Отчет по проекту №8370. 2013 «моделирование функциональной структуры кровли многолетнемерзлых пород городской геосреды по геофизическим и геохимическим данным»



Скачать 251.18 Kb.
Дата25.04.2016
Размер251.18 Kb.
ТипОтчет
УТВЕРЖДАЮ

Директор Чукотского филиала СВФУ

к.п.н. ______________ С.М. Попов

«_____»______________2013 г.




ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОТЧЕТ

по проекту № 5.8370.2013



«МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ КРОВЛИ

МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД ГОРОДСКОЙ ГЕОСРЕДЫ

ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ И ГЕОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ»

за 2013 год


Научный руководитель

к.г.-м.н. Трегубов О.Д.

Ответственные исполнители

к.ф-м.н. Львов А.П.

к.ф-м.н. Мынбаева Г.У.


Анадырь, 2013



СОДЕРЖАНИЕ



Введение

Настоящий проект ставит целью разработку модели функционирования и трансформации геологической среды города в зоне распространения многолетнемерзлых пород. В качестве опытного объекта избран доступный для изучения и расположенный в сложных геокриологических условиях - город Анадырь (рис. 1.).

ris_3.jpg


Рис. 1. Общий вид на г. Анадырь с горы Верблюжья

Первый этап выполнения проекта «Рекогносцировочные, опытно-методические работы» в соответствии с действующими нормативами документами (ГОСТ 15.101-98 Порядок выполнения научно–исследовательских работ) устанавливал основными задачами анализ степени изученности проблемы и объекта исследований и проведение опытно-методических и экспериментальных работ. В 2013 году планировалось:



  • обзор научных публикаций и фондовых материалов по теме и объекту проекта;

  • составление геологических колонок, геотемпературных профилей изыскательских и наблюдательных скважин, сводных геологических разрезов г. Анадыря;

  • создание электронной карты промышленной и жилой застройки города;

  • составление картосхем мощности снежного покрова города на период промерзания сезонно-талого слоя;

  • уточнение электрофизических характеристик скальных пород, морских и континентальных отложений, техногенных грунтов, составление пробных геофизических профилей;

  • опубликование научных работ постановочного характера по проблеме исследований проекта.

Обозначенные задачи в целом выполнены, по отдельным позициям в большем объеме и детальности исследований.

1. Приемы и методы исследований

Центральным моментом методологии данного исследования является сбор и систематизация информации и оригинальных данных по трем направлениям:



  • характеристика условий техногенной геосреды в части ее функциональных свойств: физические, химические и механические свойства горных пород (мерзлых и талых грунтов); строения геологических разрезов, глубины сезонной оттайки, распространения подземных льдов, таликовых зон и криопэгов.

  • характеристика (поиск) факторов влияния на текущее состояние техногенной геосреды и динамику основных ее свойств, прежде всего промерзания и оттайки кровли многолетнемерзлых пород (ММП), формирования и трансформации таликовых зон.

  • поиск и характеристика эффективных индикаторов состояния техногенной геосреды: инженерно-геологических, геоморфологических, геохимических, геоботанических и других.

В дальнейшем, собранный в три блока и обработанный материал послужит основой для графического и математического моделирования объекта.

В первый год исследования активно использовались камеральные, дистанционные, прямые полевые и лабораторные методы. В рамках камеральной обработки изучались отчеты прошлых лет Чукотского отделения Северо-восточного треста инженерно-строительных изысканий; публикации инженерно-геологического направления по г. Анадырю, по объектам-аналогам в других регионах криолитозоны; издания, посвященные опыту моделирования в науках о Земле. Список работ отобранных для более детального изучения приводится в соответствующей главе настоящего отчета.

Дистанционные исследования заключались в дешифрировании космоснимков 2012 г. жилой и промышленной застройки Анадыря (рис. 2).




Рис. 2. Площадь исследования г. Анадыря: заштрихованная - основная; пунктир –

перспективная. Объекты детализации: «Г» - Гараж, «Д» - Дума.



Перед исследованием ставилась задача послойного выделения жилых и промышленных зданий и сооружений с проветриваемым подпольем, улиц и дорог с регулярной снегоочисткой, пустырей и участков с естественным задернением. Прямые наблюдения касались замеров по регулярной сети мощности снегового покрова с отбором проб снега залегающего в естественных условиях. Снегомерная съемка и отбор проб снега проводились в масштабе 1:25000 в соответствии с известными рекомендациями (Василенко, 1985)

Из числа основных методов проекта в отчетном году применялось георадиолокационное подповерхностное зондирование. Георадиолокация проводилось по нескольким направлениям. Это профилирование разрезов с известным по данным бурения геологическим строением кровли ММП (до глубины 10-12 м) – эталонные разрезы; детальное профилирование двух участков площадью 0,1 га в промышленной зоне и в центре жилой застройки; профилирование всей площади городской застройки по уличной сети. Подповерхностное георадиолокационное зондирование проводилась с использованием георадара ОКО-2 по известным и опробованным на Чукотке методикам (Трегубов, 2010). На эталонных разрезах использовались антенные блоки АБ-400 и АБ-90 с частотами соответственно 400 и 90 МГц, на 2-х участках детализации применялся АБ-400, при площадном профилировании использовался АБ-90.

