 |  | |
 УДК 556.3+624.131.1(4/5)(063) Анализ истории изучения карста в Тульской области
Бологов А.О., студент Научный руководитель Чекулаев В.В., доцент Тульский государственный университет, Россия
Представлены результаты изучения истории процессов карстообразования на территории Тульской области: приведена историческая последовательность наблюдений на основе анализа архивных и фондовых материалов.
Экзогенные геологические процессы на территории Тульской области проявляются достаточно широко, зачастую наносят значительный материальный ущерб народному хозяйству, а иногда и создают реальную угрозу безопасности жизнедеятельности человека. К ним относятся: карст, суффозия, плывуны, оползнеобразование и речная эрозия. Например, степень пораженности карстовыми процессами Тульской области составляет более 50% [1,2,3]. Развитие этих процессов усугубляется деятельностью человека. Самыми опасными для объектов народного хозяйства являются карстовые процессы. Риск использования закарстованной территории заключается в том, что образование полостей в массиве горных пород вызывает сдвижение прилегающего массива горных пород и изменение рельефа поверхности, которые могут причинить повреждения поверхностным сооружениям вплоть до их полного разрушения или наоборот не причинят никакого вреда. Проблемы в зонах карстов, вызванные снижением качества земель и грунтов или вероятностью обрушения земной поверхности, делает земельные участки непригодными или малопригодными для строительства. Возведение многоэтажных «тяжелых» зданий в таких зонах может привести к нарушению остова зданий, т. е. к угрозе жизни населения. Пораженность массива горных пород карстами значительно затрудняет или делает невозможным добычу полезных ископаемых подземным и открытым способом, строительство подземных сооружений. Одной из главных задач по выработке мероприятий, предотвращающих последствия этих негативных процессов, является разработка методов и способов прогноза процессов карстообразования, которые невозможны без всестороннего анализа исследований по вопросу истории и степени изученности карста в нашем регионе. Первая попытка научного объяснения происхождения карстовых провалов проведены в середине XIX века. О провале у с. Мясоедово (Щекинский уезд) газета "Тульские губернские ведомости" в 1854 г. сообщала: " В казенной засеке 19 мая, при совершенно ясном небе, раздался и длился несколько секунд гул, подобный грому. Вскоре оказалось, что среди засеки произошел провал земли на пространстве 400 кв. саженей. Росшие в этом месте старые дубовые и липовые деревья вышиною в 12 саженей и более исчезли в неизмеримой глубине провала. Ныне провал наполнился водой желтого цвета, но до поверхности не более 15 саженей. Края ямы продолжают еще обваливаться вместе с деревьями". Указывая на большую (до 50 м) глубину этих провалов и цепочкообразное их расположение, ученые причиной образования провалов считали расширение трещин в известняках при растворении их водой. Разработка полезных ископаемых и дорожное строительство в связи с бурным развитием промышленности во второй половине XIX века способствовали более углубленному изучению карстовых явлений. По обследованию провала 1871 г. на шахте близ Скуратова, когда были смещены отложения всего нижнего карбона, Барбот де Марни заключил, что провалы зарождаются при растворении девонских пород (1877 г.). Очередной провал в с. Дедилово описан Тыдельским (1881 г.). Первое обобщение по карстовым явлениям в России подготовил Крубер (1901 г.). Им описаны четыре участка провальных воронок, расположенных рядами по водоразделам и склонам оврагов. Приведены сведения о провалах 1654 г. недалеко от Фалдино, 1871 г. близи Скуратово и в 1881 г. в с. Дедилово и их состоянии в 1897 г. Их образование связывается с растворением каменноугольных и девонских пород. Ценный материал о карстопроявлениях собрал в результате своих 15-летних наблюдений при разведке и эксплуатации Малевского месторождения Е. Лео. В своей большой работе, проведенной в 1870 г, он впервые для Подмосковного бассейна привел интересные разрезы и схемы нарушений угольного пласта, установил связь некоторых из них с воронкообразными карстовыми просадками на дневной поверхности. Разнообразие условий проявления карста на территории Тульской области и накапливающийся фактический материал постепенно приводили к выявлению некоторых основных закономерностей. Уже в 1877 г. Барбот де-Марни в качестве одного из главных условий образования провалов считает «... недостаточно глубокое залегание удоборастворимых пород...», которые растворяются подземными водами,» циркулирующими по подземным пустотам». Он полагает, что этот процесс совершается не в каменноугольных, а в девонских отложениях, в подтверждение чему приводит особенности провала, происшедшего в 1871 г. близ д. Скуратово на каменноугольной копи Фролова. Этим провалом были захвачены и смещены вниз с большой амплитудой отложения всего нижнего карбона, что предполагало образование пустот «... в слоях девонских или нижележащих». В 1900 г. А.