Типология карста
В классификации карста по внешним признакам (обнаженность, соотношение пород в массиве, рельеф и др.) выделяются несколько типов карста, а именно:
средиземноморской тип, голый, обнаженный, открытый, – карстующиеся породы непосредственно выходят на поверхность: Горный Крым, некоторые участки Кавказа, горные страны Средиземноморья (Динариды);
кавказский тип (по Г.А. Максимовичу), задернованный (по Н.А. Гвоздецкому). Карстующиеся породы покрыты почвенно-дерновым или элювиально-почвенно-дерновым покровом;
среднеевропейский тип, покрытый, подэлювиальный. Карстующиеся породы покрыты элювиальными отложениями;
русский тип (по Г.А. Максимовичу), восточно-европейский (по М.А. Зубащенко), среднерусский (по И.В. Попову), закрытый. Карстующиеся толщи закрыты относительно мощным чехлом, как правило, стратифицированных, некарстующихся пород;
камский тип, перекрытый. Карстующиеся породы перекрыты аллювием и (или) отложениями террасового комплекса (характерны подземные формы вдольбортового, поддолинного, подруслового стока);
среднеатласский тип, подвулканический, бронированный (по Г.А. Максимовичу). Карстующиеся породы покрыты изверженными породами различного состава (часто базальтовые покровы четвертичного возраста).
По сочетанию карстующихся и некарстующихся отложений проводят типизацию обстановок карстообразования. Тип обстановок карстообразования зависит от литологии и сочетания отложений, перекрывающих и подстилающих карстующиеся породы. Тип обстановок, в которых проводятся изыскания, а также комплекс пород, в которых ведутся исследования, будут определяться глубинностью изучения разреза, которая в свою очередь обусловлена глубиной возможного влияния (динамического или статического) элементов техногенной нагрузки. В некоторых случаях обстановка определяется только одним из выделенных комплексов.
Анализ принципиального строения массивов, содержащих растворимые породы, позволяет выделить в их составе типичные литологические комплексы, пространственное сочетание которых часто определяет степень устойчивости закарстованной территории.
Типичные комплексы отложений:
покровные: рыхлые несвязные, мягкие связные и их сочетания - отложения аллювиального, элювиально-делювиального, обвально-карстового генезиса, перекрывающие с поверхности коренные породы;
некарстующиеся: твердые скальные или относительно твердые полускальные и их сочетания - породы осадочного, вулканогенного, магматического, метаморфического генезиса;
фрагментарно карстующиеся: твердые скальные и относительно твердые полускальные породы осадочного, вулканогенного, магматического, метаморфического генезиса и их сочетания с подчиненными прослоями, линзами или прожилками карстующихся пород; включениями отдельных кристаллов или агрегатов относительно легко растворимых минералов (как правило, класса карбонатов);
карстующиеся: твердые скальные и твердые полускальные породы осадочного или метаморфического генезиса – карбонатные (известняки, доломиты, мергели, мраморы, мел), сульфатные (гипс, ангидрит), галоидные (каменные и калийные соли), их переходные разности и литологические сочетания. Некоторые исследователи к этому комплексу относят конгломераты с карбонатным цементом, силикатно-карбонатные породы с проявлениями брадикарста и карстовую брекчию (Дублянский, Илюхин, 1982; Шимановский, 1964). «Брадикарст», по определению Г.А. Максимовича, медленно развивающийся карст в силикатных породах (кварцитах), где растворяется карбонатная составляющая этих пород.
В зависимости от геоструктурной обстановки изменяется степень дислоцированности выделенных комплексов.
Сочетание комплексов в геологическом разрезе определяет тип обстановок карстообразования или тип карста в зависимости от литологии и сочетания отложений, перекрывающих карстующиеся породы
В литературе по сочетанию карстующихся и некарстующихся отложений выделено свыше 40 типов карста (Тимофеев и др., 1991).
В нормативных документах (СП 11-105-97, с. 17; ТСН 22-308-98 НН, с. 3) выделяются два типа карста:
открытый карст – карстующиеся породы выходят на поверхность или покрыты лишь почвенно-растительным слоем,
покрытый карст – карстующиеся породы покрыты сверху некарстующимися отложениями.
На территории РФ преобладает покрытый тип карста.
Г.Н. и В.Н. Дублянские (1992, 1998) предложили выделять для инженерно-геологических целей четыре основных и один дополнительный типы карста:
открытый карст – карстующиеся породы выходят на поверхность или покрыты осадочными несцементированными отложениями мощностью до 2 м (снимается при планировке территории);
покрытый карст – карстующиеся породы покрыты осадочными несцементированными отложениями мощностью более 2 м;
перекрытый карст – карстующиеся породы перекрыты осадочными сцементированными или магматическими, или метаморфическими породами различной мощности;
перекрыто-покрытый карст – карстующиеся породы перекрыты осадочными несцеметированными и осадочными сцементированными или магматическими, или метаморфическими породами различной мощности;
смешанный карст в долинах рек с чередованием участков развития карста разных типов.
Любой из выделенных типов в зависимости от специфики инженерного сооружения может быть оценен как «относительно опасный».
Учитывая современные представления о критериях карстоопасности (наличие и образование провальных форм больших поперечных размеров), закрепленных в нормативных документах, можно считать наиболее опасными с позиции развития внезапных провалов ситуации:
когда на карстующихся породах залегают осадочные полускальные слои (3-й и 4-й типы),
когда карстующиеся толщи выходят на поверхность и представлены переслаиванием отложений разной интенсивности растворения (карбонатно-сульфатный, сульфатно-карбонатный и другие типы) – один из вариантов 1-го типа.
