Модель літогенезу техногенно-геологічної системи підземних виробок (на прикладі дренажних споруд, м. Київ)

1. Виробки ДШС з вміщуючим геологічним середовищем утворюють техногенно-геологічну систему, якій притаманний певний комплекс геологічних процесів та явищ. Породоутворення в ДШС за своїми умовами (стабільна температура, вологість, склад вод, особливості геологічної будови вміщуючих порід) подібне до низькотемпературних процесів, що відбуваються у природних порожнинах, проте відрізняється діапазоном коливань температури, вологості, складу мінералоутворюючих розчинів, вмістом СО₂.

2. У досліджених сучасних відкладах ТГС ДШС виділено аутигенну та алотигенну складові, формування яких контролюються проникністю перекриваючих та вміщуючих літологічних комплексів, хімічним складом та гідродинамічними характеристиками підземних вод, специфічним мікрокліматом виробки та кліматичними умовами. Аутигенна складова має переважно природне походження; алотигенна - природно-техногенне та техногенне походження.

3. Розроблено морфогенетичну типізацію відкладів підземних порожнин на основі комплексу критеріїв. За умовами утворення встановлено субаеральні (трубчасті та конусоподібні сталактити, гребінці, покриви та сталагміти), субаквальні (плівки, ооліти, кірки, забереги, гури), перехідні від субаеральних до субаквальних форм (мікрогури). З'ясовано, що субаеральні форми мають переважно хемогенне та біохемогенне походження, а субаквальні - хемогенне, механо-хемогенне та біохемогенне.

4. Встановлено наскрізні типи утворень (сталактити, сталагміти), які розвиваються в зонах рівномірної фільтрації. Встановлено, що ооліти - седиментаційно-діагенетичні утворення, які утворюються в гідродинамічно активному середовищі. Встановлено утворення, що відрізняються локальністю поширення: плівки, вицвіти - сезонні утворення, чутливі до мінералізації дренажних вод; конуліти, забереги -чутливі до коливань рівнів водойм.

5. Встановлено речовинний склад алотигенних та аутигенних компонентів відкладів ДШС. За результатами досліджень встановлено, що аутигенні утворення складені кальцитом та магнезіально-марганцевисто-залізистим кальцитом (сталактити, покриви, плівки, ооліти), арагонітом (ооліти) та галітом (вицвіти) у виробках, що дренують четвертинний водоносний горизонт. У складі неконсолідованих хемогенних утворень встановлено кальцит (покриви, сталактити), гідроксиди заліза (FeO(OH), Fe(OH)₃, FeO*Fe₂O₃*nH₂O) (сталактити, покриви, сталагміти), гіпс (неконсолідовані покриви) у виробках, що дренують олігоценовий водоносний горизонт. У складі механо-хемогенних утворень встановлено кварц, польовий шпат (мікроклін, альбіт), гідрослюду, гіпс, кальцит.

6. За даними ізотопних досліджень порівнювалися ізотопний склад кисню д ¹⁸О з кальцитів вміщуючих порід та новоутворень. У результаті встановлено їх близькі значення (д ¹⁸О +23,28-+25,35‰ у вміщуючих породах та д ¹⁸О +23,61-+25,43 ‰ SMOW у новоутвореннях). Порівняння ізотопного складу д ¹³С з кальциту в новоутвореннях та вміщуючих породах показало деякі варіації ізотопів д ¹³С у новоутвореннях по відношенню до таких у вміщуючих породах. Вміст ізотопів вуглецю д ¹³С з карбонатів вміщуючих порід (стяжіння карбонатів з супіску підморенного, суглинку, бурих та строкатих глин зі свердловини в інтервалі 18-30 м) встановлено у досить вузькому діапазоні в межах -8,78-9,98‰. Вміст ізотопів вуглецю д ¹³С з кальциту (використано фрагменти новоутворень різних морфологічних типів - сталактита, гура, плівки, кірки, конуліту, ооліту, неконсолідованого покриву встановлено в діапазоні від -4,73 до -10,95‰ PDB. Такі варіації ізотопного складу новоутворень порівняно до вміщуючих порід є наслідком їх фракціонування у різних природних процесах.

