Свойства зон тектонических нарушений (ЗТН) (статья написана для журнала "Жизнь и Безопасность")

1. Зоны тектонического нарушения - как объект, подлежащий выявлению методом ССП

     Геотектоника как наука объединяет огромный массив знаний о тектонических движениях и деформациях. Однако, как оказалось, все эти представления носят чисто гипотетический характер. А те немногие экспериментальные данные, которыми эта наука оперирует, представляют собой не что иное, как результат сейсморазведочных изысканий.
     Так сложилось, что занимаясь последние 30 лет разработкой принципов спектральной акустики и спектральной сейсморазведки, мы пришли к выводу, что традиционная (называемая еще лучевой) сейсморазведка является научным заблуждением. Подобнее об этом - в работах [2, 3]. Но если это так, то получается, что наука о тектонических процессах и нарушениях является полностью гипотетической. Однако несмотря на это, как следует из учебников по геологии и геофизике, практически все геофизические методы претендуют на способность картировать тектонические нарушения. Придуманы различные классификации тектонических нарушений, а также сформировались мнения о том, как влияют тектонические нарушения на возводимые над ними инженерные сооружения. Больше того, мнения эти даже вошли в строительные нормы и правила (СНиПы). В результате, произошло то, что всегда и происходит, когда характеристики явления возникают прежде, чем начинается его фактическое изучение. А именно, полное несоответствие реальных свойств тем, которые были придуманы априорно.
     На самом деле, тектонические нарушения, представляющие собой разного рода трещины либо зоны трещиноватости в кристаллических породах (граниты, гнейсы и т.п.), являющихся фундаментом для осадочного чехла, могут наблюдаться геологами с дневной поверхности только при отсутствии осадочного чехла. Кроме того, визуальный осмотр тектонических нарушений возможен в тех случаях, когда в кристаллических породах существуют подземные выработки. При этом тектоника видна либо при осмотре стенок этих выработок, либо их кровли и почвы. Там, где осадочные породы закрывают собой кристаллический фундамент, однозначно судить о наличии тектонических нарушений до сих пор было невозможно.
     Таким образом, получилось, что метод ССП оказался первым аппаратурным методом, с помощью которого стало возможно выявление, а затем и изучение тектонических нарушений. При использовании метода ССП в условиях небольших мощностей осадочного чехла оказалось возможным увидеть тектоническое нарушение во всей его реальности. На рис.1 показан один из таких случаев. Здесь, на глубине 35-42 м, отчетливо видна граница между гранитом и осадочными породами. Граница эта весьма изрезана, но даже на фоне такой неровной поверхности хорошо видно разрывное нарушение на участке профиля 30-40м, которое и называют тектоническим.

ССП-разрез при профилировании под Выборгом

Рис. 1

     В первый раз тектоническое нарушение столь наглядно мы увидели еще в 1997 году, при использовании метода ССП под Выборгом, в городе Советске, когда выполнялась задача отыскания трещин в кристаллическом фундаменте (граните). Трещины же были необходимы для того, чтобы с помощью пробуренной там скважины получать воду. Это так называемые месторождения воды трещинного типа, и оцениваются они как наиболее стабильные источники воды хорошего качества.
     Чаще всего непосредственно нарушение в кристаллических породах не видно. Виден только обнаруженный нами признак его, в виде воронкообразного (V-образного) объекта. Пример такого случая показан на рис.2. Здесь также на глубине 30-40м видна кровля гранита. А на участке профиля 13,5-25,5м прорисовался V-образный объект, острие которого (вблизи 21-го метра профиля) оказалось на глубине 70м. Первоначально этот воронкообразный объект был воспринят нами как показатель местонахождения границы между гранитом и осадочными породами. Однако в дальнейшем, в результате бурения вблизи 19,5м профиля, оказалось, что граница между гранитом и осадочными породами в этом месте находится на глубине около 35 м, и что этот воронкообразный объект не соответствует какой-либо геологической границе. Граница же на глубине 35м не отобразилась на ССП-разрезе потому, что гранит в этом месте раздроблен и не имеет единой границы. Что касается вышележащего V-образного объекта, находящегося на глубинах 25-40 м, то и он не отражает какого-либо геологического объекта.

