Влияние геологического строения территории на распределение карстовых форм (на примере территории г. Кунгура) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Катаев В. Н., Щербаков С. В., Золотарев Д. Р., Лихая О. М., Ковалева Т. Г.

Представлены результаты карстологического анализа, включающего комплекс оценочных мероприятий, основанный на выявлении особенностей геологического строения исследуемой территории. Приведены морфологические и морфометрические характеристики поверхностных и подземных карстовых форм. На количественном уровне представлены закономерности пространственного распределения форм карста . Определен комплекс прогнозных показателей пространственного распределения карстовых деформационных форм на поверхности и внутри закарстованного массива.

Текст научной работы на тему «Влияние геологического строения территории на распределение карстовых форм (на примере территории г. Кунгура)»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2009 Геология Вып. 11 (37)

Влияние геологического строения территории на распределение карстовых форм (на примере территории г. Кунгура)

В.Н. Катаев, С.В. Щербаков, Д.Р. Золотарев, О.М. Лихая, Т.Г. Ковалева

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15, Email: ka-taev@psu.ru

Представлены результаты карстологического анализа, включающего комплекс оценочных мероприятий, основанный на выявлении особенностей геологического строения исследуемой территории. Приведены морфологические и морфометрические характеристики поверхностных и подземных карстовых форм. На количественном уровне представлены закономерности пространственного распределения форм карста. Определен комплекс прогнозных показателей пространственного распределения карстовых деформационных форм на поверхности и внутри закарсто-ванного массива.

Ключевые слова: карст; полости; провалы; воронки; геологическое строение.

Карст и процессы, связанные с ним, закономерности пространственного распределения форм карста целенаправленно, в зависимости от решаемых инженерногеологических задач, изучаются отечественными специалистами с начала ХХ в. Применительно к карстологическим исследованиям за этот период разработана достаточно обширная методическая база. К настоящему времени к практическому использованию рекомендовано большое количество всевозможных способов оценки и прогнозирования карстовой активности на различных масштабных уровнях, причем основанных не только на установленных закономерностях пространственного проявления карста на поверхности земли. Так, например, разработаны методики изучения динамики изменения во времени форм и параметров отдельных карстовых полостей вплоть до формирования провалов на поверхности земли [9], определения прогнозного диаметра провала под сооружением [15, 16]. Разработано достаточно много способов оценки опасности карста на различных территориальных уровнях от городских территорий [2, 13, 16, 21] до территорий регионов [10]. Определено параметри-

ческое влияние подземного потока (ионный состав подземных вод, их скорость и характер движения), влияние структурногеологических особенностей растворимых пород на характер развития карстового процесса, а именно на скорость растворения [16]. Разработаны способы количественного выражения процесса растворения и его прогнозирования. Одно из последних обобщений современных методических подходов к оценке карстоопасности изложено в 2002 г. в 3 томе 6-томного монографического издания Российской академии наук «Природные опасности России» [22].

Некоторые методы оценки устойчивости закарстованных территорий и оценки параметров карстовых форм вошли в действующие нормативные документы как общероссийского [14], так и территориального [17,

18, 19, 20] назначения, отмечены в различных руководствах и рекомендациях [11, 12].

По всем действующим нормативным документам общероссийского или регионального значения карстовый процесс и его активность рекомендуется оценивать лишь по отдельным признакам или некоторой их совокупности, на основе предварительного районирования территории. Данный подход рационален и наименее трудоемок, достаточно информативен применительно к решению

вопросов устойчивости той или иной территории. Но в то же время данный подход не позволяет в полной мере получать информацию о характере и направленности развития карстового процесса в целях построения прогнозной территориальной модели. В связи с этим многие ученые и исследователи в области карста и связанных с ним процессов предлагают изучать его комплексно и системно. При этом рекомендуется особое внимание уделять таким системам, как геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая, гидрологическая, геоботаническая и др. Все перечисленные системы взаимосвязаны друг с другом и вкупе оказывают влияние на ход карстовых процессов на той или иной территории, в связи с чем, должны рассматриваться совместно [5, 6, 7].

