Часть II. Геологическая среда и город

4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ

ТЕРРИТОРИИ Г. ГОМЕЛЯ

Инженерно-геологические условия территории г. Гомеля сформировались в процессе длительного геологического развития, которое обусловило пространственное распространение пород различного возраста, генезиса, состава и состояния; особенности структурно-тектонических, геоморфологических и гидрогеологических условий, что предопределило сложное строение геологической среды.

Наиболее полно пространственные закономерности изменения инженерно-геологических свойств могут быть выявлены при проведении естественно-исторического смешанного (регионального и типологического) инженерно-геологического районирования [133].

Выбору критериев районирования предшествовал анализ инженерно-геологических условий исследуемой территории. Среди наиболее общих признаков, определяющих инженерно-геологические условия местности, наиболее существенными являются морфометрические особенности рельефа и геологическое строение верхних горизонтов земной коры (рисунок 3.3).

Анализ инженерно-геологических условий территории г. Гомеля показывает, что нижняя граница зоны влияния инженерных сооружений на компоненты геологической среды в основном определяется глубиной залегания слабопроницаемой, выдержанной по простиранию песчано-глинистой толщи эоцена-олигоцена (киевская и харьковская свиты), рассматриваемой как региональный относительный водоупор. В речных долинах, где существуют глубокие эрозионные врезы, четвертичные водоносные горизонты тесно связаны с водоносными отложениями бучакской свиты эоцена (рисунок 4.1). Поэтому, изучение геологического разреза здесь целесообразно проводить до верхних горизонтов палеоцена.

Изложенные положения определяют выбор критериев, использованных при районировании исследуемой территории. При этом нами были учтены строение, мощность и состав отложений верхних горизонтов земной коры (палеоген-четвертичный комплекс), наличие или отсутствие в разрезе слабопроницаемых глинистых отложений, их состав и мощность, генезис и морфометрические характеристики рельефа [18].

Рисунок 4.1 – Схематический разрез верхних горизонтов осадочного чехла территории г. Гомеля.

1 – водопроницаемые породы; 2 – слабопроницаемые породы; 3 – уровень грунтовых вод.

В соответствии с общей схемой инженерно-геологического районирования Русской платформы, территория Гомеля и его окрестностей расположена в зоне сочленения двух регионов второго порядка – Воронежской антеклизы и Днепровско-Донецкой синеклизы и ее обрамления [53, 156], на стыке двух геоморфологических районов [82], в соответствии с которыми нами выделены две инженерно-геологические области (рисунок 4.2).

Область А отвечает Чечерской моренно-зандровой равнине и представляет собой пологоволнистую, слаборасчлененную равнину с абсолютными отметками поверхности 132-138 м в пределах флювиогляциальной равнины и 139-141 м – в пределах моренной. Глубина расчленения до 5 м/км², густота расчленения составляет 0,4 км/км² [18].

Рисунок 4.2 – Схематическая карта инженерно-геологического районирования и типы геологической среды территории г. Гомеля [18].

Границы: 1 – инженерно-геологических областей; 2 – инженерно-геологических районов. 3 – инженерно-геологический район и его номер. Районы развития: 4 – моренных отложений; 5 – водно-ледниковых отложений; 6 – озерно-болотных образований; 7 – аллювиальных отложений водотоков, дренирующих древние ложбины стока талых ледниковых вод; 8 – техногенных образований, выполняющих древние ледниковые ложбины стока; 9 – аллювиальных отложений вторых надпойменных террас; 10 – аллювиальных отложений первых надпойменных террас; 11 – аллювиальных отложений пойм; 12 – техногенных отложений долинного комплекса р. Сож; 13 – лессовидных образований проблематического происхождения. Прочие обозначения: 14 – овраги; 15 – болота.

В ложе четвертичной толщи преобладают палеогеновые песчано-глинистые отложения. Мощность четвертичного чехла составляет преимущественно 20-50 м, на отдельных участках этот показатель уменьшается до 10-15 м. В разрезе преобладают среднечетвертичные ледниковые отложения днепровского и сожского подгоризонтов. Для области характерно распространение покровных супесей и суглинков поозерского возраста. Грунтовые воды залегают на различных глубинах – от 1 до 10 и более метров. Пьезометрические уровни постоянно устанавливаются ниже зеркала грунтовых вод.

