title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Специфика задач и исследований разрывных структур

Специфика задач и исследований разрывных структур

Инженерная геотектоника включает, как было отмечено выше, тектонические материалы, обеспечивающие разномасштабное инженерно-геологическое районирование, уточнение исходной сейсмичности и инженерные изыскания, к которым относится и сейсмическое микрорайонирование. Эти исследования специфичны в первую очередь благодаря различиям в размерах изучаемых структур.
Планетарные и трансрегиональные исследования учитывают, как правило, только крупнейшие разрывные нарушения типа зон Заварицкого-Беньофа (зон субдукции) и глубинные разломы, разделяющие литосферные плиты и основные блоки земной коры. Применительно к задачам инженерной геотектоники, концентрирующей внимание на районировании приповерхностных структур, глубинные разломы, безусловно, представляющие мощные объемные геологические тела, должны классифицироваться с учетом их протяженности, внутреннего строения, морфологии (кинематики), истории формирования (древности заложения и сложности взаимодействия разделяемых ими блоковых структур) и связи с сейсмичностью на уровне общего сейсмического районирования.
При региональных инженерно-геологических исследованиях и уточнении исходной сейсмичности основное внимание обращается на глубинные разломы и верхнекоровые разрывы. Они изучаются как элементы, разделяющие крупные блоковые и складчатые структуры, учитываемые при инженерно-геологическом районировании, и при выделении сейсмогенерирующих структур. В первом направлении для классификации этих разрывных структур важны протяженность, ширина, морфологический тип (кинематика), внутреннее строение зоны и история ее развития. Во втором — полный набор геологических критериев сейсмичности, куда кроме упомянутых выше параметров, обычно входят: глубина проникновения в недра, древность заложения и степень молодой активизации.
Для инженерных изысканий и сейсмического микрорайонирования основной интерес представляют разрывы, трещинные зоны и отдельные крупные трещины. Критерии изучения этих структур наиболее полно разработаны применительно к сейсмическому микрорайонированию, при котором ведется также и инженерно-геологическое районирование стройплощадок и прилегающих к ним территорий. Здесь задачи и критерии исследований наиболее отличаются от принятых в традиционной геологической съемке и поисках полезных ископаемых.
Сейсмологические критерии учета разрывных нарушений. Изменения сейсмического волнового поля, связанные с разрывными нарушениями, обусловливаются различными причинами — факторами (экранирование, резонанс, изменение сейсмической жесткости и др.), зависящими как от строения этих нарушений, их расположения, так и от особенностей инженерно-геологической и гидрогеологической обстановки на участке сейсмического микрорайонирования.
Экранирование. Разрывные нарушения, если они представляют собой субвертикальные границы раздела, существенно перераспределяют интенсивность волн близ разрывов вследствие отражения, рассеяния, преломления, дифракции. Все это позволяет говорить о разрывных нарушениях как экранах, перераспределяющих сейсмическую энергию. В результате за разрывом и перед ним имеют место интерференционные явления, связанные с наложением на первичное невозмущенное поле части этого поля, порожденной возмущающим действием разрыва. Это создает в соответствующих местах локальное усиление и ослабление первоначального поля.
Пониженная сейсмическая жесткость пород разрывной зоны. Для пород разрывной зоны характерна повышенная трещиноватость и, следовательно, пониженная прочность, что при достаточно сильных сейсмических воздействиях благоприятствует образованию сейсмодислокаций, а при значительной мощности раздробленных пород — локальному повышению сейсмической интенсивности (балльности).
Разрывы как границы участков с различным геологическим строением. Данные геолого-геофизического изучения разрывных зон показывают, что эти зоны нередко разграничивают участки с различным геологическим строением и неодинаковым скоростным разрезом. Это обусловливает разные проявления изменений сейсмического волнового поля в крыльях разрыва. Вот несколько наиболее очевидных вариантов: 1) различия в сейсмической жесткости пород, слагающих крылья разрывов; 2) различие в мощностях чехла рыхлых осадков, перекрывающих крылья разрыва — в этом случае разница в сейсмической интенсивности может особенно ярко проявиться при резонансных явлениях в одном из крыльев разрыва; 3) различие в строении толщ, промежуточных между верхним рыхлым грунтом и скальным основанием.
