Просадочные процессы и их формы рельефа на территории Прикубанской равнины: особенности и распространение

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Востриков Николай Геннадьевич

ПРОСАДОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА НА ТЕРРИТОРИИ ПРИКУБАНСКОЙ РАВНИНЫ: ОСОБЕННОСТИ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ

25.00.25 - геоморфология и эволюционная география

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Краснодар - 2012



Работа выполнена на кафедре геоинформатики географического факультета Кубанского государственного университета

Научный руководитель: кандидат географических наук, доцент Антошкина Елена Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Соловьев Владимир Алиевич;

кандидат географических наук доцент Николайчук Александр Николаевич

Ведущая организация: ООО «НК «Роснефть-НТЦ»

Защита состоится 23ноября 2012 г. в 11-00 на заседании диссертационного совета Д 212.101.15 по географическим наукам при Кубанском государственном университете по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд.200.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного университета (читальный зал), с авторефератом

Автореферат разослан октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук Т.А. Волкова



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Просадки относятся к обширной группе природных и техногенных геологических процессов, не представляющих непосредственной угрозы для жизни человека и не приводящие к разрушению абиотической составляющей экосистем, но вызывающих ее изменение. Они негативно воздействуют на условия жизнедеятельности человека через деформации и осложнение эксплуатации инженерных сооружений, снижение качества ресурса геологической среды. Эти процессы длительного действия, с продолжительным периодом подготовки и, как правило, с отдаленным и опосредовательными экологическими последствиями.

Просадочные грунты имеют весьма широкое распространение на территории равниной части Краснодарского края. Просадки - один из основных неблагоприятных физико-геологических процессов, значительно осложняющих хозяйственное освоение территорий, развитых в отложениях второй и третьей террас р. Кубань делювиально-эоловой фации. К просадочным грунтам в соответствии с СП11 105-97 относятся пылевато-глинистые разновидности дисперсных осадочных минеральных грунтов, дающие при замачивании при постоянной внешней нагрузке и нагрузки от собственного веса грунта дополнительные деформации - просадки, происходящие в результате уплотнения грунта вследствие изменения его структуры.

На территории Краснодарского края эти процессы развиты очень широко и приурочены к лёссовидным породам, распространенным на равнинной части края. Наибольшая просадочность характерна для лёссов, покрывающих обширные плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас; в поймах и нижних частях склонов просадки практически отсутствуют. Просадки разделяются на естественные, происходящие при естественном увлажнении; и техногенные, возникающие вследствие хозяйственной деятельности человека.

Эти процессы не приводят к кардинальному изменению ресурса геологического пространства, но, несомненно, оказывают влияние на качество этого ресурса, в основном локальное. В последнее время отмечается расширение площадей уже существующих просадочных форм и появление новых, что и определяет актуальность рассмотрения данного вопроса.

Цель диссертационного исследования - изучение условий и факторов просадочных процессов и особенности распространения их форм рельефа на Прикубанской равнине.

Задачи исследования:

- анализ и обобщения научно-литературных источников, картографического материала и изысканий различных геологических организаций по геолого-геоморфологическим особенностям Прикубанской равнины, являющимися основным ресурсом просадочности;

- изучение факторов активизации просадочных процессов;

- выявление пространственной локализации просадочных форм рельефа;

- анализ влияния просадок на формирование геоэкологической ситуации равнинной части Краснодарского края.

Теоретической основой работы российских и зарубежных ученых В.П. Ананьев, Т.В. Андреева, Б.Ф. Галай, Н.Я. Денисов, А.В. Ершова, Н.В. Коломийцев, Н.Н. Комиссарова, В.И. Коробкин, Н.Г. Мавлянов, А.В., Ю.М. Абелева, Н.И. Кригера, Минервина, Е.М. Сергеева и В.Т. Трофимова и многих других

Методы исследования. Основой методологии исследования является системный подход к проблеме изучения просадочности и просадочных форм рельефа.. При проведении исследования были использованы следующие методы исследования: 1) анализ существующей источниковой базы по рассматриваемой проблематике (метод научного анализа), 2) обобщение и синтез точек зрения, представленных в источниковой базе (метод научного синтеза и обобщения), моделирование на основе полученных данных в раскрытии поставленной проблематики (метод моделирования). При проведении диссертационного исследования широко использовались методы полевых исследований. Таким образом, методологической основой данного исследования послужило использование различных областей научного знания сообразно со спецификой темы, т.е. междисциплинарный подход в исследовании геосистем.

Научная новизна работы. В основу исследования просадочных свойств грунтов и их форм рельефа положена комплексная методика, сущность которой определяется тем, что впервые:

- определены вопросы генезиса и терминологии по изучаемым вопросам применительно к территории Краснодарского края;

- систематизирована методологическая основа теории просадочности;

- определена роль просадочных процессов и явлений в формировании геоэкологической обстановки;

- проведены морфометрические исследования просадочных форм рельефа Прикубанской равнины;

- выявлена связь пространственной локализации просадочных форм рельефа с тектонической.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Вопросы терминологии по определению основных понятий по диссертационному исследованию (лёссов, лёссовых пород, просадочных форм).

2. Классификация гипотез происхождения лёссовых пород.

3. Генетические и литологические особенности лёссовидных суглинков Прикубанской равнины.

4. Результаты морфометрических исследований (густота, плотность, пораженность Прикубанской низменности просадочными формами).

5. Закономерности распространения лёссовых пород на территории Прикубанской низменности.

6. Соотношение просадочных форм с линейными тектоническими нарушениями.