2. Объемы и содержание исследований

Анализ изученности проблемы проекта в сокращенном объеме проводился на стадии составления заявки. После поддержки проекта проведена детальная проработка более 50 опубликованных источников и 3 доступных технических отчетов. Из их числа отобраны работы необходимые для постановки исследований и интерпретации их результатов:



  1. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Природно-технические системы и их мониторинг// Инженерная геология, 1990. № 5. С. 3-9.

  2. Георадиолокация верхней толщи мерзлых пород Анадыря: строение, интерпретация, прогноз / Матер. Четвертой конф. Геокриологов России. МГУ 7-9 июня 2011г. Т. 1, ч.2, с. 240-246.

  3. Дудник А.В. Оценка достижимой глубины зондирования в георадиолокации // Наукоёмкие технологии. № 9 2009. С. 62-68

  4. Еганов Э.А., Молчанов В.И., Параев В.В. О моделировании в геологии / Философия науки № 3 (30), 2006 с. 94-107

  5. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Литомониторинг — система контроля и управления геологической средой/ В кн.: Теоретические основы инженерной геологии. Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С. 243-250.

  6. Захаренко В.Н. Использование электроразведки при картировании погребенного рельефа в районах развития многолетней мерзлоты // Рациональное использование природных ресурсов Сибири. Томск, 1989. 142 с.

  7. Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. – М., Изд-во МГУ, 1999. 244 с.

  8. Изучение инженерно-геокриологических условий промышленного и гражданского строительства на Северо-Востоке. Мерзлотный мониторинг городских и промышленных центров Чукотки: Информ. отчет / Тишин М.И., Степанов Р.В., Бражник С.Н. и др. Анадырь: НИЦ “Чукотка” ДВО РАН , 1992. 275 с.

  9. Информационная записка об инженерно-геокриологических условиях (по материалам изученности прошлых лет) «Гараж ПБОЮЛ Кульговец А.П.», ЧукотТИСИЗ, Анадырь, 2004, 10 с

  10. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. М.: Изд-во Моск. унта, 1995. 272 с.

  11. Котов А.Н. Техногенное наледеобразование на территории г.Анадырь // Матер. Первой конф. геокриологов России. М.: Изд-во МГУ, 1996. Т. 2, ч. 2 . С. 443-449.

  12. Черный А.А.Математическое моделирование с применением графических построений в ЕХСЕL: учебное пособие/ А.А. Черный. – Пенза: Пензенский государственный университет, 2010. - 91 с.

  13. Нерадовский Л. Г., Великин С. А. Возможности динамической георадиолокации в комплексе с другими методами геофизики при решении задач инженерно-геологических изысканий // Инженерная геология. № 3 2008. С. 52-60

  14. Нерадовский Л.Г. Влияние температурного поля на затухание электромагнитного поля в освоенных районах криолитозоны Якутии / Криосфера Земли, 2010, т. XIV, № 4, с. 56–65

  15. Нерадовский Л.Г. Изучение состояния и свойств мерзлых грунтов и криопэгов методом георадиолокации: Дис. … канд.техн. наук. Якутск, 2005, 204 с.

  16. Омельяненко А.В. Научно-методические основы георадиолокации мерзлых горных пород: Дис. … д-ра техн. наук.Якутск, 2001, 359 с.

  17. Трегубов. О.Д. Особенности георадиолокации кровли мерзлых пород природных и техногенных ландшафтов Анадырской низменности / Инженерные изыскания. № 6, 2011. С. 56-63

  18. Питулько В.М., Крицук И.Н., Сафронов Д.Н. Требования к проведению геоэкологического анализа ландшафтов и исследованиям ландшафтно-техногенных комплексов. Л.: ВСЕГЕИ, 1990.

  19. Поротов Г.С. Математические методы моделирования в геологии? Санкт-Петербургский государственный горный институт, Санкт-Петербург, 2006 г., 223 стр.

  20. Сает Ю.Е., Несвижская Н.И. Изучение форм нахождения элементов во вторичных ореолах рассеяния: Обзор Сер.III. М.: ВМЭМС, 1974. 46 с

  21. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. — М.: Наука, 1997. — 320 с

  22. Сергеев Е.М. Инженерная геология - наука о геологической среде// Инженерная геология, 1979. № Г. С. 3-19.

