Національна Академія наук України

Інститут геологічних наук

УДК 624.131.543:626.17] (477.4)

Беспалова Олена Миколаївна

Динаміка зсувного процесу Середнього Придніпров’я

на прикладі ділянки Трипілля-Канів

04.00.07 – інженерна геологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Киев – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геологічних наук НАН України

Науковий керівник: головний науковий працівник ІГН НАН України

доктор геолого-мінералогічних наук,

доктор географічних наук,

професор,

Рудько Георгій Ілліч

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук,

Лущик Анатолій Васильович,

провідний науковий працівник Кримського відділення

українського державного геологорозвідувального

інституту

кандидат геолого-мінералогічних наук

Єриш Іван Федорович, начальник Ялтинської

Комплексної гідрогеологічної та інженерно-

геологічної партії

Провідна установа: Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова

Захист відбудеться “__03___”_лютого 2004 р. о _14_годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.05 в Інституті геологічних наук НАН України

Адреса: 01601 м. Київ, вул. О.Гончара, 55-б

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук

НАН України за адресою: 01601 м. Київ, вул. О.Гончара, 55-б

Автореферат розісланий “__30_”грудня__2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат геолого-мінералогічних наук В.М. Бублясь

Загальна характеристика роботи

Актуальність дослідження. Зсувний процес, який має значний розвиток, у межах природно-техногенної системи “схил-водосховище” приносить значні збитки і визначає ряд народногосподарських проблем. Ураження території досліджень зсувами складає більш 50% для Київського підрайону і близько 20% - для Канівського підрайону. Усього на узбережжі Канівського водосховища описано більше 300 зсувів.

На даному етапі зсувний процес недостатньо вивчений. У зв'язку з різким погіршенням якості моніторингу в останні десять років, питання визначення закономірностей його розвитку й прогноз активізації є надзвичайно актуальним.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відділі інженерної геології Інституту геологічних наук НАН України в період навчання в аспірантурі (1983-1986 рр.) і наступної роботи автора у вищезгаданому відділі (з 1987 р. дотепер),

у рамках бюджетних тем: 1. “Закономірності змін інженерно-геологічних умов у зоні впливу Дніпровських водосховищ” (держ. реєстраційний № 0193V030895), (1992-1998 рр.).

2. “Розробити методику й обґрунтувати моніторинг геологічного середовища зон історичної забудови м. Києва з метою збереження архітектурних історичних пам'ятників” (1996-2001 рр.), а також у роботах із госпдоговірної тематики:

“Карта схема зсувних процесів в м. Києві з виділенням найбільш небезпечних ділянок. Інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови розвитку зсувів” (2001 р.), у яких використані результати дисертаційної роботи

Мета й задачі дослідження. Метою роботи є дослідження режиму і динаміки зсувного процесу, за умови посилення впливу техногенного фактора після створення Канівського водосховища. Мета визначає основні завдання дослідження:

– вивчення режиму зсувного процесу для встановлення закономірностей його динаміки;

– визначення ділянок потенційно зсувонебезпечних схилів і прогноз розвитку зсувних процесів за допомогою методу зсувного потенціалу;

– уточнення ролі глинистих горизонтів у розвитку й механізмі зсувних процесів.

Об’єкт дослідження – зсувні схили правобережжя Середнього Придніпров’я.

Предмет дослідження – зсувний процес на правобережних схилах Канівського водосховища.

Методи дослідження. Для встановлення умов розвитку зсувного процесу застосовувались польові, маршрутні обстеження типових ділянок його розвитку. Лабораторні методи дослідження фізико-механічних і деформаційних властивостей ґрунтів. Мікроструктура глинистих ґрунтів вивчалась з допомогою електронного скануючого мікроскопа. З метою дослідження динаміки зсувного процесу та встановлення впливу основних факторів зсувоутворення, а також прогнозу його розвитку застосовувались методи математичної статистики. Для оцінки ймовірності ураження схилів зсувним процесом в районі Канівських дислокацій використаний метод зсувного потенціалу.

Наукова новизна одержаних результатів.

Уперше створені дві моделі розвитку зсувних систем, які розрізнюються за типом зсувів, механізмом та динамікою. Для зсувних систем першого типу, які представлені циркоподібними зсувами видавлювання, побудовані математичні моделі розвитку процесу в залежності від атмосферних опадів, проведений прогноз розвитку зсувного процесу у часі.

проведене районування Канівського підрайону з виділенням найбільш зсувонебезпечних ділянок, за допомогою методу зсувного потенціалу, зроблений просторовий прогноз розвитку зсувного процесу. Установлено, що динаміка зсувного процесу тісно пов'язана з динамікою ерозійного і абразійного.

для визначення основних типів зсувних зміщень за їх механізмом, застосована методика, яка дозволяє перейти від типу мікроструктури глинистих ґрунтів, і характеру зв'язків між мікрочастинками до властивих їм деформацій і механізму зсувів.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати дозволили:

– застосувати отримані закономірності розвитку зсувного процесу для прогнозування розвитку берегових схилів;

- прогнозувати тип основних зсувних деформацій та механізм зсувних зміщень, в залежності від глинистого горизонту, що деформується;

- оптимізувати проведення моніторингу зсувонебезпечних територій у межах Середнього Придніпров’я.