Информационной базой диссертационного исследования являются статистические, картографические, фондовые и другие материалы. Теоретическая база исследования представляет собой следующие группы источников: справочная литература и монографии о данной тематике, научные статьи по исследуемой проблематике; технические отчеты проектных и научных организаций (ГУП «Кубаньгеология, СевКавТИСИЗ, ИнжГЕО и др.); ресурсы сети ИНТЕРНЕТ. Эмпирической базой послужили собственные полевые исследования автора, проведенные на Ейском полуострове, территории Новотитаровского, Усть-Лабинского и других районов, окрестностях и на территории города Краснодара

Практическая значимость работы. Материалы проведенного исследования могут использоваться при планировании и проведении мелиоративных, инженерно-строительных, природоохранных работ; в учебном процессе при чтении основных курсов по геоморфологии, геологии и спецкурса «Экологическая геоморфология» студентам географического факультета ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по специальностям 020401, 050103 «География».

Апробация результатов исследования: основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на V Всероссийская научная конференция «Курортно-рекреационный комплекс в системе регионального развития: инновационные подходы» (Краснодар,, 2012), I Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки: свежий взгляд и новые подходы» (Йошкар-Ола, 2012), Х Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и научных работников «Международные и отечественные нанотехнологии поисков и освоения, разработки и добычи, переработки и транспорта природных минеральных ресурсов, рационального природопользования, экологических проблем и глобальной энергии». (Астрахань, 2012).

По теме диссертации к моменту защиты диссертации будет опубликовано одиннадцать работ; из них четыре (две авторские и две в соавторстве с научным руководителм) работы в журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы определяется ее целью и задачами. Работа включает введение, четыре раздел, заключение, список использованных источников (включающий 139 наименований) и 5 приложений. Текстовая часть диссертационного исследования сопровождается 21 рисунком и 10 таблицами. Общий объем работы 186 страниц.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

картографический просадочность равнина геологический

В первом разделе «Научно-методические основы изучения просадочных свойств грунтов» рассматриваются вопросы терминологии, отмечается, что просадочностью обладает обширная группа природных и техногенных грунтов, однако лёссовые породы являются наиболее распространенными. Понятие «лёссовые породы» и «просадочность» тесно связаны друг с другом. В данной работе рассматриваются только вопросы, связанные с просадочностью лёссовидных суглинков, имеющих широкое распространение на Прикубанской равнине.

Механизм развития просадки - процесса реализации просадочности лёссовых пород при их замачивании - к настоящему времени изучен достаточно подробно. Основательно изучено само это свойство, факторы его определяющие, и закономерности распространения просадочных разностей лёсса в разных регионах планеты.

Генезис просадочности лёссовых пород - проблемная сугубо инженерно-геологическая задача. Специально ориентированные в этом направлении теоретические и методические разработки выполнили В.П. Ананьев, Т.В. Андреева, Б.Ф. Галай, Н.Я. Денисов, А.В. Ершова, Н.В. Коломийцев, Н.Н. Комиссарова, В.И. Коробкин, Н.Г. Мавлянов и др. История изучения генезиса просадочности лёссовых пород свидетельствует, что идеи Н.Я. Денисова способствовали созданию общей теории формирования просадочности лёссовых пород.

В 1959-1992 гг. результаты теоретических и экспериментальных исследований генезиса просадочности были опубликованы в научных трудах А.В. Минервина, Е.М. Сергеева и В.Т. Трофимова. В монографии Н.И. Кригера (1986) «Лёсс. Формирование просадочных свойств» рассмотрены факторы, определяющие величину просадочности, энергетика и геохимия лёссов, связь просадочности с параметрами географической среды.

В итоге проведенных работ в области исследования генезиса просадочности к концу XX в. были сформулированы гипотезы о происхождении этого свойства и накоплен огромный экспериментальный материал, однако не были обобщены и критически оценены имеющиеся данные. Поэтому научно и практически значимым было появление монографий В.Т. Трофимова «Генезис просадочности лёссовых пород» (1999), «Теория формирования просадочности лёссовых пород» и др.(2003), которые явились результатом: систематики и характеристики содержания, выдвинутых разными авторами гипотез о формировании просадочности лёссовых пород как сингенетического или эпигенетического их свойства; обобщения экспериментальных данных разных авторов, а также создания новых логико-графических моделей формирования просадочности лёссовых пород разного генезиса.

Следует отметить, что до настоящего времени нет единого мнения о природе просадочности лёссовых пород. Анализ существующих мнений показывает, что все гипотезы, можно разделить на две группы. В первой группе просадочность лёссов рассматривается как их первичное свойство - формируется непосредственно в ходе накопления и начальной стадии преобразования минерального пылеватого осадка. Одну из причин возникновения просадочности Н.Я. Денисов (1953) видел в формировании недоуплотненных лёссовых толщ, вследствие захоронения рыхлой, сцементированной легкорастворимыми веществами, массы пылеватых частиц под постепенно накапливаемыми слоями вышележащих пород. Гипотезы второй группы характеризуют просадочность как новообразованное свойство породы - приобретается после накопления пылеватого осадка.

Автор данной работы предлагает, также как и ряд исследователей (Ю.М. Абелев, Н.И. Кригер и др.), различать: 1) собственно просадку лёссовых толщ, которая представляет деформацию толщ лёссовых пород при увлажнении, порождаемую только действием собственного веса пород этой толщи; 2) дополнительную осадку - возникает при замачивании не только в результате действия собственного веса толщи, но и под дополнительной нагрузкой от инженерного сооружения.

Проблематичным является определение лёсса, основанное на перечислении как можно большего числа признаков. Поскольку наибольшую практическую значимость имеют инженерно-геологических свойств лёссовых пород, то, в данной работе за основу будет приниматься определение, предложенное В.Т. Трофимовым. Оно дано на основе выделения наиболее важных с инженерно-геологической точки зрения особенностей лёссовых пород.

Познание природы формирования свойств горных пород требует глубокого анализа их состава и структуры. Для пылеватых пород особое значение приобретает исследование их микроструктуры, т.е. размера и формы твердых структурных элементов и пор, их взаимной ориентации и типа структурных связей. Значительный вклад в исследование микроструктуры лёссовых пород принадлежит А.К. Ларионову, И.М. Горьковой, Н.В. Волянику, Г.А. Липсону, В.М. Алексееву, В.Н. Соколову, Н.Н. Комиссаровой, Е.Н. Коломенскому, Г.Л. Коффу, В.Ф. Котлову, Х.Л. Рахматуллаеву, В.В. Севостьянову, В.В. Ведерникову, А.В. Гридневскому, И.Ю. Григорьевой и др.