  23. Снегирев А.М., Бойков С.А. Инженерно-геокриологические проблемы эксплуатации зданий и сооружений г. Мирный // Криосфера Земли, 2002, т. VI, № 2, с. 53–60.

  24. СП 11-105-97 СВОД ПРАВИЛ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ЧАСТЬ VI. ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ – М: Госстрой России, 1997

  25. Степанов Р.В. К разработке единых принципов геокриологического районирования // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1991. С. 54-61

  26. Степанов Р.В., Малахова Г.Е. Прогноз температурного режима основания зданий г. Анадыря, возводимых по II принципу / Комплексные геокриологические исследования Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1991. С. 110-114

  27. Степанов Р.В., Степанова И.В. Мерзлотно-гидрогеологическое районирование г. Анадырь // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1991. С. 101-110.

  28. Технический отчет по инженерно-строительным изысканиям «Расширение котельной III квартала в г. Анадыре», Анадырь, 1977, 75 с.

  29. Трегубов О.Д. Геохимия урбанизированных ландшафтов Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1997. 120 с.

  30. Трегубов О.Д. Перспективы использования геохимических методов в прогнозе и оценке техногенных таликовых зон. // Матер. Первой конф. геокриологов России. М.: Изд-во МГУ, 1996. Т. 2, ч. 2. С. 449-457.

  31. Трегубов О.Д., Котов А.Н. Концентрирование тяжелых металлов в урболандшафтах при наледеобразовании (на примере Анадыря) / / География и прир. ресурсы. 1996. № 4. С. 24-31.

  32. Финкельштейн М.И., Карпухин В.И., Кутев В.А., Метелкин В.Н. Подповерхностная радиолокация. - М., Радио и Связь, 1994, 216 с.

  33. Финкельштейн М.И., Кутев В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. - М., Недра, 1986. 128 с.

  34. Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. – Новосибирск: Наука, 1988. 213 с.

В начале выполнения проекта в распоряжении его исполнителей из картографических материалов были схематичная карта г. Анадыря из туристического буклета с основными улицами и границами застройки масштаба 1:25000 и административная картосхема города, изданная ОАО Георегион масштаба 1:10000. В учреждении архитектуры г. Анадыря динамично обновляемая карта г. Анадырь отсутствовала. В связи с этим, а также учитывая, что картографическое моделирование входит в число задач проекта, было принято решение о создании собственной картографической основы.

В отчетный период техник Никифорова Т.В. в редакторе CorelDraw 12.0 на базе картосхемы ОАО «Георегион» по спутниковому снимку города 2012 года сформировала слои карты: 1) здания промышленной и жилой застройки; 2) дороги и улицы города с регулярной снегоочисткой (рис. 3).




А
слой застройка.jpg

Рис. 3. Слои электронной карты: А – жилые и промышленные здания;




Б
слой улицы.jpg

Рис. 3. Слои электронной карты: Б – дороги и улицы с регулярной снегоочисткой

Для данной картоосновы была создана проекция прямоугольных координат, к которой привязаны результаты снегомерной съемки, точки опробования снега, профиля георадиолокации.

Снегомерная съемка выполнялась 2 бригадами студентов 1 курса группы ПГ-12 под руководством инженера Уяганского К.К.



1 бригада

  • Нутевекет Марина Артуровна,

  • Старченко Елена Валентиновна,

  • Чайвырахтын Тимофей Юрьевич,

2 бригада

  • Амчет Алексей Анатольевич,

  • Тынелькут Петр Григорьевич,

  • Слепцова ДайанаСергеевна.

В ходе съемки выдавались маршрутные задания. В каждой точке специальным щупом производились замеры глубины снежного покрова, давалось описание условий залегания снега (по анкете), фиксировались координаты точки GPS навигатором. Вопросы анкеты предусматривали фиксацию очистки и складирования снега, наличие сугробов, обнаружение коммунальных утечек (наледи, пар). Пробы снега объемом 20 дм3 отбирались в специально обозначенных точках из естественного снежного покрова на всю его глубину. Всего выполнено 12 маршрутов, отобрано 22 пробы, в 93 произведены замеры снежного покрова.

Лабораторные исследования заключались в растаивании снега, фильтрации и оттаивании талой воды, определении общей минерализации и pH, выполнении количественного мультипараметрового колориметрического анализа. В пробоподготовке участвовали Уяганский К.К., Тынелькут П.Г., Чайвырахтын Т.Ю. Анализ на колориметре С-200 (HANA) выполнялся техником Никифоровой Т.В. При превышении предела обнаружения в составе талой воды определялись хлор общий, нитраты и нитриты, аммоний, катионы кальция, магния, железа и марганца. Всего выполнено 210 анализов, включая повторные анализы для подбора достаточного для определения уровня концентраций. Кроме того выполнено 22 определения минерализации и реакции pH.

