяемости значений показателя водопроницаемости пород и по величинам расхода реки до входа в предел закарстованного массива и по выходе из него.
В настоящее время для изучения карста привлекаются геофизические методы, в частности, электроразведка (электропрофилирование, электрокаротаж) и сейсморазведка.

title-icon Подобные новости