Ю.М. Казаков

Усойское перекрытие и Правобережный склон. Некоторые результаты инженерно-геологических исследований, выполненных в 1981–1992 годы

Впервые было опубликовано 14 октября 2003 на сайте фергана.ру.

 

Основной объем работ был выполнен специалистами производственного обьединения «Таджикглавгеология». Была сделана инженерно-геологическая съемка масштаба 1:25000 мегасклонов озера вплоть до главных водоразделов. Детально, в масштабе 1:5000, изучены 5 участков с наиболее опасными, потенциально неустойчивыми склонами и Усойское перекрытие (Ю.Акдодов, Ю.М.Казаков, В.В.Лим, Г.В.Шафиев). Исследования проводились с применением геофизических (Л.П.Папырин), высокоточных топо-геодезических методов (В.А.Перистый, А.Г.Прокофьев, А.И.Чижаньков). К разработке некоторых, наиболее сложных вопросов, были привлечены: ВСЕГИНГЕО (фильтрационные исследования Усойского перекрытия – В.С.Гончаров), Институт Механики МГУ (моделирование смещения Усойского оползня и Правобережного склона – С.С.Григорян, К.А.Гулакян), МИСИ им. В.В.Куйбышева (моделирование сейсмонапряженного состояния склонов методом динамической фотоупругости – В.В.Двалишвили, Е.В.Юренева).

Научное руководство осуществлялось В.С.Федоренко – ведущим научным сотрудником геологического факультета МГУ и Н.С.Огневым - главным инженером «Таджикглавгеология».

При выполнении геологического задания были учтены результаты предыдущих исследований (В.С.Гончаров, Ш.Ш.Деникаев, Г.А.Керносов, О.К.Ланге, А.И.Лехатинов, В.В.Лим, Л.П.Папырин, П.А.Погребной, И.А.Преображенский, А.Г.Прокофьев, А.И.Шеко, Г.A.Шпилько), a также использовались материалы гидрометеослужбы Таджикской ССР и данные эхолотной съемки глубин для всего акватория.

В максимально сокращенном виде изложены результаты работ по двум объектам Сарезского озера – Усойскому перекрытию и Правобережному склону, предлагаются варианты решения спорных вопросов. 

 
УСОЙСКОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ

Для проведения геологического обследования и проверки предположения о том, что катастрофическое землетрясение 1911 года могло быть результатом смещения Усойского массива (6), по поручению Геологического комитета и Постоянной Сейсмической Комиссии на Памир в 1915 году была направлена экспедиция И.A.Преображенского (20). Основныe результаты этой экспедиции:

1. Доказано, что смещение Усойского массива происходило по типу скольжения (в тексте – «оползень скалы», «оскользень») и не было такого мощного удара, который мог бы вызвать сейсмическую волну землетрясения 1911 года.

2. На основании топографической съемки М 1:21000, построения 25 разрезов и реконструкций дооползневого рельефа долины был установлен объем смещения при максимальной глубине плоскости скольжения около 500 метров.

3. Рассчитан коэффициент разрыхления – соотношение объемов массива до смещения (2.2 км³) и после (2.7 км³), который составляет 0.8.

4. Сделаны фотоснимки территории, ценность которых, учитывая, что глубина озера увеличилась с 352 (август 1915 года) до 505 м. (1990 год), несомненна для выявления строения и генезиса затопленной части плотины.

5. Выполнены повторные промеры максимальных глубин озера.

6. Зафиксированы фрагменты древнего (среднеплейстоценового) Ирхтского оползня на левом борту озера в районе Ирхтского залива, оползневая ниша которого расположена на правом борту, западнее горы Базайташ.

7. Утверждается, что катастрофического разрушения и размыва перекрытия, сложенного в основном крупными блоками, массивами смещенных песчаников, сланцев, алевролитов и, в меньшей степени, карбонатов, ввиду его крупноблочного строения, быть не может.

Эти выводы практически без изменений остаются в силе до настоящего времени. Так, например, до сих пор никем не пересматривался объем Усойского оползня; повторные реконструкции дооползневого склона (2, 4, 8) подтверждают идеи И.A. Преображенского; Ирхтский оползень был описан как бы заново лишь в 80–е годы; установленная невозможность полного катастрофического размыва Усойского перекрытия также подтверждается результатами исследований 1981-1992.

 

Примечание 1. До настоящего времени нет единого мнения по вопросу временной привязки и параметров землетрясения 1911 года. Некоторые данные из литературных источников приведены ниже.

 

Источник

Дата

Время

Примечaния

Г.А.Шпилько (27)

В 1911 году, въ ночь с 5-го на 6-е февраля

 23:15

 

Б.Б Голицынъ (6)

18 февраля1911 (по новому стилю).

23:17:55 - по Ташкентскому времени; 18:40:43 - по Гринвичу

 

И.А.Преображенскiй (20)

въ ночь съ 5 на 6 февраля 1911г.

 

 

М.А.Паршин (18)

в ночь с 18 на 19 февраля 1911

23:40

 

А.А.Никонов (15)

в ночь с 5 на 6 февраля 1911

 

 

Э.Г.Газиев (4)

18 февраля 1911

23:41....или 18:41 по московскомy времени)

H=26 км, I=9, M=7.4 ± 0.1

Г.Е.Глазырин (5)

в ночь c 18 на 19 февраля 1911года

23:15

I=9

О.Е.Агаханянц (1)

В ночь с 5 на 6 февраля1911 (с 18 на 19 февраля по новому стилю)

23:15

упоминается о 2-х сейсмических толчках с интервалом в 2 часа 

В.С.Хромовских (23)

18 февраля 1911

18:41

I=9, М=7.4,

А.Б.Бабаев, А.Р.Ищук, С.X.Негматуллаев (3)

18 февраля 1911

18:41:14

φ=38.2ΊN, λ =72.8Ί Е, Н=26 км, I=9, М=7.4

 

На инженерно–геологической схеме Усойского перекрытия масштаба 1:5000, составленной в 1990 году (8), приведены результаты многолетних исследований. В основу положена идея районирования Усойского перекрытия, предложенная А.И.Шеко (26). Выделены: А – передовые оползневые массивы; Б – валы выдавливания; В – вал выпирания; Г – блоки интенсивного сжатия и обратного смещения; Д – блоки смещенные в обратном направлении; Е – зона тыловых блоков; Ж – передовые разрушенные блоки в восточной прибортовой части; З – зона обвально–оползневых накоплений; И – стенка отрыва; К – зона селевых накоплений; Л – зона развивающего карста. На схеме дана более подробная детализация и уточнение этих зон, итоги ранее выполненных геодезических, геофизических и фильтрационных исследований (2, 12, 16, 25), данные изучения гранулометрического состава на участках возможного перелива и размыва (14).

Изменения, дополнения и уточнения В.С.Федоренко (12, 21, 22) к этой схеме сводились к следующим моментам:

1. Наличие вдольдолинного растекания обломочно-глыбового покрова вверх и вниз по долине как следствие приспособления смещенного массива к рельефу, что было подтверждено результатами промеров глубин озера.

2. Непризнание возможного обратного смещения оползневого массива или его отдельных частей.

3. Главным и принципиально важным, по его мнению, является отсутствие тыловой западины у оползней такого масштаба. Практически, это значит, что правое примыкание должно быть сложено крупноблочными массивами, перекрытыми обвально–оползневым, обвально–осыпным и пролювиальным чехлом рыхлообломочных отложений, a пoнижение гребня плотины обусловлено синдинамичным расседанием оползня с формированием верхового и низового потоков.

Совместить на инженерно-геологической схеме (8) представления А.И.Шеко и В.С.Федоренко в полной мере не удалось – они зачастую противоречивы, тем более, что нет достоверных данных о глубинном строении перекрытия. Поэтому эта схема нами рассматривалась как совокупность фактов, предпосылок, гипотез для разработки нового, более обоснованного, варианта инженерно-геологической карты.

Сопоставление фотоснимков 1915 и 1990 года (8) косвенно подтверждает вывод о практически одноразовом формировании ниши отрыва, посколько существенных изменений рельефа здесь (20, 27) не установлено. Средняя скорость смещения Усойского оползня по данным моделирования составляла 24 м/с (2).

Смещение происходило в три стадии, сближенные во времени до минут, часов, или суток (8).

Первая стадия - основное смещение происходило по оползневому типу. Линейные субширотные понижения и характер распространения карбонатных пород, видимо, свидельствуют о раздельном, обособленном смещении массивов, сохранивших структурную целостность. Дополнительным подтверждением этого является наличие зон отрицательных аномалий силы тяжести между массивами (16) и то, что здесь на различных участках сохранились проявления смещенного льда. Для некоторых массивов характерно наличие обширных сохранных делювиальных и осыпных поверхностей дооползневого склона, а в западной части перекрытия по левому борту каньона прослеживаются смещенные отложения главной долинной морены. Субгоризонтальное залегание смещенных дооползневых форм рельефа, а зачастую, с обратным наклоном в северном и западном направлении, свидетельствует о том, что смещение происходило по типу скольжения с элементами вращения.

Вторая стадия – оползне-обвальная переработка склона, свидетельством этого являются вторичныe ниши и рыхлые синдинамичные оползневые накопления севернее пониженной части гребня плотины.