В рамках построения эталонных геоэлектрических разрезов был обследован участок «Дума» (5 профилей 30-60 м) и интерпретированы профиля участка «Гараж» (12 профилей 40-100 м). На этих же участках произведены детальные исследования с составлением серий геоэлектрических и геологических разрезов и схем. По результатам исследований уточнены электрофизические характеристики талых грунтов и ММП, выявлены реперные горизонты, установлены общие закономерности глубины оттайки под поверхностями с различным покрытием. Учитывая методическую важность работ, участки детализации обследовали руководитель проекта Трегубов О.Д., инженер Уяганский К.К. Обследование участков и интерпретация выполнены в сентябре 2013 г.

Площадное георадиолокационное подповерхностное зондирование выполнялось в октябре 2013 г. С использованием «тяжелого» антенного блока АБ-90 глубинного подповерхностного зондирования. Непосредственно георадиолокационное зондирование выполняли смешанные бригады из специалистов, студентов 2 и 3 курсов, групп ПГ-12 и ГД-11:



1 бригада (2 смены)

  • Трегубов О.Д.

  • Уяганский К.К.

2 бригада (1 смена)

  • Уяганский К.К.

  • Амчет А.А.,

  • Тынелькут П.Г.

3 бригада (4 смены)

  • Уяганский К.К.

  • Кайсагалиев В.С.

  • Рахтыргин А.И.

Всего пройдено 48 профилей протяженностью 300-1200 м, 6 из которых дублированы в разном режиме измерений (рис. 4).

профиля отдельно.jpgРис. 4. Профиля площадного георадиолокационного зондирования ОКО-2, АБ-90

(цветом показаны даты зондирования)

С начала декабря начата интерпретация профилей. В весенний период планируется дополнительное профилирование «белых пятен» и сложных для интерпретации участков.



3. Результаты исследований

Полученные результаты имеют предварительный характер и ориентированы в первую очередь на планирование и организацию исследований основных этапов, интерпретацию данных георадиолокации и литогеохимических исследований.



ris_5.jpg


Рис. 5. Схематический геологический разрез кровли ММП г. Анадыря:

1 – СТС, 2 – техногенный грунт, 3 – льдистые алевриты, 4 – супеси, 5 – морские пески и глины, 6 – мореные суглинки, 7 – коллювий, 8 – делювий, 9 – андезитобазальты, 10 – плотность городской застройки. ε – предполагаемая диэлектрическая проницаемость среды.



Строение геологического разреза различных участков городской застройки известно по результатам бурения и геокриологических исследований. Дополняют информацию разрезы термоабразионных обрывов Анадырского лимана, а также результаты многолетних геотермических наблюдений в скважинах. Для большей части городской застройки характерно трех- и четырехслойное строение разреза кровли ММП, включающего кроме СТС с дорожной одеждой, слой техногенной отсыпки, слой делювиальных отложений и коренные породы, представленные корой выветривания скальных грунтов андезитобазальтов. Вниз по склону в разрез вклиниваются супеси и алевриты, ледниковые валунные суглинки, морские терригенные осадки. На рис. 5 представлен в общем виде разрез кровли ММП. Реальные условия конкретных участков имеют существенные различия. Так скальные грунты могут залегать в интервале глубин 2-7 м, образовывать выступы, уступы, террасы, эрозионные склоны с углом падения 3-120. При этом в геологическом отношении скальные породы могут представлять собой эродированные фрагменты вулканических построек (экструзивных куполов), абразионные террасы по лавам базальтов. В первом случае для скальных грунтов, характерна насыщенная льдами кора выветривания, во втором – водоупорные поверхности при их глубоком протаивании.

По результатам интерпретации радарограмм 7 профилей участка детализации «Гараж», расположенного в промышленной зоне города в границах надпойменной террасы р. Казачка, установлено 4-х слойное строение геологического разреза. В основании разреза многолетнее мерзлые скальные грунты андезитобазальтового состава мощностью более 4 м (табл. 1). Поверхность андезитобазальтов характеризуется наличием неровностей - выступов и уступов, ориентированных в южном, юго-восточном направлениях. И, наоборот, на субширотных профилях верхняя граница изверженных пород обычно ровная с восточным уклоном. Это указывает на абразионное происхождение их рельефа поверхности скальных грунтов. Верхняя граница скальных грунтов за единичным исключением достаточно четкая, что указывает на невысокую степень их выветрелости. Распределение глубин залегания скальных грунтов от поверхности рельефа составляет 1,8-3,2 м.