ССП-разрез в условиях малых мощностей осадочного чехла

Рис. 2

     С увеличением мощности осадочного чехла кровля кристаллических пород перестает прорисовываться, а при пересечении тектонического нарушения на ССП-разрезе прорисовывается либо V-образный объект, либо одна его образующая. Мы не знаем на сегодняшний день, почему зона тектонического нарушения на ССП-разрезе проявляется именно воронкообразным объектом. Но то, что наличие этого объекта обязательно соответствует наличию тектонического нарушения - это точно, и проверено многократно, в самых различных геологических условиях. В порядке проверки этого соответствия, мы проводили измерения в самых различных условиях - от отсутствия осадочных пород (под Выборгом, под Мончегорском и в Нижнем Тагиле), и до 5-километровой его мощности (под Оренбургом). При этом глубины, на которых прорисовывается V-образный объект - это, как правило, от 50 до 200м. На рис.3 показан такой типичный объект. Участок ССП-разреза, изображенный на этом рисунке, получен при профилировании в геологических условиях полигона "Красный Бор".

Рис. 3

     Мы помечаем прорисовывающиеся объекты штриховыми линиями, чтобы они были виднее для тех, кто еще не привык к подобному изображению. Опыт показывает, что люди очень быстро начинают видеть их, и когда мы раздаем неотмеченные штриховыми линиями ССП-разрезы, то все отмечают одни и те же объекты, и разночтения почти не бывает.
     Бывает так, что образующие V-образного объекта разнесены на некоторое расстояние, а бывает, что на ССП-разрезе прорисовывается только одна образующая или несколько параллельных образующих, подобных тому, как это показано на рис.4. Участок ССП-разреза, изображенный на этом рисунке, получен при профилировании также в геологических условиях полигона "Красный Бор".

Рис. 4

     Исходная причина формирования ЗТН и, соответственно, V-образного объекта - глубинная. Но если V-образный объект прорисован до поверхности, то это значит, что влияние ЗТН в настоящий момент уже распространяется до самой поверхности.
     По нашим предположениям, V-образный объект прорисовывается на ССП-разрезе при разрывном тектоническом нарушении без смещения. В случае грабена возникает V-образный объект с разнесенными образующими. Наличие только одной образующей соответствует нарушению со смещением.
     С точки зрения физики, которая лежит в основе метода ССП, любой рисунок на ССП-разрезе, и в том числе, воронкообразный объект или одна его составляющая, возникают в том случае, когда на соседних точках профиля отдельные гармонические составляющие имеют повышенную добротность. Добротность гармонического сигнала (или отдельной его гармонической составляющей) показывает, насколько быстро затухает эта составляющая. Чем медленнее происходит затухание, тем добротность выше. Добротность гармонической составляющей Q может быть определена как при временнóм изображении сигнала, так и при спектральном. Это иллюстрируется с помощью рис.5.

Схема перехода временное изображение сигнала - спектральное - разрез

Рис. 5

     Сигнал, изображенный на рис.5а, описывается следующим выражением:

,     (2)

где - коэффициент затухания:

- коэффициент затухания, приведенный к периоду, и называемый декрементом затухания.

     На рис.5b - спектральное изображение этого сигнала. Частоту гармонического сигнала f₀, как видим, при спектральном его изображении определить гораздо проще - просто по местонахождению экстремума. Рисунки 5b и 5c по информативности абсолютно идентичны. Различие их состоит только в том, что на рис.5с ось частот дополнена осью глубин, в соответствии с формулой (1), и спектральное изображение сигнала повернуто на 90^o, чтобы ось глубин была вертикальна, как ей положено на геологических разрезах. Кроме того, спектральное изображение сигнала искусственно, штриховкой дополнено до симметричной картины. Частота штриховки определяется тем, с каким дискретом просматриваются глубины. Мы стараемся просматривать строение земной толщи с таким дискретом, чтобы штриховка была не видна. Как на всех предыдущих рисунках.
     В соответствии с рис.5, добротность может быть определена следующими способами:

,     (3)

     Определить добротность по временнóму изображению и по соотношению (3b) можно лишь в том случае, если гармоническая составляющая одна-единственная. В реальности такого практически не бывает. Сейсмосигнал обычно состоит из нескольких гармонических составляющих, и единственная возможность определить добротность - это использовать соотношение (3,с). Больший раздув на вертикальной оси означает бóльшую величину добротности данной конкретной гармонической составляющей в данной точке (N-S; E-W) измерений.