Несмотря на длительный период изучения, существующие ныне классификации структуры лёссовых пород не учитывают всех структурных признаков и не позволяют делать научно обоснованный прогноз их деформационного «поведения».

Относительно происхождения лессов существует несколько теорий, из них наиболее известная - эоловая. За последние десятилетия в результате накопленного обильного фактического материала стало очевидным, что в составе лёссов и лёссовидных пород необходимо выделять различные генетические типы в зависимости от ведущего процесса их образования: делювиальные, пролювиальные, элювиальные, флювиогляциальные, аллювиальные, озерные, эоловые. Термин «лёсс» перестал быть синонимом эолового генезиса; он понимается в настоящее время как тип породы, природа которой является полигенетической. Обобщение и анализ существующих гипотез позволяет сказать, что процесс формирования лёссовых пород состоит из двух этапов: 1) накопление минерального пылеватого осадка, которое может происходить различными путями, 2) превращение накопленного осадка в типичный лёсс, то есть в просадочную породу.

Лёсс зонален, приурочен к умеренному - семиаридному климату. Все породы, морфологически напоминающие лёссы, но не имеющие полного комплекса характерных признаков, называются лёссовидными (лёссовидный суглинок и др.).

Лёссовидные породы морфологически напоминают лёсс; по составу относятся к суглинкам и супесям. Отличаются от лёсса: наличием слоистости и прослоев галечников, более глинистым или более песчанистым составом; меньшим содержанием крупнепылеватой фракции и большими колебаниями содержания других фракций, меньшей пористостью и просадочносью; обычно содержат карбонаты; могут иметь также различный генезис. На Прикубанской равнине лёссовидные породы известны под названием покровных суглинков. Здесь лёссы имеют площадное развитие. Явный покровный, плащеобразный характер их залегания подчеркивается тем, что они распространены на разных элементах рельефа и на разных абсолютных отметках, почти не меняя своей мощности.

Во втором разделе «Условия и факторы формирования просадочных процессов Прикубанской низменности» отмечается, что особенности и многообразие рельефообразующих процессов, активизируемых инженерно-хозяйственной деятельностью в значительной степени зависят от местных физико-географических и геологических условий. Для просадочных процессов это в первую очередь геологические и гидрогеологические условия, особенности рельефа, литолого-минералогический состав пород и другие.

Основными типами рельефа являются: лёссовые эрозионно-аккуму-лятивные плиоценово-четвертичные равнины, занимающие большую северную часть низменности; аллювиальные аккумулятивные четвертичные равнины с покровом лёссов - занимают пространства в южной части низменности между р. Бейсуг и широтным отрезком р. Кубань. На Прикубанской низменности широко развиты пролювиально-делювиальные и элювиальные лёссовидные суглинки, аллювиальные песчано-галечные и песчано-глинистые с примесью ракушечников морские отложения, относящиеся к различным отделам плейстоцена. В работе дается подробный анализ элювиально-делювиальных лёссовых пород, плащеобразно перекрывающих склоны водоразделов и полого опускающиеся по склонам речных долин, т.к. именно они способствую образованию просадочных явлений.

Лёссовые породы характеризуются хорошо выраженной микро- и макропористостью и слабой цементацией. Окраска буроватая, изменяющаяся по интенсивности на различных участках и на глубинах. Суглинки карбонатные, известковый материал встречается в виде отдельных известковых выделений. Карбонатный материал также представлен тонкими рассеянными массами пелитоморфного кальцита. Состав лёссовых пород алевритовый, так как алевритовая фракция составляет основную породообразующую часть лёссовых пород - в средних пределах 50%. Количество песчаной фракции от 2 до 12%, глинистой фракции менее 0,005 мм - от 35 до 55%.

Основными факторами просадочности являются минералогический и гранулометрический состав породы, ее физико-механические свойства, химический состав и концентрация воздействующего на породу водного раствора. Процессу просадки подвержены практически все лёссовые породы, однако, по величине объемных деформаций лёссовидные суглинки значительно уступают типичные просадочные грунты. Минералогический состав делювиально-эоловых грунтов Прикубанской низменности сравнительно стабилен (таблица 1).

Таблица 1 - Минералогический состав лёссовых грунтов

Минералогический состав, %	II НПТ	III НПТ
кварц	до 59	35-65
полевой шпат	до 12	до 12
кальцит	до 6	-
амфибол, гидромусковит, лимонит, магнетит	1	0,1
глауконит, единичные зерна граната, эпидота, рутила	незначительно	-
гидрохлорит	-	незначительно
глинистых минералов	до 30	до 30

В пределах Прикубанской низменности лёссовые породы перекрывают галечные и песчаные отложения террас. Наиболее широко они развиты на высоких террасах, достигая здесь мощности 16 м и более, на низких террасах они имеют значительно меньшую мощность - до 4 м (рисунок 1).

Рисунок 1 - Распространения лёссовых пород на территории Краснодарского края

Лёссовые породы литологически неоднородны; представлены как лёгкими, так и тяжёлыми разностями и обнаруживают неодинаковую интенсивность окраски. Тяжёлые суглинки составляют нижнюю часть разреза лёссовых пород высоких террас; лёгкие - залегают на низких террасах и слагают верхнюю часть лёссовой толщи высоких террас; по мере приближения к долинам больших рек они делаются всё более грубые и вблизи реки превращаются почти в лёссовидные супеси.