А. Крубер обследовал в Тульской губернии четыре группы карстовых провалов, отражающихся на земной поверхности. Он рассматривает карстообразование в тесной связи с трещиноватостью пород и указывает на преимущественную вытянутость цепочек провалов в обследованных им районах примерно в одном и том же северо-восточном направлении. Сколь либо четкого представления о стратиграфической принадлежности горизонта карстующихся пород в районе Крубером не принимается во внимание. В это же время (1900 г.) интересные материалы о группе карстовых озер у д. Лупишки (ныне Донской район Тульской области) были опубликованы Н. Луценко. В 1911 г. при гидрогеологических исследованиям на юге Тульской губернии В.Ф. Лунгерсгаузен устанавливает приуроченность современного карста в районе к днищам балок и оврагов, где отсутствуют покровные образования. Среди факторов, обостряющих карстовый процесс, он указывает на органические («перегнойные») кислоты, выносимые из почвы в залесенных частях оврагов. Наиболее фундаментальными, не потерявшими своего практического значения до настоящего времени, является работы по изучению карста А.С. Козменко (1909, 1911, 1912). По А.С. Козменко основными условиями, благоприятствующими развитию карста, являются следующие: значительное распространение и неглубокое залегание сильнотрещиноватых карбонатных пород, их высокое положение над современным базисом эрозии, густая эрозионная сеть и песчанистый состав кроющей толщи, не препятствующий нисходящей фильтрации атмосферных осадков. В 1933 г. в журнале "Разведка» опубликована статья Ю.А. Жемчужникова и В.С. Яблокова о результатах изучения ими нарушений угольного пласта на ряде месторождений южного крыла Подмосковского бассейна. Происхождение этих нарушений авторы объясняют карстовыми просадками в «известняковом фундаменте». Морфологически нарушения выражаются в виде плавных прогибов или провалов по сбросовым плоскостям. Нередко они соединяются по линейным направлениям в узкие полосы (Щекинское и Бобриковское месторождение). В 1937 г. в результате специально проведенных поисковых и разведочных работ В.С. Яблоковым и А.Я. Двиновым установлено широкое распространение в пределах углепромышленных районов южного крыла бассейна толщи гипса среди верхнедевонских отложений. Большинство исследователей стали считать карстовые образования как следствие растворения гипсовой толщи. Первые указания на такую связь содержатся в работе Д.Д. Беляева, А. А. Воробьева и др. (1941 г). В учебниках Ф.П.Саваренского (1936 г., 1939 г.) формируются основные условия для развития карста. Вводится понятие о базисе карста и зоне цементации и об особом не провальном типе воронки - воронках просасывания. Попутно в этих работах упоминаются землетрясения при провалах в Тульской области, свежие воронки у с. Андреевка Веневского района. С еще большей определенностью в пользу гипсового карста как первопричины карстовых нарушений угольных пластов Д.Д. Беляев высказывается в статье, опубликованной в журнале "Уголь” в 1944 г. Больной вклад в деле изучения карста на южном крыле Подмосковного бассейна сделан Н.А. Огильви, проводившим с 1945 г. геофизические и гидрогеологические исследования в Щекинском районе. Ученый считает наиболее закарстованными известняки упинского горизонта, хотя и отмечает, что в некоторых районах бассейна карст обусловлен растворением гипса в верхнедевонских отложениях. В учебнике И.В.Попова (1959 г.) отмечается активная циркуляция подземных вод ниже ложа эрозионных врезов. В 1948 г. А.Ф. Якушева в статье «О защитной роли покровных образований в карстовых процессах» на примерах карстопроявлений в бассейне р. Мсты, в Щекинском районе и на Желтиковском угольном месторождении Мосбасса приходит к выводу об отсутствии прямой связи интенсивности карста с мощностью покрывающих отложений. Такой взгляд автора по данному принципиально важному вопросу позднее поддерживается Н.А. Гвоздецким (1954 г.) и критикуется Д.С. Соколовым (1962 г.). В другой большой работе А.