     Таким образом, первое свойство зон тектонических нарушений (ЗТН) заключается в том, что при пересечении их профилем на ССП-разрезе прорисовывается либо воронкообразный объект, либо одна его составляющая.
     Как показывает опыт картирования ЗТН, они, как правило, являются удлиненными структурами. Если в пределах площади картирования встречается несколько ЗТН, то чаще всего, они оказываются примерно параллельными друг другу. Но бывает и так, что они пересекают друг друга. В точках пересечения ЗТН свойства их (которые мы будем рассматривать далее) усиливаются.

2. О рыхлости пород в зонах тектонического нарушения

     Рыхлость пород в ЗТН - проявляется, в частности, при попадании разведочной скважины в зону тектонического нарушения.
     Геологи иногда встречаются с одной довольно необычной, на взгляд общепринятой геологии, ситуацией. Она заключается в том, что при керновом бурении бывает так, что материал идет настолько разрушенный, что керна, в общем-то, и не взять. Вместе с тем, согласно существующим нормам, потери керна не должны быть больше, чем 40%. Если потери керна оказываются больше, то у буровиков будут неприятности. Считается, что у квалифицированных буровиков больших потерь керна быть не может. Поэтому факт увеличения потерь керна принято скрывать. Обычно это делают, принося куски керна с соседних, уже задокументированных скважин. Естественно, что информацию в геологическом журнале приходится искажать в соответствии со строением этих, принесенных от других скважин, кусков керна.
     Замечено еще, что в подобных случаях сопротивление буровому инструменту с глубиной не увеличивается. Более того, инструмент может даже проваливаться. Причем на очень значительных глубинах.
     Когда в результате возникновения метода ССП стало возможным выявлять ЗТН, оказалось, что именно в этих зонах и происходят повышенные потери керна. Причины этому следующие.
     Состояние осадочных пород, закрывающих собой тектонические нарушения, разительно отличается от состояния тех пород, которые залегают на нетрещиноватом кристаллическом фундаменте. Обычно осадочные породы, залегающие на прочном, нетрещиноватом основании, уплотняются и упрочняются при увеличении мощности осадочного чехла. То есть, по мере увеличения давления. В зонах же тектонических нарушений осадочные породы, лежащие на трещиноватом кристаллическом фундаменте, под действием давления со стороны вышележащих пород, разрушаются и залечивают собой эту трещиноватость.
     В процесс залечивания нарушенности кристаллических пород вовлекается весь столб осадочных пород, находящихся непосредственно над тектоническим нарушением. Этот процесс заключается в микроперемещениях породных частиц сверху вниз. Вследствие этого осадочные породы, находящиеся над тектоническим нарушением, не слеживаются, не уплотняются и не упрочняются. В них возможны даже пустоты. Именно поэтому при разведочном бурении в этих породах керн взять невозможно.
     Осадочные породы в ЗТН, строго говоря, не являются твердыми средами. Их нельзя исследовать в соответствии с требованиями строительной науки - на прочность, на угол внутреннего трения. В некоторых случаях они ведут себя как тиксотропные среды. Есть еще такое понятие как твердые жидкости. Мне представляется это наиболее удобным определением для характеристики осадочных пород в ЗТН. По крайней мере, пока не существует серьезных исследований свойств горных пород в ЗТН.
     Одной из особенностей осадочных пород, закрывающих собой тектонические нарушения в кристаллических породах, является то, что ширина ЗТН не зависит от мощности осадочного чехла. То есть, если ширина зоны блочной нарушенности в кристаллических породах составляет L метров, то именно столько же, L метров, будет составлять ширина ЗТН на дневной поверхности при любой мощности осадочного чехла. Так, например, при работе под Оренбургом мы встречали ЗТН, шириной 6м. Трудно представить себе, что это соответствует тому, что на глубине 5 км в кристаллических породах ширина тектонического нарушения также 6м. Но тем не менее, так оно и обстоит. Это обусловлено отсутствием в горных породах упругих деформаций, о чем речь впереди (в разделе 13)