Третья стадия - обвально-осыпной процесс в оползневой нише, который продолжается и в настоящее время. Наиболее крупным его проявлением было перекрытие реки Усойдара обвалом с ниши отрыва Усойского оползня, предположительно в 40-х годах, с последующим изменением направления русла реки в сторону Сарезского озера. На картах Г.А.Шпилько (27) и И.А.Преображенского (20) показано наличиe русла Усойдары как на восточном, так и западном откосах перекрытия. По данным В.С.Колесникова, О.К.Ланге (2), в 1925-1926 г.г. водоток Усойдара в западной части продолжал действовать. В исследованиях А.И.Шеко (26)  этот обвал датируется 1934-1935 г.г.

Базис плоскости скольжения был на высоте 100–150 метров от русла реки Мургаб. При более низком положении величина угла между плоскостью скольжения и наклоном южного борта не позволила бы оползню «наехать» на противоположный борт. Таким образом предполагается, что нижняя часть вреза долины реки Мургаб была законсервирована, а аллювиальные галечники двух среднеплейстоценовых террас левого борта частично были сорваны и перемещены вверх по склону, где они образовали характерные «конуса фонтанирования» (8, 20,) среди смещенных блоков и массивов сарезской свиты. Их можно встретить в районе вертолетной площадки на перемычке озер Сарез и Шадау.

Анализ фотоснимков И.А.Преображенского (20), топографии реконструированного доoползневого и современного рельефа (2, 4, 8, 20), аэро- и космоснимков показывает, что при подходе фронтальной части оползневого массива к водоразделу левого борта долины Шадау произошло раскалывание и вдвижение восточной части Усойского оползня в долину реки Шадау. Границей раскола, следует считать протяженный лог, в средней части которого расположен водоем Аэлита. Замытые следы деформаций покровных отложений на левом берегу реки Мургаб 50–100 метрах выше южной границы Усойского оползня, видимо, являются следствием ударной воздушной волны в момент смещения.

В пониженных участках Усойского перекрытия на стыках массивов закартированы разобщенные участки развития многолетнего льда. В большинстве случаев лед встречен в расселинах и понорах, но на самой пониженной части гребня Усойского перекрытия лед можно наблюдать на дневной поверхности в любое время года. Сохраняется он здесь благодаря интенсивному подтоку холода из недр плотины. Это единственное место в пределах Сарезского озера, где летом лед наблюдается на таких низких высотах (3270–3290 метров). По данным инженерно-геологического картирования бассейна Сарезского озера (2, 8, 12) минимальные отметки этой линии для окрестностей озера составляет 3900-3950 метров. Именно на этих высотах встречен лед в голоценовых моренах боковых долин Биромбанд, Икджемч, Пирсароб, Саткан, Бист, Догун. Несколько выше (4000–4100 метров) лед появляется в осыпях и глетчерах склонов главной долины: Правобережный склон, урочище Марджанай в районе верхней летовки, междуречье Даулятмаматдашт-Ватасаиф, урочище Вихтонлахт.

Предполагается, что лед, наличие которого в перекрытии отмечалось и ранее (2), без объяснения его генезиса, был смещен в 1911 году вместе с голоценовой мореной долины Усойдара (8,). Часть этой морены сохранилось в верхней части ниши отрыва Усойского оползня. На высотах 4000–4300 метров в обрывах оставшейся на склоне морены отчетливо прослеживаются слои и линзы льда, за счет таяния которых происходит формирование стока реки Усойдарья. В результате обособленного смещения массивов по поверхностям скольжения в рамках первой стадии смещения фрагменты морены со льдом оказались зажаты между отдельными массивами. В правом примыкании они дополнительно были перекрыты рыхлообломочными отложениями второй и третей стадий смещения. Создались благоприятные условия для термоизоляции и консервации льда. Ориентировочный суммарный обьем погребного льда на разобщенных участках на момент смещения - по данным реконструкций склона (4, 8, 20) и содержания льда в аналогичных голоценовых моренах и глетчерах на соответствующих высотах – составляет примерно 20000–50000 м³(8, 10, 11, 13). Определить точные объемы погребенного льда, характер распространения и глубины залегания, оценить скорость его вытаивания без специализированных исследований не представляется возможным.

Намечаются две линейные зоны концентрации льдопроявлений. Первая по линии соединяющей зону видимого втока в верхнем бъефе, пониженную часть гребня плотины и далее по южной границе пролювиальных накоплений параллельно ряду первых родников левого борта каньона. Вторая зона приурочена к границе блоков «А» и «Г». Здесь по тальвегу лога наблюдается несколько проявлений льда, а между массивами и блоками песчаников и сланцев сарезской свиты встречаются карбонатные блоки пермо-триасовых отложений, которые в коренном залегании слагают верхнюю часть ниши отрыва Усойского оползня. Существование здесь водоема Аэлита, расположенного в понижении между блоками, видимо, связано с вытаиванием льда. Диаметр водоема 5–7 метров, глубина 1.5–2.0 метра. Придонная часть сложена льдом. Следов течения и сезонного колебания уровня воды здесь не установлено.

Режим наполнения Сарезского озера с момента его образования приводится, по литературным данным в таблицах 2, 3. Более детально этот вопрос рассмотрен В.С. Гончаровым (2).

 

Таблица 2. Режим наполнения Сарезского озера по данным Г.Е.Глазырина (5),

с уточнениями и дополнениями.

Годы

Источник сведений

Максимальная глубина озера, м

Скорость наполнения озера, м/год

1911

А.Шультц

.......Наполнение озера достигло верхушек деревьев...

-

1913

Г. Шпилько

279

279:2 = 139.5

1915

И.Преображенский

352

(352-279):2 = 36.5

1926

О. Ланге

477

(477-352):11 = 11.4

1934

В. Афанасьев

486

(486-477):8 = 1.1

1946

В. Акулов

498

(498-486):12 = 1.0

1986

Г. Глазырин

499.6 за 1978 год (по данным эхолотной съемки - 505)

(505-498):40 = 0.18 

 

 

Таблица 3. Режим наполнения Сарезского озера по данным И.А.Преображенского (20)

Год-месяц-число (по старому стилю)

Глубина озера, сажени. (сажень=2.1336 м)

Глубина озера, м

1911-02-05

 

 

1911-09-05

80

170.7

1913-10-03

131

279.5

1914-05- ?

140

298.7

1914-08-30

151

322.2

1914-10-01

156

332.8

1914-11-21

157

335

1915-08-12

164.6

351.2

1915-08-19

165.1

352.3

 

Примечание 2. К результатам таблиц 3 и 4 необходимо относитья с определенной осторожностью, ибо нет уверенности, что измерения проводились в  одной и той же точке и именно эта точка характеризует максимальную глубину (1). Достоверных данных для сравнительного анализа динамики изменения уровней Сарезского озера и озера Шадау нет. Известно лишь, что наполнение озера Шадау происходило с опережением. На карте И.А.Преображенского (20) уровень Сарезского озера – 1386 саженей, уровень озера Шадау – 1402 саженей. Превышение в августе 1915 года составляло 16 саженей. Одинаковый уровень и синхронные сезонные колебания установились при положении зеркала озера ниже современного, примерно на 30-40 метров. Исходя из этого, и учитывая характер изменения минерализации и температур воды на различных глубинах озер (2, 5, 25), следует предполагать, что глубина зоны незатрудненной фильтрации между озерами соответствует этой величине. Для решения этого вопроса на перемычке планировалось бурение скважины. К сожалению, это не было выполнено – разукомплектованную буровую установку можно видеть здесь и ныне.

 

Фильтрация через тело перекрытия началась в апреле 1914 (20, 28). Mинимальная высота от уреза озера до низшей отметки перекрытия составляет около 40 метров. Величина сезонного синхронного колебания уровней озер Сарез и Шадау 6–10 метров. Минимальный уровень устанавливается в мае, максимальный - в сентябре. 4-5 сентября 1988 года уровень озера достиг 3263.86 м. Устойчивый ледовый покров устанавливается в январе и стаивает в апреле. Установлено (2), что фильтрация из Сарезского озера в сторону нижнего бьефа осуществляется до глубины 130 метров, глубже Усойское перекрытие водонепроницаемо. Скорость потока до 3 м/с. Среднее многолетнее значение расхода по гидропосту Барчадив - 47 м³/с. Условно выделено 4 крупные зоны втока в верхнем бъефе и более 40 родников в западной части перекрытия. Bсе они расположены на левом борту каньона. В зоне втока озеро не покрывается льдом даже в суровые морозы, хотя течение здесь малозаметное. Здесь же в прибрежной части (южнее бухты Соединения)  в трещинах смещенного массива ощущается интенсивно выделяемый запах сероводорода. Наиболее отчетливо это можно наблюдать в районе площадки 124, где выполнялись замеры трещиноватости пород (8) и в логу - восточнее водоема Аэлита .

Предполагается, что водопроводящим путями являются границы между оползневыми массивами. Возможно некоторая часть воды фильтруется через перекрытые аллювиальные отложения долины (устное сообщение В.С.Гончарова в 1986 году, который в процессе изучения фильтрации наблюдал выход красителя в русле реки ниже существующих родников). Была сделана попытка установить хотя бы некоторые пути фильтрации с помощью акустического прослушивания поверхности Усойского перекрытия, но она не увенчалась успехом.

Нулевая отметка гидропоста «Ирхт» на специализированных гидрологических графиках соответствует абсолютной высоте 3239.27 м. Для некоторых периодов различие расходов воды в период сезонного наполнения озера, по данным гидропоста Барчадив, на 25% и более превышает расход воды в период опускания уровня при одинаковых уровнях зеркала озера. Механизм этих фильтрационных возмущений – анализ предполагаемых причин приводится в работах Г.Е.Глазырина (5) , В.С.Гончарова (2), Л.П.Папырина (17) – достоверно не установлен.