Ф. Якушева (1949 г.) при характеристике карста палеозойских карбонатных пород Русской равнины устанавливается его приуроченность к краевым зонам синеклиз и тектоническим поднятиям. Южное крыло Московской синеклизы автором выделяется в самостоятельный карстовый район, в котором имели место три цикла карстообразования в бобриковское, предверейское время и в течение палеомезозойского перерыва. Автор отмечает активное развитие современного карстового процесса. В 1950 г. Н.А. Огильви, Д.С. Соколов указывают на наличие трех широтно ориентированных зон активного карстообразования, приуроченных к зонам интенсивной тектонической трещиноватости на склонах брахиантиклинальных структур. В 1952 г. В.Г. Виноградов в своей работе более существенное значение придает фактору длительности денудационных процессов, испытанных породами «известнякового фундамента», замечая, что наиболее закарстованные месторождения характеризуются значительным развитием зон четвертичного размыва, дошедшего до «фундамента». Карст в карбонатных породах «известнякового фундамента» на юге Рязанской и юго-востоке Тульской областей достаточно подробно охарактеризован в работах М.И. Давыдовой (1950г., 1953 г., 1957 г.). Автором устанавливается здесь наличие как древних карстовых провалов, образовавшихся в послеупинское время, так и современных. Указывается на исключительную приуроченность современного карста к эрозионным долинам и делается вывод о взаимосвязанном развитии эрозионных и карстовых процессов, при котором эрозия предшествует карсту. В 1962 г. вопросам карста на южном крыле Подмосковного бассейна посвящена статья Е.В. Михайловой. На основе своих наблюдений на Липковском угольном и Шенуровском бокситовом месторождениях автор приходит к двум следующим новым в сравнении с ранее известными выводами: - наиболее интенсивное развитие карста происходит на склонах отрицательных тектонических структур и непосредственно на их площади; - большое влияние на развитие карстовых процессов оказывает широко развитая в карбоне древняя эрозионная сеть, к погребенным долинам которой приурочено максимальное количество. В специальном разделе вышедшего в свет в 1962 г. второго тома монографии «Геология угля и горючих сланцев СССР» Б.Г. Виноградов на основе многих наблюдений в шахтах Подмосковного бассейна устанавливает общность ориентации карстовых нарушений с характерными направлениями трещиноватости угля и вмещающих пород. В 1963 г. вышла в свет большая работа Н.В. Родионова по карсту европейской части СССР, Урала и Кавказа. В ней южное крыло Московской синеклизы рассматривается как карстовый район. При характеристике его автор обобщил материалы по карсту предшествовавших исследований. Общая характеристика карста содержится в региональной инженерной геологии Русской платформы (Попов, 1965 г.). При характеристике водовмещающих карбонатных пород Московского артезианского бассейна подчеркивается их повышенная водопроводимость близ современных и древних долин. Видимо, это связано с активным развитием карста на всей территории артезианского бассейна (Бочевер и др., 1966 г.). Краткие и содержательные сведения о карстовых явлениях на нашей территории приведены в Гидрогеологии СССР, том I (Соколов, 1966 г.). Они сопровождаются схемой распространение инженерно-геологических явлений. В 1968 г. А.П. Давыдов сделал вывод, что основным горизонтом карстообразования в породах «фундамента» является толща упинских известняков. Степень карстонарушенности угольных пластов по А.П. Давыдову контролируется в основном мощностью этих известняков. Кроме рассмотренных имеется ряд опубликованных работ в основном палеогеографического направления с характеристикой древнего карста в породах «известнякового фундамента» (Л.М. Бирина, 1941 г.; Д.М. Раузер-Черноусова, 1947 г.; М.М. Толстихина, 1953 г.; Швецов М.С., 1954 г.; И.II. Ломашев, 1958 г., А.М. Блох, 1958 г.). Наиболее капитальное исследование карста на территории Подмосковного буроугольного бассейна проведено в диссертации Ю.А. Севостьянова (1970 г.)[4]. В основу его исследований положены материалы по карсту, собранные автором при работе в период 1953-69 г.г. при разведке угольных месторождений (Тульская геологоразведочная экспедиция), а с 1960 г. - на основе проведении геологических и гидрогеологических съемок на территории южного крыла Подмосковного бассейна и прилегающих к нему районов Центрального девонского поля. Фактический материал по карсту в шахтах собран автором при ведении в 1964-1966г.