Отдельно стоит сказать о том, что достаточно полная методика типизации закарсто-ванных территорий по категориям устойчивости разработана, закреплена и действует на территории Республики Башкортостан [17]. В данной схеме предлагается большое число учитываемых признаков, количество которых наращивается от одной стадии проектирования к другой. К отрицательным моментам этой методики можно отнести невыдержанность терминологии, неопределенность выбора признаков для выделения категорий устойчивости и «перекрытие» критериев для определения категорий устойчивости. Кроме того, часть признаков оценивается количественно, часть - качественно, поэтому процесс суммирования оценок может вызвать определенные затруднения. Несмотря на отмеченные недостатки, методика оценки закарсто-ванности, приведенная в данном документе (ТСН 302-50-95 РБ), является одной из лучших в России.

1. Геологическое строение территории

Анализ результатов инженерногеологических изысканий, гидрогеологических и специальных карстологических исследований, проведенных в пределах территории города до глубин 100 и более м, свидетельствует о том, что коренные породы в стратиграфическом отношении представлены толщами пермской системы, практически повсеместно перекрытыми рыхлыми четвертичными отложениями различного генезиса, а также неоген-четвертичными карстово-обвальными отложениями различной степени цементации.

Пермская система представлена нижним отделом - породами артинского и кунгурско-го ярусов. Окремнелые и органогенные известняки артинского яруса залегают на глубинах более 100 м и в пределах территории города на поверхность не выходят. Кунгур-ский ярус представлен филипповским и ирен-ским горизонтами. Известняки и доломиты филипповского горизонта являются «основанием» геологического разреза активно кар-стующейся толщи и на большей части территории распространены под четвертичными, неоген-четвертичными или иренскими отложениями. Породы горизонта выходят на поверхность или залегают близко от неё в восточной части городской территории. Породы иренского горизонта распространены в центральной и западной частях исследуемой территории и представлены чередованием сульфатных (гипсо-ангидритовых) и карбонатных (известняково-доломитовых) пачек. Сульфатные пачки характеризуются переменной мощностью (25-90 м) и интенсивной закар-стованностью. Мощность карбонатных пачек изменяется от 50 до 80 м, в разрезе они являются относительными водоупорами.

Карстово-обвальные отложения, стратиграфически отнесенные к неоген-четвертичному интервалу, представлены брекчией, состоящей из дресвы, щебня и глыб местных карбонатных и сульфатных пород с включением песчано-глинистого и гравийного материала. Мощность карстово-обвальных отложений весьма изменчива и резко колеблется по простиранию на коротких расстояниях. Максимальная величина мощности (до 4050 м) зафиксирована в пределах водораздельных пространств.

Четвертичные отложения представлены различными генетическими типами. Относительно широко развиты аллювиальноделювиальные отложения, их суглинистые, песчано-глинистые и песчано-гравийно-галечниковые разности. Мощность отложений колеблется от 4-5 до 40 м. Среди них на разной глубине встречаются линзы торфа.

2. Количественная характеристика поверхностных и подземных форм карста

Всего в пределах г. Кунгура и его близлежащих окрестностей по состоянию на 2006 г. зафиксировано 469 провалов, 408 воронок и 509 карстовых полостей.

В пределах городской черты закартирова-но 393 карстовых провала. Третья часть (143 шт.) карстовых провалов на застроенной территории г. Кунгура приурочена к третьей надпойменной террасе р. Сылвы. Детальное описание имеется у 374 провалов. Поперечные размеры карстовых провалов изменяются в пределах от 0.1 до 20.0 м, но большая часть провалов характеризуется поперечниками, близкими к 5.0 м (249 шт.). Глубина провалов изменяется от первых десятков сантиметров до 13 м. Большинство карстовых провалов имеет глубину не более 1 м (184 шт.). Морфология провалов разнообразна. В основном встречаются провалы мешкообразной, цилиндрической, чашеобразной и воронкообразной форм. В верхней части геологического разреза в пределах участков локализации провальных форм фигурируют суглинки, крупнообломочные отложения часто карбонатных пород (щебень, галька) и насыпные грунты.