7. Розроблено модель літогенезу в ТГС ДШС, що описує процеси мобілізації, переносу, осадконакопичення і діагенезу. Встановлено особливості мобілізації та переносу речовини для уламкових, хемогенних та біохемогенних утворень у техногенно-геологічному середовищі ДШС. Солева складова хемогенних відкладів мобілізується внаслідок підземного вивітрювання при взаємодії підземних вод з вміщуючими породами, та переноситься у розчиненому стані. Речовина уламкових відкладів мобілізується шляхом надходження пелітового та псамітового матеріалу ослабленими зонами з вміщуючих порід, та переноситься й відкладається дренажними водами в межах водотоків. Осадження речовини відбувається механічним, хемогенним і хемогенно-біогенним шляхами. Постседиментаційні зміни проявляються в перекристалізації мінералів, зменшенні пористості, ущільненні осадків.

Список ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ за темою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Селівачова У.М. Карбонатні новоутворення дренажної штольневої системи в лівому схилі Наводницької балки в м. Київ / У.М. Селівачова // Пошукова та екологічна геохімія: Зб. наук. праць ІГМР НАН України. - 2004. - № 4. - С. 48-51.

2. Селівачова У.М. Морфологія та умови накопичення карбонатних новоутворень дренажних штольневих систем Володимирської гірки / У.М. Селівачова // Зб. наук. праць ІГН НАН України: Літологія та корисні копалини. - Київ, 2006. - С. 108-118.

3. Селівачова У.М. Морфологія та умови накопичення карбонатних новоутворень дренажних штольневих систем в межах Печерського лесового останця в м. Києві / У.М. Селівачова // Зб. наук. праць ІГН НАН України: Сучасні проблеми геологічної науки. - Київ, 2006. - С. 49-54.

4. Селівачова У.М. Типізація мінеральних новоутворень дренажних штольневих систем м. Києва / У.М. Селівачова // Зб. наук. праць ІГН НАН України: Сучасні проблеми літології і мінерагенії осадових басейнів України та суміжних територій. - Київ, 2008. - С. 165-172.

5. Шехунова С.Б. Карбонатні новоутворення дренажних штольневих систем Києво-Печерської Лаври та прилеглих територій в м.Києві / С.Б Шехунова, У.М. Селівачова // Зб. наук. праць ІГН НАН України: Сучасні проблеми геологічної науки. - 2003. - С. 82-85. (Збір даних, проведення аналітичних досліджень, участь в інтерпретації результатів та написанні статті)

6. Шехунова С.Б. Карбонатні новоутворення дренажних штольневих систем парку Вічної Слави в м. Києві. / С.Б. Шехунова, У.М. Селівачова // Наук. пр. Дон. нац. техн. ун-ту. Сер. Гірн.-геол. - Донецьк, 2004. - Вип.81. - С. 36-40. (Збір даних, проведення аналітичних досліджень, участь в інтерпретації результатів та написанні статті).

АНОТАЦІЇ

Селівачова У.М. Модель літогенезу техногенно-геологічної системи підземних виробок (на прикладі дренажних споруд м. Київ). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.21 - літологія. - Інститут геологічних наук НАН України, Київ, 2010.

В роботі викладено результати детальних досліджень відкладів виробок дренажно-штольневих систем, створених у межах правобережного схилу долини Дніпра в м. Києві, на комплексному методичному підґрунті. На основі польових спостережень та лабораторних досліджень виявлено особливості породоутворюючих процесів у техногенно-природному середовищі. Встановлено субаеральні та субаквальні форми, представлені у виробках. Встановлено морфологічні різновиди, характерні для карстових печер: сталактити, сталагміти, покриви, гури, мікрогури, ооліти “печерні перли”, плівки, конуліти. Розроблено морфогенетичну типізацію новоутворень дренажно-штольневих систем м. Київ, з'ясовано закономірності їх поширення та умови утворення. Встановлено кальцитовий та магнезіально-марганцевисто-залізистий кальцитовий склад переважної частини утворень у виробках, що дренують четвертинний водоносний горизонт (в сталактитах, покривах, плівках, оолітах), шари арагоніту в оолітах ДШС №61, визначено морфологічні та структурні особливості аутигенних утворень. У складі неконсолідованих хемогенних утворень встановлено кальцит (покриви, сталактити), гідроксиди заліза (FeO(OH), Fe(OH)₃, FeO*Fe₂O₃*nH₂O) (сталактити, покриви, сталагміти), гіпс (неконсолідовані покриви) у виробках, що дренують олігоценовий водоносний горизонт. Розроблено модель літогенезу в ТГС ДШС, що описує процеси мобілізації, переносу, осадконакопичення й діагенезу.