 

Примечание 3. Возможными причинами могут быть следующие:

-плохой учет стока на посту Барчадив.

-боковой приток на участке от завала до Барчадива

-влияние переходного режима фильтрации сквозь тело завала при изменениях уровня озера

-сезонное изменение фильтрационных характеристик завала

-большие ошибки измерения уровня воды в озере

Однако, детальный анализ вышеперечисленных факторов (5) показывает, что ни каждый в отдельности ни в совокупности они не могут объяснить наличие сезонных фильтрационных возмущений. “……..представить себе механизм, объясняющий значительные внутригодовые изменения фильтрационных свойств завала, мы не можем.” - пишет Г.Е.Глазырин. В.С.Гончаров полагал (2), что изменение путей фильтрации происходит при их сезонном промерзании и оттаивании. Наличие льда в перекрытии служит, по его мнению, весомым аргументом в пользу этого предположения.

Автором данной  статьи  была предпринята попытка проанализировать синусоиды уровня и расходов 1960-1991 периода с осредненным шагом в 10 суток. Установлено, что на этих графиках системного относительного сдвига  для экстремальных значений уровней и расходов не наблюдается – т.е. максимумы (сентябрь)  и минимумы (май) уровней совпадают с экстремумами для расходов, а наблюдаемые в ту или иную сторону временные сдвиги в пределах нескольких суток , вполне могут быть обьяснены погрешностями замеров.

Дополнительными причинами этого эффекта, возможно, могут быть следующие:

1 - Обусловленность сезонным изменением вязкости воды при условии, что пути фильтрации полностью или частично являются относительно микропористыми. Некоторые данные для иллюстрации этого положения приведены в таблице 4. На глубине 50 метров температуры воды меняется от 2,5° С до 4.7° С (8), кинетический коэфициент вязкости воды изменяется соответственно от 1.66 до 1.53; в приповерхностных слоях различие увеличивается. Соответственно, в зависимости от сезона, при одинаковых уровнях изменяется объем фильтрующегося потока. Отклонения за счет этого могут достигать 8-15%.

 

Таблица 4. Среднемесячная температура воды Сарезского озера ( за 1958-1980) и кинетический коэффициент вязкости воды.

Mесяцы

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3

Температура воды, град, CΊ

4.7

5.2

6.6

7.7

8.9

9.4

9.1

8.0

6.7

5.3

4.5

4.4

Кинетический коэффициент вязкости

1.53

1.50

1.44

1.39

1.35

1.33

1.34

1.38

1.44

1.50

1.54

1.54

 

2 - Для периода 1960-1991, где имеются данные учета притока Вовзит, прослеживается приуроченность аномалий к многоводным 1964, 1969, 1973, 1978 годам региона. Для проверки гипотезы о влиянии осадков, температур воздуха на фильтрационные возмущения необходимо сопоставить региональные данные бассейна реки Мургаб по осадкам, температурам с графиком параметров фильтрационных возмущений

3 - Ocoбенностями фильтрационных характеристик некоторых горизонтов Усойского перекрытия. Проверку гипотезы о аномальных фильтрационных горизонтах можно было бы проверить по сравнению уровней воды в озере и расходов на гидропосту Барчадив с учетом бокового притока Вовзит - в режиме наполнения и сработки для различных вертикальных зон с интервалом 10-50 см для различных временных периодов. Причем сопоставление параметров должно проводиться не только в пределах одного цикла, но и врасброс, например, сравнивать данные мало- средне- и сильноамплитудных колебаний уровня, в режиме наполнения с данными режима опускания и т.д.

4 - Воздействие изменений сейсмического режима территории. Сопоставление гидрологических параметров и землетрясений за 1939–1989 годы (8) показывает, что однозначной связи между ними не установлено и вопрос о возможном смыкании путей фильтрации остается открытым. Данные, приведенные на этом графике весьма генерализованы, упрощены, не учтен приток долины Вовзит, отсутствует критерий определения сильных и слабых землетрясений и их параметров и поэтому необходимо провести заново детальный анализ уточненных данных.

5 - Сезонное изменение соотношения расхода поверхностного и подземного (в пределах аллювиального комплекса пойменной части долины) стока в районе створов гидропостов Барчадив и Вовзит

6 – K числу экзотических причин также можно отнести возможное влияние сезонного высотного ветрового солепереноса со стороны высыхающего Аральского озера.

7 - Гипотеза о возможном влиянии сезонной кольматации перекрытия селевыми потоками реки Усойдара (16, 17) не подтверждается результатами повторных промеров со льда глубин озера. Было установлено (8), что подводная часть селевого конуса выноса объемом 370 000м³. и мощностью до 10 м, сформированная в период 1982-1990, перекрывает лишь незначительную часть зоны втока. Для большей убедительности необходимо выполнить повторные замеры глубин озера со льда в зимний период и оценить долю втока в этом участке.

 

Существование глубоких воронок в пониженной части гребня перекрытия отмечалось уже в 30–е годы (5). Их образование, вероятно, связано с обрушением рыхлого материала в межблоковые пустоты, вытаиванием погребенного льда, суффозией и выщелачиванием карбонатных пород. Сравнение топографических карт 1914,1915 и 60-х годов (8) показывает, что за этот период величина вертикальных деформаций составляет 10–20 и более метров. Наиболее существенные понижения приурочены к участкам погребенных русел рек Шадау, Мургаб и между оползневыми блоками. В западной части перекрытия, на правом борту каньона сохранились следы водоема, на существование которого указывал И.А.Преображенский (20). Результаты высокоточных геодезических наблюдений по поверхности Усойского перекрытия (2, 8) показывают, что за период 1985–1990 годы деформаций не наблюдалось, а величина расхождений находится в пределах допустимых ошибок измерений.

Изменение направления русла Усойдара в сторону Сарезского озера привело к прекращению поверхностной эрозии рыхлых отложений правого примыкания на его западном склоне. Динамика роста каньона за счет внутренней эрозии подробно приведена в работе Г.Е.Глазырина (5). В голове каньона растет ивняк, возраст которого, по данным подсчета годовых колец на спилах (25) составлял в 1967 году 20 лет. Проявление эрозионных процессов в начале сентября 1994 года –фильтрующимися водами до 40 метров была размыта головная часть каньона - связано с необычно высоким уровнем озера (сентябрьская среднемесячная абсолютная отметка тогда составляла 3264.95 м), увеличением фильтрационного потока и вытаиванием здесь погребенного льда. Не исключено, что тогда же, в пригребневой части правого примыкания был сформирован частичный подземный переток вод Усойдары в сторону нижнего бъефа. Предпосылки этого – активизация старых трещин и появление в 1990-1992 новых в селевых отложениях на водоразделе западного и восточного откосов перекрытия, на правом борту реки Усойдара.

Две группы трещин северо–восточного и широтного простирания отмечается в северной части селевого поля реки Усойдара (5, 8, 25). Длина трещин до 100–150 метров, ширина до 10 метров. Иногда, на участках затухания, трещины трассируются в виде провалов. Характерной особенностью ориентировки этих трещин является то, что нормали, проведенные к ним, пересекаются в районе пониженной части Усойского перекрытия, где зафиксированы проявления льда. Предполагается, что формирование трещин связано c вытаиванием льда, выщелачиванием или, что менее вероятно, с возможными деформациями потенциально неустойчивого скального массива объемом до 60 млн. м³ в центральной части ниши Усойского оползня. Наличие этого неустойчивого массива впервые было установлено в 1990 году. Запланированное на последующие годы детальное изучение этого труднодоступного участка, к сожалению, не было завершено.

Анализ выполненных работ по Усойскому перекрытию позволяет утверждать следующее:

1. Усойское перекрытие, сложенное в основном массивами палеозойских песчаниково–сланцевых пород, на всем своем протяжении от левого борта реки Мургаб, вплоть до ниши отрыва, является устойчивым образованием, размыв которого при переливе исключен (7,8). Возможен лишь локальный размыв – при воздействии волны перелива - верхней зоны, сложенной крупноглыбовыми отложениями на стыках массивов и рыхлых обвально–оползневых, обвально–осыпных и пролювиальных отложений в правом примыкании на глубину до 50-60 метров

2. Существенных деформаций перекрытия, могущих повлиять на устойчивость плотины, за последние годы не отмечалось (2,8). Эрозия головной части каньона 1994 года наблюдалась лишь в пределах рыхлых отложений селевого конуса выноса. При достижении крупных оползневых блоков и массивов, эрозия замедлится и будет являться лишь одним из факторов общего эволюционного развития этой части долины реки Мургаб.

Для более полной оценки строения, динамики и фильтрации Усойского перекрытия предлагается (11, 13) выполнить следующие виды работ:

1. Детальное изучение глубинного строения пониженной части гребня плотины и правого примыкания геофизическими, дистанционными методами. Главным является вопрос о мощности рыхлообломочных отложений, их объеме, грансоставе и масштабах возможного размыва при волне перелива. Для уточнения структуры перекрытия и механизма его смещения необходимо также уточнить и проанализировать распространение карбонатных массивов в перекрытии.

2. Уточнение распределения, объемов и динамики льда в плотине с применением спектрозональной, тепловой съемки.

