Оценка состояния геологической среды

Оценка существующего состояния геологической среды (ГС) должна отражать вещественный состав слагающих пород, инженерно-геологические и гидрогеологические условия района эксплуатации месторождения, характер про явления опасных экзогенных процессов, почвенные условия, виды и формы существующего техногенного воздействия на территорию, характер землепользования и другие характеристики.

Под ГС понимается "верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды газы, физические поля - тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.) в пределах которой осуществляется инженерно-хозяйственная (в том числе инженерно-строительная) деятельность" (СНиП 11-105-97. Инженерно-геоло­гические изыскания для строительства. М.: ПНИИС Госстроя России, 1997) Иногда к ГС относят почвы. Под экологичностью ГС, или экологическим со­стоянием, обычно понимают степень ее благоприятности для жизнеобитания (в первую очередь человека) и хозяйственного освоения. В последнее время экологические функции литосферы были значительно расширены [81].

Обобщенная оценка экологического состояния ГС определяется синтезом отдельных компонентов (наличия, допустимости, степени концентрации и интенсивности развития), а также их сочетанием с другими показателями. Наи­более полно такой методический подход был реализован Р.Я. Колдышевой и СВ. Клубовым [32]. В этой работе устойчивость ГС к техногенному воздей­ствию связывается в первую очередь с вещественным составом пород - мине­ральным и литолого-петрографическим. Именно вещественный состав пород и природные условия определяют восприимчивость всех видов загрязнения и являются основой типизации геоэкологических условий ГС. По степени ус­тойчивости вещественных компонентов к техногенным условиям выделяются следующие категории:

I. Маловосприимчивые - устойчивые к любым техногенным нагрузкам (кремнистые формации, а также формации осадочных, осадочно-вулканических магматических и метаморфических пород).

II. Средневосприимчивые - умеренно устойчивые к техногенным нагрузкам (формации с переменным количеством карбонатов, магматических пород повышенной щелочности).

III.Неустойчивые - восприимчивые к определенным техногенным нагрузкам (терригенные и карбонатно-терригенные осадочные формации, состоящие из углей, известняков доломитов, мергелей в переслаивании с другими породами).

IV.Критически неустойчивые - высоковосприимчивые к любым техногенным нагрузкам (карбонатно-терригенные, сульфатно- и соленосные, состоящие из соли ангидрита, гипса, мергелей, доломитов в переслаивании с другими породами).

В связи с этим принципиальным является понятие грунты, под которым подразумеваются верхние слои коры выветривания литосферы. К ним относят скальные, полускальные и рыхлые породы. В основном это песчаные, пылевато-глинистые, органогенные и техногенные дисперсные грунты.

В практике геоэкологических исследований довольно часто оценивается уязвимость ГС к техногенному воздействию НГК. Уязвимость - свойство, обратное устойчивости, т.е. неспособность субстанций противостоять внешним воздействиям. Она возникает вследствие неустойчивости или неспособности отдельных элементов ГС оказывать необходимое сопротивление.

Предлагаемая авторами [32] таблица основных нормируемых показателей эндогенных, экзогенных и техногенных процессов в ГС и сопредельных средах содержит 4 категории устойчивости геологической среды (геологического состояния) - от устойчивой (благоприятного) до критически неустойчивой весьма неблагоприятного). Эти категории корреспондируют с вышеперечис­ленными категориями по вещественному составу пород и дополняются эндо­генными геологическими процессами (интенсивностью землетрясений); экзо­генными геологическими процессами и геоэкологическими условиями в зоне проявления многолетнемерзлых пород; степенью изменения ландшафта в верх­ней части ГС, мощностью зоны аэрации, загрязнением пород и почв, донных осадков радионуклидами и нефтепродуктами, подземных и поверхностных вод н др.

Такой многомерный подход к оценкам критериев геоэкологического состояния ГС вполне оправдан, поскольку отвечает ее генетической сути и может быть широко применен в практике оценок состояния ГС под воздействием техногенеза.

Существуют и другие подходы к оценке устойчивости ГС к техногенным воздействиям. При инженерно-геологических исследованиях к слабой степени воздействия относят территории, где изменения ГС проявились на площади менее 5 %, а глубина воздействия не превышает Юм; для средней степени эти показатели будут иметь значения 5-20 % и 10-100 м; для сильной степени -свыше 25 % и более 100 м.

