Общие понятия мониторинга геологической среды

Понятие геологическая среда (ГС) было предложено Е.М. Сергеевым в 1979 году. При этом под ГС понималась верхняя часть литосферы, как многокомпонентной динамической системы, находящейся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и в известной степени определяющей эту деятельность. К компонентам ГС были отнесены почвы, породные образования и подземные воды верхней части земной коры. Верхняя граница определяется земной поверхностью (рельефом), нижняя часть ограничена глубиной техногенного проникновения. В состав ГС не входит атмосферный воздух, поверхностные воды и биота. В этом смысле ГС является приповерхностной частью гидролитосферы – верхней водно-каменной подоболочки литосферы, ограниченной глубиной проникновения гравитационных вод.

Геологическая среда одновременно входит в сферу исследовательских интересов экологии и геологии, является объектом исследования новой науки экологической геологии. В данном случае ГС рассматривается как часть окружающей среды. В ряде случаев из состава ГС исключаются почвы, имея в виду специфику их образования и роль в экосистеме. Так или иначе, понятие ГС имеет в этих трактовках исключительно инженерно-геологический смысл, хотя в последнее время широко используется в экологической литературе.

Формирование и развитие геологической среды обусловлено техногенезом, то есть взаимодействием ее компонентов с элементами техносферы. Понятия техногенеза и техносферы обоснованы и введены А.Е. Ферсманом. При этом техносфера – часть биосферы, созданная человеком искусственная среда обитания. Она представляет собой материальную часть общественной системы – социосферы, взаимодействующую с природными системами. Вся производственно-хозяйственная деятельность человека образует техносферу, состоящую из различных подсистем, промышленных, сельскохозяйственных, жилищно-коммунальных и пр., связанных между собой и компонентами природной среды сложными процессами с целью создания наиболее благоприятных условий обитания людей. Под техногенезом понимаются геохимические аспекты деятельности человека, то есть техногенная дифференциация вещества в пределах поверхностной и приповерхностной части земли, по сути, являющейся геологической средой.

Если техносфера может лишь отчасти пространственно сопрягаться с геологической средой, то техногенез определяет ее развитие в полном объеме. То есть геологическая среда формируется под воздействием техносферы в процессе дифференциации вещества земли вовлеченного в техногенный цикл человеком. Эта позиция придает понятию ГС экологический, точнее эколого-геохимический смысл, который несколько выходит за рамки инженерно-геологического понятия, рассматривающего геологическую среду в качестве основания для строительства зданий и сооружений. Очевидно, задачи экологической геологии, предметом исследования которой является ГС, в настоящее время значительно расширились, особенно, в процессе исследования техногенного загрязнения ее компонентов. В ряде случаев экологическая задача по исследованию процессов загрязнения природной среды приобретает инженерно-геологический аспект при изучении влияния техногенной дифференциации вещества на устойчивость и несущие способности пород. В большинстве случаев без изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий невозможно определить степень, характер и динамику загрязнения ГС в целом и ее компонентов в частности. В конечном итоге техногенез, как процесс дифференциации вещества земли под влиянием человеческой деятельности, сопровождается образованием в геологической среде специфических ранее неизвестных минералов, пород, имеющих определенную геохимическую специализацию. Формирование данных пород и минералов происходит под влиянием известных в геологии факторов и процессов, в результате выветривания, воздушной и водной миграции, переотложения и аккумуляции вещества, диагенеза осадков. Номенклатура данных пород еще слабо разработана. Все техногенные отложения, сформированные механически, именуются насыпными грунтами, различаются гранулометрически и вещественно, например, шлаки, отвальная порода, бытовые отходы, строительный мусор и т.п.

Исходя из этого, объектами мониторинга геологической среды являются территории проявления землетрясений, вулканизма и гидротермальной деятельности, уровень и состав океанов, морей, озер и рек, ледники южного и северного полярного круга и горные ледники, геодинамические активные зоны, негативные геологические процессы (эрозия, оползни, обвалы, проседание и подтопление территорий, карстообразование), почвы, подземные воды, грунты зоны аэрации и водовмещающие породы, месторождения полезных ископаемых, территории их разработки, различные накопители отходов, промышленные предприятия, селитебные территории. Все объекты и связанные с ними явления можно разделить на три группы: природные, техногенные и природно-тезногенные.

Первая группа самая многочисленная и разнообразная ее можно разделить на явления катастрофического и просто негативного характера. Катастрофы связанны с быстрыми изменениями в геологической среде: землетрясения, вулканические извержения, селевые потоки, обвалы, наводнения, сход снежных лавин. Негативные геологические явления связаны с достаточно медленными процессами, постепенно изменяющими элементы геологической среды: ветровая и водная эрозии, абразия морских побережий, подтопление территорий, развитие оползней, проседание земной поверхности. Исторически эти явления и процессы были предметом изучения инженерной геологии и гидрогеологии.