Выше скальных грунтов выделяется слой, который по характерным электрофизическим и морфологическим свойствам определен нами как вторично мерзлый суглинистый с галькой и гравием осадочный горизонт. Предполагается, что этот осадочные слой образовался путем смешения и уплотнения морских осадочных пород, озерно-аллювиальных осадков и торфянистых почв при первичной планировке территории до начала строительства. На это указывают и останцы по периферии площадки повышенной мощности (до 1,8 м), в то время как в центральной части мощность слоя не превышает 0,5 м.

Табл. 1

Сводный геолого-геофизический разрез участка детализации «Гараж»



Мощность, м

Глубина, м

Характеристика

пород


Электрофизические свойства слоев

1,5-2,0



0,25-1,0



Сезонно-талые супесчаные крупно щебнистые и гравийно-галечные грунты

ε 4,5-9,0

Vф 95 мм/нс



1,0-1,75

Мерзлые крупно щебнистые с мусором грунты

ε 9,0-11,0

Vф 80 мм/нс


0,2-1,3

1,8-3,2


Пластичномерзлые льдистые суглинистые с галькой, гравием и щебнем грунты

ε 10,0-26,0

Vф 60 мм/нс



> 4





Морозные прочные скальные грунты в верхнем 0,2-1,0 м слое выветрелые, андезитобазальтового состава

ε 8,0-9,0

Vф 105 мм/нс



Примечание: ε – диэлектрическая проницаемость, Vф – скорость прохождения волн.

Изменчивость диэлектрической проницаемости слоя по площади участка указывает на разницу в льдистости осадков (см. табл. 1).

Подошва третьего слоя, представленного мерзлыми крупно скелетными глыбово-щебнистыми с суглинистым наполнителем грунтами техногенной отсыпки ровная в субширотном и террасовидная в субмеридиональном направлениях. Глубина залегания подошвы склона от дневной поверхности 1,5-2 м. Мощность круглогодично мерзлой части грунтовой отсыпки 1-1,75 м. В составе техногенных грунтов присутствует строительный мусор, в юго-восточной части золошлаковая смесь. Относительно высокая для такого типа грунтов диэлектрическая проницаемость указывает на их невысокую льдистость, что вполне справедливо для крупно скелетных отложений.

Четвертый верхний горизонт радарограмм представляет сезонно-талый слой грунтов техногенной отсыпки. Несмотря на то, что на момент обследования слой был практически проморожен георадиолокация позволила легко его установить по характерному рисунку осей синфазности и невысокой диэлектрической проницаемости (см. табл. 1). Изменения глубины сезонной оттайки по площади участка 0,25-1 м, единично 1,2-1,4 м.

Таким образом, реперной для интерпретации радарограмм профилей георадиолокации в береговой части р. Казачка до абсолютной высоты 15-25 м является поверхность морской террасы сложенная базальтовыми и андезитобазальтовыми лавами.

По материалам бурения ЧукотТИСИз в геологическом строении участка детализации «Дума» участвуют:



  1. Насыпные грунты 1,4-1,6 м и торф 0,5-0,9 м

  2. Глинистые ледниково-морские и щебнистые элювиальные грунты 2,5-6 м

  3. Базальтовый рухляк 0,5-2,5 м, базальт выветрелый малопрочный.

По данным георадиолокационного подповерхностного зондирования участка с учетом данных бурения прошлых лет составлена сводная колонка, характеризующая инженерно-геологический разрез и электрофизические свойства грунтов территории размещения объекта (табл. 2).

Табл. 2


Сводный геолого-геофизический разрез участка детализации «Дума»

Мощность, м

Глубина, м

Характеристика

грунтов


Электрофизические свойства слоев

1,5-2,2



1,5-2,2



Сезонно-талые и мерзлые супесчаные крупно щебнистые и гравийно-галечные грунты открытые, под бетоном и дорожной плиткой, под газонами

ε 4,5-9,0

Vф 11-14 см/нс



0,5-1,0

1,5-1,8

Мерзлые погребенные почвы, оторфованные суглинки

ε 50,0-60,0

Vф 4-6 см/нс


1,2-4,5

1,0-3,2


Мерзлые льдистые суглинки со щебнем, дресвой, галькой и гравием

ε 16,0-18,0

Vф 7-8 см/нс



> 4


3,5-6,0

Мерзлые глыбово-щебнистые грунты (базальтовый рухляк) и трещиноватые скальные базальты и андезитобазальты

ε 12,0-16,0

Vф 9-11 мм/нс



Примечание: ε – диэлектрическая проницаемость, Vф – скорость прохождения волн

По итогам георадиолокации участка «Дума» сделаны следующие выводы:



  1. Георадиолокационный разрез имеет 4-х слойное строение и состоит из сезонно-талого слоя, мерзлого (тающего) переходного (промежуточного) льдистого слоя, горизонта оторфованных суглинков, мерзлых коры выветривания и коренных скальных грунтов. На отдельных профилях или их участках из разреза выпадают переходный слой, оторфованные суглинки. На газонах дешифрируется горизонт современных почв.