3. Составление селединамической схемы реки Усойдара.

4. Для оценки возможных деформаций Усойского перекрытия необходимо выполнить повторные замеры по топогеодезической сети плотины и по 3 створам, заложенным в 1991 году на трещинах селевого поля правого примыкания

5. Детализация путей фильтрации в Усойском перекрытии и фильтрационных свойств перемычки Сарез-Шадау, проверка предположения о возможной фильтрации по погребенным аллювиальным отложениям реки Мургаб, оценка подтока воды по левому притоку Тагдара, уточнение гидрогеохимических особенностей озер Сарез и Шадау.

6. Повторные промеры глубин в зимний период в районе селевого конуса выноса реки Усойдара для оценки приращения объема выносимого материала и возможной кольматации путей фильтрации на этом участке

7. Уточнение истории формирования каньона, восстановление реперов, установленных в 1967-1968 г.г. (19) в головной части каньона для оценки динамики роста каньона.

8. Создание специализированной карты Усойского перекрытия, с критическим учетом ранее имеющихся и вновь полученных за последние годы данных.

 

ПРАВОБЕРЕЖНЫЙ СКЛОН

Правобережный склон сложен палеозойскими песчаниками, сланцами, алевролитами и приурочен к южному крылу Сарезской антиклинали, осложненной субширотными и диагональными разрывами. Покровные отложения – осыпные, моренные отложения главной долины, в верхней части склона - Оползни-глетчеры со следами течения. Их приуроченность к высотам 4000-4100 метров хорошо прослеживается по всему периметру Сарезского озера. Нижняя часть склона ( около 500 метров) находится под урезом озера. Обводнение средней и верхней части, осуществляется единичными малодебитными сезоннодействующими родниками, которые расположены во фронтальных частях оползней-глетчеров, за счет таяния льда, содержащегося в глетчерах.

Впервые предположение о возможном формировании здесь оползня объемом около 2 км³ была высказано А.И.Шеко (26), что нашло отражение в некоторых последующих отчетах (19). После проведения дополнительных геофизических, горнопроходческих работ, моделирования и режимных наблюдений в основу инженерно-геологической схемы Правобережного склона (2, 8) была принята идея В.С.Федоренко (21, 22,) о том, что склон состоит из двух принципиально разных массивов: Правобережный позднеплейстоценовый оползень (Северо-Западный массив, oползневой массив) и Юго-Восточный оползнеопасный склон (Юго-Восточный массив) с максимально возможным суммарным объемом смещения до 0.9 км³ (таблица 5).

 

Примечание 4. Первоначальное предположение В.С.Федоренко, Ш.Ш.Деникаева, В.В.Лим (22), о том, что Усойский оползень и весь Правобережный потенциально неустойчивый склон являются периферийными, вторичными деформациями мегасклона после смещения, более древнего грандиозного Мургабского оползня не подтвердилось фактическим материалом – результатами исследований в 1988-1991 г.г.  Отголоски этой гипотезы имеются на инженерно-геологической схеме Правобережного склона в виде контуров ниши отрыва гипотетического Мургабского оползня в приводораздельной части склона, в разрезе скважины, где интервал 211.4 - 235.0 метров интерпретируется как его зона скольжения (8), а также на одном из профилей к инженерно-геологической схеме, где Правобережный позднеплейстоценовый оползень перекрывает оползневые накопления Мургабского оползня.

 

Примечание 5. В геологическом отношении Правобережный склон, с его комплексом коренных и покровных отложений, типами и последовательностью крупных гравитационных смещений, трещин и разрывов, не является уникальным в пределах Сарезского озера. Аналогичную, или весьма сходную ситуацию - по данным инженерно-геологического картирования склонов Сарезского озера в масштабе1:25000 - можно наблюдать (2) восточнее правого притока Палангдара, в районе долины Беоб, в междуречье Бист-Саткан и в западной части урочища Сарытугай - напротив устья реки Ватасаиф

 

Примечание 6. К вопросу o Левобережном оползневом массиве. В процессе инженерно – геологической съемки (12) было установлено наличие ниши отрыва на левом борту Сарезского озера между озером Шадау и лагерем топографов. В приводораздельной части склона отчетливо прослеживаются протяженные широко раскрытые трещины, отчленяющие обособленные полуразрушенные скибы песчаников сарезской свиты мощностью до 10 метров. Это есть остаточные деформации после смещения основного массива объемом до 90 млн м. Разгрузка склона в озеро происходит постоянно путем осыпания и мелких обрушений. Никаких признаков возможных крупных смещений, могущих угрожать возникновением волны перелива через Усойское перекрытие здесь нет. Ранее, вплоть до 1988 года , согласно гипотезы о позднеплейстоценовом грандиозном Мургабском оползне (22), весь этот склон, сложенный породами сарезской свиты, включая Марджанайское плато, предлагалось считать фронтальной частью Мургабского оползня.

 

Правобережный позднеплейстоценовый оползень. Отчленение происходило в зоне субширотного разрыва, который сопровождается двумя сейсморвами, проявленными на поверхности. Глубина рвов до 10-15 метров, протяженность до 1.5 км. Они возникли как пассивные образования при колебательных перемещениях зон ослабления в результате землетрясений. Они не являются сейсмотектоническими образованиями, тем более, что эти сейсморвы не поражают водораздел с долиной Биромбандa (2). В морфологическом отношении это был уступ склона – смещенный уровень с валунами гранитов, прослеживается в тыловой части оползня. Западная граница оползня проведена по тальвегу глубокого лога, заполненного мореной. Поверхности отчленения блоков–пластин приурочены к крутым разрывам и приоткрыты в логах правого борта глубокого сухого оврага Хаць-Шош. Лога эти образованы не эрозией, так как водосборы непропорционально малы, а при смещении пластин (21, 22). Интерпретация подводного рельефа показывает, что фронтальная часть оползня упирается в крупную ступень, возвышающуюся на 300 метров над руслом затопленной долины. На фотографии А. Шультца (29), сделанной в декабре 1911 года, четко прослеживается этот, еще незатопленный, морфологический уровень, отдешифрированный им как морена. Судя по морфологии склонов восточнее и западнее Сарезского озера, эта ступень скорее всего является террасовым уровнем главной долины.

Результаты колонкового бурения Правобережного оползня в его прибрежной части (2) - глубина скважины 243 м, абсолютная отметка устья скважины 3293.49 м, конечный диаметр бурения 76 мм, подготовка к бурению была начата в феврале 1986 и завершено бурениe было в октябре 1986 - фиксируют плоскости скольжения пластин (интервалы глубин 70-74м, 108-110м, 126-133м), выраженные повышенной трещиноватостью и раздробленностью пород. По всему разрезу скважины в песчаниках и сланцах сарезской свиты нет признаков присклоновой и линейной кор выветривания или гидротермальных изменений, что косвенно указывает на оползневой характер зон ослабления, и отсутствие разрывов в этой части склона.

В интервале глубин 172-178 метров вскрыта основная зона скольжения. Вблизи этого интервала при бурении фиксировалось полное поглощение воды и бурового раствора, а выход бурового раствора был наблюдался из глубины прибрежной части озера. Шестиметровый интервал был пробурен без воды и без раствора. Данная толща сложена гравием и песком. По данным гранулометрического, спектрального, минералогического анализов размеры встреченного здесь гравия, песка от 0.5 до 5.0 мм. Форма обломков различная – преобладают угловатые, но встречаются отдельные зерна со следами окатанности до округлой формы. По составу это кварц, кварцитовидные песчаники, кварциты и единичные зерна хлоритовых и слюдистых сланцев. Обнаружены несколько зерен тонкозернистого известняка, мраморизованного известняка, а также свежего невыветрелого плагиоклаза угловатой формы. Предполагается, что здесь в позднем плейстоцене происходило перекрытие Правобережным оползнем озёрных накоплений.

Аналогичные случаи можно наблюдать и на правом борту в верховьях озера (8). Западнее устья реки Палангдара между оползневыми и аллювиальными отложениями в эрозионных врезах отчетливо фиксируется зона скольжения в виде своеобразного “виброкипящего” горизонта, представленного песками, щебнем, дресвой. На левом борту реки Палангдара в ее приустьевой части и в фронтальной части Ирхтского оползня (левый борт Ирхтского залива) – деформированные и перекрытые оползнем озерные глины.

 

Примечание 7. Первоначально планировалось бурение 2 скважин на Правобережном склоне для уточнения геологического строения и ориентировки плоскости скольжения, условий обводнения и т.д. К сожалению, ввиду сокращения объема и сроков работ, это не было выполнено. Упущением также следует считать недовыполнение полного комплекса сейсмогеофизических исследований в скважине.

 

Юго-Восточный оползнеопасный склон отделен от Правобережного оползня оврагом глубиной до 70 метров и является не оползневым, а оползнеопасным. Здесь, по крайней мере в верхней части склона, нет полного набора достоверных признаков сформированного оползня. В верхней части прослеживаются субширотные сейсморвы и трещины. Морфологически склон отражает те же уровни, что характерны для долины реки Мургаб (2). Это уровни 3450, 3700 и 4050 метров, сложенные валунами гранитов с заполнителем.

 

Примечание 8. Более детальная характеристика этих уровней приведена в полевых материалах автора за 1991-1992 годы. Работа не была завершена. На инженерно - геологической схеме (8) уровни не показаны в полном объеме.