Положення, що захищаються.

1. Встановлено два типи зсувних систем, а також закономірності їх розвитку. Для першого типу характерні циркоподібні зсуви видавлювання, динаміка яких характеризується трьома циклами активізації, що включають стадії максимальної і періодичної активності. Для другого типу властиві фронтальні зсуви ковзання, з двома циклами активізації та стадіями періодичної активності і тимчасової стабілізації.

2.Установлена вертикальна зональність зсувних схилів. виділені чотири зони, що розрізнюються за механізмом зсувних зміщень. Кількість зон залежить від геологічної будови схилу.

3. Просторовий прогноз ураження району Канівських дислокацій зсувним процесом виконаний за допомогою методу зсувного потенціалу, який дозволив виділити три типи ділянок – з низькою, середньою та високою імовірністю ураження зсувним процесом.

4. установлено існування тісного зв'язку між механізмом зсувних деформацій і мікроструктурою основних глинистих горизонтів, що деформуються. Проведена типізація зсувних процесів за їх механізмом у залежності від глинистого горизонту, на якому вони розвинуті.

Особистий внесок здобувача. Дисертація виконана в Інституті геологічних наук НАН України на базі науково-дослідної роботи автора у відділі інженерної геології. В основу роботи покладені результати аналізу фондових матеріалів, а також польових маршрутних досліджень автора у 1984-2001 рр. Власноручно відібрано майже 40 зразків глинистих ґрунтів, основних горизонтів, що деформуються, які було проаналізовано. Результати досліджень, наведені автором в роботі, отримані самостійно.

У статтях, що написані в співавторстві й опубліковані у фахових виданнях автором самостійно отримані наступні результати.

Беспалова О.М. Типізація зсувів на прикладі правого берега р. Дніпра в районі Канівського водосховища // Доп. АН УРСР. Серія Б. –1987.- №3. - С.20-23. (співавтор Краєв В.Ф. ), дисертантом самостійно виділені основні типи зсувного процесу, дана їхня характеристика.

Беспалова О.М. Інженерно-геологічні умови правобережних схилів Середнього Дніпра // Основи і фундаменти (????????? ???. ??-? ??????????? ? ??????????? ??? ???????). –1987.– Вип. 20. - С.15-19. (співавтор Демчишин М.Г.) авторові належить схема розвитку зсувного процесу, характерного для берегових схилів Середнього Дніпра.

Беспалова О.М. Інженерно-геологічні властивості глинистих ґрунтів у розрізах правого берега Канівського водосховища // Основи і фундаменти (????????? ???. ??-? ??????????? ? ??????????? ??? ???????). – 1990.- Вип. . - С. 40-42. (співавтор Краєв В.Ф.) автором наведені результати вивчення фізико-механічних властивостей ґрунтів з точки зору їхньої схильності до зсувних зміщень.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та методичні положення роботи доповідались на вітчизняних та міжнародних семінарах, конференціях та нарадах:

VI Всесоюзній Нараді по вивченню четвертинного періоду в м. Кишиневі (вересень 1986 р.),

Республіканському семінарі по охороні навколишнього середовища в м. Києві, 1987 р.,

Всесоюзній конференції “Берегові процеси на водосховищах і морях”, м. Новосибірськ,1991 р.,

VII міжнародному симпозіумі “Engineering geology and the Environment”, Афіни, 1997 р.,

Конференції молодих учених “Аспекти геологічної науки на рубежі тисячоліть” в м. Києві (травень 2001 р.),

Конференції молодих учених “Сучасні проблеми геологічної науки” в м. Києві (1-4 грудня 2003 р.).

Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковано у 9 роботах: в одному депонованому рукописі, 6 статтях у наукових часописах, 2 матеріалах і тезах конференцій, у тому числі трьох фахових виданнях.

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається з вступу, восьми розділів і висновків. Загальний обсяг роботи 189 стор., у т.ч. 72 рисунка., 44 таблиці; список використаних літературних джерел включає 108 найменувань.

Особливу подяку автор висловлює своєму науковому керівникові, докт. геол.- мін. наук, докт. географ. наук, професорові Г.І. Рудьку; завідувачу відділом докт. техн. наук М.Г. Демчишину і ст. н. сп., канд. геол.-мін. наук В.Ф. Рибіну, а також усім співробітникам відділу. Автор особливо вдячний своєму першому науковому керівникові докт. геол.- мін. наук професорові В.Ф. Краєву, що пішов з життя.

Основний ЗМІСТ РОБОТИ

ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНА ВИВЧЕНІСТЬ РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ

Зсуви в Києві і його околицях уперше були описані наприкінці XIX століття К. Людевигом, 1860. В районі Середнього Дніпра дослідження були продовжені А.І. Спасокукоцьким, 1945; А.М. Дранніковим 1947; В.Ф. Краєвим, 1961, 1971, 1987; М.Г. Демчишиним, 1982, 1984; С.В. Кухтієм, 1973, 1981, 1984. При дослідженнях були встановлені основні горизонти, що деформуються, вплив підземних вод на стійкість схилів, запропоновані протизсувні заходи. Були виділені райони розвитку зсувів, надана їх характеристика і намічені міри боротьби з руйнуванням схилів.