2-а. Замечания об инженерно-геологических изысканиях

     Механические и прочностные характеристики горных пород вообще и грунта в частности, являются объектом особого внимания при инженерно-геологических изысканиях. Проведение инженерно-геологических изысканий является обязательным перед любым строительством. Да это ведь и понятно. Грунт является основанием для фундамента будущего здания, и от того, насколько однородна несущая способность грунта, будет зависеть судьба возводимого объекта.
     Однако если посмотреть на фактическую сторону этой проблемы, то возникает множество вопросов. Во-первых, инженерно-геологические изыскания если и проводятся, то чисто формально. Так, они могут представлять собой бурение буквально одной-двух скважин даже для значительных по площади строительных объектов. Естественно, распространять на всю площадь результаты таких исследований нельзя. Далее, результаты изысканий никогда не влияют на архитектурный замысел. И, более того, зачастую они осуществляются уже после завершения проекта, а то и после начала строительства. Так, например, нам были заказаны изыскания по кольцевой автодороге вокруг С-Петербурга, когда уже шла ее отсыпка.
     Кроме того, как оказалось, зачастую изыскания не проводятся вовсе. Изыскательские организации могут дать разрешение на строительство, имея информацию о бурении не просто вне территории строительной площадки, но даже не слишком от нее близко.
     Не будем обвинять изыскателей в чересчур формальном подходе к своим обязанностям, а посмотрим с другой стороны. Как показывает практика, судьба сооружения, вероятность его преждевременного обрушения - никак не связаны с результатами инженерно-геологических изысканий. А стало быть, чисто по-человечески, ну зачем тратить усилия на совершенно бессмысленную работу?.. И поэтому сейчас на инженерно-геологические изыскания возлагается только одна нагрузка - избавить строителей от ответственности при внезапном разрушении возводимого сооружения.
     С приходом в практику метода ССП стало очевидным, что учет информации, получаемой с его помощью, имеет огромное значение при проектировании и строительстве любых объектов. Понятно, что обнаружение на стройплощадке участка с пониженной несущей способностью грунта должно послужить основанием к тому, чтобы применить соответствующее техническое решение. Так, например, когда при изысканиях на Конюшенной площади (СПб) в 1998 г мы обнаружили, что участки, предназначенные для установки опор предполагавшегося там подземного гаража, угодили в ЗТН, и информировали об этом заказчика, то строительство было отложено до тех времен, когда будут разработаны соответствующие приемы.