В отдельных прослоях содержание карбонатных стяжений достигает 60%. Размеры их разнообразны - от 0,5 до 20 см. В толще лёссовых пород встречаются от 1 до 8 горизонтов ископаемых почв, которые придают лёссам полосчатое строение. По литологическим, минералогическим и палинологическим (спорово-пыльцевым) особенностям лёссовые породы подразделяются на нижне-, средне- и верхнеплейстоценовые.

Изучение экзогенных геологических процессов показало, что на динамику их развития влияют не только физико-географические условия, минералогический и гранулометрический состав породы, ее физико-механические свойства, химический состав и концентрация воздействующего на породу водного раствора, но и просадочные процессы - суффозию, подтопление, заболачивание и др.

Просадки, имеющие распространение на Прикубанской низменности, можно разделить на две группы: естественные, происходящие при естественном увлажнении и техногенные, возникающие вследствие хозяйственной деятельности человека. Следствием естественной просадочности на Прикубанской низменности наибольшее распространение имеют формы рельефа просадочные («степные») блюдца. Техногенные просадки происходят при проникновении в лёссовые пород воды из каналов, водохранилищ, утечках из водопроводов.

Лёссовидные породы с I типом просадочности встречаются почти повсеместно на Прикубанской равнине. Просадочность II типа наиболее интенсивно проявляется в районе г. Усть-Лабинске, ст-це Новопокровской и в некоторых других районах.

Просадочные формы рельефа имеют исключительно широкое развитие в зоне развития лёссовидных пород. В районе г. Усть-Лабинска, где развиты грунты со II типом просадочности, пораженность территории достигает 18 %, в районе Новопокровской - до 15,8 %. Самая высокая пораженность территории западинными формами (до 38 %) отмечена в Тимашевском районе, где развиты лёссовидные породы I типа по просадочности. То же самое наблюдается на Ейском полуострове, где пораженность западинными формами достигает местами 19,5 % при I типе грунтовых условий.

Анализ данных о формах микрорельефа равнины позволяет считать, что образование замкнутых падей I типа, распространенных, в основном, в районе Ейского полуострова, связано, по всей вероятности, с остаточными формами деятельности водных потоков и реликтами озер и лиманов. Образование замкнутых понижений II типа имеет, по-видимому, смешанный генезис, однако основными факторами являются просадочно-суффозионные процессы. Образование замкнутых понижений III типа следует увязывать с просадочно-суффозионными и суффозионно-просадочными процессами в зависимости от конкретных геологических условий того или иного участка.

На равнинной территории сложенной лёссовидными породами, сохраняется тенденция расширения старых и образования новых депрессий, особенно на орошаемых территориях. Днища этих понижений являются крайне неблагоприятными для сельскохозяйственного освоения, а некоторые из них полностью выведены из севооборота.

В результате анализа причин активизации экзогенных геологических процессов, в том числе и просадочных, были определены необходимые мероприятия для их минимизации. На основании мониторинга должна быть создана система информационного обеспечения, которая позволит: дать краткосрочные и долгосрочные прогнозы, значительно сократить ущерб от их активизации.

Третий раздел диссертационного исследования «Пораженность просадочными явлениями Прикубанской низменности» начинается с рассмотрения вопросов вещественном составе и свойствах лёссовых пород.

Изучение просадочных форм рельефа требует знания природы и механизма самого просадочного процесса, который не является простым механическим доуплотнением, как полагал Н.Я. Денисов (1956), а сопровождает литификацию рыхлых осадочных пород в субаэральных условиях и протекает под воздействием внешних и внутренних факторов.

К первым относятся характер напряжённого состояния породы, зависящий от действующих природного и дополнительного давления и способа их приложения; дополнительное механическое воздействие (сейсмический толчок, взрыв, вибрация и т.д.); условия увлажнения; химический состав смачивающей воды. Среди внутренних факторов важны структурный класс и величина активной пористости, характеризующая недоуплотнённость лёссовой породы; характер водостойкости агрегатов, составляющих породу; её химико-минералогический состав; степень начальной увлажнённости породы или тип её структуры.

Просадочному процессу свойственна стадийность. В случае интенсивного разрушения неводостойких связей, первого этапа уплотнения, выноса легкорастворимых солей, исчезновения капиллярных сил и т.д. происходит быстрая («провальная») стадия просадки. При действии в массиве пород медленных процессов (растворение карбонатов и сульфатов, разрушение водостойких агрегатов, пластические течения и т.д.) в развитии просадки выделяется длительная стадия, переходящая в послепросадочную - суффозионную. При этом известны случаи проявления просадочных деформаций в течение более 20 лет. Продолжительность процесса определяется режимом увлажнения, химическим составом поровых вод, физической и химической природой исходной породы, зависящей от условий её образования.

В соответствии с характером просадочного процесса выделено три вида деформаций лёссовых пород:

- уплотнение под влиянием увеличивающегося давления - осадка;

- уплотнение, протекающее при неизменной величине давления, обусловленное ослаблением структурной прочности породы вследствие повышения её влажности - просадка;

- уплотнение вследствие дальнейшего ослабления структурной прочности при длительном увлажнении - послепросадочная деформация.

При этом названные виды просадок могут происходить в одном и том же массиве пород независимо друг от друга или одновременно; собственно просадка, таким образом, представляет сложный процесс.

Из сказанного выше следует, что просадочными свойствами обладают те рыхлые породы, в которых нет соответствия между плотностью и давлением в условиях их естественного залегания, а просадочные деформации в них возникают при дополнительном увлажнении, нарушающем их равновесное напряжённое состояние в условиях недоуплотнённости породы. Следовательно, просадочные деформации - следствие уменьшения структурной прочности.

В Предкавказье просадочные явления широко развиты в покровной лёссовой толще, мощность которой изменяется от нескольких метров в предгорьях до 50-80 м на равнинах. В процессе накопления этой толщи она испытала несколько этапов просадочного уплотнения, однако, процесс этот далёк от завершения.