На территории города зафиксировано 408 карстовых воронок. Абсолютное большинство воронок распространено в пределах высоких террас (359 шт.). Площадь воронок изменяется в пределах от 11.5 м2 до 999.99 м2 и в среднем составляет 239.5 м2. Суммарная площадь, занятая воронками на территории г. Кунгура, составляет 97731.0 м2. Площадной коэффициент закарстованности составляет 0.14%. Наиболее крупные воронки приурочены к высоким террасам р. Сылвы. Всего на территории города отмечено 801 шт. поверхностных форм карста.

Среди подземных карстовых форм широко распространены полости. Всего на территории города по результатам бурения зафиксировано 508 карстовых полостей, из них 369 заполнены различными терригенными отложениями, 139 - без грунтового заполнителя. Большинство (479 шт.) полостей образовано в карбонатно-сульфатных породах кунгурского яруса иренского горизонта нижней перми. Три полости сформировались в карбонатных отложениях филипповского горизонта. 235 полостей вскрыто скважинами, расположенными в пределах высоких террас р. Сылвы. Морфометрические параметры (вертикальные размеры) встреченных подземных полостей изменяются от 0.1 до 17.8 м при средней величине 2.2 м. 170 карстовых пустот имеют размеры по вертикали менее 1.0 м. Бурением вскрыто 12 полостей с размером по вертикали более 10 м. Глубина вскрытия полостей изме-

няется от 10.0 до 88.2 м (средняя 34.3 м). Преобладающее количество карстовых полостей находится в интервале глубин 20.0-40.0 м (326 шт.). Абсолютные отметки, на которых зафиксировано большинство полостей (385 шт.), колеблются от 110.0 до 150.0 м. В целом, с глубиной количество карстовых полостей убывает.

При сравнении данных о приуроченности вскрытых подземных полостей к определенным геоморфологическим элементам и стратиграфическим подразделениям с теми же данными по карстовым провалам выявлено, что их распределения идентичны. Таким образом, на территории г. Кунгура площади распространения подземной и поверхностной закарстованности совпадают, поэтому при оценке карстоопасности и устойчивости территории их необходимо учитывать комплексно.

3. Методические аспекты карстологического анализа

Практика показывает, что для карстологической оценки урбанизированных территорий наиболее эффективно сочетание методов специализированного картографирования (картографического моделирования) с последующим выявлением закономерностей пространственного соотношения форм карста и особенностей геологического, структурнотектонического, гидрогеологического, геоморфологического строения территории; методов математической статистики (обработка числовых параметров), включая графическое моделирование - построение диаграмм и статистических таблиц, двухмерный корреляционный анализ и однофакторный дисперсионный анализ; методов концептуального моделирования.

Условия залегания пород, а именно пространственное сочетание растворимых и нерастворимых слоев, является одним из геологических критериев карстологической оценки. Анализ строения массивов, содержащих закарстованные толщи горных пород, позволяет выделить в их составе типичные литологические комплексы, пространственное сочетание которых, абсолютные отметки залегания кровли и мощности часто определяет характер развития карста, его морфологические особенности, распределение поверхностных и подземных форм, а в конечном итоге степень устойчивости территории. Такой анализ

проводится на основе картографического моделирования - построения тематических карт, а также трехмерных моделей, отражающих сочетание того или иного показателя (или группы показателей) с имеющимися карстопроявлениями.