 

Во фронтальной части склона оползневая ниша отрыва объемом до 100 млн.м³ и видимой глубиной захвата до 200 метров. Наличие здесь подводного перекрытия долины высотой около 250 метров, было зафиксировано еще в 1943 году при промерах глубин озера (5). По недостоверным данным очевидцев - бывших жителей кишлака Ирхт - в 1947 году здесь было повторное смещение оползня объёмом до 30-50 млн.м³. Фрагменты этого оползня и ниша отрыва сохранились и ныне. Наличие широких трещин, старых и вновь проявляющихся в покровных отложениях склона, свидетельствует о том, что склон находится в предоползневой фазе развития.. В прибрежной части склона в трещинах песчаников и сланцев сарезской свиты, по результатам детальной трещинной съемки на отдельных площадках (8), установлены вторичные образования – редкие прожилки гипса. Факт загипсованности пород сарезской свиты на этом склоне отмечался и предыдущими исследователями (20).

 

Примечание 9. Любопытно, что в работе И.А.Преображенского (20) ничего не говорится о наличии глубоких и простирающихся до 1.5 км трещин в районе Правобережного склона. Нет также упоминания о каком-либо перекрытии долины в районе лагеря топографов и смещенном оползневом массиве с четко выраженной нишей отрыва. Нет этой информации и на топографической карте Г.А.Шпилько (27), хотя съемкой масштаба 1:42000 покрыта эта часть склона, вплоть до водораздела, и даже приводится название оврага - Хацъ-Шош, разделяющего собственно Правобережный оползень и оползнеопасный Юго-Восточный массив и названия других элементов рельефа. Также здесь протрассировано затопленное русло реки Мургаб, без указания ныне существующего подводного перекрытия. Правда, на карте Г.А.Шпилько отмечается наличие острова, но несколько восточнее – на меридиане Ирхтского залива, хотя результаты промеров и данные эхолотной съемки показывают здесь глубины более 400 м. Не показано этого перекрытия и на первой в истории схеме Сарезского озера (Die Verschόttung des Bartang bei Uśoi. Maβstab 1:420000), составленной А. Шультцем (29) в декабре 1911 года.

 

Объёмы и возможные варианты смещения. Предполагается, что возможные объёмы смещений могут быть реализованы по трем вариантам:

- смещение только Юго-Восточного массива;

- смещение приповерхностных частей Правобережного оползня и верхних частей Юго-Восточного массива, при глубине захвата превышающей глубину разделяющего их оврага, т.е. более 70 метров;

- совместное смещение Правобережного оползня – по плоскости скольжения, вскрытой скважиной на глубине 172 метра - и Юго-Восточного массива.

 

Таблица 5. Предполагаемые варианты и объёмы смещений Правобережного склона (8)

Предполагаемые варианты смещения

Объём,

км³

 

Площадь,

тыс. м²

 

Средняя мощность (расчетный объем разделить на площадь), м

Интервал возможного объёма с учетом ±25% - в числителе и максимально возможный, с учетом захвата обрамления, - в знаменателе, км³. В скобках объем обрамления, км³

Смещение только Юго-Восточного массива

0.30

2 015

150

0.22 -0.37 (0.01)

0.38

Совместное смещение приповерхностной части Юго-Восточного массива и верхних пластин Правобережного оползня

0.35

3 290

105

0.25 – 0.44 (0.09)

0.53

Совместное смещение Юго-Восточного массива и Правобережного оползня

0.63

4 500

141

0.48 – 0.8 (0.06)

0.86

 

Расчет объёмов производился на основании построения изолиний мощностей по данным 5 основных и 9 вспомогательных разрезов. При этом принимались во внимание все данные по изучению положения плоскости скольжения: результаты бурения, инженерного-геологического картирования и режимных обследований, геофизические исследования. Следует отметить, что расчеты выполнены геометрически безупречно (в таблице 5 объемы возможных смещений округлены до сотых), а исходные данные и методика расчета приведены в соответствующих источниках (8, 9). Мотивом для получения «более точных» объемов может быть только появление новых, достоверных, аргументированных данных о наличии и расположении плоскости скольжения, особенно для Юго-Восточного оползнеопасного массива. Данные должны быть получены в полевых условиях, в результате проведения дополнительных исследований: горнопроходческих, геофизических, режимных наблюдений, расчетов устойчивости и т.д. Предметом дискуссий на данном уровне знаний может быть лишь правомочность применения коэффициента возможной погрешности ±25% и возможных объемов обрамления.

 

Примечание 10. Параметр 25%, учитывающий возможные погрешности при реконструкциях склонов применялся по опыту выполнении подобных работ в других регионах геологическим факультетом МГУ – в свое время признанным лидером научно–методических работ подобного типа. Объемы максимально возможных смещений обрамления учитывались весьма ориентировочно по данным картирования. Видимо, более логичным было бы объемы обрамления включить в 25%.

 

Вероятность реализации того или иного варианта смещения достоверно оценить трудно. Наиболее вероятным представляется совместное смещение приповерхностной части Юго-Восточного массива и верхних пластин Правобережного оползня (2, 8). Решение этого вопроса возможно лишь после проведения дополнительного цикла светодальномерных и геофизических наблюдений, интерпретации полученных векторов смещения, изменения напряженного состояния и выполнения расчетов устойчивости. Это позволит более точно определить степень динамического воздействия Правобережного оползня на Юго-Восточный массив и возможность их совместной или раздельной реализации

 

Примечание 11. Для большей убедительности, учитывая недостаточность достоверных данных о положении возможных плоскостей скольжения, было начато выполнение расчетов глубин предполагаемой плоскости скольжения на основе данных светодальномерных наблюдений (стереометрический анализ горизонтальных и вертикальных составляющих векторов смещения для всех наблюдательных реперов, рассосредоточенных относительно равномерно по Правобережному склону) и результатов режимных наблюдений по гидропостам в прибрежной части склона. В процессе выполнения работ были предприняты также попытки выявить закономерности распределения величин не только горизонтальных, но и вертикальных смещений по всей площади Правобережного склона. Полностью эта работа не была завершена.

 

Примечание 12. Светодальномерные наблюдения выполнялись Топомаркшейдерской партией ТГСЭ. Здесь приводится лишь инженерно-геологическая интерпретация полученных результатов. Необходимо уточнить достоверность работы светодальномера СТ-5 «Блеск» на таких высотах. Но других инструментов не было в то время...

 

Динамика Правобережного склона

1. Достоверных признаков реагирования Правобережного склона на землетрясение 1911 года не установлено.

2. Инженерно-геологические режимные обследования 1985-1992 годов указывают, что в прибрежной части идет интенсивная переработка склона, а в тыловой - в пределах Юго-Восточного массива - разрастание трещин в покровных отложениях.

3. Геодезические светодальномерные наблюдения показывают, что за 1985-1990 годы суммарные величины смещений достигали 30-50 см и они отражают смещение либо всего массива, либо его приповерхностной части. Репера, установленные на подвижных покровных отложениях, фиксируют динамику этих отложений. А не показывают ли вектора смещение лишь покровных четвертичных отложений склона? Ведь большинство из 51 реперов - в 1989 в дополнение к ним было установлено еще 10 реперов - закреплены в этих отложениях. Для решения этой задачи были проанализированы для всех реперов векторы: движений, направлений наклонов микросклонов, на которых закреплены эти репера и ориентировки предполагаемых плоскостей скольжения. Реконструкции по расположению плоскостей скольжения были выполнены в процессе подготовки исходных данных для моделирования (8, 9.) Оказалось, что в большинстве случаев направление смещений соответствует азимуту наклона предполагаемых плоскостей скольжения. Наиболее это очевидно для репера «Мыс», установленного на субгоризонтальной террасе Юго-Восточного оползнеопасного склона (уровень 3450 м), где движение поверхностного покрова исключено. Установлено, что Правобережный оползень и Юго-Восточный массив находятся в динамическом воздействии. Первый, судя по векторам смещений, оказывает воздействие на Юго-Восточный массив (2,8). Короткий временной ряд наблюдений и неравноценность полученных результатов не позволяет достоверно ответить на вопрос, смещается ли весь оползневой склон или же его отдельные части. Судя по относительно малым деформациям и отсутствию резких изменений их градиентов, нет признаков вступления склона в критическую предоползневую фазу своего развития (8).

4. Вертикальные деформации Правобережного оползня по глубинному реперу скважины за 1986-1990 годы оценивались величиной 8.4 см. Косвенная оценка изменения наклона скважины производилась по изменению первоначального положения тросов репера в устье скважине и горизонтальная составляющая смещения, при поверхности скольжения приближенной к круглоцилиндрической, достигала 3.3 см. (2, 8).

 

Примечание 13. Метод несовершенен, примитивен, результаты смещения неоднозначны - фактором погрешностей являются: растяжение троса и отсутствие непредусмотренного конструкцией жесткого закрепления между стволом скважины и фермой с противовесом и стрелкой отсчета, а также первоначальное искривление скважины. В 1991 году наблюдения были прекращены.

 

5. По гидрологическим постам деформаций оползня зафиксировано не было. В основе метода (8) - использование уровня озера как отсчетного горизонта. Створы расположены как на заведомо неподвижных прибрежных частях склона, так и на оползневых. Анализ разностей отсчетов с учетом колебания уровня озера может показать вертикальную составляющую смещения, а при знании ориентировки плоскости скольжения можно рассчитать и горизонтальную составляющую. Аналогичные гидрологические посты (забетонированные, пронумерованные, отнивелированные, защищенные от деформаций ледового покрова, марки) также были установлены на оползневых участках Базайташ, Ватасаиф и по левому берегу Ирхтского залива (оползневой участок Шиповник).

