УДК 551.331

О.В. ФЕСЕНКО

Одеський національний університет
кафедра інженерної геології та гідрогеології ,
вул. Дворянська, 2, Одеса, 65026, Україна, e-mail: alexey @ fesenko. eu.

Концептуальные основы
инженерно-геологического районирования территории г. Одессы
для целей оценки локальной степени сейсмической опасности

В статье рассмотрены теоретические и методологические основы инженерно-геологического районирования территории г. Одессы масштаба 1:25 000 и 1:50 000, выполненного для целей оценки локальной степени сейсмической опасности данной территории за счет изменения инженерно-геологических (грунтовых) условий. Приведена краткая характеристика основных факторов инженерно-геологического районирования и рассмотрены полученные результаты.

Ключевые слова: инженерно-геологическое районирование, геолого-геоморфологические условия, гидрогеологические условия, цифровое инженерно-геологическое моделирование, сейсмическое микрорайонирование, сейсмическая опасность.

Для целей оценки степени сейсмической опасности территории г. Одессы необходим учет разномасштабных факторов: глобальных, региональных и локальных.

Глобальная составляющая может быть выделена методами сейсмического районирования. Региональная составляющая выделяется методами детального сейсмического районирования. Локальная составляющая – инженерно-геологическими методами сейсмического микрорайонирования [1].

Региональная степень сейсмической опасности территории г. Одессы определяется тем, что территория города находится в зоне возможных 6-и бальных сейсмических воздействий (по данным ОСР-78, ОСР-81 [2]) и зоне 6-7 бальных сейсмических воздействий по данным сейсмического районирования Северной Евразии, 1997г. (ИФЗ АН России, карты А, В,С) [4].

Локальная степень сейсмической опасности территории г. Одессы зависит от ряда инженерно-геологических и инженерно-сейсмологических факторов основными из которых являются: геологическое строение, геоморфологические, гидрогеологические, инженерно-геологические условия и сейсмические свойства грунтов. Поэтому основой для решения задачи оценки локальной степени сейсмической опасности должна быть карта (модель) инженерно-геологического районирования, которая позволила бы в пределах районов с различными инженерно-геологическими условиями оценить возможную величины приращения (изменения) сейсмической бальности.

Проблема влияния локальных инженерно-геологических факторов на приращении бальности детально рассмотрена в работах Академии Наук Украины, Академии Наук России и стран СНГ, геологических служб США, Японии []. Огромный вклад в исследования данных вопросов внесли ученые, такие как Медведев С.В., Г.П. Горшков, Т.П. Москаленко, И.Д. Гофштейн, В.И. Уломов и многие другие.

В данных работах однозначно доказано, что сейсмическая бальность, на земной поверхности, может меняться от +2 до –1 балла в различных инженерно-геологических условиях. Причем наиболее опасными, в сейсмическом отношении, являются области распространения рыхлых обводненных грунтов [3,5,8,13].

Теоретические и методологические основы инженерно-геологического районирования территории г. Одессы.

Инженерно-геологическое районирование (ИГР) рассматривается как один из методов систематизации знаний об инженерно-геологических условиях территории, оценки их однородности и сложности, а именно: выявление в сложной и многосторонней геологической среде на основе совокупности теоретических положений и методических приемов системы территориальных элементов, обладающих какими-либо общими инженерно-геологическими признаками, отграничивание их от территорий, не обладающих этими признаками, систематика, картографирование и описание [5,6,7].

По типу, инженерно-геологическое районирование территории г. Одессы – генетико-морфологическое (по В.Т. Трофимову, 1979), при котором на основе определенных принципов и классификационных признаков выявляют, обособляют, классифицируют территориальные единицы разного порядка. По виду, ИГР – типологическое, что подразумевает выявление и выделение определенных типов территориальных единиц того или иного порядка на основе учета наиболее общих и существенных признаков, свойственных им, и отказ от учета многих частных особенностей этих единиц. По разновидности – специальное районирование, поскольку основной задачей является оценка величины приращения (изменения) сейсмической бальности в пределах отдельных инженерно-геологических элементов.

Основные принципы ИГР г. Одессы:

1. Районирование должно проводится по вещественно-морфологическим глубоко инженерно-геологическим признакам, отражающим важнейшие закономерности пространственной изменчивости инженерно-геологических условий.

2. Сумма выделенных территориальных единиц, при типологическом районировании, должна быть равна объему классифицируемого (делимого) понятия.