Таким чином, багатьма дослідниками за тривалий період, були вивчені зсувні процеси на правобережжі р. Дніпра, а потім і Канівського водосховища, виділені типи зсувів, визначений механізм, причини утворення, встановлені горизонти, що деформуються.

В той же час недостатня увага приділена районуванню зсувних схилів. Не виявлені особливості динаміки і зв’язок типів зсувних зміщень з геологічною будовою схилу. Не вивчений механізм зсувного процесу в залежності від основних горизонтів, що деформуються. Не встановлено вплив водосховища на режим і динаміку зсувного процесу. Все вищезгадане визначило завдання автора при проведенні досліджень.

ФАКТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Фактичний матеріал, використаний в роботі, складають результати режимних спостережень за екзогенними геологічними процесами, що проводились геологічними службами “Північукргеології” (Київська область) та “Центрукргеологія” (Черкаська область). При спостереженнях фіксувалася кількість та площа активних зон, також встановлювався тип зсувів: структурні, структурно-пластичні зсуви, пластичні зсуви і опливання ґрунтів. Окремо фіксувалися площі й кількість активних зон, пов’язаних з визначеними морфологічними елементами зсуву: стінкою відриву, депресією, улоговиною і язиком.

В основу роботи також покладені результати польових маршрутних досліджень автора у 1984-2001 рр. З метою вивчення мікроструктур глинистих ґрунтів, автором власноручно відібрано майже 40 зразків ґрунтів з основних горизонтів, що деформуються, які були проаналізовані у лабораторіях ІГН НАН України, ін-та “Діпроводгосп” та ін-та Матеріалознавства НАН України.

Для вивчення динаміки зсувного процесу був застосований метод аналізу режимних спостережень. Метою досліджень було встановлення закономірностей зміни площі зсувів і їх приуроченості до різних елементів схилу в кожний з років періоду спостережень, для визначення зв'язку з факторами зсувоутворення. Автором був обчислений відсоток, який складали площі зсувних зон від загальної площі зсувного схилу, в кожний з років періоду спостережень. У роботі проведений аналіз цих показників за період з 1962 до 2000 рр. за даними спостережень побудовані графіки зміни площ зсувів у кожний з років спостережень. На основі їх аналізу визначені основні цикли і стадії розвитку зсувного процесу. За допомогою кореляційного аналізу і рівнянь регресії встановлений зв’язок розвитку зсувного процесу з атмосферними опадами і зроблений прогноз активізації зсувних систем першого типу.

На ділянці Канівських дислокацій, де регулярні спостереження за режимом зсувів не проводилися, зроблений просторовий прогноз розвитку зсувного процесу, що виконувався с застосуванням методу зсувного потенціалу. Цей метод дозволяє більш обґрунтовано здійснювати районування території за імовірністю ураження зсувним процесом. Сутність методу полягає у визначенні території, якій найбільш загрожує зсувний процес. Його застосування дозволило виділити потенційно небезпечні ділянки розвитку зсувного процесу та встановити основні фактори, що викликають зсуви – ерозію та абразію.

Метод вивчення мікроструктури глинистих ґрунтів. Для уточнення типу мікроструктури основних горизонтів, що деформуються, у районі досліджень були проведені аналізи мікроструктури глинистих ґрунтів на електронному мікроскопі (В.І.Осипов, 1979). Отримані знімки використовувалися для визначення типу мікроструктури ґрунтів. За мікроструктурою встановлювалися основні види структурних зв’язків (коагуляційні, фазові, змішані), які превалюють у дослідженій глині. Аналіз фізико-механічних властивостей та визначений вид зв’язків, що переважають в дослідженій породі дозволив встановити деформації, властиві їй під дією навантаження і пов’язати їх з механізмом зсувного процесу.

УМОВи розвитку зсувного процесу У СЕРЕДНЬОМУ ПРИДНІПРОВ’Ї

Тектонічна і геологічна будова території досліджень.

територія правобережжя Канівського водосховища розташована в зоні зчленування Українського щита з Дніпровсько - Донецькою западиною, у районі східного занурення щита. За геологічною будовою й особливостями тектонічного розвитку район досліджень розділений на два підрайони Київський і Канівський.

північна частина району досліджень, а саме Київський підрайон розташований на межі Обухівського й Бориспільського (долина р. Дніпра) тектонічних блоків. Геологічна будова Київського підрайону має ряд особливостей, які призводять до розвитку зсувного процесу на берегових схилах:

- у верхній частині схилів залягає потужна верства лесів та лесоподібних суглинків, яку підстеляє товща валунних суглинків (морена), що вміщує перший від поверхні водоносний горизонт, нижче лежать червоно-бурі та строкаті глини. Зволоження цих глинистих горизонтів спричиняє структурні та структурно-пластичні зсуви у верхній частині схилів;

- в нижній частині берегових схилів залягає товща мергелю і глин київської світи та глинистих алевритів обухівської світи. Вивітрені мергелі по тріщинах обводнені межигірським водоносним горизонтом можуть утворювати структурні, структурно-пластичні і пластичні зсуви в нижній частині схилів;

- плікативні порушення в товщі київського мергелю, які мають вигляд локальних піднять та занурень, в піднятих частинах спостерігалося руйнування мергельної товщі з формуванням структурних зсувів ковзання;

- утворенню зсувів сприяє також нахил верств у бік долини р. Дніпра.