В этих случаях трещиноватая кровля способствует избирательному растворению с формированием арок или плоских перекрытий над полостями, создающих предпосылки для катастрофического обрушения.
В качестве примера приведем геологическое строение территории г.Кунгура по материалам, изложенным в монографии «Геология и карст города Кунгура» (2010). Следует отметить, что геологическое строение территории г.Кунгура, как, впрочем, и иных территорий развития сульфатно-карбонатного типа карста при наличии обвально-карстовых отложений и иных перекрывающих отложений различного генезиса, характеризуется повышенной сложностью, что выражается в литолого-фациальной изменчивости и изменчивости мощностей отложений как по разрезу, так и по площади. Практика показывает, что совпадение геологических разрезов отложений, фиксируемых по результатам бурения даже близко расположенных скважин, является исключением, а не правилом.
В пределах территории г. Кунгура в результате обобщения данных бурения скважин различного назначения было выявлено тринадцать типов сочетания карстующихся и перекрывающих отложений различного состава и генезиса (рис.1.1).
Выделенные типы и подтипы геологических разрезов наиболее полно характеризуют принципиальное геологическое строение территории города, по крайней мере, её северной, наиболее изученной части. Площадное распределение типов геологического строения неравнозначно. Например, тип I-Б-а распространен локально на востоке городской территории. Тип I-Б-б прослеживается вдоль русла р. Сылвы в северной части города, сужаясь и выклиниваясь по площади в районе устья р. Ирень. Типы I-Б-в и I-Б-г развиты преимущественно вдоль восточной городской границы. Тип II-A имеет крайне ограниченное распространение. Он отмечается на двух участках северо-востока городской территории в пределах высокого правого борта долины р. Сылвы (обнажения Ледяной горы). Этот тип также выделен в виде узких коротких полос вдоль юго-западной границы города (обнажения коренных берегов р. Ирени). На этих участках зафиксированы единичные воронки и провалы преимущественно по их периферии, на границе территорий распространения I и III типов геологических разрезов. Тип II-Б-б в площадном отношении развит в северной и северо-восточной части города, включая и его междуречную, наиболее плотно застроенную часть. В его пределах в виде локальных участков отмечаются типы II-Б-а, III-Б-а, III-Б-б. Тип II-Б-в развит центральной части города, в районе Черемушки, стадиона. К типу II-Б-г относится микрорайон Нагорный и, вероятно, наименее изученная южная часть. Все подтипы карста типа III-Б имеют локальное распространение.
Рис. 1.1. Типы геологических разрезов на территории г. Кунгура
В целях общей, площадной оценки карстоопасности типизационная схема геологического строения может быть генерализована (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Генерализованные типы геологических разрезов территории г. Кунгура.
Условные обозначения: 1 – аллювиально-делювиальные отложения четвертичного возраста; 2 – обвально-карстовые отложения неоген-четвертичного возраста; 3 – сульфатные отложения иренского горизонта; 4 – сульфатно-карбонатные отложения иренского горизонта; 5 – карбонатные отложения филипповского горизонта
Практическое задание 1
Определение типа карста
Порядок выполнения задания:
На основании имеющихся данных, согласно заданному варианту: геологическая карта участка, описание колонок скважин (приложение 1) построить карстологический разрез участка в масштабах: горизонтальный – 1: 5000, вертикальный – 1:500.
Условные обозначения принять согласно ГОСТ21.302-2013, составить легенду к разрезу.
Дать характеристику карстующихся пород и разреза.
Определить тип карста по литологии карстующихся пород и характеру перекрывающих отложений.
Библиографический список
Дублянский В.Н., Илюхин В.В. Крупнейшие карстовые пещеры и шахты СССР. М.: Наука, 1982. 137с.
Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Картографирование, районирование и инженерно-геологическая оценка закарстованных территорий. Новосибирск, 1992. 143 с.
Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Теоретические основы изучения парагенезиса карст – подтопление. Пермь, 1998, 204 с.
Катаев В.Н., Кадебская О.И. Геология и карст города Кунгура: монография / Перм. гос. ун-т; ГИ УрО РАН. Пермь, 2010. 249с.
СП 11-105-97. Ч. 1. Инженерно-геологические изыскания для строительства / Госстрой России. 1998.
СП 11-105-97. Ч. 2. Инженерно-геологические изыскания в районах опасных геологических, инженерно-геологических процессов / Госстрой России. 1998.
Тимофеев Д.А., Дублянский В.Н., Кикнадзе Т.З. Терминология карста. М.: Наука, 1991. 260с.
ТСН 22-308-98. НН. Инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области / Администрация Нижегородской области, комитет архитектуры и градостроительства. Нижний Новгород, 1999.72с.
Шимановский Л.А. Подземные воды Уфимского плато (зона активного водообмена): дис. на соискание учен. степ. канд. геол.-мин. наук / Перм. ун-т. Пермь, 1964. Т.1. 347с.
Список рекомендуемой литературы
Дублянский В.Н., Андрейчук В.Н. Терминология спелеологии/ УрО АН СССР. Екатеринбург, 1991. 202с.
Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н., Катаев В.Н., Костарев В.П., Толмачев В.В. Карстоведение. Ч. 3. Инженерное карстоведение: учеб. пособие / Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь, 2011. 288 с.
Максимович Г.А. Основы карстоведения. Вопросы морфологии карста, спелеологии и гидрогеологии карста. Пермь: Перм. кн. изд-во, 1963. Т. 1. 444с.
ГОСТ 21.302-2013. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям / Стандартинформ. М., 2014.