Крайняя неравномерность процесса уплотнения от места к месту и его быстрое развитие, особенно в первую стадию, ведёт к образованию просадочных форм рельефа, часто опасных для промышленного и гражданского строительства, неблагоприятных для сельского хозяйства. К ним относятся степные блюдца и западины, возникающие на плоских водоразделах и площадках террас, ступенеобразные уступы, протягивающиеся вдоль каналов и по берегам водоёмов, сочетающиеся с размывами берегов, оползнями и сплывами, размывы берегов Азовского моря и водохранилищ, просадки грунтов в основании зданий и сооружений.

Форма просадочных образований зависит от особенностей источника замачивания. При подъём уровня грунтовых вод, скоплении дождевых и талых вод характерно площадное замачивание, которое вызывает просадки на значительных площадях с формированием блюдцеобразных плоских понижений, западин, воронок и ложбин. С точечными источниками замачивания (прорыв водопроводной и канализационной сети и т.д.) связываются локальные понижения земной поверхности, с линейными (инфильтрация вод через траншеи, каналы и т.д.) - продольные деформации.

В работе рассмотрен механизме формирования степных блюдец и западин, являющиеся важными элементами рельефа Прикубанской низменности и занимающих в пределах Краснодарского края площадь в 230-250 тыс. га.

Степные блюдца представляют собой замкнутые плоскодонные понижения, в большом количестве разбросанные по поверхностям плоских водоразделов и речных надпойменных террас. Днища таких впадин от центра к периферии незаметно повышаются и часто без видимой бровки сливаются с окружающей равниной. В плане блюдца имеют круглую, овальную или слегка вытянутую форму с размерами в поперечнике от нескольких метров до сотни метров и относительной глубиной до 1,5 м.

Первопричиной возникновения таких форм рельефа, служит локальное замачивание лёссовой толщи атмосферными или грунтовыми водами, скопившимися или выклинившимися в микропонижениях, и последующая быстрая просадка. Степные блюдца - внешнее проявление просадочного процесса. Поскольку они образуются и развиваются в субаэральных условиях, в их моделировке участвуют такие рельефообразующие процессы, как эрозия, суффозия, и поэтому, можно говорить о существовании просадочных, просадочно-эрозионных, просадочно-суффозионных и прочих формах рельефа степной зоны. Наряду с эрозией и суффозией действуют и другие факторы физического и химического преобразования почвогрунтов: термическое выветривание, выщелачивание, осыпание, обваливание и оползание со стенок, а также абразия, нивация и режеляция.

Как показади исследования, в ходе эволюции в послепросадочную стадию степные блюдца расширялись и увеличивали глубину, превращаясь в западины, как за счёт просадочного уплотнения днища, так и за счёт отступания стенок (бровок) под действием плоскостного смыва, струйчатого размыва, осыпания, обваливания, оплывания, нивации, абразии (в случае заполнения водой относительно крупной отрицательной формы). Систематическое затопление блюдец и западин привело к интенсивному выщелачиванию почв в их пределах, выносу илистых частиц и коллоидов из пахотного горизонта в нижележащие. Почвы здесь, сильно уплотнившись и претерпев кольматаж, потеряли проницаемость для воды, воздуха и корней растений. Мощность уплотнённого горизонта в степных блюдцах изменяется от 0,4 до 1,5 м и зависит от возраста просадочной формы и её размеров. Водопроницаемость грунта в ложе блюдца по опытным данным в 2,4 раза ниже, чем на соседнем водоразделе относительной высотой 0,7 м.

Таким образом, в ходе развития центральная, наиболее опущенная часть просадочной формы оказывается «бронированной», изолированной от дальнейшего интенсивного замачивания сверху. Вместе с тем тот же объём стока в сложившихся условиях способен затапливать большую часть днища, в том числе и ту, которая концентрически примыкает к «забронированной» центральной части, вызывая её замачивание на глубину и, следовательно, просадку. Вокруг центрального понижения последовательно наращиваются кольца просадок. Происходит постепенное увеличение площади и глубины степных блюдец и западин.

В настоящее время на Прикубанской низменности сохраняется тенденция как расширения существующих просадочных форм, так и возникновения новых. При этом можно отметить, что степные блюдца являются первым, а западины - вторым элементом одного генетического ряда отрицательных форм рельефа равнинных территорий, сложенных лёссовыми породами.

Западины наиболее ярко выражены на северо-западе Прикубанской низменности, где некоторые из них занимают довольно обширные площади (таблица 2). Относительная глубина этих форм изменяется от 5 до 30 м.

Таблица 2 - Просадочные формы рельефа Ейского полуострова

Название падей и западин	Размеры, км2	Форма	Склоны, о	Максимальная глубина, м	Освоенность
Ейская (условное)	9,0	Эллипсоидная	18	8	свободно от с/х освоения
Терновая	4,5	Эллипсоидная	1-3	6	частично распахана
Горькая	21,0	Эллипсоидная	1-3	-	полностью распахана и занята с/х угодьями
Зайцева	1,2	Неправильная	1-3	5-30	частично распахана
Круглая	2,6	Неправильная	1-3	5-30	частично распахана
Воронцовская	9	Неправильная	1-3	5-30	частично распахана
Крикунова	34	Неправильная	1-3	-	частично распахана

Как известно, Предкавказье является районом интенсивного сельскохозяйственного освоения. Замкнутые понижения рельефа просадочного генезиса весьма неблагоприятны для сельского хозяйства. Однако в результате мелиорации эти участки могут быть возвращены в категорию полноценных пахотных земель.