за особливостями геологічної будови схилу у Київському підрайоні можна виділити ділянки схилу, які мають значні відмінності у розвитку зсувного процесу. В місцях, де геологічний розріз представлений (зверху вниз): суглинками лесоподібними четвертинного віку, неоген-нижньочетвертинними бурими і червоно-бурими глинами, строкатими глинами неогену, товщею пісків новопетровської світи неогену, берекської та межигірської світ, алевритами обухівської світи та глинами і мергелями київської світи палеогену. А також спостерігається підвищене гіпсометричне положення мергельної товщі, зсувний процес широко розвинутий і представлений декількома типами – переважно циркоподібними структурними зсувами видавлювання, в верхній частині схилу, які переходять у пластичні. Такі зсувні системи віднесені до першого типу.

На ділянках, геологічна будова яких представлена неповним розрізом, а саме спостерігається випадіння з розрізу відкладів бурих і строкатих глин, та пісків палеоген-неогенового віку. А також з незначною потужністю лесової товщі (менш ніж 10,5 м), формуються фронтальні зсуви з площиною ковзання в нижній частині схилу, по глинистих алевритах обухівської світи, глинах і мергелях київської світи – зсувні системи другого типу [4].

На півдні району досліджень розташований Канівський підрайон (Канівські дислокації), який відноситься до Канівського тектонічного блоку, і в свою чергу поділяється на Канівський і Трактемирів–Бучакський горсти, що розділені Трощинським грабеном.

В районі Канівських дислокацій складки-вскиди, що зібрані в серії лусок, обумовили значну висоту схилів, пересічений характер місцевості і широкий розвиток ерозійних процесів. Зсувні процеси району Канівських дислокацій розвинуті в ярах, вони домінують на схилах північного та північно-східного напрямів, що пов’язане з напрямом падіння порід. Зсуви, на юрських глинах, розвинуті на схилах, де глини мають відносно високе положення, що найчастіше спостерігається в передових частинах складок-вскидів.

геологічна будова Канівського підрайону характеризується :

- складними умовами залягання юрських порід – серії складок-вскидів, зібрані в луски, це обумовило значну висоту схилів та інтенсивний розвиток екзогенних геологічних процесів;

- існуванням у дислокованій товщі пластичних глинистих верств дислокованих юрських порід, які є основними горизонтами, що деформуються і являють собою основу зсувів;

- існуванням у верхній частині схилів потужної верстви лесів і лесоподібних суглинків, що легко розмиваються і утворюють структурні зсуви ковзання по глинах бату;

- наявністю в розрізі схилів піщаної товщі сеноманських, палеогенових та алювіальних порід з малопотужними, але широко розвиненими водоносними горизонтами, що викликають зволоження схилових відкладів і сприяють утворенню зсувів.

Більшість зсувів пов'язана з глинами батського і келовейського ярусів юрської системи, глинами і мергелями київської світи та глинистими алевритами обухівської світи палеогенової системи, строкатими глинами неогенової системи, бурими й червоно-бурими глинами неоген-нижньочетвертинної системи.

В районі Канівських дислокацій зсуви у більшості випадків розвинуті у батських глинах, вони відносяться до пластичного та структурно-пластичного типів. Зсуви, що виникають у мергелях київської світи, зустрічаються тільки в районі сс. Селище і Студенець (4% від загальної кількості зсувів). З червоно-бурими глинами пов’язані зсуви в районі с. Трощин (7%).

Геоморфологічні умови розвитку зсувного процесу.

Основні рельєфоутворюючі екзогенні процеси, що розвинуті в районі досліджень, обумовлені специфічними особливостями рельєфу й умовами його формування. Морфологія берегів Київського і Канівського підрайонів розрізняється за геологічною й тектонічною ознаками.

У Київському підрайоні характер рельєфоутворюючих процесів дозволяє виділити на ділянці чотири геоморфологічні зони:

1.

2.

3.

4. Зона нагромадження схилового делювію на поверхні мергелів київської світи. На покрівлі мергелів київського світи, що більш стійкі до руйнування, чим залягаючи вище породи, утворюється тераса шириною від 5 до 15 м. На її поверхні накопичується перезволожений схиловий делювій, що потім зміщується до урізу води і розмивається водосховищем. Абсолютні позначки зони змінюються від 92 до 102 м. Ухил нижньої акумулятивної тераси до водосховища – 5-6 0. Нижній уступ, складений мергелем, падає до водосховища майже прямовисно, його висота складає від 1 до 15 м.

Таким чином з виділених зон переформування схилу, перша й третя відносяться до зон транзиту, а друга і четверта до зон акумуляції. Кількість зон на схилі залежить від його геологічної будови. Відсутність другої і третьої зон пояснюється випадінням з геологічного розрізу схилу червоно-бурих і строкатих глин, пісків межигірської, берекської та новопетровської світ (район Ржищева), а також недостатньою потужністю лесової товщі (ділянка Ржищів – Б.Щучинка). Відсутність четвертої зони може бути пояснена незначною потужністю, або руйнуванням мергельної товщі (район Халеп’я).