г. тематической работы по изучению естественной трещиноватости углей и вмещающих пород на шахтах Тульской области. Помимо этого, при исследовании были проработаны, систематизированы и использованы данные по карсту, приведенные в геологических отчетах о разведке всех детально разведанных или эксплуатирующихся угольных месторождений южного крыла бассейна в пределах Тульской и Рязанской областей и частично в восточных районах Калужской области; проанализированы отчеты о поисках и разведках стройматериалов (гипса, известняков, доломитов) и подземных вод. Всего им проработано 288 производственных отчетов и заключений. В условиях недостаточной доступности форм глубинного карста для непосредственного наблюдения в пределах собственно Подмосковного бассейна вопросы механизма и динамики карстового провалообразования, а также литологической приуроченности карста, решались на основе натурных наблюдений, документации и опробования древних карстовых провалов, вскрытых эрозионной сетью в смежных с углепромышленными районах Центрального девонского поля. Одновременно на площади около 4,2 тыс. км2 при маршрутах и дешифрировании аэрофотоснимков изучены распределение и связь с природными факторами поверхностных форм современного карста. При широком использовании для исследования глубинного карста разведочных, картировочных и гидрогеологических скважин автором изучен керн карстующихся и покрывающих пород общим объемом около 2,7 тыс.пог.м. Впервые для условий района в целях сравнительной оценки закарстованности пород «известнякового фундамента» использован такой показатель, как линейный выход керна при колонковом бурении. Решению о достаточной достоверности для изучения карста метода, основанного на учете выхода керна, предшествовали специально проведенные наблюдения за процессом проходки скважин с контролем их геофизическими и гидрогеологическими исследованиями. Всего при работе послойный учет выхода керна с последующей статистической обработкой данных сделан по 462 скважинам. По 328 из них были собраны и в увязке с выходом керна обработаны также и данные о фильтрационных свойствах карстующихся пород. Значительный материал о статистике распространении карстовых форм, приуроченности их к конкретным геолого-тектоническим геоморфологическим и гидрогеологическим условиям рассредоточен в отчетах о геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических съемках, 1:200000 к 1:50000 масштабов, проведенных в разные годы на территории области. Одним из основных современных исследований проявления карстовых явлений на территории области в период 1983-1987 г,г, проведен Подмосковной комплексной гидрогеологической и инженерно-геологической партией Подмосковной ГРЭ в соответствии о приказом Министерства геологии СССР № 170 от 19.04.77. В связи с комплексом работ по прогнозированию экзогенных геологических процессов проведено специальное инженерно-геологическое обследование Тульской области с целью изучения проявлений экзогенных геологических процессов и оценки степени их опасности для населенных пунктов и объектов народного хозяйства и возможных последствий в будущем (Покладенко C.И., Курбаниязов Р.Л., В.П.Заленская, Ю.Ф. Филимонов, А.С.Кобзева)[23]. Согласно геологического задания утверждённого ПГО "Центргеология» изучались эрозионные, оползневые и карстовые процессы на территории области. Особое внимание уделялось пораженности населенных пунктов и народнохозяйственных объектов. В недавнем прошлом в конце 20-ого века в Туле отмечено несколько случаев деформаций зданий в связи о локальным оседанием земной поверхности. Здания возведены одно - на примыкании поймы р. Упы к цоколю I-ой надпойменной террасы, а другое - на примыкании II-ой надпойменной террасы к склону долины. По мнению специалистов ТулТИСИЗа, осадки связаны с карстово-суффозионным выносом четвертичных и тульских песков в упинские закарстованные известняки (Метелкина, 1974 г., 1979 г.). Обнаружены следы провалов - карстовые озера и у населенного пункта Коптево. Скорее всего они являются продолжением зоны района «провальных озер», расположенных у Скуратово. Карстовые провалы найдены в пойме р. Тулица между Баташовским парком и Веневским шоссе – «бездонные озера» или «бездонки». Продолжение этой зоны (наличие карстовых пустот в массиве горных пород) прогнозируется на первой надпойменной террасе р. Тулица в районе завода «Штамп». В начале 21-го века на территории, расположенной севернее Тульского комбайнового завода, из-за этих процессов произошло разрушение главного административного здания. В заключении можно отметить, что на основе полного обзора сложившихся представлений о карсте Подмосковного бассейна до настоящего времени, так и не вырабатано надежных критериев, позволяющих делать надежные прогнозы развития процессов.
Библиографический список
| ||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)