3. О месторождениях воды в зонах тектонических нарушений

     Поиск месторождений воды является одной из важнейших в геологии задач.
     При ознакомлении с проблемой поисков воды, мы вначале, естественно, консультировались с гидрогеологами. Согласно их информации, водоносные горизонты, в общем виде, залегают горизонтально, размещаясь в водопроницаемых породах - песках, песчаниках… Известен целый ряд стабильных водоносных структур. Например, Гдовский горизонт, Ломоносовский горизонт.
     Однако наблюдение за бурением показало несколько иное.
     Как показал опыт, при наличии осадочного чехла, глубинную, напорную воду можно получить только если скважина попала в ЗТН. Нам известны случаи, когда при бурении вне этих зон воды не было, несмотря на то, что скважина проходила сквозь закартированные гидрогеологами водоносные горизонты и достигала гранита. Из этих фактов был сделан вывод о том, что водоносные структуры в осадочном чехле не горизонтальны, а вертикальны, и соответствуют они породным вертикальным структурам повышенной проницаемости, сформированными в ЗТН.
     Разумеется, эти вертикально ориентированные водонапорные структуры могут питать проницаемые участки пород, в результате чего формируются разного рода ответвления и так называемые линзы.
     В гранитах месторождения воды залегают в зонах трещиноватости, которые без труда выявляются методом ССП. Это так называемые трещинные месторождения воды.
     Известны случаи, когда скважины, пробуренные в граните вне тектонического нарушения, при дальнейшем заглублении все же могут дать воду. Это происходит потому, что в кристаллических породах трещины могут быть сориентированы как угодно, и скважина может попасть в трещину даже если идет по ненарушенному тектоникой граниту. Для подтверждения этой модели отметим, что если даже глубокая скважина воду не дает, то если сделать в забое скважины взрыв, то вода может и пойти. То есть, если скважина оказалась невдалеке от водоносной трещины, то образованные взрывом трещины могут соединить скважину с месторождением воды.
     И несколько слов о свойствах глубинной воды. Судя по составу добываемой из трещин в кристаллическом фундаменте воды, она находится там в большом количестве и, скорее всего, в движении. При сравнительно небольших расстояниях между скважинами, состав воды может изменяться в очень широких пределах. В одном случае, вода содержала фтор в количествах, многократно превышающих допустимые. В некоторых случаях она была резко соленой, причем состав соли очень различался. Это значит, что глубинная вода омывает, возможно, какие-то месторождения. О характере этих месторождений можно было бы, я полагаю, судить по составу добываемой воды.
     В период с 1993-го года и по сей день (2004 год) мы периодически осуществляем поиск ЗТН для того, чтобы, пробурив там скважину, дать людям воду. Эти работы осуществлялись в Ленинградской, Московской и Смоленской областях. И ни разу не было осечки. Глубинная вода в этих зонах появлялась неизбежно. Подобные работы осуществляются в Екатеринбургской области, и там также всюду в ЗТН при бурении появляется вода. Здесь нужно учесть, что обычно при бурении, которому предшествует не использование метода ССП, а в лучшем случае, изыскательская работа лозоискателей, воду, в среднем, дает только каждая 4-я скважина.
     Я, в общем-то, ожидал, что могут быть на Земле такие места, где ЗТН не является каналом к месторождению воды. И вот, в 2004 году мне такой случай встретился в Башкирии, в Зауралье, в зоне с координатами N52^o24,472', Е58^o47,810'. Там силами организации "Башгипроводхоз" на базе реки Сосновка был создан пруд. Длиной около 1 км и шириной около 300 м, он должен был обеспечить потребности близлежащих поселков в воде. Однако пруд, наполнявшийся разлившейся весной рекой, буквально за две недели после этого оказывается совершенно сухим. Естественно, возник вопрос - куда девается вода?
     В результате проведения профилей ССП по дну высохшего пруда удалось установить, что в самой низкой части дна, в непосредственной близости от запруды имеется несколько ЗТН. В некоторых из них наблюдаются провалы, а в некоторых провалах - промоины в виде как бы земляных бездонных ходов диаметром от 1 до 2 метров. Анализ ситуации показал следующее:

1. Всасывание воды грунтом происходит в зонах повышенной фильтрации. Зоны повышенной фильтрации приурочены к ЗТН, местонахождение которых выявляется методом ССП.
2. В наиболее влияющих ЗТН образуются провалы, внутри которых могут находиться промоины. Это на самом деле своеобразные трубы или, если угодно, водоводы, через которые вода беспрепятственно проходит куда-то на огромные глубины. Я думаю, что именно такие промоины в "преисподнюю" должны восприниматься на реках как водовороты.
3. Образование провалов и промоин усиливается наличием динамического воздействия, которое возникает при переменном изменении давления на грунт (уходе-приходе воды).
4. Если я правильно понимаю этот процесс, уход воды из пруда с каждым годом должен ускоряться. Потому что количество промоин каждый год должно увеличиваться, а также должны увеличиваться каждый год сечения этих водоводов.
5. Таким образом, имеется суммарный эффект - утекание через промоины и просачивание через ЗТН, выявленные на дне около плотины.

     Работа эта проводилась для того, чтобы найти решение задачи удержания воды в пруде. В результате того, что удалось установить механизм ухода воды, путь решения этой задачи стал очевиден.
     Для того, чтобы не дать воде уходить из пруда, следует исключить контакты с водой участков дна, в которых есть провалы. Для этого зоны провалов следует оконтурить, и на их месте, с некоторым запасом, насыпать холмы, которые при полной воде должны выглядеть как острова. Материал этих островов должен быть как-то армирован, укреплен, чтобы он не утек в промоины. Понятно, что острова эти должны быть укреплены корнями посаженных там деревьев.
     Есть основания полагать, что проверка этой идеи будет осуществлена в 2005 году.
     Для нас же решение этой проблемы имеет еще и тот смысл, что были обнаружены ЗТН, которые являются не источником, а поглотителем воды.
     По-видимому, для разбраковки ЗТН на источники и поглотители, метод ССП следует дополнять электроразведочными исследованиями, с помощью которых в некоторых случаях можно отличить сухие структуры от ЗТН, содержащих воду.