Для Канівського підрайону характерний горбисто-пасмовий рельєф дислокованої четвертої надзаплавної тераси р. Дніпро. Горби й пасма в рельєфі відповідають лускам – насувам і антикліналям. Висота берегового схилу досягає 150 м. Зсуви розвинені у значній мірі у ярах (90%) і в меншому ступіні на береговому схилі водосховища. Розвиток зсувного процесу залежить від динаміки ерозійного процесу. Більш за все піддані ураженню зсувним процесом поперечні і моноклінальні яри (Палієнко Е.Т., Куделя Ю.А., 1970). до поперечних відносяться яри розвинуті в хрест простягання складчастих структур. Вони переважають у північній частині Канівського підрайону (Луковицький, Зарубинецький, Григорівський та ін.). Поперечні яри, пересікаючи породи різної міцності, набувають на окремих ділянках русла різний характер, що змінюється на коротких відстанях. В келовейських алевритах русло має вигляд вузької ущелини. На ділянках поширення піщаних порід бучакської та канівської світ, що легко розмиваються, долини ярів розширюються. Схили їх покриті осипами. В місцях де яр перетинає відклади юрських глин його русло розширюється за рахунок виникнення зсувів різних типів. Тип зсувів залежить від порід, що перекривають юрські глини. Формування моноклінальних ярів відбувається на крилах антиклінальних та синклінальних складок, а також на пологих схилах лусок. До таких ярів відносяться відвершки Чернечого і Григорівського ярів. Вони руйнують пласти, що мають падіння в один і той же бік. Зсуви утворюються на схилах, узгоджених із падінням пластів. Тип зсувів залежить від перекриваючих юрські глини порід.

Фактори, які визначають розвиток зсувного процесу В СЕРЕДНЬОМУ ПРИДНІПРОВ’Ї

Клімат території досліджень і його вплив на розвиток зсувного процесу.

Кліматичні умови, що впливають на переформування берегових схилів включають кількість атмосферних опадів, температурний режим і вітровий режим.

Режим атмосферних опадів обумовлює кількість і інтенсивність надходження вологи в зону аерації. Опосередкований вплив атмосферних опадів на стійкість схилів полягає в зміні режиму підземних і поверхневих вод. Середньорічна кількість опадів не перевищує 609 мм, середньомісячна сума опадів змінюється від 30 до 70 мм. Максимальна кількість атмосферних опадів спостерігалося в 1970, 1980 рр. Рівень опадів набагато перевищував середній у 1966, 1969, 1977, 1981, 1993 рр. Вплив атмосферних опадів на розвиток зсувного процесу був проаналізований шляхом розрахунків коефіцієнтів кореляції атмосферних опадів з його активізацією.

Температурний режим, що визначає швидкість випаровування вологи і глибину промерзання ґрунту також впливає на процес переформування берегових схилів. промерзання максимально проявляється при руйнуванні берегових уступів, які складені мергелями київської світи. Монолітність уступів, порушується морозобійними тріщинами, глибиною іноді до 0.3 м, що полегшує руйнування і розмив породи поверхневими водами. Глибина промерзання в середньому складає 0.4-0.7 м.

Швидкість і напрямок вітру визначає висоту хвилі і швидкість розмиву берегів. У районі водосховища переважають вітри північних і східних румбів. Вони мають максимальні швидкості, а тому їх, вплив найбільш відчутний на берегах східної і північної експозиції.

Умови обводнення зсувних схилів.

розвиток зсувного процесу в районі досліджень тісно пов’язаний з інтенсивністю обводнення берегових схилів і режимом водоносних горизонтів.

У Київському підрайоні обводненими породами, які сприяють розвитку зсувного процесу є відклади четвертинного і олігоценового віку.

Перший від поверхні водоносний горизонт (глибина залягання 10-12 м, потужність 1,5-2,0м) розташований у нижній частині лесової товщі і розвинутий у надморенних і підморенних пісках. водотривкими породами для нього є бурі глини неоген-четвертинного віку. Режим горизонту характеризується сезонною мінливістю з різкими коливаннями рівня. Живлення інфільтраційне. Він повсюдно дренується яружно-балковою мережею. Води першого від поверхні водоносного горизонту впливають на формування пластичних зсувів і структурних зсувів видавлювання пристосованих до першої зони зсувних схилів.

Водоносний горизонт в межигірських відкладах палеогену, для якого водотривкими породами є мергелі київської світи, має на ділянках розвитку досліджуваних зсувів середню потужність до 3 м. Живлення горизонту комбінованого типу. Дренується яружно-балковою мережею. Води впливають на формування зсувів пластичного типу в четвертій зоні берегових схилів. Інфільтруючись по тріщинам в товщу мергелю, він провокує виникнення структурних зсувів ковзання, а також являється одним з основних факторів при формуванні зсувних систем другого типу.