Детальное изучение степени пораженности просадочными явлениями сельскохозяйственных земель было проведено на основании анализ территории Новотитаровского района. Анализ схемы фактического материала выявил неоднородное размещение просадочных явлений на одном из угодий сельскохозяйственного предприятия «Рассвет». В основной своей массе западины располагаются на широких водораздельных участках севернее р. Понуры, и лишь незначительная их часть на плоских водоразделах притоков реки. Просадочные образования причудливой формы и больших размеров располагаются в северо-восточной части описываемого района, чередуясь с более простыми по форме и размерам западинами (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема расположения просадочных форм сельскохозяйственного предприятия «Рассвет»

Большая масса западин сосредоточена в северной части участка, и лишь незначительная в южной. Просадочные образования имеют различные форму и размер. Все западины несколько удалены от русла р. Понура и ее притоков. Анализ схемы частоты западин (рисунок 3, таблица 3) сельхозугодий «Рассвет» выявил неоднородное и неравномерное размещение просадочных явлений. Располагаются они хаотично, закономерность в распределении их частот не обнаружена.



Рисунок 3 - Частота западин сельхозугодий «Рассвет»

Таблица 3 - Основные количественные показатели частоты западин

Площадь, км2	Количество западин на1 км2	% от площади участка	Основное местоположение западин
14	2-3	15	западе, севере, востоке и юго-востоке
13	3-4	12	хаотично разбросаны севернее р. Понура
6	Более 4	7	западный район участка

Просадочные образования на изучаемой территории развиты в основном севернее р. Понура. Размещаются они хаотично и их частота изменяется в пределах от менее 1 западины до 4 и более западин на 1 км2. В южной части района наблюдаются фрагменты, содержащие 1-2 западины, а на юго-востоке отмечается участок, где западин насчитывается от 2 до 4 на 1 км2.

Анализ карты плотности западин (рисунок 4) одного из участков сельскохозяйственных угодий «Рассвет» выделил определённые закономерности в размещении площадей просадочных явлений.



Рисунок 4 - Плотность запади

Таким образом, рассматриваемый район можно разделить на 4 участка: северо-западный, северо-восточный, юго-западный и юго-восточный. Наибольшие плотности западин приходятся на северо-восточный участок и изменяются в основном от 10 до 30% и более. Затем, северо-западный участок, где плотности просадочных образований колеблются от 1 до 30%. На юго-восточном участке плотности западин незначительные - 1-20%. Юго-западный участок отличается самыми низкими показателями плотности западин - менее 1% и лишь иногда 1-10%.

Оценка пораженности просадочными явлениями была проведена для всей территории Прикубанской низменности. Анализ карты фактического материала выявил несколько районов наибольшей концентрации западин:

- Ейский полуостров - наблюдается наибольшее скопление западин различной площади. Здесь находятся самые большие по размерам просадочные образования. Размещены западины неравномерно. Они округлой формы и занимают значительные территории площадью от 4 до 34 км2 (падь Крикунова). Наиболее развиты западины, размеры которых от 2 до 5 км2. Общая площадь степных блюдец полуострова 147,5 км2, средняя площадь просадочных образований 4,1 км2, плотность - 7%.

- на территории, прилегающей к Бейсугскому лиману, западины размещены также неравномерно. Различаются западины площадью и формой. Западины округлой формы занимают среднюю площадь 0,48 км2, неправильной формы - 5,3 км2. Северо-восточнее Ейского лимана, наблюдается несколько западин. Самая крупная из них занимает площадь 17,0 км2 и вытянута с севера на юг, северная её часть несколько уже, чем южная. Эта западина одной из самых крупных, которые образовались на территории края;

- междуречье рек Понуры и Кочеты: в размещении западин этого района наблюдается линейная вытянутость группами с севера на юг и небольшим отклонением с северо-востока на юго-запад. Западины небольшого размера - от 0,13 до 0,64 км2. Как правило, все они округлой формой;

- западины восточной части низменности отличаются размещением, формой и занимаемой площадью. Некоторые просадочные формы имеют одиночное распространение (правобережье рек Грузская, Суханькая, междуречье Терновки и Корсун), другие группами. Первая группа располагается на правобережье р. Кубани у истоков р. Кирпили. Здесь пять западин равноудаленных друг от друга, округлой формы и площадью от 0,16 до 0,64 км2. Вторая группа расположена в междуречье рек Челбас и Терновка. Пять западин имеют округлую форму, самая большая из которых имеет площадь 1,3 км2, а остальные значительно меньше - 0,19 км2. Третья группа просадочных форм наиболее удалена и вытянута с северо-востока на юго-запад. Эти западины округлой формы и одинаковой площади 0,24 км2.

- район юго-восточнее Ейского полуострова - западины расположенны в окрестностях р. Албаши. Этот район представлен четырьмя западинами различной формы и площади: две имеют округлую форму и занимают одинаковую площадь 0,32 км2. Самая крупная западина площадью 2,1 км2 располагается в междуречье Албаши и Мигута, имеет неправильную форму, вытянута с севера на юг. Четвертая западина находится в восточной части района, имеет округлую форму и занимает площадь 0,48 км2.

Подводя итоги пространственного расположения западин, можно сделать вывод о том, что западины Прикубанской низменности размещены не равномерно: больше всего их на Ейском полуострове, меньше - в восточной части низменности. Отсутствуют просадочные формы в крайней северо-восточной части Краснодарского края. Занимаемая площадь степных блюдец сильно отличается по площади. Форма западин также разнообразна, но самыми распространенными являются округлая и овальная формы.

Западины первой зоны, охватывающие северо-западные районы Краснодарского края, появились в результате просадки грунтов, вследствие перехода аллювиальных суглинков в лёссовидные, которые залегают здесь мощными пластами, при длительном увлажнении уплотняются и дают просадки. В отдельных случаях в Ейском районе, по мнению автора, западины появились в результате поступления воды с моря во время северо-западных ветров, когда волнами вода нагонялась на сушу и затапливала территорию. Западина Воронцовская и ей подобных имеют именно этот генезис.

Замкнутые понижения рельефа - блюдца во второй зоне (степные районы правобережья р. Кубани) образовались вследствие просадки грунтов под влиянием естественного увлажнения и разлива степных рек.