4. О некоторых следствиях повышенной проницаемости пород в зонах тектонических нарушений

     Рыхлость осадочных пород в ЗТН обеспечивает проницаемость их при реализации артезианских скважин. А также, как мы теперь узнали, уход воды из разного рода водоемов. Однако, как оказалось, это только одна сторона вопроса. Повышенная проницаемость пород в ЗТН имеет также и другие следствия.
     Наряду с движением глубинных напорных вод (если они есть) к поверхности, по этим проницаемым породам мигрируют также и другие жидкости и газы. Так, в эти зоны уходит с поверхности дождевая и талая вода. Однако наряду с этими природными процессами, происходит проникновение сверху вниз жидких фракций различных отходов. Например, замечено, что на некоторых дачных участках особенно хорошо уходят в землю жидкие фракции разного рода отхожих мест. А это значит, на самом деле, что отхожее место оказалось в ЗТН, и практически неизбежным будет перемешивание чистой глубинной, природной воды с заражающей жидкостью.
     При организации разного рода хранилищ, если в пределах их территории есть ЗТН, появляется путь для миграции того, что из каких-то соображений должно было бы сохраняться в выделенном для этого объеме. Подробнее об этом будет рассказано в разделе 12.
     Кроме того, как оказалось, является весьма серьезным фактором миграция газов из земных недр. Выход глубинных газов на поверхность является, с одной стороны, средством индикации наличия ЗТН, а с другой, формирует геопатогенные зоны.

5. О геопатогенных зонах

     Известно, что есть на Земле такие места, где наблюдается повышенная статистика заболеваемости людей. Исходя из предположения, что источник губительного воздействия находится где-то в недрах Земли, эти места назвали геопатогенными зонами. Как именно воздействуют эти зоны на нас, точно неизвестно, и гипотез по этому поводу существует предостаточно. Единственное известное нам научное, и достаточно объективное исследование геопатогенных зон было осуществлено Мельниковым Е.К. и Рудником В.А. [4].
     Прежде всего, авторами этой работы был осуществлен сравнительный анализ заболеваемости в нескольких домах по Гражданскому проспекту (СПб). Этот анализ осуществлялся силами медсестер, работающих в регистратуре поликлиники, к которой относится эта интересовавшая их зона. Действительно, как оказалось, в некоторых буквально соседних подъездах наблюдается очень существенное различие по средней длительности жизни и по количеству тяжелых заболеваний. В данном случае, различие было в заболеваемости онкологическими болезнями и ишемией сердца. Затем Мельников - действительно очень сильный экстрасенс - определил, что там, где имеет место повышенная заболеваемость, около дома наблюдается особо сильное отклонение рамки. Далее, были привлечены ботаники, которые установили, что виды растительности на газонах имеют существенное различие там, где заболеваемость повышенная, и там, где заболеваемость не выходит за пределы среднего общегородского фона.
     После того как была выпущена работа [4], авторы привлекли метод ССП. Это был период, когда мы для себя выясняли, какие же объекты выявляются этим методом. Оказалось, что местонахождение геопатогенных зон соответствует местонахождению ЗТН. Исходя из того, что в ЗТН выходят глубинные газообразные субстанции, мы высказали гипотезу, заключающуюся в том, что именно этим и обусловлено болезнетворное воздействие ЗТН. Среди газов, выделяющихся из земных недр, обычно называют радон, углекислый газ, метан.
     Однако на самом деле, этих газообразных веществ гораздо больше, и состав их в различных местах неодинаков. Также неодинаково и воздействие геопатогенных зон. Известны места, где наблюдается резкое увеличение вполне конкретных, и при этом различных заболеваний. Так, есть ряд домов на Дачном проспекте (СПб), на которые сами медики указывают как на зону, аномальную по уровню аллергических заболеваний. Очень интересен случай, имеющий место в Екатеринбурге. Там на весь город имеется четыре случая одной редчайшей разновидности болезни Дауна, и при этом три из них - в одном и том же доме.
     Здесь прорисовывается новое и весьма интересное научное направление - установление зависимостей между составом атмосферы и самочувствием людей.
     Естественно, что никому из нас не хочется жить в таких зонах. И именно в связи с высокой заинтересованностью населения, геопатогенные зоны являются одной из самых спекулятивных тем, они позволяют зарабатывать на наших страхах одной из самых респектабельных разновидностей жуликов. Кого мы среди них только ни увидим. Кроме неизбежных как бы экстрасенсов, здесь можно встретить даже некую профессуру. Одного из них петербуржцы без труда узнают, прочтя мою статью о геопатогенных зонах, размещенную на сайте [5]. При околонаучных беседах на эту тему неизбежно упоминается некая сетка Хартмана, о физике которой мне узнать не удалось. Аппаратура, предлагаемая в качестве индикационной для картирования геопатогенных зон, представляет собой обычные усилители с открытым входом. Как обычные электрические наводки на такую аппаратуру могут быть увязаны с геопатогенными зонами, мне непонятно, а в совместных экспериментах эти господа участвовать отказываются.
     Может быть, даже следовало бы создать некий центр по изучению геопатогенных зон, хотя бы уж для того, чтобы как-то отделить откровенных жуликов от тех, кто действительно испытывает интерес к этой проблеме.
     Мы не имеем возможности вести учет зависимостей между наличием ЗТН под жилым домом и заболеваемостью жителей этого дома. Однако навскидку, эта зависимость просматривается. В домах, которые разрушаются под воздействием ЗТН, очень бросается в глаза большое количество тяжело больных людей, и особенно, на первом этаже, где концентрация газов, вышедших из недр земли, наибольшая.
     Наиболее ощутимо воздействие геопатогенных зон в загородных домах, в коттеджах. Чтобы противостоять этой угрозе здоровью, следует, во-первых, не строить эти дома в геопатогенных зонах. А во-вторых, если дом, оказавшийся в геопатогенной зоне, уже эксплуатируется, следует особое внимание обратить на то, чтобы усиленно вентилировался подвал.
     Я пытался привлечь к этой проблеме всех известных мне экологов, ученых-медиков и биологов, но к сожалению, заинтересовать пока никого не смог