Канівський підрайон характеризується складними гідрогеологічними умовами внаслідок дислокованості відкладів мезокайнозою, які залягають у вигляді складок різного типу з частими розривними порушеннями. Обводнені породи представлені піщаними відкладами крейди (альбського і сеноманського ярусів) і палеогену (бучакський і канівський яруси). У зв’язку зі складною геологічною будовою бучаксько – канівський й сеноман – альбський водоносні горизонти зустрічаються у вигляді лінз, прошарків або утворюють одну гідравлічну систему. Гідрогеологічні умови ускладнені існуючою яружно – балковою мережею. Яри, прорізуючи товщу дислокованих порід, розбивають їх на ізольовані масиви, які легко дренуються. Глибина залягання вод на території дільниці не витримана за простяганням. Підземні води поширені спорадично. При перетині ярами водовміщуючих порід у місцях близького залягання батських глин виникають зсуви. Розвитку зсувних процесів сприяють: наявність горизонту водотривких юрських порід, які завдяки лускам – насувам кілька разів повторюються в розрізі; дислокованість порід; зміна кутів нахилу водотривких порід.

Основні екзогенні процеси, які впливають на формування зсувів.

Серед процесів, що провокують зсувні зміщення на берегових схилах, виділяється ерозійна діяльність поверхневих водотоків і абразія Канівського водосховища.

Ерозійні процеси. Активному розвитку ерозійних процесів на території досліджень сприяють: загальне тектонічне підняття території; значні перевищення над базисом ерозії, що призводить до збільшення енергії розмиву тимчасовими водотоками; наявність легко розмивних лесових порід у зоні аерації; прошарки глинистих порід у розрізах схилів, що утворюють при зволоженні ослаблені зони.

Київський підрайон. Ступінь ураженості його території ярами складає в середньому 0.2 км/км2. Річна інтенсивність росту ярів змінюється від 0.5 до 2.5 м/рік. Ерозійним процесом уражені в першу чергу ділянки з підвищеним положенням товщі мергелів київської світи. Ерозійна вимоїна, що виникає у товщі лесів починає розширюватись за рахунок зсувів, формуючи зсувні системи першого типу. Модель розвитку системи наведена в Додатку 1 [4].

Канівський підрайон. ведучими екзогенними процесами на території Трактемирів – Бучакскього і Канівського горстів є яружна ерозія. На території Трощинського грабена – абразія. виникнення зсувів пов'язане з ярами (98% від загальної кількості зсувів в Канівському підрайоні) і часто характеризується наявністю загальної початкової стадії у вигляді вимоїни. більшість зсувів, що зустрічаються в ярах мають наступні характерні риси: більшість із них розвинуті в юрських (батських) глинах, розташовані вище базису ерозії, характеризуються незначними розмірами й потужністю (від 8-10 до 12-14 м), вік зсувів співпадає з віком яружно-балкової мережі.

активність ерозійного процесу пов’язана з атмосферними опадами - їх кількістю та інтенсивністю.

Абразія Канівського водосховища. Бічна ерозія р. Дніпра. Дія бічної ерозії р. Дніпра і річок його басейну, проявилася у вигляді підмиву правого берега й розмиву берегів паводковими водами. В роки високих паводків величина розмиву берегів досягала декількох метрів. Бічна ерозія вплинула на розвиток зсувів у нижній частині берегового схилу через розмив і підрізання зсувних накопичень і вимивання пісків бучакського ярусу, розташованих у підошві мергелів київського віку. Після заповнення водосховища основним процесом стала хвильова абразія. Вплив абразії на динаміку зсувного процесу, за нашими спостереженнями виявився меншим ніж очікувалось внаслідок того, що в урізі води опинилась потужна товща мергелів київської світи палеогену, що важко розмиваються. В перші роки після заповнення водосховища активізація зсувного процесу відбулася тільки в тих зсувах, які досягли урізу води (15% від загальної кількості зсувів). зсувні зміщення припинилися через 3-4 роки. В наступні роки дія процесу абразії на береги проявилася у вигляді зсувів-обвалів у нижній частині берегових схилів.

Отримані результати дозволяють зробити висновок про пряму залежність зміщень від атмосферних опадів в період до створення водосховища (1962-1976 рр.). Після заповнення водосховища залежність зсуви-опади стала обернено пропорційною (період з середини 70-х до кінця 90-х). Після стабілізації процесу абразії, атмосферні опади знов стали впливати на режим зсувних зміщень [3].

СКЛАД І ВЛАСТИВОСТІ ПОРІД ОСНОВНИХ ГОРИЗОНТІВ, ЩО ДЕФОРМУЮТЬСЯ В РАЙОНІ ДОЛІДЖЕНЬ

Вивчення порід основних горизонтів, що деформуються, проводилося шляхом досліджень мікроструктурних контактів за допомогою електронного мікроскопа за методикою В.І.Осипова (1979), що дозволяє перейти від мікроструктури і типів структурних зв'язків глинистих порід до їх міцностних і деформаційних властивостей. Ґрунтуючись на інженерно-геологічній класифікації глинистих порід за типом структурних зв'язків, даних рентгеноструктурних аналізів і результатах вивчення міцностних властивостей глинистих ґрунтів у районі робіт була встановлена залежність між основними типами зсувів та мікроструктурою і типами структурних зв'язків у породах глинистих горизонтів.

Ближній коагуляційний тип контактів превалює в непорушених глинах бату, мергелистих глинах київської світи, обухівських, строкатих і червоно-бурих глинах незалежно від типу мікроструктури. Для цих порід характерна перевага пружних деформацій при незначних навантаженнях, при підвищенні яких починається в’язка течія. Виходячи з цього можна зробити висновок, що з цими породами пов’язані зсуви видавлювання і пластичні зсуви.