Традиционный анализ строения массива через построение двухмерных карт пространственного изменения отдельных составляющих его элементов является эффективным средством при карстологической оценке территории. В то же время наиболее точное и наглядное представление о характере подземного рельефа дает трехмерная модель. Данная модель позволяет не только проследить особенности подземного строения той или иной толщи, но и выявить закономерности пространственной локализации (группировки) подземных карстовых форм, участков повышенной раздробленности коренных пород, наглядно оценить их относительные параметры и т.д. Неоспоримым преимуществом трехмерного моделирования является использование функциональной возможности отображения сразу нескольких поверхностей со свойственной им высотной привязкой и, как следствие, возможность проведения комплексного анализа имеющихся данных. Следует отдельно отметить, что построение адекватных 3Б моделей осуществляется на базе двухмерных карт.

Главной целью графического моделирования является установление закономерностей количественного распределения карстовых форм в зависимости от их принадлежности к участкам с различными параметрами геологического строения. Также по диаграммам распределения устанавливается так называемый «феномен средних значений», выявленный нами ранее [3]. Суть данного явления заключается в том, что наибольшее количество карстовых форм, а вместе с тем и наибольшая активность карстового процесса, тяготеет к территориям со средними значениями показателей физико-механических, водно-физических и иных свойств карстую-щейся толщи, например интенсивности трещиноватости или раздробленности данной толщи.

Двухмерный корреляционный анализ использовался для выявления тесноты связи между площадным распространением территорий с тем или иным геологическим строением (свойство х) и сочетанием в их пределах карстовых форм (свойство у). Для этого рас-

считывался коэффициент линейной корреляции г:

где, п - количество измерений свойств х и у; х и у - средние значения обеих случайных величин; ох и оу - их среднеквадратические отклонения.

По значению коэффициента корреляции определялась теснота связи с использованием следующей шкалы: 1) очень слабая связь - г < 0.25; 2) слабая связь - 0.25 < г < 0.5; 3) тесная связь - 0.5 < г < 0.7; 4) очень тесная связь - г > 0.7. Аналогичные отрицательные значения коэффициента линейной корреляции свидетельствуют об обратном характере связи, при этом теснота ее остается такой же.

Изучение подобной зависимости обосновано, прежде всего, известным свойством поверхностных карстовых форм объединяться в карстовые поля - скопления провалов и воронок в пределах ограниченной по площади территории. Однотипность условий в пределах таких полей в теории должна выражаться отрицательным характером связи, но при практическом изучении может подтверждаться также отсутствием связи, ввиду влияния крайних значений обеих величин.

Однофакторный дисперсионный анализ использовался для выявления влияния фактора геолого-структурного строения толщи на карстовую активность, выражаемую количеством карстовых форм. При этом в расчетах использовался критерий Фишера (на котором, собственно, и основан дисперсионный анализ), а его наблюдаемое значение Рнабл вычислялось по следующей формуле:

где о'2 - факторная дисперсия, - остаточная дисперсия, вызванная случайным разбросом данных изучаемого свойства.

Наблюдаемое значение сравнивалось с теоретическим Етеор, которое определялось по соответствующим таблицам распределения Фишера при доверительной вероятности 0.95. Когда Рнабл > Етеор, влияние изучаемой особенности геолого-структурного строения на карстовый процесс считается установленным. В противном же случае, если условие не выполняется, данное влияние исключается.

Расчет с использованием дисперсионного анализа применялся с учетом всех карстовых форм - как поверхностных, так и подземных. Такой подход заранее формирует определенную ошибку, так как провалы, воронки и полости хотя и являются объектами одного порядка и природы, но при этом находятся на разных временных стадиях своего развития и имеют неодинаковую локализацию в пространстве. Поэтому результаты данного анализа должны рассматриваться с определенной степенью доверительности, особенно относительно схожих наблюдаемых и теоретических значений критерия.