Особенностью инженерно-геологических условий области А является длительность градостроительного освоения: районы в границах центральной части города (на правобережье р. Сож) были застроены уже в конце XIX – начале XX в.в. Это привело к значительным изменениям рельефа за счет планировки и накопления техногенных отложений, мощность которых на отдельных площадках достигла 3-10 м.

Дальнейшее освоение территории области приходится на 50-е –70-е годы прошлого столетия (микрорайоны Сельмашевский, Западный, Аэродром и др.).

Совокупность геолого-гидрогеологических условий области обусловила развитие в ее пределах определенных геологических и инженерно-геологических процессов. Наиболее характерными из них являются овражная эрозия, плоскостной смыв, мелкие оползни по бортам оврагов и мелких речек, образование верховодки на водоразделах, заболачивание, загрязнение грунтов и подземных вод. В процессе строительного освоения области планировка территории и засыпка оврагов привели к некоторому затуханию плоскостного смыва и оврагообразования. Одновременно засыпка оврагов и речек обусловила возникновение линейной суффозии вдоль засыпанных водотоков. Развитие этого процесса вызывает оседание поверхности земли на локальных участках, сопровождающееся деформациями асфальтовых покрытий, подземных коммуникаций [17].

Вторая инженерно-геологическая область в историко-геологическом аспекте рассматривается как область унаследованного развития речных долин (область Б), совпадает с границами современной долины реки Сож и ее притоков, и занимает большую часть исследуемой территории, пересекая ее с северо-востока на юг, юго-запад (рисунок 4.2) [18].

История развития долины р. Сож определила своеобразный характер строения геологической среды, особенности ее рельефа и гидрогеологической обстановки. Долина имеет асимметричное строение с преимущественным развитием террас на правом берегу. Наибольшей ширины она достигает в южной части города, где уже за его пределами сливается с долиной р. Днепр. В долине выделяются две надпойменные террасы и пойма. Область наиболее разнообразна по инженерно-геологическим условиям. Основанием четвертичных отложений на разных участках служат песчано-глинистые образования палеогена.

Гидрогеологические условия в долине в результате размыва днепровской морены характеризуются тесной гидравлической связью четвертичных водоносных горизонтов с палеогеновыми горизонтами, образуя единую водонасыщенную толщу. Пьезометрические уровни устанавливаются, как правило, выше зеркала грунтовых вод. Глубина залегания уровенной поверхности грунтовых вод изменяется в среднем от 0,5-2 м на пойме до 3-10 м и более на террасах.

Освоение территории области имеет длительную историю, начиная со второй половины XVIII века, причем при освоении изменения рельефа, в силу равнинности поверхности, оказались незначительными. Лишь в 70-х годах прошлого столетия началось освоение пойменных территорий с применением гидронамыва грунтов (мкр-ны Волотова, Любенский).

В комплексе инженерно-геологических процессов, встречающихся на территории рассматриваемой области, прежде всего, следует назвать подтопление, заболачивание, загрязнение подземных вод и грунтов [17].

Дальнейшее районирование территории нами проведено на уровне инженерно-геологических районов (рисунок 4.2, таблица 4.1), при выделении которых учитывались строение, состав и мощность пород четвертичного возраста. Анализ геологических разрезов позволил обособить в пределах каждой области по нескольку районов, общее число которых составило 17, что отражает многообразие геологических разрезов, встречающихся на территории Гомеля. С учетом масштаба картирования геологические разрезы были генерализованы и объединены в определенные типы строения геологической среды. Основное различие выделенных типов разрезов определялось возможными сочетанием и соотношением толщ разного возраста, генезиса и состава [25, 133].

Таким образом, по особенностям строения четвертичных отложений на территории Гомеля в пределах описанных выше областей нами выделено 9 групп инженерно-геологических районов [18].

В первую группу обособляются районы, где с поверхности залегают моренные супеси и суглинки днепровского горизонта (в рельефе – моренная равнина), нередко перекрытые покровными перигляциальными супесчано-суглинистыми образованиями поозерского возраста и/или маломощным чехлом днепровско-сожского флювиогляциала (рисунок 4.2, таблица 4.1). Отложения днепровской морены представлены красно- и коричневато-бурыми грубыми песчанистыми плотными суглинками и супесями с большим содержанием гравия, гальки и валунов. Общая мощность супесей и суглинков изменяется от 0,6 до 31 м (обычно 8-12 м) [9]. Естественная влажность моренных отложений 10-12%; число пластичности изменяется от 4-6 до 7-10%; показатель консистенции составляет 0,04-0,60.