Для глинистих порід із змішаним типом контактів – непорушені батські, мергелисті глини київської світи, строкаті глини і порушені келовейські, не залежно від типу мікроструктури характерні пружні деформації і практично відсутні пластичні, при значному інтервалі навантажень. Тому на цих породах формуються структурні зсуви ковзання [2].

На підставі досліджень міцностних, деформаційних властивостей і мікроструктури глин, були визначені типи зсувного процесу, в залежності від стану і складу основного глинистого горизонту, що деформується.

зсуви видавлювання і пластичні зсуви формуються в порушених глинах батського ярусу юрської системи, мергелистих глинах київської світи, обухівських, строкатих і червоно-бурих глин, незалежно від типу мікроструктури, структурні зсуви ковзання виникають, якщо їх основою являються непорушені глини батського ярусу, мергелисті глини київської світи, строкаті глини, а також порушені глини келовейського ярусу, не залежно від типу мікроструктури .

Основні типи зсувних зміщень, розвинутих У районі досліджень

Враховуючи існуючі класифікації і проведені дослідження, автор розробив наступні типізації зсувів [1, 7].

типізацію за механізмом зсувних зміщень розроблено на основі досліджень властивостей порід основних горизонтів, що деформуються.

вертикальна зональність зсувних схилів у Київському підрайоні проведена з урахуванням закономірностей розвитку зсувного процесу на схилі.

два типи зсувних систем у Київському підрайоні визначені завдяки існуванню тісного зв’язку у розвитку зсувних зміщень різних типів з геологічною будовою схилу.

за механізмом зміщень та станом тіла зсуву автор використав типізацію розроблену попередніми дослідниками. Ними були виділені три типи зсувів – структурні, структурно-пластичні і пластичні.

Вивчення мікроструктурних контактів та визначення основних деформацій у слабкій глинистій верстві, дало можливість встановити наступні типи зсувних зміщень за їх механізмом. структурні зсуви видавлювання, пластичні зсуви й опливини формуються в порушених батських, обухівських, строкатих, бурих глинах і мергелях київської світи.

Структурні зсуви ковзання утворюються в непорушених батських, строкатих глинах, мергелях київської світи та в порушених келовейських глинах.

В непорушених келовейських глинах зсуви не формуються.

Для Київського підрайону властива певна закономірність у розвитку зсувів, що дозволило провести вертикальну зональність схилу - виділити чотири зони, у кожній з яких розвинений визначений тип зсувних зміщень (Рис.1).

I. Зона структурних зсувів. Вона являє собою зону руйнування лесового уступу плато. В геологічній будові схилу беруть участь еолово-делювіальні лесові суглинки потужністю 6-12 м і моренні відклади, представлені валунними суглинками і супісками, потужністю 1-1,5 м. У першій зоні розвинуті відносно глибокі, до 20 м, структурні зсуви видавлювання по бурих і строкатих глинах.

Рис. 1. Основні зони розвитку зсувів на береговому схилі Канівського водосховища.

II. Зона розвитку пластичних зміщень. Друга зона слугує для накопичення зруйнованого лесового матеріалу на поверхні строкатих глин і пісковиків. Ширина її непостійна і змінюється від 5-10 до 32 м. Потужність – складає від 3-5 до 10-12 м. Тут зсувні зміщення відбуваються по поверхні бурих і строкатих глин і являють собою пластичні зсуви й опливини, розвинуті в зсувному делювії. Глибина захоплення схилу зсувними зміщеннями не перевищує 2-3 м.

III. Зона розвитку пластичних зміщень. Для третьої зони характерним процесом є транспортування зсувних накопичень униз по схилу, яке відбувається у товщі пісків новопетровської, берекської та межигірської світ. Потужність зони переміщення становить 20-25 м. Зсуви в цій зоні тісно пов'язані зі зміщеннями в II- й зоні. Це пластичні зсуви, глибиною не більш 2-3 м, довжина яких у десятки разів перевищує ширину.

IV. Зона розвитку структурних і пластичних зміщень зсувного делювію. В четвертій зоні відбувається накопичення схилового делювію на поверхні мергелів київської світи, де розвинуті зміщення пластичного типу по глинах обухівської світи, глибиною від 2 до 5 м, і структурні зсуви ковзання в товщі мергелів київської світи палеогену, глибиною до 15 м.

В Київському підрайоні автором виділені два типи зсувних систем [4]. Особливості розвитку зсувної системи залежать від геологічної будови берегового схилу. При наявності повного геологічного розрізу і достатній потужності (більш 10.5 м) лесової товщі формується зсувна система першого типу (ділянки І-а, Рис.2). Для неї характерна циркоподібна форма в плані. Основою зсувів у першій і другій зонах служать бурі або верхня частина товщі строкатих глин. Глибина площини ковзання для структурних зсувів видавлювання становить 20-25 м, У нижній частині зсувної системи переважають зсуви пластичного типу (потужністю 3-5 м), по глинах київської світи і глинистих алевритах обухівської світи. Формування системи починається з першої зони, потім зміщення охоплюють другу, третю і четверту зони. Морфологічно зсуви являють собою циркоподібні зниження, розділені міжзсувними мисами [5]. На схилі, як правило, виражені всі чотири зони зміщень.