4. Типизация территории по сочетанию карстующихся и перекрывающих отложений

По результатам буровых работ на территории г. Кунгура, выделено 7 типов сочетания карстующихся и перекрывающих отложений различного состава и генезиса (рис. 1):

тип I - сульфатные отложения иренского горизонта выходят на поверхность или перекрыты маломощным почвенным слоем;

тип II - карбонатные отложения филип-повского горизонта перекрыты четвертичными аллювиально-делювиальными отложениями;

тип III - сульфатные отложения иренского горизонта перекрыты четвертичными аллювиально-делювиальными отложениями;

тип IV - переслаивающиеся сульфатнокарбонатные отложения иренского горизонта перекрыты четвертичными аллювиальноделювиальными отложениями;

тип V - переслаивающиеся сульфатнокарбонатные отложения иренского горизонта перекрыты обвально-карстовыми отложениями неоген-четвертичного возраста, которые, в свою очередь, покрыты четвертичными аллювиально-делювиальными отложениями;

тип VI - карбонатные отложения филип-повского горизонта перекрыты обвальнокарстовыми отложениями неоген-

четвертичного возраста, которые, в свою очередь, покрыты четвертичными аллювиальноделювиальными отложениями;

тип VII - сульфатные отложения иренско-го горизонта перекрыты обвально-

карстовыми отложениями неоген-

четвертичного возраста, которые, в свою очередь, покрыты четвертичными аллювиальноделювиальными отложениями.

Рис. 1. Типы геологического разреза, выделенные на территории г. Кунгура: 1 - аллювиально-делювиальные отложения четвертичного возраста; 2 - обвально-карстовые отложения неоген-четвертичного возраста; 3 - сульфатные отложения иренского горизонта; 4 -сульфатно-карбонатные отложения иренско-го горизонта; 5 - карбонатные отложения филипповского горизонта

Распределение типов разреза в пределах анализируемой территории представлено на рис. 2.

Южное окончание городской территории практически не исследовано буровыми работами, а вследствие этого точное строение этой части и соответствующие типы разреза на период подготовки данной публикации, не установлены. На рис. 2 данная часть территории обозначена символом «нет данных».

Почти все поверхностные карстовые формы образовались на территориях, относящихся к V типу геологического разреза. Здесь зафиксировано 318 провалов и 336 воронок. Подземные карстовые полости также получили максимальное распространение (416 шт.) в растворимых пластах с V типом пространственного сочетания. Менее значимый максимум встречаемости полостей приурочен к участкам с VII типом геологического разреза

- 56 шт. Следует сказать, что к участкам этого же типа приурочено 35 провалов. В пределах территорий, сложенных по I, II и III типу геологического разреза, подземные карстовые полости не зафиксированы, а провалы и воронки представлены единичными экземплярами.

Рис. 2. Карта распространения типов геологического разреза и карстовых форм на территории г. Кунгура

На территории, сложенной в геологическом отношении по VI типу, зафиксировано 22 провала. Карстовые деформации в пределах территории данного типа приурочены в основном к прибровочной зоне высокого правого берега р. Сылвы, на границе с территориями, сложенными по V типу геологического разреза. Подземные полости в пределах территорий данного типа не выявлены.

Корреляционные связи между площадями территорий, характеризующимися теми или иными типами разрезов и развитыми в их пределах карстовыми формами весьма тесные. Для провалов и воронок коэффициент линейной корреляции примерно одинаков и

равен соответственно 0.94 и 0.93, для карстовых полостей несколько меньше - 0.91.

Критерий Фишера четко выдерживается (94.13 против 2.85), что свидетельствует о влиянии типа сочетания карстующихся и перекрывающих отложений в геологическом разрезе на плотность карстопроявлений в пределах территории распространения данного типа.