3. Необходимо соблюдение требования соразмерности – территориальные комплексы, выделяемые на определенной ступени районирования, должны относится к одному порядку (рангу).

4. Признаки, по которым классифицируются территориальные единицы, должны выбираться так, чтобы каждая территориальная единица попадала только в одну из выделяемых категорий.

5. В пределах одной (любой) таксономической единицы все границы единиц следующего более высокого ранга должны проводится по признакам одного порядка. Классификационный признак может изменяться от одной ступени районирования к другой.

6. Каждая группа между выделяемыми таксономическими единицами должна проводится по вполне определенному (в идеале одному) классификационному признаку.

Признаки и таксономические единицы ИГР г. Одессы.

Поскольку данное инженерно-геологическое районирование является специальным, то под признаками ИГР понимаются факторы изменения локальной степени сейсмической опасности.

Основными классификационными признаками специального типологического генетико-морфологического ИГР для обособления территориальных таксономических единиц разного ранга являются: структурно-тектонические – для выделения регионов, геоморфологические – для выделения областей, литолого-генетические – для выделения районов, гидрогеологические – для выделения подрайонов, особенности состава и состояния пород - подрайоны более низкого ранга. В масштабе 1:25 000 – 1: 50 000 можно выделить только подобласти, районы и подрайоны, а также промежуточные таксономические единицы, характеризуемые порядком [6].

По структурно-тектоническим признакам территория г. Одессы относится к северному крылу Причерноморской впадины, наложенному на южный склон Украинского щита.

По геоморфологическим признакам (ранг области) – к Днестровско-Бугской лессовой аккумулятивной равнине.

ИГР территории г. Одессы начинается с подобластей, выделяемых по комплексу региональных геоморфологических характеристик (возраст и генетических тип элементов рельефа, их высотные уровни и т.п.).

Районы первого порядка выделяются по типам литолого-генетических комплексов залегающих на земной поверхности, при мощности больше 5-10м. Районы второго порядка выделены по мощностям литолого-стратиграфических комплексов первого порядка. Подрайоны первого порядка выделены по геолого-геоморфологическому типу водосборного «бассейна» первого от поверхности водоносного горизонта и уровню грунтовых вод с использованием двухразрядной системы районирования. В подрайоны второго порядка выделены области распространения подземных выработок (катакомб), насыпных грунтов мощностью более 15 м. Такие факторы, как возможная величина просадки грунтов, выделялись по суммарной мощности горизонтов лессов в составе толщи четвертичных и мощности обводненной толщи четвертичных отложений в пределах плато и склонов. Однако они могут быть показаны только как инженерно-геологические участки в масштабе 1:10 000.

Краткая характеристика основных элементов ИГР.

Днестровско-Бугская лессовая равнина сложена четвертичной лессовой и красно-буроцветной формацией континентальной формациями, сформирована в основном на морских и лиманно-морских понтических отложениях с позднеплиоценовой полигенетической аккумулятивной и денудационной поверхностью выравнивания. Расчленена балками и лиманами, склоны которых изрезаны оврагами, осложненными оползнями.

На изучаемой территории выделяется два типа рельефа:

· Эрозионно-аккумулятивно-денудационный (водораздельная равнина и ее склоны).

· Эрозионно-аккумулятивный (речные долины, лиманы, побережье Черного моря, балки, овраги и их склоны).

Основные типы районов первого порядка, включают в себя следующие литолого-стратиграфические комплексы:

1) отложения мэотического яруса;

2) отложения понтического яруса;

3) отложения крыжановско-широкинского яруса;

4) отложения куяльницкого яруса;

5) четвертичные отложения.

Четвертичные отложения подразделяются на следующие геолого-генетические комплексы пород (как районы первого порядка):

1. Эолово-делювиальный.

2. Делювиальный.

3. Пролювиально-аллювиально-делювиальный.

4. Озерно-аллювиальный и аллювиальный.

5. Лиманный, лиманно-морской и морской.

В пределах геолого-генетических групп четвертичных отложений выделяются также инженерно-геологические элементы (табл. 1), показанные на карте инженерно-геологических условий.

Средние значения физико-механических свойств по инженерно-геологическим
элементам постсреднемиоценовых отложений Большой Одессы

Районы второго порядка подразделяются по мощности комплексов (для рыхлых отложений): 0-10, 10-15, 15-20, >20 м.

Подрайоны выделяются по гидрогеологическим «бассейнам» и уровню грунтовых вод со следующей градацией: 0-4, 4-8, 8-12, 12-16, > 16 м.