Рис.2 .Карта-схема поширення зсувних систем у Київському підрайоні.

1 – ділянки розповсюдження зсувних систем першого типу (I - a), 2 – ділянки розповсюдження зсувних систем другого типу (I - б), 3 – границя підрайонів.

зсувна система другого типу морфологічно представлена фронтальним зсувом, механізм якого визначається як ковзання по глинах київської світи палеогену й алевритам обухівської світи. Вона формується на ділянках із незначною потужністю лесових відкладів (до 10.5 м), чи в місцях відсутності бурих і строкатих глин, тому зсуви у верхній частині схилу не виникають (ділянки І-б, Рис.2). На схилі відсутня друга зона (акумуляції). Первинний зсув охоплює весь схил, його глибина складає приблизно 40 м. Розвиток системи продовжується за рахунок пластичних зсувів, що формуються на поверхні зміщеного блоку.

ОсобливОСТІ РОЗВИТКУ І ДИНАМІКА ЗСУВНого ПРОЦЕСу на БЕРЕГОВИХ схилах Канівського водосховища.

Розвиток зсувного процесу в Київському підрайоні

У Київському підрайоні зсуви розвинуті у відкладах палеогену, неогену і четвертинного віку, що залягають горизонтально. Динаміка розвитку характеризується декількома циклами активізації. Цикл визначався як стабільне зростання активності процесу після її стабільного згасання. У результаті досліджень установлені дві моделі розвитку зсувних систем Київського підрайону (Додаток 1,2). Для першого типу зсувних систем, спостерігалися три цикли активізації (Ємельянова, 1972) зі стадіями періодичної активності (Рис.3).

Рис. 3. Цикли розвитку зсувної системи першого типу (Халеп’я – Гребені).

Процес зміщення повторювався багаторазово при відносно невеликих обсягах мас, що зміщуються, і незначній зміні конфігурації схилів. Потужність зміщення кожного наступного зсуву незначно відрізнялася від потужності першого. Максимальна активність була відзначена в 1968, 1977 і 1991 рр. В інші роки зсувні системи знаходилися в стадії періодичної активності.

Для структурних і структурно-пластичних типів зсувного процесу після першого зсуву настає стадія періодичної активності. Вивчення графіків режимних спостережень дозволило установити, що для другого типу зсувних систем було характерно два цикли активізації зі стадіями тимчасової стабілізації (Рис. 4).

Рис.4. Цикли розвитку зсувної системи другого типу Ржищів-Б.Щучинка.

значний за обсягом початковий зсув викликає виположення схилу з формуванням профілю рівноваги, що порушується при збільшенні водонасичення зсувних накопичень на схилі. Після першого зсуву починається стадія тимчасової стабілізації, потім накопичення і перезволоження схилових відкладів призводить до поновлення пластичних зсувів, максимальна активність яких спостерігалася у 1972 р. У наступні роки для другого типу зсувних систем була характерна тимчасова стабілізація, порушена в 1977 р. через початок абразійного розмиву нижньої частини зсувів. При цьому знову відновився профіль рівноваги схилу і зсуви припинилися до 1980 р., коли атмосферні опади викликали їхнє поновлення. Стадія періодичної активності зсувів, продовжується завдяки постійному абразійному розмиву нижньої частини схилу і залежить від його інтенсивності. Судячи зі зменшення площі зон активізації, у 90-і роки інтенсивність розмиву падає, тому стадія періодичної активності буде продовжуватися до падіння потужності поверхневих відкладів нижче мінімальної критичної, а саме 1,5-2,0 м.

Розвиток зсувного процесу в Канівському підрайоні

зсувні процеси в Канівському підрайоні зустрічаються в основному в ярах і їх динаміка пов'язана з динамікою яружних систем. в більшості випадків зсуви розвинуті в піщаних відкладах канівського і бучакського ярусів, що місцями перекриваються лесоподібними суглинками і зміщаються по глинах батського ярусу юрської системи. Це порівняно неглибокі зсуви, їх розвиток залежить від характеру і режиму зволоження порід. Тому стійкість може бути легко порушена при зміні режиму вологості.

Просторовий прогноз розвитку зсувного процесу для території Канівських дислокацій за величиною зсувного потенціалу дозволила установити наступне.

1. На ділянці Монастирьок-Григоровка за рахунок росту Луковицького яру в його північній і західній частинах, Григоровського яру в північній і північно-західній частинах, а також абразії Канівського водосховища існує висока ймовірність ураження зсувними процесами, величина геодинамічного потенціалу становить 0,276 – 0,400 (ділянки ІІ - в) .

2. На ділянці Трактемирів-Монастирьок, за рахунок росту Південно-Трактемирівської системи ярів у її східній і південно-східній частині, а також на береговому схилі, що максимально підданий дії абразії існує середня ймовірність ураження зсувними процесами, величина геодинамічного потенціалу становить 0,152 – 0,276 (ділянки II-б).

3. На ділянці Бучак – Канів існує низька ймовірність ураження зсувними процесами,