Различия в составе и мощностях толщ на разных крыльях особенно вероятны для разрывов с длительной историей развития. Разница в мощности рыхлого чехла определяет изменение амплитудно-частотных свойств вследствие резонансных явлений. Особое строение разреза характерно для участков надвиговых перекрытий, где происходит наложение разрезов обоих крыльев, и даже сдваивание разреза. Наличие субвертикальных сейсмических границ обусловливает возникновение интерференционных явлений за счет эффекта экранирования, а также специфику поляризации сейсмических волн. Интенсивность этих явлений зависит главным образом от различий сейсмических свойств пород по разные стороны от границы и от геометрии данной границы, т.е. от строения крыльев и морфологии разрыва. Эти явления зависят также от угла подхода сейсмических волн. Поэтому существенной спецификой может отличаться преобразование поверхностных волн.
Инженерно-геологические критерии учета разрывных нарушений. С инженерногеологической точки зрения необходимость учета разрывных нарушений обусловлена несколькими причинами. Наличие тектонически раздробленных, вторично измененных и выветрелых пород разрывных зон в основаниях сооружений может вызвать развитие опасных неравномерных осадок сооружений, особенно при сейсмических воздействиях. На тектонических контактах пород с резко различными физико-механическими свойствами часто складываются благоприятные условия для возникновения остаточных сейсмодеформаций. Ослабленные разрывные зоны обычно снижают устойчивость пересекаемых ими склонов и откосов. При сильных сейсмических воздействиях это может обусловить проявление опасных сейсмогравитационных процессов (сейсмообвалы, сейсмооползни и т.д). Разрывные зоны нередко влияют на гидрогеологические условия участка сейсмического микрорайонирования, в частности на положение уровня грунтовых вод. А это сказывается на сейсмических свойствах грунтов.
Характеристики разрывных нарушений, учитываемые при инженерных изысканиях и сейсмическом микрорайонировании. Из сказанного выше можно заключить, что разрывные нарушения по-разному влияют на три главных фактора, учитываемых при сейсмическом микрорайонировании: а) изменение величины приращения сейсмической интенсивности; б) активизацию различных геодинамических процессов и возникновение сейсмодислокаций при сейсмических воздействиях; в) существование медленных (крип) и быстрых (сейсмотектонических) разрывных смещений. Эти факторы обычно проявляются в том или ином сочетании, но каждый из них зависит от целого ряда характеристик разрывных нарушении.
Субвертикальными телами с аномальными сейсмическими и механическими свойствами могут быть круто стоящий пласт, дайка или разрыв. Это — участок с особыми грунтовыми условиями. Поэтому разрывное нарушение рассматривается как трехмерное тело, существенно отличающееся по своим сейсмическим и связанным с ними инженерногеологическим свойствам от ненарушенных частей крыльев разрывной зоны. Имеет значение крутизна и высота склонов, так или иначе связанных с разрывными нарушениями, а также размеры целиков нераздробленных пород, сохранившихся в разрывной зоне (так называемых тектонических клиньев), на которых целесообразнее размещать различные инженерные сооружения. Кроме того, необходима оценка густоты разрывных нарушений, принадлежащих одной системе и определяющих возможность проявления кооперативного сейсмического эффекта.
Возможность активизации геодинамических процессов и появления сейсмодислокаций определяется характеристиками разрывных нарушений, изучаемыми при инженерногеологических исследованиях (табл. 2.1). Суммируя сказанное выше, нетрудно заметить, что среди важных для инженерно-геологического районирования и сейсмического микрорайонирования характеристик разрывных нарушений отчетливо намечаются две группы.
К первой группе относятся характеристики, связанные с наличием и расположением разрывного нарушения на стройплощадке. К этой же группе тяготеет и такая характеристика, как густота разрывных нарушений одной системы или среднее расстояние между такими нарушениями. Но эта характеристика относится уже не к одному конкретному разрывному нарушению, как все предыдущие, а подразумевает существование группы субпараллельных разрывных нарушений и существенно связана со строением и шириной разрывной зоны каждого из них. Поэтому данная характеристика не включена в таблицу.