6. Установкой АЗСП (Автоматическая Запись Склоновых Процессов), расположенной в тыловой части Юго-Восточного оползнеопасного массива на крупной трещине. Деформаций по этой трещине за период 1985-1990 не наблюдалось.  

  

Примечание 14. Метод несовершенен, достоверность результатов весьма проблематична. В 1991 году установка была разукомплектована. Более информационными являются результаты замеров динамики трещин, выполненных А.И. Чижаньковым (8) в 1985-1990

 

7. Периодическое круговое сейсмическое зондирование для 5 точек в пределах всего Правобережного склона выполнялось для выявления анизотропии и изменения напряженного состояния массива, глубин заложения и динамики трещин. Для некоторых точек в верхней части склона отмечается хорошая сходимость результатов 1-ого цикла с данными трещинной съёмки. К сожалению, удалось провести только один цикл и поставленные задачи не были решены (8).

8. По инициативе В.С.Федоренко, было выполнено моделирование сейсмонапряженного состояния Правобережного склона при сейсмическом воздействии с учетом акселерограммы землетрясения Сан-Фернандо (2). Наиболее опасные максимально растягивающие контурные напряжения возникают при этом у подножия склонов и на высотах 800 и 1000 метров над днищем долины, где они, соответственно в 2.0-2.5 и 1.3-1.5 раз превышают значения максимальных растягивающих напряжений. Для реконструированного Усойского склона максимально напряженные точки должны были находиться у бровки пологой части склона и в его основании. Это в общем согласуется с фактическим характером отчленения Усойского и Правобережного массивов. Показана принципиальная возможность расчета напряженного состояния склона при сейсмическом воздействии с акселерограммами, соответствующими землетрясениям данного региона.

9. Результаты различных видов моделирования для оценки высоты волны и объёма возможного перелива в зависимости от объема смещения на Правобережном склоне приведены в таблице 6.

 

Таблица 6. Результаты моделирования (7, 8)

Объем возможного смещения км³

 

Математическая модель (7)

Физическая модель (7)

Модель (8Института Механики МГУ, 1990

Высота волны, м

 

Объем перелива через плотину, млн. м³

Высота волны, м

 

Объем перелива через плотину, млн. м³

Высота волны, м

 

Объем перелива через плотину, млн. м³

0.3

 

 

 

 

<<45

Нет перелива

0.35

 

Нет перелива

 

 

 

 

0.45

55

16

 

 

 

 

0.5

 

 

50-60

30-50

 

 

0.6

87

47

 

 

<45

Нет перелива

0.8

107

88

 

 

 

 

0.9

115

107

 

 

150 (вторая и третья волны – до 60 м.)

30

1.0

 

 

100-125

70-110

 

 

2.0

180

225

150-175

145-170

 

 

 

 

 

 

 

Примечание15. После возможном прохождения первой волны через гребень Усойского перекрытия под воздействием сжатия воздушных объемов в рыхлом чехле правого примыкания и последующего - после схода волны – резкого снятия давления произойдет дополнительное разрыхление покровного чехла. Вторая волна, пусть даже с меньшими параметрами, вследствие этого, может вовлечь в смещение большее количество предварительно разрыхленного материала, чем первая и быть не менее опасной.

 

Примечание16. Coгласно данным моделирования Института Механики МГУ (8), скорость смещения оползневого массива  – в зависимости от объема и стадии смещения – варьирует от 15 м/с до 50 м/с.  При возможном переливе в недостаточной степени учтен обьем воды, который будет задержан и поглощен в понижениях рыхлой приповерхностной части Усойского перекрытия.  Вызывает сомнение наличие третьей волны высотой тоже - как и второй - 60 метров

 

Для уточнения строения Правобережного склона, его динамики и объемов возможных смещений необходимо:

1. Выполнить маршрутные пересечения, выявить новые после 1991 года следы активизации склона. Для выявления строения и морфологии плоскостей скольжения и зон отрыва в верхней части Правобережного оползня необходимо выполнить канавы, расчистки.

2. Выполнить повторную фототеодолитную съёмку всего склона с последующим инструментальным сопоставлением изменений рельефа с 1967 года. Для съёмки использовать базисы 1967 года, расположенные на левом борту озера и сохранившиеся репера на Правобережном склоне.

3. На скважине установить надежный датчик деформаций, измерения уровня и минерализации воды. Повторные определение абсолютной отметки устья скважины и ее координат позволило бы определить величину возможной вертикальной и горизонтальной составляющей. Необходимо оценить возможность проведения повторной инклинометрии. Данные инклинометрии за 1986 год (2) имеются только для глубин свыше 210 метров. В интервале 182-185 метров скважина закрыта якорем для тросового датчика замеров деформаций.

4. Для выявления реального положения плоскости скольжения по всей площади заново выполнить качественное геофизическое сейсмопрофилирование. Необходимо, для сопоставления результатов, чтобы профиль проходил через скважину. Профили должны быть составлены, как для Правобережного оползня, так и для Юго-Восточного массива. Имеющиеся на тот период геофизические данные показывали лишь вертикальную зональность короны склона и недостаточно уверенно фиксируют плоскость скольжения для Правобережного оползня, особенно в верхней его части. Особое внимание при этом следует уделить зоне возможного отрыва в верхней части склона, там, где развиты многочисленные рвы и трещины

5. Целесообразно выполнить крупномасштабную фототеодолитную съемку фронтальной части Юго-Восточного массива со льда озера. Здесь в прибрежной крутой недоступной стенке западнее устья Биромбанд, при определенном режиме освещения, отмечается некое подобие плоскости скольжения.

6. Выполнить второй цикл кругового сейсмического зондирования в пяти точках.

7. Выполнить повторные светодальномерные наблюдения для наиболее представительных 20-30 точек Имея первоначальные координаты на момент их установки в 1981-1987 годах можно определить вектора смещений и суммарные вертикальные и горизонтальные деформации за прошедший период.

8. Выполнить ревизию гидропостов и провести цикл наблюдений по гидропостам после многолетнего перерыва.. Для сопоставления целесообразно выполнить такие же замеры для участка Базайташ.

9. Завершить инженерно-геологическую съёмку масштаба 1:5000 междуречья Ирхт - Шадау, которая была выполнена на 70% в 1991-1992 – сохранились необработанные полевые материалы, - и после этого произвести сбивку в единое целое участков «Усойское перекрытие», «Правобережный склон», «Междуречье Ирхт-Шадау», т.е. составить сводную карту 1:5000 для западной части Сарезского озера с учетом изменений и дополнений.

10. После получения уточняющей информации о положении возможных плоскостей скольжения для Правобережного склона произвести многовариантный расчет устойчивости склона с помощью метода обратных расчетов. Попытка подобных расчетов - правда, без учета сейсмического фактора и эффекта подтопления нижней части склона - была сделана для оползневого участка Базайташ (8).

11. Перевести в единую систему координат, высотных отметок и масштабы топоосновы Усойского перекрытия и Правобережного склона, карты И.А.Преображенского и Г.А.Шпилько. Известно несовершенство этих карт. Так, даже для некоторых крупномасштабных фототеодолитных съёмок 1967-1968 годов масштаба 1:5000, различия в высотных отметках на несостыкованных картах для различных участков, составленных в разное время, превышает 7 метров. Например, положение скважины на карте и ее реальная абсолютная отметка, различие в отметках уровня озера на картах Усойского перекрытия и Правобережного склона и т.д.

 

Примечание 17. Это несоответствие было выявлено в 1987 году при построении разреза с учетом данных бурения и при анализе взаимодействия уровня воды в скважине с уровнем Сарезского озера, который привязан к реальным отметкам государственной сети. Пришлось заново определять реальную высотную отметку и координаты устья скважины с привязкой к соответствующим триангуляционным пунктам

 

12. Выполнить качественное моделирование вариантов возможного смещения с учетом морфологических особенностей затопленной части долины и направления смещения. Проверку модели можно выполнить на примере оползня Базайташ-1987, расположенного на правом борту в 12 км восточнее Усойского перекрытия, для которого имеются достоверные данные по распределению высот заплесков на различных участках берегов озера (8).

 

Примечание 18. Смещение оползня (на первом этапе происходило скольжение с последующим обрушением гранитного массива) Базайташ - 22 августа 1987 в 4 часа утра, суммарным объемом 18.4 млн. м³ - происходило в 3 приема , примерно равными объемами. Cудя по сопоставимым высотам зафиксированных заплесков на гидропосту Ирхт, с интервалами 3 и 7 часов,  для данного случая высота волны есть функция ориентировочно от 6 до 10 млн. м³ объема каждого смещения. Следы заплесков отмечались в прибрежных участках западной акватории озера от Катта-Марджанайского расширения и вплоть до Усойского перекрытия. Высота заплеска составляла на противоположном борту в междуречье Икджемч-Чебун до 17 метров, а в районе Усойского перекрытия около 2 метров. В последуюшие годы разгрузка склона происходила мелкими порциями и суммарный объем смещения достиг 20 млн. м³. Высота подводного перекрытия долины, по данным детальных промеров глубин - около 120 метров; глубина озера до смещения в этом месте составляла 420 метров. Более полная информация по результатам двух обследований, выполненных в августе и сентябре 1987 года автором этих строк совместно с Н.Н.Кузнецовым, С. Одинаевым, П.А.Погребным, А.Г.Прокофьевым, А.И.Чижаньковым и последующих детальных работ в 1988-1990 г.г., приведена в отчетах,статьях (2, 8, 10, 11, 13) и частично – эмоциональные воспоминания очевидцев – в научно-популярной литературе (1). Следует особо отметить, что еще в 1980 году В.С.Федоренко, Ш.Ш.Деникаев и В.В.Лим в объяснительной записке  «Основные результаты инженерно-геологических исследований по проблеме Сарезского озера, выполненных в 1978-1979 г.г.» указывали на неустойчивость этого склона - «......надо учесть изменения устойчивости крупного, ныне не оползневoгo массива, обособленного падающим в сторону озера Рушано-Пшартским разломом на правом берегу озера, несколько восточнее Ирхтского залива».