Характеристика каждого из выделенных типов разреза по занимаемой площади и по плотности карстопроявлений, локализованных в их пределах, приведена в табл. 1. Данные о распределении провалов, воронок и полостей по типам разреза приведены на рис. 2,

Таблица 1. Распределение типов разреза по площади и плотности карстопроявлений

Тип геологического разреза Площадь Плотность провалов, шт./км2 Плотность воронок, шт./км2 Плотность полостей, шт./км2 Суммарная плотность всех карстопроявлений, шт./км2

I 0.23 0.60 30.43 65.22 - 95.65

III 0.02 0.05 - - 100.00 100.00

IV 1.29 3.38 7.75 26.36 24.81 58.91

V 24.31 63.74 13.08 13.82 17.11 44.01

VI 9.55 25.04 2.30 1.47 0.21 3.98

VII 1.60 4.20 21.88 1.25 35.00 58.13

Тип геологического разреза

Рис. 3. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с определенным типом геологического разреза

5. Анализ мощностей литолого-стратиграфических элементов геологического разреза в целях карстологической оценки территории

Толща пород иренского горизонта является основным элементом геологического разреза, к которому приурочена большая часть интервала активного развития подземных (полостных) форм карста. Мощность толщи изменчива и на большей части территории города не превышает 5 м или вовсе отсутствует. Территории со сравнительно небольшой мощностью сульфатно-карбонатных отложений иренского возраста развиты на севере центральной части г. Кунгура по правому берегу р. Сылвы и в полосе меридионального простирания в восточной части территории города. Отдельные участки с небольшими мощностями сульфатно-карбонатной толщи (10-20 м) выявлены в Заиренском районе. Мощность толщи увеличивается до 40-55 м и более к периферийным частям исследуемой территории, к ее западной и южной окраинам. При анализе изменения мощности толщи и соответствующих изменений зафиксированной интенсивности карстопроявлений следует учитывать литологическую неоднородность отложений - наличие в разрезе трех сульфатных и двух карбонатных пачек. Эта литологическая особенность толщи определяет не только гидрогеологическую специфику развития подземной закарстованности, но и прочностные, физико-механические свойства массива, контролирующие механизм провалооб-

разования и особенности площадного распределения деформационных форм на поверхности массива и в грунтовых основаниях инженерных сооружений.

В распределении полостей относительно мощности иренской толщи в целом выявлена следующая зависимость: преобладающая

часть встреченных при бурении полостей (324 шт.) приурочена к интервалу мощностей от 30 до 45 м; по мере уменьшения мощности толщи от 30 м до 5 м и менее выявлено пропорциональное уменьшение количества встреченных полостей (97 шт. на соответствующих площадях), а при увеличении мощности от 45 до 55 м и более количество встреченных при бурении полостей резко уменьшается (рис. 4).

Распределение провалов также контролируется мощностью толщи. Максимальное количество провалов наблюдается в интервале мощностей от 25 до 45 м (247 шт.). «Пиковое» значение характерно для интервала мощностей 40-45 м (111 шт.). Аналогично тенденции распределения полостей количество провалов уменьшается как на участках с меньшей мощностью толщи (менее 25 м), так и при увеличении мощности иренских отложений (более 45 м). Так, на территориях с мощностью карбонатно-сульфатных отложений более 50 м зафиксировано всего два провала. Следует отметить, что при увеличении мощности толщи свыше 45 м количество провалов уменьшается резко в отличие от плавной тенденции уменьшения количества провалов при уменьшении мощности толщи иренских отложений.

<5 5-10 10-15 15-20 20-25 25-30 30-35 35-40 40-45 45-50 50-55 >55

Мощность карбонатно-сульфатных отложений иренского горизонта, м

Рис. 4. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различной мощностью пород иренского горизонта

Похожая картина обнаруживается и в распределении воронок, за тем исключением, что наблюдающаяся в распределении провалов неоднородность здесь проявляется не столь заметно. В данном случае интервал мощностей максимальной встречаемости воронок несколько сужен и совпадает с интервалом мощностей от 40 до 45 м (123 шт.). По обе стороны от этого пика значений происходит резкое снижение частоты встречаемости форм деформации земной поверхности.