Морфологическая классификация разрывных нарушений может быть предельно простой. Обычно достаточно ограничиться выделением сбросов, взбросов, надвигов и сдвигов. В некоторых регионах, например в Тянь-Шане, сместители большинства новейших надвигов по мере заглубления становятся более крутыми. Такие надвиги обычно именуются “козырь-ковыми” надвигами и могут считаться взбросо-надвигами. Учитывая обычную ограниченность площадей инженерных изысканий (от нескольких до первых сотен квадратных километров), в категорию надвигов могут быть включены элементы крупнейших морфологически сходных структур, т.е. покровов и шарьяжей.
В последнее время наблюдается тенденция к усложнению кинематики разрывных нарушений. Так, Л.М. Расцветаев различает четыре основных геомеханических типа дизъюнктивных структур: 1) отрывы — зоны раздвижения в условиях активного или относительного растяжения; 2) сколы — диагональные зоны скольжения с деформацией хрупкого скалывания в условиях сжатия или растяжения; 3) срезы — продольные зоны скольжения, отвечающие деформации вязко-пластического скольжения в условиях действия пары сил; 4) содвиги — зоны сплющивания, соответствующие упруго-пластической деформации в условиях сжатия. Однако выявление подобных разновидностей весьма затруднительно в условиях ограниченных территорий, исследуемых при инженерных изысканиях. В реальных условиях обычно обнаруживаются признаки, как сжатия, так и сдвигоподобных (сдвиговых, сбросовых, взбросовых) относительных смещений крыльев разрыва. Поэтому упомянутая выше традиционная схема кинематики разрывов явно предпочтительнее при прикладных исследованиях, требующих принятия ответственных решений по оценке тектонической опасности.
Следует отметить также, что наличие склона и его повышенная крутизна бывают связаны с разрывными нарушениями, но могут и не зависеть от него. Склоны, приуроченные к древним и не обновленным разрывным нарушениям, обычно обусловлены денудационной препарировкой разрывной зоны и размывом одного из крыльев. У новейших разрывных нарушений фас поднятых крыльев, сложенных метаморфизованными или магматическими породами, нередко представлен обрывистым склоном, а опущенные крылья и тектонически передробленные породы, как правило, перекрыты рыхлыми четвертичными отложениями.
Во вторую группу объединены характеристики, связанные со строением и размерами разрывной зоны. Они существенно определяют возможности приращения сейсмической интенсивности, а также активизации геодинамических процессов, возникновения сейсмогравитационных и сейсмотектонических дислокаций.
Несколько особняком стоит вопрос о проявлении современных медленных тектонических смещений по разрывам, которые сами по себе не зависят ни от размеров и строения, ни от расположения разрывных нарушений. Поэтому эта характеристика также не включена в таблицу.
Сама возможность подобных смещений определяется особенностями напряженного состояния горного массива и способностью разрывного нарушения к подвижкам. Дело в том, что разнообразные вторичные нетектонические процессы — минерализация, магматические внедрения и тому подобное - могут “залечить” разрывное нарушение настолько, что последующие смещения станут реализовываться за пределами прежней разрывной зоны. Последняя в таком случае может считаться “отмершей”. Следовательно, принципиальная возможность медленных разрывных смещений определяется раздробленностью (разрыхлённостью или наличием трещинообразных сместителей) пород в разрывной зоне. Но реальность смещений целиком зависит от напряженного состояния массива горных пород. При возникновении рассматриваемых смещений особенности строения разрывной зоны определят их характер, т.е. либо локализацию вдоль отдельных разрывных поверхностей, либо рассеянность в более или менее мощной толще. Это очень существенно для строительства, поскольку при этом образуются различные, нормируемые в СНиПах опасные деформации. В первом случае будут преобладать деформации типа уступа, сжатия, раздвижения и т.п., а во втором — преимущественно наклона (перекоса) основания.

title-icon Подобные новости