 

***

В основу дальнейших исследований и выбора технических решений в 1988 году было принято экспертное решение (7) считать: «... недопустимым оставление в верховьях крупнейшей реки Средней Азии огромного Сарезского озера с нерегулируемым стоком и без гарантии полной надежности Усойского оползневого перекрытия..., выполнить детальные инженерно-геологические изыскания пониженной части Усойского перекрытия...». Разрабатывались соответствующие программы по дальнейшим инженерно-геологическим исследованиям, рассматривались различные проекты по снижению риска, комплексного использования территории с обязательным требованием независимой экспертизы для всех проектов и созданием единого координирующего центра по решению проблемы (11)..... . Работы были прерваны в 1992 году.

Tогда нам удалось собрать богатый фактический материал – часть которого осталась необработанной - и приблизиться к решению проблемы Сареза. Хотя не все положения и выводы являются бесспорными и на основе современных представлений и технологий они могли бы быть проинтерпретированы иначе, тем не менее, многолетний опыт инженерно-геологического изучения Сарезского озера, несомненно, будет востребован при возможном продолжении работ на объекте и для решения подобных задач в других горных регионах.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Агаханянц О.Е. Сарез. Ленинград, 1989

2. Акдодов Ю., Казаков Ю.М., Лим В.В., Папырин Л.П., Прокофьев Г.А., Гончаров В.С. и др.. Комплексные инженерно-геологические исследования масштаба 1:25000 в районе Сарезского озера для оценки устойчивости склонов и прогноза развития геологических процессов за 1985-1887 г.г., Душанбе, 1987

3. Бабаев А.М., Ищук А.Р., Негматуллаев С.Х. Сейсмическая опасность района Сарезского озера. Международная научно-региональная конференция “Проблемы Сарезского озера и пути их решения”. Душанбе, 1997

4. Газиев Э.Г. Исследование первоначальной формы склона в районе Усойского оползня. Инженерная геология, №3, Москва, 1983

5. Глазырин Г.Е., Никитин А.М., Щетинников А.С. Водный баланс Сарезского озера. Москва, 1986

6. Голицынъ Б.Б. О землетрясенiи 18-го февраля 1911 г. Извђстiя И. А. Н., Санктъ-Петербургъ, 1915

7. Заключение экспертной подкомиссии государственной экспертной комиссии Госплана СССР по материалам инженерно-геологических исследований для оценки устойчивости склонов и прогноза развития геологических процессов в районе Сарезского озера. Москва. 22 декабря 1988. Представители от «Таджикглавгеология»: Ю.М Казаков, В.В. Лим. Октябрь 1988

8. Казаков Ю.М., Акдодов Ю., Лим В.В., Шафиев Г.В., Чижаньков А.И., Папырин Л.П., Гулакян К.А. Детальные инженерно-геологические исследования оползнеопасных склонов Сарезского озера за 1998-1990 г.г. Душанбе, 1990

9. Казаков Ю.М. Комплексные инженерно-геологические исследования к проекту “Комплекс мероприятий для понижения уровня Сарезского озера”. Предварительный отчет (расчеты объемов возможных смещений, исходные данные для моделирования Правобережного склона и участка Базайташ), Душанбе, 1991

10. Казаков Ю.М. Сарезская угроза. Новое русское слово. 16 февраля 1994. Нью-Йорк

11. Казаков Ю.М. Сарезское озеро - исследования должны быть завершены. (По материалам программы инженерно-геологических исследований Сарезской проблемы, составленной автором в 1993 году). Доклад на конференции, организованной неправительственной организацией ФОКУС. Вашингтон. Август 22, 1998.

12. Лим В.В., Акдодов Ю. Результаты инженерно-геологических исследований для прогноза дальнейшего развития оползней в нижней части Сарезского озера за 1981-1984 г.г.. Душанбе, 1984

13. Лим В.В., Казаков Ю.М. Основные инженерно-геологические аспекты проблемы Сарезского озера. ТаджикНИИНТИ. Экспресс-информация. Вып.9, Душанбе. 1991

14. Мамаев Ю.А., Липилин В.И., Симонов А.М. Изучение грубообломочных пород Усойского завала дистанционными методами. Гидротехническое строительство. №10, Москва. 1991

15. Никонов А.А. Сарез ласковый, грозный и ... полезный. Знание – сила, №11, Москва, 1980

16. Папырин Л.П. Результаты геофизических исследований оползней в районе Сарезского озера. ТаджикНИИНТИ, Экспресс-информация, вып.13, Душанбе, 1990

17. Папырин Л.П., Постоев Г.П. Перспективы понижения уровня воды Сарезского озера за счет увеличения фильтрации через Усойское перекрытие. Международная научно- региональная конференция “Проблемы Сарезского озера и пути их решения”. Душанбе, 1997

18. Паршин М. Сарезское озеро. Душанбе, 1977

19. Погребной П.А., Шкалина С.А. О результатах рекогносцировочного обследования Усойского завала, бортов озера Сарез и малых озер в бассейнах рек Гунт, Шахдара.  Душанбе. 1975

20. Преображенскiй И.А. Усойскiй завалъ (съ 9 таблицами). Геологическiй комитетъ. Матерiалы по общей и прикладной геологiи. Выпускъ 14. Петроградъ. 1920

21. Федоренко В.С. Горные оползни и обвалы, их прогноз, Москва, 1988

22. Федоренко В.С., Деникаев Ш.Ш., Лим В.В. Основные инженерно-геологические аспекты проблемы Сарезского озера. Инженерная геология, №3, Москва, 1981

23. Хромовских В.С. Каменный дракон. Москва. 1984

24. Шеко А.И. Динамика и механизм развития катастрофических сейсмогенных оползней (на примере Усойского завала). Оползни, обвалы и селевые потоки сейсмоактивных областей, их прогнозирование и защита. Душанбе, 1990

25. Шеко А.И., Гончаров В.С,, Постоев Г.П., Скомаровский А.Н.. Результаты инженерно- геологических исследований в районе Сарезского озера и долин рек Мургаб, Бартанг за 1975-1977. Душанбе. 1977

26. Шеко А.И., Лехатинов А.И. Оценка устойчивости Усойского завала и задачи дальнейших исследований. Душанбе. 1970.

27. Шпилько Г.А. Землетрясенiе 1911 года на Памирахъ и его послђедствiя. Извђстiя Императорскаго Русскаго Географическаго общества. Томъ L. Петроградъ. 1914.

28. Шпилько Г.А. Новыя свђдђнiя об Усойскомъ завалђ и Сарезскомъ озерђ. Изв. Турк. Отд. И.Р.Г.О.,Томъ XI. 1915.

29. Arved Schultz. Landeskundliche Forschungen im Pamir. Hamburg. 1916

 

 

 

 

 

 

Дополнение 1. К вопросу об энергии Усойского оползня

 

По данным Князя Б.Б. Голицына (6) в эпицентре энергия землетрясения 18 февраля 1911 года, рассчитанная на основании Пулковских наблюдений, равна:

Е = 4.3·1023 эрг

Для расчета энергии смещения Усойского массива Князь Б.Б. Голицын, на основании данных топографической карты А.Г. Шпилько (27) и ориентировочных расчетов В.И. Вебера, применил формулу для свободного падения тела:

E=М·g·Н

Где: E - энергия, эрг, г·см²/сек²,

М - масса смещения, г

g - ускорение, 1·103 см/сек²

Н - понижение высоты центра тяжести смещенного массива, см

При этом, максимальная скорость свободного падения  массива, без учета сопротивления воздуха, согласно формуле:

v = 2gH

должна составлять 1.2·104 cм/сек, а длительность процесса – 12 сек.  Однако, еще И.А. Преображенским (20) было доказано, и впоследствии подтверждено (12, 24), что произошел не обвал со свободным падением, а соскальзывание массива по наклонной поверхности. Следовательно, применять величину g в формуле расчета энергии не совсем корректно.

В 1986 году в Институте Механики МГУ (2) было выполнено физическое моделирование Усойского оползня. Средняя скорость смещения по результатам 4 испытаний – 24 м/сек (2,4·103 см/сек). Если путь перемещения центра тяжести массива, - вектор горизонтальной и вертикальной составляющей - по данным реконструкций склона составлял, примерно, 2600 м, то процесс  в этом случае  длился около двух минут. 

На основании  данных моделирования произведен перерасчет энергии по формуле:

E = 0.5·М·v²

Где: E - энергия, эрг, г·см²/сек²

М - масса смещения, г

v - скорость смещения, 2,4·103 см/сек

 

Таблица 1. Энергия Усойского оползня. Расчеты и сопоставления.