В результате анализа геологических, геоморфологических и гидрогеологических условий территории г. Одессы с учетом инженерно-геологического районирования выявлены следующие инженерно-геологические закономерности:

Рис. 1. Схема інженерно-геологічного
районування по центральній частині м. Одеси

1) мощность четвертичных отложений в пределах плато и его склонов зависит, во-первых, от глубины расчленения рельефа земной поверхности (коэффициент корреляции – 0.8-0.9), во-вторых, от абсолютных отметок кровли дочетвертичных отложений (коэффициент корреляции – 0.7-0.8);

2) уровень грунтовых вод в пределах г. Одессы не зависит от геолого-геоморфологических характеристик инженерно-геологической среды, а зависит только от градиентов уровня грунтовых вод взаимосвязанных с крутизной и глубиной расчленения рельефа (коэффициент корреляции – 0.9-0.95) и объемов утечек из городских коммуникаций.

3) основными факторами, влияющими на изменение инженерно-геологических условий территории г. Одессы и определяющие локальную степень сейсмической опасности ­­ являются геоморфологические условия и техногенная нагрузка.

При построении карт инженерно-геологических условий использовались первичные и аналитические материалы региональных геолого-съемочных (более 1000 скважин и шурфов глубиной 15-50м. в пределах г. Одессы), гидрогеологических (данные по 350 гидрогеологическим режимным скважинам), региональных и детальных инженерно-геологических работ масштабов 1:5 000 – 1:200 000, проведенных на территории г. Одессы с 1960 по 2003г. такими организациями: ПРГРЭ, Одесское противооползневое управление, Центром инженерных изысканий г. Одессы, Одесским Национальным университетом им. И.И. Мечникова, Молодежной научно-исследовательской геологической ассоциацией «Магма».

Для целей построения карт инженерно-геологических условий и районирования использовались геоинформационных технологии [9] и технологии цифрового моделирования [10], реализованные в таких программных продуктах как: ArcInfo 8.3, Erdas Imagine 8.6, TNT Mips 6.6.

Висновки

В результате инженерно-геологического районирования на территории г. Одессы выделено 5 типов районов 1-го порядка, 4 типа районов 2-го порядка, 8 типов подрайонов 1-го и второго порядка. Степень изменчивости физико-механических свойств грунтов в пределах подрайонов составляет 10-20%. В пределах каждого инженерно-геологического элемента рассчитаны возможные значения приращения сейсмического балла. Средняя величина приращения по г. Одессе составила 1.1 балла, при ее изменении в интервалах от -0.5 до 1.7 балла.

Література

1. Оценка влияния грунтовых условий на сейсмическую опасность: Методическое руководство по сейсмическому микрорайонированию / В.И. Джурик, В.В. Севастьянов, В.А. Потапов и др. – М.: Наука, 1988. - 224 с.

2. Сейсмическое районирование территории СССР. Методические основы и региональное описание карты 1978 г. - М.: Наука, 1980. – 307 с.

3. Фесенко О.В.. Сейсмічні умови Одеського регіону, інженерно-геологічні та геолого-геоморфологічні основи сейсмічного мікрорайонування м. Одеси // Вісник ОНУ ім.. І.І. Мечникова. – 2001. – т. 6. – вип. 9. - географічні та геологічні науки. - С. 132-138.

4. В.И.Уломов. Сейсмогеодинамика и сейсмическое районирование Северной Евразии // Вестник ОГГГГН РАН. – Москва. - 1999. -№ 1(7) . C. 55-71.

5. Золоторев Г.С. Методика инженерно-геологических исследований. – М.: изд-во МГУ, 1990, - 384 с.

6. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы / Под ред. Акад. Сергеева Е.М. – М.: Недра, 1985, - 332 с.

7. Розовский Л.Б., Зелинский И.П. Инженерно-геологические прогнозы и моделирование. – Одесса: из-во Одесского ун-та, 1975.

8. Касымов С.М. Инженерно-геологическая основа детального сейсмического районирования и микрорайонирования. – Ташкент: Изд-во «ФАН» УзССР, 1979. – 224 с.

9. Modeling Our World. The ESRI Guide to Geodatabase Design / Michael Zeiler. – Redlands, California, USA: Environmental Systems Research Institute, Inc., 1999, - 202 p.

10. Modeling Watershed Geomorphology / Randall B. Smith. – Lincoln, Nebraska, USA: MicroImages Inc., 2001, - 20 p.