Ключові слова: сучасні осадки, породоутворення, літогенез у підземному просторі, техногенно-геологічна система, карбонатні новоутворення, геологічне середовище.

Селивачева У.М. Модель литогенеза техногенно-геологической системы подземных выработок (на примере дренажных сооружений г. Киев). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.21 - литология. - Институт геологических наук НАН Украины, Киев, 2010.

Дисертация посвящена изучению особенностей современного литогенеза в подземной среде урбанизированных территорий (на примере г. Киев). Работа заключается в разработке модели литогенеза в геологической среде урбанизированных территорий на основании установленных морфологических типов новообразованных отложений дренажных штольневых систем (ДШС), определения их вещественного состава и особенностей распространения, установленных процессах и факторах литогенеза в техногенно-геологической среде выработок ДШС. В работе изложены результаты детального исследования на комплексном методическом основании отложений выработок дренажно-штольневых систем (ДШС), созданных в пределах правобережных склонов долины Днепра в г. Киев. На основании детальных литолого-геохимических исследований установлен комплекс критериев и разработана схема типизации аутигенных отложений ДШС г. Киев, охарактеризованы аллотигенные образования техногенно-геологической среды (ТГС) по генетическим, геохимическим и морфологическим признакам, определены особенности их распространения и условия образования. Установлены морфологические разновидности, характерные для карстовых пещер: сталактиты, сталагмиты, покровы, кораллоиды, гуры, микрогуры, оолиты (“пещерный жемчуг”), пленки, конулиты. Определен их минеральный состав, морфологические и структурные особенности. Установлен кальцитовый, магнезиально-марганцевисто-железистый кальцитовый состав для большинства консолидированных хемогенных образований, неконсолидированные хемогенные образования сложены гипсом. В составе механо-хемогенных образований установлены кварц, микроклин, альбит, гидрослюда, гипс, кальцит.

Сравнивался изотопный состав д ¹⁸О, д ¹³С из карбонатов вмещающих пород и кальцита новообразований. Установлены близкие значения (д ¹⁸О +23,28-+25,35‰ во вмещающих породах и д ¹⁸О +23,61-+25,43 ‰ SMOW в новообразованиях) и вариации изотопов д ¹³С в диапазоне от -4,73 до -10,95‰ PDB в новообразованиях.

С учетом особенностей породного состава геологической среды и гидрохимических характеристик подземных и грунтовых вод определены основные процессы и факторы взаимодействия между природными и техногенными компонентами ТГС. Разработана модель литогенеза в ТГС ДШС, включающая реконструкцию источников, путей и форм поступления осадкообразующего вещества, установление физико-химических условий и стадийности процессов литогенеза, установление закономерностей пространственного распределения аутигенных и терригенных компонентов новообразованных отложений. Вещество хемогенных отложений мобилизуется в результате подземного выветривания при взаимодействии подземных вод с вмещающими породами и переносится в растворенном состоянии. Вещество обломочных отложений мобилизуется путем поступления пелитового и псаммитового материала из вмещающих пород и переносится и откладывается дренажными водами в пределах водотоков. Осаждение вещества происходит механическим, хемогенным, биохемогенным способом. Постседиментационные изменения проявляются в перекристаллизации минералов, снижении пористости и уплотнении осадков.

Ключевые слова: современные осадки, породообразование, литогенез в подземном пространстве, карбонатные новообразования, геологическая среда.

Selivachova Y. Lythogenesis model in underground tekhnogenic-geological system (on instance drainage systems in area of Kyiv). - Manuscript.

Dissertation for a Candidate Degree in Geology. Speciality 04.00.21 - Lithology. - Institute of geological sciences of the National Academy of sciences of Ukraine, Kyiv, 2010.

The results of the detailed research geological conditions and new formed minerals in drainage systems in Kyiv are represented in the manuscript. The descriptions of modern sediments in drainage adit systems within the limits of Dnieper Right Slope in Kyiv have been given. Subaerial and subaqueous forms have been presented. The mineralisation's morphology and conditions of formation are presented. Stalactites, stalagmites, coatings, rimstone dams, rafts, cave pearls as well as conulites have been distinguished in drainage adit systems environment. Typification of modern sediments of drainage systems have been developed, regularities of their distribution and condition of formation have been determined. Mineralogical composition, morphological and structural features have been identified. Anthropogenic factors and influences on modern lithology process within drainage systems as well as nature are presented.

Key words: modern sediments, lythogenesis in underground environment, new formed minerals.

Размещено на Allbest.ru