Интенсивность осадков в зоне довольно значительна, а поскольку почвы тяжелые, слабоводопроницаемые, то это еще больше усугубляет положение. Количество блюдец увеличивается не значительно, но заметно возрастают размеры существующих. Вода в блюдцах с каждым годом весной прибавляется, нижние горизонты почвы все больше и больше уплотняются, становятся слабоводопроницаемыми, что ведет к заболачивания почвы.

Для оценки пораженности земель Прикубанской низменности просадочными формами наиболее удобным параметром является их площадь. Выраженный в размерностях площади этот показатель отражает непосредственные потери земельных ресурсов. Площадь западин может быть выражена в км2, гектарах или в процентах.

В результате проведенной работы был осуществлен расчет занимаемых площадей западинами и составлена схема пораженности просадочными явлениями.

Были выделены следующие участки:

- потенциально возможные территории развития просадочнах явлений: приходятся практически на всю Прикубанскую низменность где, распространена лёссовая толща, но западин нет;

- площади с низкой пораженность - 0-2%: локально развиты на Прикубанской низменности - в основном они размещаются в южной и восточной частях рассматриваемой территории. Участки низкой пораженности располагаются как на водораздельных пространствах, так и на склонах речных долин. Как правило, они оконтуривают или находятся рядом с участками средней пораженности;

- площади средней пораженности - 2-10%: распространены по всей низменности. Наибольшая их густота отмечается севернее р. Кубань и на Ейском полуострове. В этих местах пораженные участки располагаются группами и в одиночку, но на не большом расстоянии друг от друга. Одиночное расположение участков с такой пораженнстью наблюдается в восточной части Прикубанской низменности и юго-восточнее Ейского полуострова. Эти участки находятся на значительном удалении друг от друга;

- площади высокой пораженности просадочными явлениями - от 10% и более: располагаются в основном в северо-западной части Прикубанской низменности. На некоторых участках пораженность достигает 30% и более. Вблизи них находятся площади с пораженностью 20-30%. Но фрагментов, где сочетаются пораженные территории с густотой 20-30% и более 30% насчитывается всего 4, и они располагаются вдали от постоянных водотоков. Три участка с пораженностью 20-30% удалены от западин большой площади. Участки с густотой 10-20% развиты только на Ейском полуострове и, как правило, размещаются близко друг к другу, сливаясь в единое пространство (рисунок 5).

Рисунок 5 - Плотность западин Прикубанской низменности

Таким образом, самым пораженным, где сосредоточены западины большой площади или серия маленьких форм, но на ограниченной территории, является Ейский полуостров. Здесь располагаются участки являющиеся потенциально возможными для образования просадочных форм и уже с сформированными западинами, занимающие огромные пространства. В южной части низменности степень пораженности несколько ниже и колеблется в пределах 2-10%, но на небольшой площади. В восточной части рассматриваемого района пораженность также составляет 2-10%, но таких участков значительно меньше и они разбросаны на большей территории.

При анализе схемы распространения просадочных форм рельефа, было обнаружено, что на правобережье р. Кубань западины вытягиваются полосами северного и северо-восточного простирания (рисунок 6).

Необходимо отметить, что эти пояса западин выявляются при определенной генерализации, связанной с масштабами карт. Наиболее оптимальное их проявление наблюдается на топографических картах масштаба 1: 200000. Можно выделить четыре таких пояса. Расстояние между первым и вторым поясами от 14 до 20, вторым и третьим - 12-16, третьим и четвертым - 12-14 км.

Рисунок 6 - Соотношения поперечных зон разломов Северо-Западного Кавказа с поясами распространения западин

Проанализировав положение этих поясов и проведя их трассирование на юг, было обнаружено, что они полностью совпадают с четырьмя поперечными зонами разломов Северо-Западного Кавказа, указанными на карте эпицентров землетрясений Краснодарского края. Ширина поперечных зон разломов сопоставима с шириной поясов просадочных форм. Более того, радиусы кривизны, описываемые границами разломных зон, повторяются в очертаниях упомянутых выше поясов. Таким образом, можно говорить о выявлении линиаментных структур на Скифской плите и в пределах Западно-Кубанского прогиба, которые соединяются с поперечными зонами разломов Северо-Западного Кавказа.

Зоны линиаментов пересекают разнородные структуры: Альпийское складчатое сооружение Большого Кавказа; Западно-Кубанский предгорный прогиб; Скифскую плиту. Совпадение основных характеристик поперечных зон разломов и поясов группировки западин таких как положение, простирание, ширина, радиусы кривизны свидетельствуют о проявлении определенных закономерностей. Поэтому, можем предполагать, что здесь проявляются региональные разломы значительной протяженности.

В заключительном разделе «Геоэкологическая роль просадочных явлений» рассматриваются следующие аспекты.

Просадки относятся к группе природных и техногенных геологических процессов, не представляющих непосредственной угрозы для жизни человека и не приводящие к разрушению абиотической составляющей экосистем, но вызывающих ее изменение. Они негативно воздействуют на условия жизнедеятельности человека через деформации и осложнение эксплуатации инженерных сооружений, снижение качества ресурса геологической среды. Эти процессы длительного действия, с продолжительным периодом подготовки; они не приводят к кардинальному изменению ресурса геологического пространства, но оказывают влияние на качество этого ресурса, в основном локальное. Поэтому они не могут обусловить появление зоны экологического бедствия, а формируют зоны риска или кризиса.

Эти процессы развиты очень широко и приурочены к лёссовидным породам, распространенным на равнинной части Краснодарского края. Наибольшая просадочность характерна для лёссов, покрывающих плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас; в поймах и нижних частях склонов просадки практически отсутствуют.

Как отмечалось выше, просадки разделяются на естественные, происходящие при естественном увлажнении; и техногенные, возникающие вследствие хозяйственной деятельности человека и связанные с утечками из водонесущих коммуникаций; интенсивным поливом парков, садов, огородов; строительством водохранилищ, оросительных систем; нарушениями режима испарения и миграцией влаги под экранирующими покрытиями. Перечисленные причины могут действовать как самостоятельно, так и в разных сочетаниях. Замачивание может иметь локальный и площадной характер, различную длительность. Кратковременное локальное замачивание распространяется лишь на верхнюю часть просадочной толщи, а длительное площадное - на всю просадочную толщу.