  2. Глубина сезонной оттайки по площади участка изменяется от 0,6 до 3 м, составляя в среднем 1-1,2 м. Минимальные значения оттайки установлены под современными газонами, условно средние под открытыми бетонными покрытиями проездов и тротуаров.

  3. По данным зондирования выделяется несколько типов таликовых зон, диагностирование которых затруднительно. Признаком их выявления является увеличение глубины сезонной оттайки при нарушении залегания горизонта оторфованных суглинков. Первый тип - это межмерзлотные погребенные талики перекрытые грунтами отсыпки, второй тип нерегулярно промерзающие зоны современной оттайки. При этом погребенные таликовые зоны могут полностью сверху протаивать в летний период, и наоборот современные талики могут находиться зимой в межмерзлотном состоянии.

  4. Отдельные слои, выделенные при интерпретации радарограмм по профилям, пройденным в непосредственной близости от построек 50-60-хх годов, не были изначально уверенно диагностированы. Диэлектрическая проницаемость пород этих слоев изменяется от 7 до 12, слои залегают ниже границы сезонной оттайки. Впервые для инженерной геофизики сделано предположение, что данные слои результат искусственной проморозки кровли ММП и малоглубинных свай путем полива в осенне-зимний период талого основания свайного фундамента.

Таким образом, реперным горизонтом для центральной части городской застройки является слой погребенных техногенными грунтами торфянистых почв и оторфованных суглинков.

На рис. 6 представлены два типичные эталонные радарограммы построенные по профилям, пройденным в границах участка детализации «Дума». На первом (А) профиль пройден по бетонной дороге от ул. Отке к ул. Ленина вдоль здания по адресу Отке, 29. Профиль ориентирован в крест простирания исходного рельефа. На радарограмме выделены 4 слоя (снизу вверх): кора выветривания мерзлых скальных пород; мерзлые суглинки с галькой и гравием (3,2 м), мерзлые торфянистые почвы и оторфованные суглинки (0,8 м); мерзлые техногенные грунты с повышенной льдистости (1-1,1 м); сезонно-талый слой с дорожной одеждой и бетонным покрытием (0,8-1,2 м). Профиль радарограммы Б пройден во внутреннем дворе здания Отке, 29 под углом к естественному уклону рельефа, по поверхности грунтовой отсыпки. На радарограмме выделено 3 слоя (снизу вверх): мерзлые суглинки с галькой и гравием (>3,5 м), погребенные мерзлые почвы и оторфованные суглинки (0-0,3 м); мерзлые льдистые техногенные грунты (0,15-0,6 м); талые и сезонно-мерзлые техногенные грунты, погребенные почвы и суглинки (1,5-3,2 м).



по дорогекленинаюс.bmpА.

Рис. 6. Эталонные радарограммы по участку детализация «Дума»: А – профиль подповерхностного зондирования по дороге с бетонным покрытием и регулярной снегоуборкой в зимний период;


радарограмма тыл-по отсыпке-запад-по отсыпкеюс.bmp Б.

Рис. 6. Эталонные радарограммы по участку детализация «Дума»: Б – профиль подповерхностного зондирования во внутреннем дворе зданий с грунтовым покрытием без снегоуборки


Таким образом, подтверждены стабильные геокриологические условия под дорогами с бетонным покрытием и регулярной снегоочисткой, ориентированными в крест простирания склона. Установлено, что на пустырях, во внутренних дворах с грунтовой отсыпкой лишенной растительности со снежным покровом в зимний период глубина сезонно-талого слоя возрастает до 1,5-1,8 м, образуются и сохраняются длительное время таликовые зоны глубиной до 3 м с сезонно-мерзлым слоем с поверхности. Выявленная на участке детализации «Дума» таликовая зона прямой связи с коммунальными утечками не имеет. Вопрос о глубине промерзания таликовых зон остается открытым. Слой погребенной почвы и оторфованных суглинков хорошо диагностируем на радарограммах, пригоден для выявления зон оттайки и деформаций мерзлых пород и грунтов (термокарстовых просадок).

