А.А. Махорин, М.М. Умеркулов, Ю.М. Казаков

Изменение геологической среды при создании Зиддинского водохранилища в Tаджикистане

Ташкент - 1985

Зиддинская внутригорная впадина широтного простирания ограничена с севера Гиссарским хребтом, с юга - его южными отрогами - Осман-тала и Санганавишта с абс.отм. до 4000 м. Склоны впадины высотой 1200-1300 м слабовогнутой формы, крутизной в нижних частях 10-20°, верхних 30-40°. В пределах Зиддинской впадины находится несколько кишлаков, проходит дорога Душанбе-Ленинабад, имеются сельскохозяйственные угодья. Природные условия территории отмечаются большим разнообразием и сложностью, поэтому оценка их изменения после создания водохранилища с подпором более 100 м и, особенно, геологической среды, имеет актуальное значение.

Горное обрамление впадины сложено силурийскими известняками, доломитами, сланцами и каменноугольными сланцами песчаниками, известняками, порфиритами и туфами. Палеозойские породы смяты в линейные остроугольные складки и осложнены многочисленными разрывами. Впадина выполнена мезозойскими и кайнозойскими отложениями, смятыми в более пологие складки. Наиболее распространены верхнемеловые карбонатно-терригенные породы - разнозернистые песчаники, алевролиты, известняки, глины, мергели с прослоями гипсов. Их общая мощность 330 м. Палеогеновые отложения представлены загипсованными глинами доломитизированиыми известняками с прослоями мергелей и песчаников общей мощностью 110-120 м. Заканчивается разрез кайнозойских отложений неогеновыми конгломератами, гравелитами, переслаивающимися с песчаниками и глинами общей мощностью 100 м.

Самыми крупными тектоническими структурами территории являются межзональный Главный Гиссарский глубинный разлом, выраженный на поверхности двумя главными линиями - северной и южной которые представляют собой взбросо-надвиги и в структурном отношении ограничивают с юга Зиддинскую впадину; внутризональные - Анзобский взбросо-надвиг, ограничивающий впадину с севера, и Зиддинский взбросо-сдвиг, протягивающийся диагонально по днищу впадины. Из числа более мелких разрывных нарушений наиболее распространены субмеридиональные взбросы и сбросы, сопровождавшиеся зонами брекчированных пород (рисунок).

Пестрый литологический состав пород, сильная их дислоцированность и 9-балльная сейсмичность территории предопределили широкое развитие экзогенных геологических процессов и, в первую очередь, склоновых. В зоне Анзобского взбросо-надвига формировались грандиозные блоковые оползни, развитию которых способствовали значительные запасы трещинно-карстовых вод, смачивающих поверхности скольжения оползней и усиливающих сейсмический эффект при землетрясениях. Формирование этих оползней объемом в десятки миллионов кубических метров происходило, по-видимому, в среднечетвертичное время, о чем свидетельствует прежде всего высокое положение базиса их оползания. В дальнейшем развивались мелкие блоковые оползни и потоки в мезозой-кайнозойских отложениях и происходил интенсивный овражный размыв древних оползней, что привело к образованию нескольких крупных конусов выноса.

Геологическая схема участка Зиддинского водохранилища (а). MZ-KZ - неогеновые, палеогеновые и меловые карбонатно-терригенные отложения; С - каменноугольные сланцы, песчаники, известняки, S - силурийские известняки, доломиты и сланцы; 1 - тектонические разрывы (цифры в кружках: 1 - Гиссарский, 2 - Анзобский, 3 - Зиддинский). Склоны: 2 - обвально-осыпные, крутизной - 40° (а), 3 - осыпные 38-45°, 4 – делювиально-оползневые 20°, 5 - крупные блоковые оползни, 6 - обвалоопасные массивы пород, 7 - водохранилище

Схема переформирования берегов Зиддинского водохранилища (б). Активизация геологических процессов: 1 - оползневых, 2 - обвально-осыпных, 3 - развитие осовов, 4 - размыв рыхлых, отложений, 5 - территории значительного изменения геологической среды, 6 - номера инженерно-геологических участков.

В современное время оползневые процессы наиболее активны на участках пересечения субширотных и субмеридиональных разрывов; большое количество мелких блоковых оползней и оплывин связано с неупорядоченным поливом земельных угодий. Интенсивно развиты сели ливнево-гляциального генезиса. На участках распространения палеозойских пород развиты обвально-оползневые процессы. Наиболее опасен в этом отношении правобережный участок долины р. Варзоб в начале ущельной ее части, где происходили крупные обвалы известняков, а в настоящее время даже при незначительной подрезке склона дорожной выемкой произошел обвал , перегородивший реку.

Рассматривая возможные изменения геологической среды при создании Зиддинского водохранилища, следует иметь ввиду, что в горных условиях переформирование берегов определяется преимущественно геолого-геоморфологическими факторамии и режимом работы водохранилища. Территорию, которая будет испытывать влияние водохранилища, можно разделить на несколько инженерно-геологических участков.

I-А. Осыпные склоны в каменноугольных сланцах, известняках и доломитах. Склоны прорезаны многочисленными оврагами-лотками лавин, по которым в весеннее время идет интенсивный вынос обломочного материала временными водотоками. Склоны имеют устойчивый профиль; в береговой зоне водохранилища возможна активизация осыпных процессов и обрушение глыб на отдельных участках. Переформирование берега ожидается в объеме не более нескольких десятков тысяч кубических метров.

II-А. Осыпные склоны в каменноугольных известняках. Склоны прорезаны растущими промоинами глубиной до 1-1.5 м, по которым спускаются глыбово-обломочные потоки. Склоны имеют крутизну 38-40º, а в верхних частях - 45-50º. Мощность осыпных шлейфов достигает 3-5 м. Склоны постоянно подрезаются рекой и находятся в состоянии предельной крутизны. Затопление их вызовет смещение осыпей и активизацию осыпных процессов на склонах. Объемы сместившихся отложений составят примерно 10 тыс м³.

II-Б. Обвально-осыпные склоны в каменноугольных известняках крутизной 45-60° с многочисленными отчлененными и частично отчлененными блоками пород. Подножия склонов прикрыты крупноглыбовыми обвально-осыпными накоплениями. При затоплении этих склонов следует ожидать обрушение неустойчивых блоков пород, особенно в приплотинной части на левом берегу, где объем потенциально способных к обрушению пород ориентировочно составляет несколько сотен тысяч м³. В обвально-осыпных накоплениях, которые, как правило, подрезаны рекой, произойдут осыпи, однако, это не приведет к существенному изменению береговой зоны водохранилища.

III-А. Делювиально-оползневые оклоны в меловых и палеогеновых породах на правом берегу р. Зидды. Склоны в нижней части преимущественно оползневые; оползни - блоковые, в настоящее время устойчивые. Их затопление не вызовет существенного изменения общей устойчивости склонов, за исключением участков, где развиты современные оползни-потоки. Здесь ожидается смещение оползневых накоплений в водохранилище и развитие оползневых деформаций в верхних - ранее устойчивых - частях склонов. Важным вопросом оценки устойчивости правобережных склонов Зиддинской впадины является рассмотрение возможности активизации грандиозного блокового оползня в силурийских известняках и сланцах. Согласно современным представлениям, территория испытывает субмеридиональное сжатие, что при сильной расчлененности рельефа может привести к возникновению опасных концентраций касательных напряжений в массивах пород. Действительно, изучение напряженного состояния пород правого склона Зиддинской впадины на моделях показало, что горизонтальные тектонические силы увеличивают касательные напряжения в массиве в 4-1,6 раза (Махорин А.А. Изучение тектонических напряжений горных массивов на моделях. В сб. "Моделирование в гидрогеологии и инженерной геологии". Новочеркасск. 1983), однако, зоны таких напряжений располагаются на глубинах 120-150 м от поверхности. Учитывая,что базис оползания находится на 250 м выше современного уровня реки, а водохранилище на этом участке создает небольшую нагрузку склона, ожидать существенного изменения напряженного состояния пород массива нет оснований.

III-Б Делювиально-оползневые склоны в меловых породах на левом берегу р. Зидды. На всем протяжении склоны поражены многочисленными блоковыми оползнями соскальзывания по напластованию песчаников, алевролитов и глин. Глубина захвата склона оползнями составляет 12-15 м. В 1983 г. при подпруживании реки селевыми конусами выноса река изменила русло и подрезала склон, что привело к возникновению оползня объемом более 100 тыс м³. Его развитие послужило толчком для образования заколов в нижних частях склонов. Учитывая падение пород в сторону реки и затопление склонов на высоту 30-50 м, можно ожидать нарушение общей устойчивости этих склонов и смещение оползней в водохранилище объемом в первые миллионы кубических метров.

Таким образом, рассмотрение геологических факторов формирования берегов проектируемого Зиддинского водохранилища указывает, что на значительной его части ожидается активизация оползневых и обвально-осыпных процессов. Расчеты устойчивости склонов после их затопления и построение профилей переработки cклонов методом Г.С.Золотарева свидетельствуют о том, что большее изменение геологической среды произойдет в приплотинной части водохранилища на левом берегу и в хвостовой части на обеих берегах (рисунок), где возникнут нежелательные явления. В предстроительный период необходимо обеспечить устойчивость левобережных склонов в приплотинной части водохранилища путем их зачистки или закрепления обвало-оползневых блоков пород.

Проблема инженерно-геологического изучения горных водохранилищ на сегодняшний день связана с выбором наиболее рациональной методики изысканий и прогноза изменений геологической среды. Следует отметить рекомендации относительно методов оценки влияния горных водохранилищ на изменение окружающей среды. Методика должна включать прежде всего:

- изучение блоковой структуры и их современной активизации, что необходимо для определения напряженного состояния пород склонов в массиве;

- изучение геологического строения всей территории как орографической еденицы, а не только береговой зоны водохранилища. Необходима оценка общей устойчивости склонов, используя в сочетании геологические, расчетные, экспериментальные данные;

- выявление закономерностей формирования и направленности современных процессов как природных, так.и техногенных, что позволит сократить или исключить отдельные, вида стационарных наблюдений, а также обоснованно выбрать защитные меры с учётом механизма формирования процессов.