Покровные супеси и суглинки светло- и буровато-коричневые или палево-желтые, легкие и средние, алевритистые, лессовидные. По гранулометрическому составу грунты неоднородны; содержание глинистой фракции колеблется от 3 до 28%, пылеватой – от 42 до 89%. Коэффициент пористости изменяется в широких пределах – от 0,48 до 0,83. Мощность покровных отложений изменяется от 0,2 до 1,5 м.

Днепровские моренные супеси и суглинки залегают на водно-ледниковых нижне- среднечетвертичных песках, реже на коренных породах. Пески характеризуются различным гранулометрическим составом с преобладанием мелкозернистых фракций, разной степенью окатанности и сортировки; часто глинистые, глауконитовые, с включениями гравия и гальки. Мощность нижне-среднеплейстоценовых отложений изменяется от 2,3 м на водоразделах до 34 м в пределах древних долин.

Таблица 4.1 – Фрагмент легенды к карте инженерно-геологического районирования территории г. Гомеля [18]

Для этих типов строения характерно развитие верховодки, встречающейся на глубинах 0,5-3 м. Толща моренных суглинков и супесей обводнена спорадически по прослоям и линзам песков (мощность до 5 м), заключенных в морене. Первый от поверхности постоянный водоносный горизонт вскрыт на глубине 15-22 м в нижне-среднеплейстоценовых песках. Коэффициент фильтрации песков в зависимости от их зернистости, по данным опытных откачек, проводимых Белорусской гидрогеологической экспедицией ПО «Белгеология» (1981), колеблется от 9 до 16 м/сут. Местами воды имеют напор. Отмечается тесная гидравлическая связь нижне-среднеплейстоценового водоносного горизонта с глубокозалегающими горизонтами палеогена и верхнего мела.

В целом инженерно-геологические условия описанной группы районов благоприятны для освоения. Моренные супеси и суглинки являются надежным основанием для различных инженерных сооружений, а грунтовые воды преимущественно находятся на значительной глубине. Вместе с тем, в связи с наблюдающейся в последние годы тенденцией техногенного обводнения верхней части супесчано-суглинистого разреза, приводящей местами к подтоплению подземных коммуникаций и фундаментов зданий, дальнейшая нормальная эксплуатация сооружений потребует определенных мероприятий. Развитие техногенного обводнения необходимо учитывать и при строительстве новых зданий и подземных коммуникаций. Увеличение влажности моренных грунтов, вызванное техногенным обводнением, ставит их в разряд агрессивных, а в зимнее время приводит к пучению, с которым связаны наблюдаемые местами деформации дорожных покрытий.

Вторую группу инженерно-геологических районов образуют территории, сложенные с поверхности днепровско-сожскими флювиогляциальными песками (в рельефе – флювиогляциальная равнина), нередко перекрытые покровными лессовидными образованиями и подстилаемые моренными супесями и суглинками (рисунок 4.2, таблица 4.1).

Флювиогляциальные отложения представлены песками, разнозернистыми, местами глинистыми, с гравием, галькой и линзами суглинков и супесей. Мощность песков может достигать 20 м (в среднем 9-13 м). Породы обводнены. Воды имеют безнапорный характер. Глубина залегания кровли водоносного горизонта колеблется от 0,4 до 8 м, а коэффициент фильтрации – от 0,7 м/сут для глинистых песков до 9 м/сут для крупнопесчаных разностей. Мощность безводной зоны, включая днепровскую морену, изменяется от 3 до 10 м. На участках, где мощность водно-ледниковых отложений незначительна и близко к поверхности залегают моренные супеси и суглинки, отмечается подпор грунтовых вод и подтопление территорий. В связи с этим при хозяйственном освоении района необходима гидроизоляция фундаментов. Кроме того, частое развитие на флювиогляциальных песках покровных слабопроницаемых суглинков и супесей приводит к формированию в этих отложениях верховодки, что также создает некоторые трудности в освоении.