По результатам обработки данных снегомерной съемки с использованием инструмента Grid data метода Kiring программы Surfer 7.0 была рассчитана база цифровых данных мощности снежного покрова залегающего по площади городской застройки в ненарушенном состоянии. По рассчитанным данным машинным способом построена графическая модель распределения снежного покрова без учета дорог и улиц с регулярной снегоочисткой и мест складирования снега (рис. 7).



снег.jpg

Рис. 7. Графическая модель распределения снежного покрова в г. Анадырь

На рисунке видно уменьшение мощности снежного покрова во дворах, открытых пространствах в центре города, вблизи перекрестка Отке – Рультытегина, в микрорайоне Энергетиков, на улицах Ленина – Беринга. Результаты моделирования снежного покрова будут использованы на последующих этапах исследований при анализе факторов влияющих на глубину сезонной оттайки.

Результатом анализа и дешифрирования топографической карты масштаба 1:25000 съемки 1970 г. стало создание с использованием инструмента Grid data метода Kiring программы Surfer 7.0 базы цифровых данных абсолютных высот рельефа до начала строительства города. Предполагается, что данный рельеф отчасти соответствует подошве слоя грунтовой отсыпки, фиксирует таликовые зоны и подземные потоки по тальвегам погребенных ручьев и оврагов (рис. 8).



рельеф дозастроечный города.jpg

Рис. 8. Графическая модель рельефа г. Анадыря до начала застройки

Подводя итоги, отметим наиболее важное положение, вытекающие из результатов первого этапа исследований. Установлено различное влияние типа городской застройки на глубину сезонной оттайки. Минимальная глубина оттайки под современными бетонными гравийной отсыпкой улицами (35-45 см без учета дорожной одежды). Умеренная оттайка (до 1 м) под домами с проветриваемым подпольем высотой более 0,15 м. Таликовые зоны приурочены к теплотрассам, пустырям с разреженным растительным покровам. Данные факторы при моделировании городской геосреды могут быть проанализированы графическим (карты слои) и математическим (базы данных) методами.

4. Образовательная деятельность

Выполнение проекта предусматривает привлечение студентов к его выполнению, а также использование оборудования, результатов исследований в учебном процессе, в повышении уровня и качества знаний студентов по дисциплинам будущей специальности, привлечении студентов к научной работе. Тема проекта НИР «Моделирование функциональной структуры кровли многолетнемерзлых пород городской геосреды по геофизическим и геохимическим данным» ориентирована на дисциплины комплекса наук о Земле – геокриологию (мерзлотоведение), инженерную геологию, геофизику, прикладную геохимию, охрану окружающей среды, математическое моделирование в геологии. Перед началом выполнения проекта со студентами 1-2 курса специальностей «Горное дело» и «Прикладная геология» проведено открытое занятие, посвященное тематике и организации научных исследований проекта. На занятии были сообщены цель и задачи проекта, методы и методики исследований, краткое содержание этапов работ и ожидаемые результаты.

Первый этап «Рекогносцировочные, опытно-методические работы» включал полевые работы и научные исследования с участием студентов групп ПГ-12 и ГД- 11, формирующие навыки работы с картографическим материалом и документации точек наблюдения, отбора проб, полевой геофизики. Участники весенних полевых работ указаны в гл. 2 настоящего отчета (рис. 9, 10).

dscn8878.jpg

Рис. 9. Вторая бригада снегомерной съемки (слева направо студенты 1 курса гр. ПГ-12

Слепцова Дайана, Тынелькут Петр, Амчет Алексей)
dscn8880.jpg

Рис. 10. Первая бригада снегомерной съемки (слева направо студенты 1 курса гр. ПГ-12

Чайвырахтын Тимофей, Нутевекет Марина, Старченко Елена)

Осенние полевые работы предполагали проведение георадиолокационного подповерхностного зондирования участка детализации «Дума» и площадной георадиолокации г. Анадыря. Студенты групп ПГ-12 и ГД-11, под руководством инженера оператора георадара участвовали в площадной георадиолокации. Перед началом работ студенты ознакомились с теорией применения метода, конструктивными особенностями прибора, приемами интерпретации радарограмм. При проведении работ отличились студенты группы ГД-11 Рахтыргин Андрей и Кайсагалиев Василий (рис. 11).


dscn9019.jpg

Рис. 11. Площадная георадиолокация методом подповерхностного зондирования г. Анадыря

(слева направо инженер оператор Уяганский К.К., студенты ГД-11 Кайсагалиев Василий,

Рахтыргин Андрей)




5. Апробация результатов исследований

Первый этап исследований предполагал анализ, сбор и обработку опубликованных и фондовых материалов, оригинальных первичных данных, поэтому научные публикации и доклады в большей мере имели постановочный (заявительный) по методам и методологии исследований характер. Тем не менее, по заказу специализированного журнала «Проектирование и инженерные изыскания» удалось подготовить и опубликовать рецензируемую научную статью по проблематике геофизического изучения мерзлых грунтов г. Анадыря:



  • Трегубов О.Д., Львов А.П. Практика георадиолокации мерзлой толщи Анадыря: площадные и линейные объекты / Проектирование и инженерные изыскания. – М: «Архитектура. Строительство. Дизайн» № 2, 2013. С. 30-40.