 

 

Полученная величина энергии на порядoк меньше, чем в расчете Князя Б.Б. Голицына. Максимум реализованной энергии удара смещенного массива будет при достижении перпендикулярной поверхности встреченного препятствия. Противоположный (южный) борт р. Мургаб, несмотря на наличие двух среднеплейстоценовых крутых цоколей террас, таковой не является. Впридачу, на основании изучения структуры завала, есть предпосылки (8) считать, что смещение массива происходило не единовременно, а отдельными порциями с cекундными, минутными, часовыми, возможно, и большими промежутками, соответственно, и эффект сотрясения от ударов - по крайней мере для прилегающей территории - мог быть растянут во времени.

 

 

 

 

Дополнение 2. К вопросу о результатах моделирования Правобережного склона. Сопоставления.

 

 

 

Дополнение 3. К вопросу об исследовании погребенного льда в Усойском перекрытии

 

"УТВЕРЖДАЮ"

Главный геолог ПО «Таджикгеология» А.В.Дзайнуков

«___» ____________1990 г.

Министерство геологии СССР

Производственное объединениe «Таджикгеология»

Южная гидрогеологическая экспедиция

ПРОТОКОЛ № 20.

Заседания НТС Южной гидрогеологической экспедиции

пос. Разведчик. 13 апреля 1990 г. 

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ НТС – С.П.Дьяченко – главный гидрогеолог ЮГГЭ  

СЕКРЕТАРЬ НТС - Н.С.Серякова – гидрогеолог II кат. ЮГГЭ

Присутствовали члены НТС:

Н.П.Иванов - главный гидрогеолог Гиссарской ГГП

В.И.Крат - главный гидрогеолог Гидроминеральной ПСП

Г.О.Петросян - главный гидрогеолог Таджикской ГСП

М.А.Денисова - главный гидрогеолог Гидрогеологической партии

Л.Н.Чертов - начальник отряда Таджикской ГСП

С.М.Винниченко - геолог I кат. Таджикской ГСП

Ю.Акдодов - геолог I кат. Таджикской ГСП

Ю.М..Казаков - геолог I кат. Таджикской ГСП 

Приглашенные на заседание:

В.В.Лим - ведущий геолог отдела гидрогеологии и инженерной геологии ПО "Таджикгеология"

А.А.Куделько - начальник Таджикской ГСП

ПОВЕСТКА ДНЯ:

Рассмотрение вопроса о проведения дополнительных работ по Усойскому перекрытию за счёт резерва по объекту "Детальные инженерно-гeологические исследования оползнеопасных склонов Сарезского озера на I988-I990 г.г."

СЛУШАЛИ: Сообщение геолога I категории Таджикской геолого-сьёмочной партии Казакова Ю.М. по повестке дня

Заслушав сообщение , НТС КОНСТАТИРУЕТ:

В процессе выполнения полевых работ в 1989 году по инженерно-геологическому обследованию Усойского перекрытия в его наиболее пониженной части установлено наличие льда, перекрытого вторичными обрушениями. Вытаивание льда привело к деформации правого примыкания - появлению термокарстовых воронок и систем разрастающихся трещин в районе селевого поля. Изучение трещиноватости на Усойском перекрытии проектом работ на 1988-1990 г.г. не было предусмотрено. Детальное изучение трещин и термокарстовых деформаций в целом по Усойскому перекрытию, и особенно пределах правого примыкания, окажет существенное влияние на выбор видов и методик проведения инженерно-геологических работ по организации с 1991 года геодинамического полигона в районе Сарезского озера. Уточнение и детализация выявленных фактов и явлений, важно также для проектных разработок по осуществлению комплекса инженерных сооружений для понижения уровня Сарезского озера. 

Обменявшись мнениями: НТС ПОСТАНОВЛЯЕТ

1.Считать необходимым проведение в 1990 году дополнительных видов работ на Усойском перекрытии - замеров трещиноватости горных пород по 24 площадкам.

2.Выполнение указанных работ предусмотреть за счет "Резерва" по объекту "Детальные инженерно-геологические исследования оползнеопасных склонов Сарезского озера на I998-I990 г.г." в объеме, согласно приведенного расчета.

Председатель НТС - Ю.П.Дьяченко

Секретарь НТС - Н.С.Серякова

«СОГЛАСОВАНО»

Начальник гидрогеологического отдела ПО "Таджикгеология"

____________Г.А.Каталов

«______»___________1990 г.

 

Ранее, при исследованиях было отмечено наличие льдопроявлений в Усойском перекрытии, но этому факту не было придано значения. Предполагалось, что это сохранившаяся с зимы часть снежного покрова. И только в отчете за 1987 год В.С. Гончаров отмечал возможную роль погребенного льда в несоответствиях режима уровня озера и расхода и как ресурса первых водопроявлений. В 1989 году было обращено внимание на аномальное, чрезвычайно низкое гипсометрическое положение льда.

В январе 1990 года на встрече в Москве с А.И.Шеко автор этих строк высказал мнение о необходимости детального изучения этого льда, смещенного вместе с Усойским оползневым массивом и привел соответствующие расчеты и схемы. Эта идея была поддержана и озвучена на региональном научно-практическом совещании в мае 1990 года http://nikzdaru.com/sheko/text_sheko.htm Положительно отнеслись к этому  научный руководитель работ В.С. Федоренко и вышестоящее руководство – согласно решения Научно-технического совета Южной гидрогеологической экспедиции, были выделены средства. Полевые работы были выполнены геологами Ю.М.Казаковым и Г.В. Шафиевым в 1990 году. Полученные данные изложены в производственном отчете 1990 года. В 1991-1993 годах эти результаты неоднократно были опубликованы в научных и популярных статьях, различных программах по дальнейшему изучению Сареза.

Не вдаваясь в технические подробности расчетов, рассмотрим необходимые предпосылки и встреченные затруднения. Для определения существующего объема льда в плотине можно воспользоваться двумя путями.

Первый – наиболее очевидный и достоверный в требуемых пределах точности. Для этого нужно выполнить специализированный комплекс работ на перекрытии (геофизические, горнопроходческие, спектрозональную съемку, температурные наблюдения, получить данные теплопроводности пород, слагающих перекрытие и т.д. и т.п.). Работы эти весьма дорогостоящие и их не проводили даже в лучшие советские времена. Но если снова встанет вопрос о гидротехнических сооружениях в районе Усойского перекрытия, то никак невозможно будет игнорировать подобные исследования.

Второй метод несколько дешевле, но менее достоверен. Можно – зная историю развития склонов в пределах Сарезского озера – реконструировать рельеф склона до смещения. Оценить сколько всего содержалось льда в смещенной морене. Именно так и было сделано. Но... . Здесь очень много допущений и неясностей - главные из них:

 1. Была ли до 1911 года четко выражена в рельефе смещенная нижняя и средняя часть голоценовой моренной долины Усойдарa - наподобие моренных долин Биромбанд, Пирсароб, Бист и других? Если бы это было так, то зная объем морены, приблизительное содержание в ней льда на разных высотах, можно узнать и объем сместившегося материала. К сожалению, в материалах первых исследователей по этому вопросу имеются некоторые притиворечия.

Так реконструкции рельефа, выполненные И.А. Преображенским в 1915 году http://nikzdaru.com/preobrajenski/text_preobrajenski.htm по свежим следам, с опросом местных жителей, указывают на отсутствие здесь такой боковой моренной долины. Возможно, фронтальная часть морены находилась на высотах около 4000 метров, наподобие сохранившейся морены выше западной части ниши отрыва Усойского оползня, глетчеров на Правобережном склоне и во многих других местах. Это можно только предполагать, хотя сформированность ледникового цирка, пусть и неполная, и относительная водообильность реки Усойдарa не исключают наличия здесь до 1911 года эрозионно-ледникового вреза.

По другим данным - топографическая карта Памира 1896 года http://nikzdaru.com/vanovski/vanovski.jpg , с учетом детального описания маршрута 1893 года http://nikzdaru.com/bedgryaga/bedryaga_text.htm - такой врез существовал. Он достаточно хорошо прорисовывается западнее кишлака Усой. Врез (долина Усойдары) был достаточно широким, что не исключает наличия там моренных образований, достигавших  прирусловой части долины Мургаба 

2. Даже зная объем льда в морене до смещения, можно ли уверенно говорить о том, какая именно часть этого смещенного льда осталась на поверхности и растаяла в летний сезон, а какая часть в процессе смещения была «подвернута» под смещенные породы на отдельных участках перекрытия и сохранилась? Тем более, что часть поверхности перекрытия представлена делювиально–осыпными отложениями дооползневого склона, сохранившими свою структурную целостность. Тоже нет исчерпывающего ответа.

3. Не совсем ясна доля вытаявшего за 80 лет льда в плотине и возможная в перспективе длительность его существования. Было много и других неопределенностей... .

Но, тем не менее, даже имея такие нечеткие данные, с многочисленными натяжками и весьма приближенно, в 1990 году был рассчитан объем существующего льда в плотине, который составляет примерно 20000-50000 м куб; определены участки его распространения; приуроченность к ним деформаций и эрозионного размыва правого примыкания плотины.

 

 

 

 

 

Дополнение 4. К вопросу о распределении зон инфлюации по В.С. Гончарову (http://nikzdaru.com/goncharov/text_goncharov.htm) и участков льдопроявлений в Усойском перекрытии.

 

usoi_dam_infiltration_ice_original