При отборе флюидов техногенез носит преимущественно эндогенный характер, хотя в начальной стадии освоения месторождений неизбежны поверхностные нарушения. Поэтому наряду с вышеприведенными подходами прак­тикуется несколько иной подход к критериям изменения ГС.

Критерии изменения геологической среды. Оценка интенсивности и масштабов проявления современного напряженно-деформированного состояния верхних частей литосферы проводится по геодинамическим показателям де­формации ГС. Эти показатели зависят от параметров критических скоростей деформации и масштабов ожидаемого сейсмического эффекта. Исходя из зна­чения порога разрушения любых твердых тел порядка 0,0001 отн. ед., в каче­стве предельного (критического) уровня геодинамического воздействия для всех типов объектов предлагается использовать величину деформации в 0,00001 отн. ед., применяемую при оценке аномальных техногенных деформаций. Крити­ческие напряжения, приводящие к сильным техногенным индуцированным землетрясениям, соответствуют относительным деформациям 0,0001-0,00001. На основе сведений о пространственно-временном изменении современных деформационных процессов в зонах разломов предельный (критический) уро­вень деформации в 0,00001 может быть достигнут в локальных зонах в тече­ние 10-40 лет. Этот период соизмеряется с минимальными сроками эксплуата­ции особо ответственных объектов и сооружений (АЭС, ГЭС, нефте-, газо- и продуктопроводы и пр.), нарушение функционирования которых может привести к критическим экологическим последствиям. Уровень деформации в 0,000 отн. ед. приводит к нарушениям ГС, соответствующим экологическому бед­ствию (табл. 3.10).

Таблица 3.10 - Критерии оценки экологической опасности деформации и изменения ГС [39]

Техногенные факторы эндогенной природы способны усиливать проявле­ние естественных экзогенных геологических процессов (оползней, селей, кар­ста, оседание поверхности и др.), что приводит к их катастрофической активи­зации и необратимому изменению природных ландшафтов.

Инженерно-геологические условия определяют сейсмичность района, тектоническое, литологическое и структурное строение участка, основные физи­ко-механические свойства грунтов и пород, наличие многолетней мерзлоты (мощность, льдистость, глубину сезонного протаивания и т.п.), что находит отражение на инженерно-геологических картах участка масштаба 1:10000-1:25000 или на других специализированных тематических картах.

Гидрогеологические условия определяют наличие следующих сведений:

- простирание и мощность водоносных горизонтов и водоупорных плас­тов;

- область питания и разгрузки каждого горизонта;

- запасы подземных вод;

- характер уровней подземных горизонтов (напорный, безнапорный);

- средний многолетний уровень грунтовых вод;

- минимальный и максимальный уровни грунтовых вод;

- химический состав подземных вод, виды и концентрация ЗВ в подземных водах;

- взаимосвязь между поверхностными и подземными водами;

- агрессивность подземных вод по отношению к бетону и металлическим конструкциям.

Характеристика опасных экзогенных процессов:

- наличие и проявление на территории оползней, карста, обвалов, суффозии и

- наличие и проявление криогенных процессов (для районов вечной мерзлоты);

-геологические, гидрогеологические и другие условия, определяющие развитие и интенсивность проявления экзогенных процессов;

- прогноз развития техногенных геологических процессов и возможность активизации существующих.

Для оценки состояния территорий по геодинамическим явлениям большой интерес представляет оценочная классификация Н.А. Касьяновой (табл. 3.11), разработанная по эмпирическим данным, полученным при анализе аварий на НТК [81].

Таблица 3.11 - Критерии оценки экологического риска, возникающего при функционировании литотехнических систем в пределах геодинамических аномалии

В целях картографирования пораженности территорий различного рода нежелательными экзогенными геологическими процессами (ЭГП) применяются дешифрирование аэрокосмических снимков, маршрутные наблюде­ния, а также специализированные исследования. На основании получен­ных данных рассчитываются различные показатели, характеризующие неблагоприятные ЭГП в результате активно действующих геолого-техногенных явлений. Такие показатели позволяют провести картографические работы и отнести изучаемую территорию с помощью критериев к одному из классов состояния (табл. 3.12) с целью организации природоохранных мероприятий.

Таблица 3.12 - Оценка состояния рельефа и подземного пространства в зависимости от их изменения природными и техногенными геологическими процессами[81]