Учитывая упомянутую специфику строения иренской сульфатно-карбонатной толщи, а именно наличие в разрезе трех сульфатных и двух карбонатных пачек, анализ мощностей в отношении оптимизации условий карстооб-разования, помимо общего анализа толщи, следует проводить и применительно к пространственному распространению каждой пачки в отдельности. Вместе с тем, учитывая степень сохранности каждой из пачек, в данном случае применительно к территории г. Кунгура, анализ влияния мощности нево-линской карбонатной пачки на процесс формирования подземных и поверхностных форм карста является превалирующим.

Породы, слагающие неволинскую (Р1к£2пеУ) карбонатную пачку, представлены оолитовыми доломитами, известняками и сильно загипсованными глинами в прикро-вельной и приподошвенной частях пачки.

Большая часть застроенной территории г. Кунгура (26.12 км2) характеризуется отсутствием неволинской пачки в иренском гори-

зонте. В геологическом разрезе карбонатные отложения неволинской пачки установлены в междуречье рек Сылвы и Ирени. Здесь мощность пачки изменяется от 5 до 10 м и увеличивается до 15 м к северо-западу и до 40 м и более к юго-западу. Фрагменты пачки мощностью до 15 м установлены бурением в пределах западной и северной периферий городской территории.

Оптимальные условия для провалообразо-вания созданы в пределах участков, где мощность неволинской пачки изменяется от 3 до 5 м. На участках, где мощность карбонатной пачки варьирует от 5 до 15 м, провалы единичны, а при мощности больше 15 м провальные формы и вовсе не встречены.

Аналогичный тренд наблюдается и в отношении распространения воронок и полостей. Воронки наиболее широко развиты в пределах участков, где карбонатная неволин-ская пачка, перекрывающая сульфаты ледя-нопещерской пачки, отсутствует. В распределении воронок встречается локальный минимум, приуроченный к территориям с мощностью пачки до 5 м. Необходимо отметить, что к таким участкам приурочен локальный максимум встреченных полостей, численно снижающийся по мере увеличения мощности пачки. Максимальное количество воронок закартировано на участках, где мощность пачки изменяется от 5 до 10 м. На участках, где мощность неволинской пачки превышает 15 м, воронки и полости не зафиксированы.

Мощность неволинской карбонатной пачки иренского горизонта, м

Рис. 5. Частота встречаемости карстовых форм в пределах территорий с различной мощностью неволинской карбонатной пачки

В целом можно отметить логнормальный характер распределения провалов, воронок и полостей относительно мощности неволинской карбонатной пачки. Отдельно следует сказать об очень тесной корреляционной связи между площадями территорий с определенной мощностью неволинских карбонатов, поверхностных и подземных карстовых форм. Коэффициенты корреляции для провалов и полостей равны единице, для воронок - 0.95. Неволинская пачка, ее мощность в разрезе, без сомнения, является весомым фактором развития карстовых форм, о чем свидетельствуют результаты дисперсионного анализа (45.42>2.39).

Данные о распределении провалов, воронок и полостей относительно мощности карбонатной неволинской пачки иренского горизонта приведены на рис. 5.

Коренные карстующиеся породы раннепермского возраста практически повсеместно покрыты толщей карстово-обвальных и (или) аллювиально-делювиальных отложений.

Карстово-обвальные отложения, стратиграфически отнесенные к неоген-четвертичному возрасту, представлены уплотненными, сцементированными обломками сульфатного и карбонатного состава широкого фракционного спектра (от дресвы до глыб), часто с примесью песчано-глинистого и гравийного материала в подошве толщи. Особенностью данной толщи является то, что эта покровная толща сама является объектом развития карстового процесса. Часто в пределах толщи при производстве буровых работ фик-

сируются карстовые полости различных размеров, различной степени и характера заполнения.