Техногенные объекты также многочисленны и разнообразны, они связаны с производственной и бытовой деятельностью населения: различные промышленные предприятия, накопители отходов, территории горных разработок (подработанные территории), ядерные объекты, гидротехнические сооружения, сельскохозяйственные угодья, селитебные территории, дачно-огородные участки и места массового отдыха. Здесь также могут проявляться катастрофические и негативные явления и процессы. Катастрофические процессы связаны с безответственной деятельностью людей: испытания ядерного, термоядерного, химического, бактериологического и прочего оружия массового уничтожения; лесные пожары, сбросы и выбросы ядохимикатов. В основном с деятельностью людей связаны постепенные негативные процессы, в результате которых облик планеты меняется. Люди перестраивают под себя инфраструктуру земной поверхности, создают наиболее благоприятные условия обитания. Контроль всех этих явлений и процессов осуществляет новая наука экология.

Природно-техногенные объекты мониторинга геологической среды появляются тогда, когда деятельность людей приводит к активизации природных процессов. Например, повышенная ветровая и водная эрозии сельхозугодий, активизация зон разломов, оползней, подтопление и проседание территорий. Контроль этих объектов осуществляется в основном методами инженерной геологии и гидрогеологии, адаптированных под экологические проблемы.

Поэтому для решения мониторинговых задач в большинстве случаев необходимо знание методов инженерной геологии и гидрогеологии. Существующая нормативно-методическая база разработана для изыскательских работ под строительство зданий и сооружений. Однако существуют методы и методики контроля и прогноза негативных геологических процессов и явлений.

Инженерно-геологический мониторинг проводится в связи с проявлениями на определенных территориях неблагоприятных геологических процессов и явлений, вызванных природными или техногенными факторами.

Опасные геологические процессы активизируются техногенной деятельностью, особенно в районах сооружения крупных техногенных объектов.

Изменения геологической среды происходят постоянно. Они связаны с внутренними - эндогенными и внешними - экзогенными процессами.

Современный уровень топогеодезической и инженерно-геологической изученности позволяет выделять различные по масштабам территории с развитием опасных геологических явлений. Мониторинг этих территорий необходим для контроля скорости развития этих процессов, для разработки мероприятий по ее снижению или предотвращению. Для эффективной борьбы с негативными геологическими явлениями необходимо достоверно определить причину и факторы их развития, область распространения.

Для мониторинга этих процессов используется комплекс методов. Существуют прямые инженерно-геологические методы и косвенные вспомогательные методы.

Инженерно-геологические методы позволяют изучить свойства и характер грунтов в их естественном залегании. Инженерно-геологическая рекогносцировка или маршруты проводятся на первой стадии изысканий с использованием топоосновы, аэро-космоснимков поверхности. В процессе рекогносцировки на карту выносятся участки развития негативных явлений, которые изучаются более детально. Делается описание и зарисовки (фотографии), намечаются участки и места детального изучения при помощи бурения разведочных скважин, проходки канав, шурфов. Бурение производится по возможности с полным выходом керна, который тщательно документируется. В процессе бурения отбираются пробы грунтов нарушенной и ненарушенной структуры (монолиты). Пробы несвязанных грунтов исследуются в лабораторных условиях на комплекс физико-механических показателей, характеризующих устойчивость грунтов. Глубина инженерно-геологических скважин должна обеспечивать вскрытие первого от поверхности водоносного горизонта, так как характер уровенной поверхности зависит от инженерно-геологических условий территории, динамика ее изменения отражает процессы изменения геологических условий. Дополнительной важной информацией служат фильтрационные свойства грунтов, которые изучаются в полевых условиях при проведении опытно-фильтрационных работ.

Прямые инженерно-геологические методы являются дорогостоящими и применяются в основном при детальном изучении негативных явлений для определения причин их проявления и разработки мероприятий, предотвращающих их катастрофическое развитие.

Косвенными или вспомогательными методами являются аэрокосмические, топогеодезические, геофизические и геохимические методы. Они являются менее дорогостоящими и менее информативными в отношении причин возникновения негативных явлений, однако позволяют отслеживать динамику их развития и проводить мониторинг.

Методика мониторинга опасных геологических явлений вписывается в общую схему, включающую период организации мониторинга и период проведения регулярного мониторинга, которая изложена ранее.

Результатом изысканий являются оценка степени опасности негативного процесса или явления и рекомендации по его уменьшению или ликвидации. В качестве основного мероприятия рассматривается мониторинг развития негативного геологического процесса. На основе результатов изысканий выбираются рациональный комплекс методов мониторинга и места контроля, позволяющие получать полную достоверную информацию о развитии контролируемого процесса, как до, так и после реализации защитных или восстановительных мероприятий.

Дата добавления: 2014-01-11