Форма просадочных образований часто зависит от особенностей источника замачивания. Площадное замачивание (скопление дождевых и талых вод, подъём уровня грунтовых вод) вызывает просадки на значительных площадях с формированием блюдцеобразных плоских понижений, западин и ложбин. С точечными источниками замачивания (прорыв водонесущих коммуникаций), связываются локальные понижения земной поверхности, с линейными (инфильтрация вод через траншеи, каналы) - продольные деформации.

На равнинной территории сложенной лессовидными породами, сохраняется тенденция расширения старых и образования новых депрессий, особенно на орошаемых территориях. Днища этих понижений являются крайне неблагоприятными для сельскохозяйственного освоения, а некоторые из них полностью выведены из севооборота.

Как показывает практика, существует два аспекта, которые необходимо учитывать при оценке экологических последствий проявления просадочных процессов - последствия для человека и учет функциональной организации территории. Антропоцентрический подход особенно важен для урбанизированных территорий, где техногенез способствует данному процессу. Однако следует отметить, что человек способствует, как активизировать, так и минимизировать или предотвращать просадки.

На сельскохозяйственных и рекреационных территориях степень экологических последствий зависит от природной основы этих экосистем - в первую очередь от мощности просадочной толщи. Особенности оценки экологических последствий проявления просадок на сельхозугодьях связан и со спецификой их земледельческого использования.

По мере того как почва теряет водопроницаемость в центральной части блюдца, тот же объем местного стока вызывает затопление все большей и большей площади. Претерпевая под влиянием затопления такого рода изменения, почвы степных понижений приобретают резкие отличительные черты от почв основной разности, представленной черноземами. В отличие от них в почвах понижений наблюдается слабая дифференциация почвенного профиля на горизонты, большая выщелоченность и плотность подпахотных горизонтов.

Наибольшие осложнения, возникающие в связи с вводом оросительных систем в эксплуатацию, приурочены к областям распространения лёссовых пород. Как известно, эти породы, довольно прочные в естественном состоянии, имеют способность деформироваться при увлажнении под влиянием собственного веса. Просадки возникают через несколько дней после первого пропуска воды и продолжаются в течение ряда лет. Развитие просадочного процесса на оросительных системах проявляется прежде всего в оседании дна каналов и в виде трещин вдоль последних.

Специфика оценки экологических последствий проявления просадок в городах определяется высокой плотностью населения и сосредоточением инженерных сооружений. Среди неблагоприятных геологических процессов наибольший дискомфорт для населения связан с подтоплением городов, что напрямую связано с дополнительным увлажнением лёссовидных суглинков и ведет к активизации их просадочных свойств.

Строительство на просадочных грунтах имеет свои трудности и осуществляется по специальным требованиям строительных норм и правил. При возведении объектов используются различные приемы строительства: прорезка фундаментами зданий слоя просадочного грунта; водозащита оснований от проникновения в них атмосферных и технических вод; мелиоративные мероприятия и др. Выбор того или иного приема строительства зависит от геологического строения и гидрогеологической обстановки строительной площадки, типа и вида грунтов оснований, характера засоления, конструкции объекта и технических возможностей строительной организации.

Характерной особенностью просадки является сезонность их проявления, и, как следствие, сезонность деформаций зданий и сооружений. Фундаменты зданий обычно расположены в зоне сезонного промерзания. Весной, вследствие таяния снега и выпадения атмосферных осадков при слабой интенсивности испарения лёссовые породы дают просадку. Влияние периодического увлажнения на параметры просадки очень сложно. Грунт претерпевает глубокие структурные и микроминералогические изменения. Эти изменения сводятся не только к нарушению структурных связей, но и изменению физико-механических свойств грунтов. Просадочные трещины, их форма и размеры хорошо фиксируются при визуальных обследованиях.

Наряду с изменением инженерно-геологических свойств переувлажненных лёссовых грунтов меняются и их сейсмические характеристики. Скорости распространения волн уменьшаются, амплитуда колебаний возрастает, что вызывает приращение сейсмической интенсивности на 1-2 балла, а учитывая и другие факторы, например, несбалансированность техногенной нагрузки на блоки литосферы на территории г. Краснодара, до 3 баллов.

В настоящее время под влиянием техногенеза произошло повышение интенсивности инфильтрации воды в грунт и его влажности. Коэффициенты фильтрации лёссовых суглинков 1-2 м/сут, поэтому просадки распространены повсеместно на террасах р. Кубань. Так на территории г. Краснодара на третьей надпойменной террасе они занимают около 70%, на второй - около 60%.

Огромные территории занятые лёссовыми массивами интенсивно осваиваются в процессе деятельности человека, и это заставляет искать способы борьбы с такими явлениями, как просадки, суффозия и другие опасные процессы. Для уменьшения этих процессов необходимы профилактические мероприятия, ликвидирующие или значительно снижающие поступление воды в лёссовые грунты.

Данная проблема является наиболее актуальной для территории Краснодарского края, что объясняется суммацией многих природных и техногенных факторов, одним из которых является интенсивное поступление воды в лёссовые породы из водонесущих коммуникаций. Анализ технического состояния водонесущих коммуникаций показал, что 76,9 % водопроводной и 65,5 % канализационной сети по краю эксплуатируется свыше 20 лет, а в Ейском, Приморско-Ахтарском, Тбилисском, Брюховецком, Ейском, Кавказском, Калининском, Каневском, Крыловском, Новокубанском, Новопокровском, Отрадненском, Павловском, Староминском и Тбилисском районах эти показатели намного больше. В связи со значительным износом сетей существует вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с порывами трубопроводов, что приведет к дополнительному увлажнению грунта, активизации суффозионно-просадочных явлений.

...