Практически вся центральная застроенная часть города характеризуется небольшой мощностью неоген-четвертичных отложений, не превышающей 20 м. Здесь участки с повышенной мощностью обвально-карстовых отложений распространены незначительно и локально в междуречье Сылвы и Ирени (2030 м), а также в западной части города, где их мощность в среднем составляет 15-25 м и в северо-западной точке увеличивается до 44 м. Второй минимум мощности обвальнокарстовых отложений приурочен к восточной части города, где в районе Ледяной горы они и вовсе выклиниваются. Небольшой мощностью неоген-четвертичные отложения характеризуются также на юго-западной окраине города, составляя менее 5 м. Мощность неоген-четвертичных образований резко возрастает при движении в юго-восточном направлении, где она достигает 40-45 и более метров, в среднем варьируя от 20 до 30 м.

Распределение как поверхностных, так и подземных карстовых форм по мощности неоген-четвертичных обвально-карстовых отложений носит логарифмический характер. Наибольшая концентрация карстовых форм наблюдается при относительно небольших мощностях обвально-карстовых отложений, в среднем не превышающих 20 м. На участках, характеризующихся этим интервалом мощностей, сосредоточено 373 провала, 297 воронок и 463 полости. Локальный максимум прова-

лов приурочен к территориям с мощностью обвально-карстовых отложений от 10 до 20 м (220 шт.). Максимум воронок характерен для участков, где мощность неоген-четвертичной толщи не превышает 5 м (120 шт.), а максимум карстовых полостей наблюдается в пределах участков с мощностью этой толщи до 15 м (370 шт.).

На участках, где мощность обвальнокарстовой толщи свыше 20 м провалы и полости фиксируются крайне редко. Так, количество карстовых провалов в пределах участков территорий, характеризующихся мощностью неоген-четвертичных образований более 20 м, составляет всего 19 шт., а количество полостей - 45 шт. Несколько более широко в пределах территорий с повышенной мощностью обвально-карстовой толщи распространены карстовые воронки (77 шт.). Следует сказать, что при мощности неоген-четвертичных отложений более 40 м ни провалы, ни воронки не встречаются.

Наиболее широко в плане распространены участки территорий с мощностью обвальнокарстовых отложений до 20 м. Их суммарная площадь составляет 27.21 м2. Коэффициенты корреляции между площадью участков с одинаковыми интервалами мощностей и количеством провалов, воронок и полостей равны соответственно 0.91, 0.89 и 0.99. Как видно из числовых значений коэффициентов, связь между этими параметрами весьма тесная. Помимо тесной связи, мощность неоген-четвертичной толщи - один из важнейших факторов формирования карстопроявлений: наблюдаемое значение критерия Фишера равно 14.42 против 2.39 теоретического.

Данные о распределении провалов, воронок и полостей по мощности неоген-

четвертичных отложений приведены на рис.

Мощность толщи четвертичных аллювиально-делювиальных отложений в пределах территории города практически повсеместно не превышает 15 м. Участки с большими мощностями четвертичных отложений фрагментарно локализованы в центральной части города по правому берегу р. Сылвы (до 40 м), в его западной и восточной частях (до 30 м), а также в южной части территории, где их мощность достигает 35 м.

Большая часть как поверхностных, так и подземных карстовых форм приурочена к интервалу мощностей аллювиально-

делювиальных отложений от 5 до 25 м. Здесь встречается абсолютное большинство провалов (382 шт.), воронок (339 шт.) и полостей (494 шт.). Причем максимальное количество провалов и воронок приурочено к участкам, где мощность четвертичных покровов изменяется от 10 до 15 м, а максимальное количество полостей зафиксировано при мощности отложений от 5 до 10 м. При величине мощности четвертичных отложений, превышающей 25 м, количество карстовых форм резко сокращается до единиц, а при мощности аллювиально-делювиальных образований более 40 м они и вовсе не встречаются (рис. 7).

Между площадями с определенным интервалом мощностей аллювиально-

делювиальных отложений и количеством зафиксированных в их пределах карстовых форм наблюдается тесная корреляционная связь. Коэффициенты корреляции, посчитанные для провалов, воронок и полостей отдельно, составляют 0.88, 0.88 и 0.76 соответственно. Влияние мощности четвертичных отложений на формирование карста подтверждено расчетами (9.09>2.51).

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