Незначительно распространены на территории моренно-зандровой равнины типы строения четвертичных отложений, относящиеся к третьей и четвертой группам инженерно-геологических районов. Начинаются они поозерско-голоценовыми озерно-болотными и/или аллювиальными образованиями, приуроченными к заболоченным пологоврезанным понижениям и древним ложбинам стока талых ледниковых вод соответственно (рисунок 4.2)

Аллювиальные отложения представлены песками неоднородно-зернистыми, с гравием, галькой и прослоями супесей, суглинков и торфа, общей мощностью от первых метров до 10 м. Аллювиальные пески залегают на днепровско-сожских флювиогляциальных образованиях, а там, где последние размыты, на моренных супесях и суглинках днепровского подгоризонта. Грунтовые воды располагаются близко к поверхности, как правило, на глубине менее 3 м.

Озерно-болотные отложения представлены заторфованными суглинками, супесями, песками разнозернистыми и торфом. Мощность отложений составляет в среднем 2-4 м. К песчанистым разностям озерно-болотных отложений приурочен безнапорный малообильный водоносный горизонт, залегающий на глубинах преимущественно от 1,5 до 3 м. В хозяйственном отношении территории районов не осваиваются.

В целом для рассмотренных типов строения четвертичной толщи характерно наличие в разрезе днепровских моренных супесей и суглинков, что в главном определяет инженерно-геологические условия данной области.

Современные речные долины имеют свои особенности строения геологической среды, которые отражены в характеристике 6-8 групп инженерно-геологических районов. Однако, при всем их разнообразии имеется одно сходство – все они начинаются со слоя аллювиальных песков. Грунтовые воды в аллювиальных песках находятся вблизи дневной поверхности (0,5-3 м). Более глубокое залегание грунтовых вод отмечается на отдельных участках высоких надпойменных террас в долине Сожа, осложненных эоловыми формами рельефа.

Современные аллювиальные отложения пойм представлены разнозернистыми песками, в меньшей степени супесями и суглинками с включениями гравия и гальки, часто заиленными, с прослоями и линзами торфов и гиттий. Общая мощность пойменного аллювия 5-10 м. Надпойменные террасы Сожа и его притоков сложены, в основном, верхнеплейстоценовыми разнозернистыми песками с линзами супесчано-суглинистых пород, гиттий и торфа, общей мощностью до 10-15 м. Аллювиальные пески подстилаются либо нижне-среднечетвертичными, либо палеогеновыми породами.

В зависимости от строения подстилающих толщу аллювиальных пород можно выделить несколько типов инженерно-геологических районов.

Как правило, на большей части территории долинного комплекса аллювиальные пески подстилаются или образованиями эоцена-олигоцена, или флювиогляциальными отложениями нижнего и среднего плейстоцена. Значительно реже под аллювием встречается днепровская морена разной мощности.

Близкое залегание грунтовых вод, большое количество водоносных горизонтов, гидравлически связанных друг с другом, а также слабая дренированность создает предпосылки для развития процессов подтопления. Эксплуатация инженерных сооружений в этих районах наряду с подтоплением осложняется загрязнением грунтовых вод, и, как следствие, повышением коррозионной активности грунтов. Кроме того, неоднородно-зернистый состав песков способствует возникновению суффозии, что существенно влияет на надежность работы подземных коммуникаций.

Особое положение в разрезе занимают техногенные отложения, широко развитые как в пределах моренно-зандровой равнины, так и в долине р. Сож, где мощность их в среднем составляет 4-6 м и более (5 и 9 группы инженерно-геологический районов). Значительные площади поймы заняты насыпными и намывными грунтами. Последние по своему составу близки к аллювиальным грунтам, но отличаются от них более высокой сжимаемостью; при нагрузках они дают значительные, хотя и равномерные осадки. По строительным свойствам наименее благоприятны техногенные отложения в районах засыпки оврагов, мелких рек, ручьев, болот, прудов, характеризующиеся хаотичным строением, неуплотненностью, высоким содержанием органики.

Таким образом, инженерно-геологические условия территории Гомеля сложные, весьма специфичные и существенно не одинаковые в разных ее частях. Это обусловлено своеобразными условиями геологического развития территории в последний кайнозойский этап своего развития.

Проведенное типологическое инженерно-геологическое районирование территории г. Гомеля позволяет выявить основные особенности геологической среды города на глубину инженерно-хозяйственного воздействия, охарактеризовать различные условия протекания геологических и инженерно-геологических процессов и явлений, а также провести анализ изменений, происходящих в геологической среде под воздействием города.