В соответствии с техническим заданием и календарным планом первого этапа проекта была подготовлена к изданию и издана рукопись учебного пособия:

  • Трегубов О.Д., Коломиец О.П. История развития горного дела. Развернутые конспекты лекций. Учебное пособие. – Якутск: Издательский дом СВФУ, 2013. 192 с.

Исполнителями проекта представлена серия докладов, посвященных методологии образования и науки, геологии и палеогеографии окрестностей г. Анадыря. Доклады изданы в материалах конференций и сборниках статей:

  • Мынбаева Г.Г. Система дистанционного обучения с учетом региональных особенностей вуза // Сборник статей КГУ «Проблемы современного педагогического образования». – Ялта, 2013. – С.16-20.

  • Мынбаева Г.У. Первые шаги высшего образования в Чукотском автономном округе. // Сборник статей научно-практической конференции с международным участием «Женщины и вызовы современности». Электр. изд. МЦНИП, регистр. номер 0321302003. – Якутск, 2013. – С. 29-30.

  • Трегубов О.Д, Пахомов А.Ю. Термоабразионный генезис плейстоцен-голоценовых ледниково-морских отложений Анадырского лимана // VIII всероссийское совещания по изучению четвертичного периода: «Фундаментальные проблемы квартера, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований». Сб. статей. – Ростов н/Д: Издательство ЮНЦ РАН, 2013. – С. 640-642.

Подготовлен и представлен на международной конференции в г. Якутске - 2nd International Conference on “Global Warming and the Human-Nature Dimension in Siberia:Social Adaptation to the Changes of the Terrestrial Ecosystem, with an Emphasis on Water Environments” (Yakutsk, Russia, 8-11 October, 2013 (ИБПК, ИГД СО РАН, СВФУ Якутск, 8-11 октября 2013) коллективный доклад:

  • Tregubov O.D., Razjivi V.Y., Lvov A.P. and Mynbaeva G. U.. Dynamics of the seasonal thaw depth as a factor of change in water regime of soil and of vegetation change.

Доклад посвящен особенностям деградации многолетней мерзлоты ландшафтов Анадырской низменности при флуктуациях климата и техногенном воздействии. В декабре 2013 планируется издание англоязычной версии материалов конференции.
Использованные материалы

  1. Василенко В.Н., Назаров И.М., Фридман Ш.Д. Мониторинг снежного покрова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 180 с.

  2. Дудник А.В. Оценка достижимой глубины зондирования в георадиолокации // Наукоёмкие технологии. № 9 2009. С. 62-68

  3. Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. – М., Изд-во МГУ, 1999. 244 с.

  4. Изучение инженерно-геокриологических условий промышленного и гражданского строительства на Северо-Востоке. Мерзлотный мониторинг городских и промышленных центров Чукотки: Информ. отчет / Тишин М.И., Степанов Р.В., Бражник С.Н. и др. Анадырь: НИЦ “Чукотка” ДВО РАН , 1992. 275 с.

  5. Информационная записка об инженерно-геокриологических условиях (по материалам изученности прошлых лет) «Гараж ПБОЮЛ Кульговец А.П.», ЧукотТИСИЗ, Анадырь, 2004, 10 с

  6. СП 11-105-97 СВОД ПРАВИЛ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА. ЧАСТЬ VI. ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ – М: Госстрой России, 1997

  7. Степанов Р.В. К разработке единых принципов геокриологического районирования // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1991. С. 54-61

  8. Степанов Р.В., Степанова И.В. Мерзлотно-гидрогеологическое районирование г. Анадырь // Комплексные геокриологические исследования Чукотки. – Магадан: МПО СВНЦ ДВО РАН, 1991. С. 101-110.

  9. Технический отчет по инженерно-строительным изысканиям «Расширение котельной III квартала в г. Анадыре», А надырь, 1977, 75 с.

  10. Трегубов О.Д. Георадиолокация верхней толщи мерзлых пород Анадыря: строение, интерпретация, прогноз / Матер. Четвертой конф. Геокриологов России. МГУ 7-9 июня 2011г. Т. 1, ч.2, с. 240-246.

  11. Трегубов. О.Д. Особенности георадиолокации кровли мерзлых пород природных и техногенных ландшафтов Анадырской низменности / Инженерные изыскания. № 6, 2011. С. 56-63


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал