А.М. Лехатинов, А.И. Шеко

К ПРОГНОЗУ РАЗВИТИЯ ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА УСОЙСКОМ ОПОЛЗНЕ И ПРИЛЕГАЮЩИХ К НЕМУ БЕРЕГАХ САРЕЗСКОГО ОЗЕРА

Данная статья была опубликована в материалах симпозиума «Геологические закономерности и взаимообусловленность развития оползней, обвалов и селевых потоков в горно-складчатых областях – основа прогноза и борьбы с ними», состоявшегося в г. Душанбе 22-26 сентября 1975 года. Выпуск первый. Стр. 104-113. Издательство МГУ. 1976. Размещается здесь с любезного согласия А.М. Лехатинова

***

В 1911 г. при землетрясении 9 баллов в долине р.Мургаб (Памир) образовался Усойский оползень, с объемом сместившихся скальных пород в 2.2 млрд.м³, за которым возникло Сарезское озеро.

Примечание. По анализу сейсмогенных деформаций на склонах, прилегающих к оползню, и механизма смещения огромных блоков пород, по характеру залегания их в оползне, многочисленным конусам фонтанирования, о6рамляющих шовные зоны этих блоков, а также по описаниям самого землетрясения и его последствия, сила землетрясения могла достигать 11 баллов по шкале палеосейсмодислокаций В.П.Солоненко.

По уточненным авторами данным, перекрытие имеет следующие параметры: длина от верхнего бьефа до нижнего - 1750 м, максимальная ширина от вершины восточного селевого русла до борта Шадау - 5200 м, ширина вдоль верхнего бьефа - 3150 м, минимальная через каньон - 1750 м; площадь оползня: надводная – 9.2 км², общая - 10.8 км². Отметки поверхности оползня: максимальная - около 3500 м (в 380 м юго-западнее вершины «УСОЙ»), минимальная - около 3300 м; отметка головы каньона на оползне около 3100 м, а его устья (при выходе из оползневого тела) - 2850 м. Отметка уреза Сарезского озера в паводковый период равна 3267.5 м (на 10.VШ .88 г.), величина сезонного колебания уровня 7-12 м, отметка р. Бартанг в 300 м. от оползня - 2750 м. Относительные превышения гребня перекрытия над озером: максимальное – 228.8 м, минимальное - 48.5 м (самая низкая часть оползня). Разность отметок между урезом озера и первыми родниками в каньоне - 148.2 м, между головой каньона и руслом р.Бартанг при выходе из завала - 369.1 м. Наибольшая мощность оползня достигает 744 м, минимальная - 213 м.

Сарезское озеро, с объемом воды в 17-18 км³, расположенное на высоте более 3000 м, всегда вызывало опасение. Для установления степени его опасности периодически велись исследования оползня. С 1913 г, многие исследователи (Д.Д. Букинич, А.А. Молчанов, Г.А.Шпилько И.А. Преображенский, Н.А. Корженевский, О.К. Ланге, В.В. Акулов, В.И. Рацек, О.Ф. Васильев и др.) проводили работы с целью решения этой проблемы. Были высказаны противоречивые мнения об устойчивости оползня. Их можно разделить на две группы. По мнению большинства, Усойский оползень весьма надежное и прочное перекрытие и вероятность прорыва его мало реальна (А.А. Молчанов, 1913; Г.А. Шпилько, 1914, 1915; И.А. Преображенский, 1920 и др.). Диаметрально противоположное заключение сделали остальные исследователи (Д.Д. Букинич, 1916; В.В. Акулов, 1948 и др.), согласно которым перекрытие может прорваться и вызвать катастрофический спуск озера. В.В. Акулов предсказывал даже время прорыва-1968-1970 г.г.

Впервые инженерно-геологические работы в бассейне озера и на Усойском оползне были проведены ВСЕГИНГЕО совместно с Управлением геологии Совета Министров Таджикской СCP в 1967-1968 г.г. В результате было установлено, чтo сели, разгружающиеся в озеро, не могут вызвать перелив воды через перекрытие или разрушить его. Изучение динамики развития оползня, его строения и литологии, характера развития современных геологических процессов, а также установление путей фильтрации вод через оползень и их скоростей позволили дать прогнозную оценку его устойчивости и определить задачи дальнейших исследований (А.И. Шеко, А.М. Лехатинов, 1970).

Впервые были определены зоны инфлюации вод вдоль побережья завала. По данным В.С. Гончарова, их суммарная длина около 800 м. Скорости движения воды при подходе к оползню на отдельных участках (бухта Соединения) достигают 2-8 м/мин, на остальных - десятков сантиметров в минуту, а при движении вод через тело оползня - от 1,46 до 4 м/сек. Суммарный расход составляет при этом 90 м³ /сек.

По характеру залегания оползневых блоков и степени их деформированности, по литологическому составу и состоянию пород, слагающих блоки и валы, а также в зависимости от активности развития экзогенных процессов, которые могли бы воздействовать на устойчивость перекрытия, массив Усойского оползня по устойчивости к размыву и прорыву подразделен на районы (рис.1)

Район основного оползневого массива представляет самую возвышенную и слабораздробленную часть оползня (блоки основного оползневого смещения), сложенную плотными песчаниками и сланцами сарезской свиты. Поверхность массива возвышается над озером на 120-250 м. Эта часть оползня отнесена к району с максимальной устойчивостью пород к размыву (В1).

Центральный пониженный район прилегает к бухте Соединения. Это самая низкая часть оползня (48.5-66.2 м), сложенная сильно раздробленными глыбами и блоками. Это район наиболее вероятного перелива и частичного разрушения оползня с поверхности (А1).

Северный и прибортовой район, сложенный обломочными породами последующих обвально-оползневых генераций, расположен на высоком коренном цоколе оползневого ложа. Этот район возвышается наиболее высоко и относится к устойчивым (В2) .

Район тыловой депрессии заполнен рыхлыми породами последующих обрушений и селевыми выносами, Здесь расположен каньон, и район рассматривается как малоустойчивый к размыву (А2).

Район блоков обратного смещения занимает тыловую часть основного оползневого массива и сложен крупными глыбами (20-30 м³) в блоками (200-300 м³) скальных пород, что придает ему повышенную сопротивляемость размыву (Б; В3).

По рельефу оползня, с учетом, состава и состояния слагающих его пород, выделены зоны потока воды в случав перелива ее через оползень, а также участки с; различной степенью устойчивости прорыву (рис.1) Наиболее вероятная зона «А» потока воды в случае перелива, проходит по наиболее пониженным и наименее устойчивым размыву районам. Основная часть оползня отнесена к зоне «В», по которой вероятность потока воды при переливе исключается.

Прогнозная оценка устойчивости оползня сделана на основании анализа проявления в настоящее время геологических процессов, протекающих в теле оползня и на его поверхности. Со времени его образования с различной активностью развиваются карстово-суффозионные, эрозионные, селевые, оползневые и обвально-осыпные процессы. Обвально-осыпные процессы очень активно проявляются в нише отрыва, но существенно не влияют на устойчивость всего оползневого тела, Поэтому они здесь не рассматриваются.

Карстово-суффозионные процессы развиваются в гипсово-карбонатных породах зоны «А» между головой каньона и селевым руслом, где имеются воронки глубиной до 2 -4 м и диаметром до 8-10 м и блюдце- и ложбинообразные понижения различных размеров. На дне большинства воронок глыбовый материал «поставлен на ребра» за счет всасывания их в «горловину». Несмотря на наличие многочисленных карстовых форм, последние анализы воды большинства родников каньона не показывают изменения минерализации, по сравнению с составом воды озера, или признаков выноса твердых частиц. Увеличение минерализации воды наблюдается только в родниках по правому борту каньона, по которым можно судить о продолжаюшемся карстовом процессе в северной части оползня.

Селевые потоки почти ежедневно достигают оползня в июле-августе и формируются при интенсивном таянии ледника в каре над нишей отрыва. Ригель этого кара сполз в 1911 г. В жаркие дни в морене кара скапливаются большие массы воды, которая во второй половине дня с грохотом прорывает ее и низвергается по стенке ниши отрыва на оползень. Плотная грязекаменная масса сначала скапливается у подножья уступа отрыва, и, достигнув определенного объема, стекает по руслу, трансформируясь в сель, Скорость движения плотной селевой массы (камень весом 10-12 кг, брошенный на поверхность движущейся массы, не погружается в нее на расстоянии 80-100 м) не превышает 1.0-1.5 м/сек. Селевые потоки в настоящее время разгружаются в Сарезском озере. Раньше они следовали в нижний бъеф перекрытия и размывали его. Так было до тех пор, пока обвалы не перекрыли этот путь (1934-35 г.г.).

Попятная эрозия - это рост головы каньона. Первые признаки выхода фильтрующихся через оползень вод были обнаружены в 1914 г. Рост каньона происходил неравномерно. Скорость продвижения головы каньона за 1914-1915 г.г. составляла 900 м, за 1915-1926 г.г. - 100 м/год, а затем она уменьшилась до 6.3—7.5 м/год. За 42 года (до 1956 г.) голова каньона продвинулась вглубь оползня на 2.4 км. Наиболее интенсивный рост каньона происходил в первые годы фильтрации воды и когда сели сбрасывались в каньон. Столь быстрому росту каньона благоприятствовало наличие размываемых рыхлых пород в тыловой депрессии оползня, в которой он образовался. Судя по возрасту кустарников ивы, которые произрастают в самой голове каньона, его продвижение прекратилось в 1947-1948 г.г.

Учитывая динамику развития каньона, залегание и состояние пород в его вершине, можно полагать, что угроза прорыва перекрытия вследствие разрастания каньона при попятной эрозии практически отсутствует.

Оползневые процессы на перекрытии наиболее активно развивались в начальной фазе его возникновения. Имеющиеся оползневые ниши, оползни-блоки и оползни-потоки расположены на уступах блоков обратного смещения, в районе тыловой депрессии и на бортах каньона. Наряду со стабилизовавшимися оползнями, в перекрытии выделяются участки, где имеются признаки развивающихся деформаций. Так, вблизи подошвы уступа отрыва в селевых отложениях прослеживается серия кулисообразных зияющих (до 40-50 см) трещин, направленных под углом к ней. Общая ширина этой трещиноватой зоны около 20-30м, длина - 170-200 м. Видимая глубина свежей тыловой (верхней) трещины достигает 1.8-2.0 м.

Другая зона свежих трещин наблюдается в теле оползня выше цирка глетчеровидного оползня в 0.4 - 0.8 км к северо-востоку от первой зоны. О скорости смещения пород между зонами можно судить по результатам повторных наблюдений за реперами, заложенными поперек зон. Наибольшая годовая величина смещения реперов за 1968-1969 г.г. составила 38-39 см. Характерно, что большинство векторов смещения имеет юго-западное направление, т.е. в сторону каньона. Такое поведение реперов объясняется двумя причинами:

а) общим отседанием блоков пород тыловой депрессии в сторону возникшего каньона, а также сползанием более рыхлых верхних слоев по поверхности блоков главной оползневой генерации в период интенсивного их насыщения талыми водами;

б) пригрузка головных блоков современными обвальными, осыпными и селевыми массами, которые постепенно выжимают нижние блоки в сторону каньона.

Активные деформации развиваются по северному участку оползня, где накопления лежат на высоком коренном цоколе ложа оползневого цирка. Мощность рыхлых пород здесь не превышает 100—150 м (по данным геофизики) и коренной цоколь расположен почти на современном уровне озера. Поэтому развивающиеся оползневые деформации не представляют опасности.

Из изложенного следует, что воды озера не могут прорвать перекрытие, а геологические процессы, развивающиеся на нем, не влияют на его устойчивость. Однако, возможность перелива воды озера с размывом самых верхних рыхлых пород в пониженных зонах перекрытия не исключается в случае обрушения в озеро огромных масс пород со склонов.

На правом берегу Сарезского озера, на отметках 3900-4100 м, между саем Биромбанд и массивом гранитов обнаружены зоны зияющих (до 10 м) трещин. Трещины падают в сторону озера под углом 70-85º . С небольшими перерывами они прослеживаются на расстоянии 3500-3700 м. По мнению Ш.Ш. Деникаева, трещины гравитационного происхождения. Однако, их очень крупные размеры, кулисообразность расположения, позволяют полагать, что они имеют сбросо-сдвиговую природу и возникли при землетрясении 1911 г. Видимо, эти зоны трещин следует отнести к сейсмотектоническим рвам. Если допустить, что это гравитационные трещины, то они представляют еще большую опасность, так как в этом случае они должны выклиниваться в сторону озера, что является благоприятным условием для развития оползней.

Нами произведен примерный подсчет объемов пород, которые могут обрушиться в озеро. Принято три гипотетических варианта. В первом случае, при обрушении первого блока (объемом около 1.44 км³ ) по нижней зоне трещин, его движение будет направлено под углом к озеру. Вытесненная вода обрушится на левый борт и на перекрытие. Отраженные от левого борта гигантские волны направятся в самую пониженную часть перекрытия и произойдет перелив. В случае одновременного разрушения по средней или верхней зоне трещин двух или трех блоков катастрофа будет развиваться примерно таким же образом, но масштабы ее будут намного больше. Остальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Возможные объемы оползней, высота подъема уровня воды и примерные площади живого сечения перелива вод Сарезского озера через оползневое перекрытие.

№ пп	Блоки	Объем блоков, км³	Возможная высота подъема воды, м	Площадь живого сечения перелива, тыс.м²
1.	I	1,44	67	38
2.	I и II	1,8	128	73
3.	I, II и III	2,0	140-145	92500

Высота подъема уровня воды определена, исходя из условия, что она будет медленно вытесняться каждым из смещающихся блоков, без образования волн.

ЛИТЕРАТУРА

Акулов В.В. Некоторые наблюдения над состоянием Сарезского озера в 1946 г. Изв. ВГО, т. 30, вып. 3, 1948.

Букинич Д.Д .Теперешнее состояние Усойского завала. Изв.Турк. РГО, т. 12, вып. 2, 1916.

Молчанов Л.А. Сарезское озеро. Ферганские ведомости, 1913.

Преображенский И.А. Усойский завал. Мат. по общ.и приклад .геологии, вып .14, 1920.

Шеко А.И.. Лехатинов А.М. Современное состояние Усойского завала и задачи дальнейших исследований. Мат. научн.-техн. совещ. по вопросам методики изучения и прогноза селей обвалов и оползней. Душанбе, 1970.

Шпилько Г.А. Землетрясение 1911 г, на Памире и его последствия. Изв. Турк. отд, РГО, т.Х1, вып.2, № 5.1914.

Шпилько Г.А. Новые сведения об Усойском завале и Сарезском озере. Изв. Турк. отд. РГО, т.ХI, вып.2, 1915.

Webmaster’s comments: В оригинале текста в таблице указано, что площадь живого сечения перелива при совместном смещении блоков I, II и III составляет 92500 тыс.м². Следует критически отнестись к этому параметру. Видимо, это опечатка при наборе статьи и следует читать 92.5 тыс м²

А.И. Шеко

Динамика и механизм развития катастрофических сейсмогенных оползней

(на примере Усойского завала)

Тезисы докладов регионального научно-практического совещания «Оползни, обвалы и селевые потоки сейсмоактивных областей их прогнозирование и защита». Cтр. 40-42. Душанбе. 1990.

***

Усойский завал объёмом 2-2,4 км³, образовавшийся на Памире во время сильного землетрясения в феврале 1911 г., представляет собой сложное образование.

По генетическим особенностям разных частей завала можно выделить по механизму и динамике процесса: а) стадию основных оползневых смещений с зонами передовых оползневых массивов, передовых сильно разрушенных блоков, валов выдавливания и выпирания, интенсивного сжатия и обратных смещений тыловых блоков; б) стадию глетчеровидных оползневых смещений с зонами обвально-оползневых накоплений и стенки отрыва; в) стадию селевых потоков и формирования каньона с зонами селевых отложений, вторичных деформаций поверхности завала и каньона.

В стадии основного смещения выделяются три фазы: смещения основного массива, обратных смещений и смещение тыловых блоков. Вначале движение массива было направлено на юго-восток. Однако, встретив противоположный борт долины, массив отклонился к востоку, образовав вал выпирания. Перед этим массив преодолел водораздел между р.Мургабом и притоком Шадау, представленной двумя цокольными террасами (второй и третьей), и обрушился в долину Шадау. Дно долины давлением оползневого массива было приподнято на высоту 350-400 м. В связи с тем, что высота водораздела в западной части была больше, массив испытал разрушения и превратился с поверхности в развалы огромных глыб до нескольких метров в поперечнике. Левая прибортовая часть массива также сильно разрушена, но в центральной части хорошо сохранилась первичная поверхность о почвенным слоем и растительностью.

Когда передовая часть массива с громадной силой обрушилась на противоположный борт долины, произошло его дробление. В верхней части массива небольшие блоки сарезской свиты по инерции продолжали двигаться вперёд, а тыловая его часть под действием отпора осела и стала двигаться в противоположном направлении. С этого момента в формировании завала наступает вторая фаза: в восточной части происходит интенсивное сжатие и формирование грядово-ложбинного рельефа, в западной - процесс обратного смещения в виде отдельных блоков, в третью фазу смещение тыловых блоков.

В результате оползневых смещений первой стадии долина Усойдара, выполненная из морены и льда, оказалась подрезанной, породы стали обрушаться и двигаться в виде глетчеровидного оползня. Увлажнённая масса разрушенных терригенных пород сарезской свиты и карбонатно-гипсовых пород триаса, перемешанная с мореной и льдом., надвинулась на разрушенные блоки первой стадии, но встретив на своём пути препятствие, стала двигаться по тыловой депрессии в юго-западном направлении.

Обвально-осыпные процессы создают большие запасы рыхлообломочного материала для формирование селевых потоков. До подпруживания обвалом нового русла Усойдары селевые потоки проходили а юго-западном направлении, теперь разгружаются в Сарезское озеро.

Первые выходы родников в нижнем бьефе Усойского завала отмечены в апреле 1914 г., когда начал расти каньон, чему способствовали талые воды р. Усойдора и селевые потоки. В настоящее время этот процесс практически прекратился.

Усойский завал в целом представляет устойчивое сооружение. Опасность могут представлять перелив воды из Сарезского озера и осадки поверхности завала в его северной части с образованием замкнутых котловин. Эти явления после исследований, проведенных Ю.М. Казаковым, следует считать связанными с медленным вытаиванием льда, который попал в тело завала вместе с мореной.