6. Механизм изменения во времени несущей способности грунта в зонах тектонического нарушения

     Осадочные породы, находящиеся над тектоническим нарушением, разрушаются под воздействием двух факторов - с одной стороны, эти породы покоятся на трещиноватом, податливом основании, а с другой, на них сверху давит породная толща. Понятно, что для приповерхностных пород (которые называют также и грунтами) второй фактор отсутствует. Поэтому в ЗТН приповерхностные породные слои могут оказаться достаточно прочными. То есть, по мере увеличения мощности осадочного чехла состояние повышенной микронарушенности поднимается снизу вверх, не достигая поверхности.
     В случае ведения в зоне тектонического нарушения строительных работ, воздействие строительной техники, а затем и возведенного сооружения эквивалентно увеличению мощности осадочных пород. Это приводит к тому, что состояние повышенной микронарушенности поднимается снизу вверх, вплоть до того, что выходит на поверхность. При этом грунт, казавшийся перед началом строительных работ достаточно прочным, увеличивает свою податливость. Или, иначе говоря, уменьшает свою несущую способность.
     В Мире известно очень много случаев, когда построенный по всем правилам дом вдруг, ни с того ни с сего, либо наклоняется, либо разрушается. При повторном исследовании грунта оказывается, что за время строительства он резко снизил свою несущую способность по сравнению с тем, что было получено при первых, еще до строительства, инженерно-геологических изысканиях. Причина такого явления до сих пор оставалась неизвестной. И в результате, наказанию подвергались люди, совершенно невиновные в происшедшей аварии. Их обычно обвиняют в недобросовестном исследовании грунта перед строительством.
     Совершенно классическая и хрестоматийная, описанная в учебниках по строительному делу, история о разрушении Трансконского (Канада) элеватора в 1913 году. Только что построенный, он в течение 23 часов буквально лег набок. Под тем его углом, который ушел в грунт на 8 м, оказался не прочный сухой суглинок, как о том свидетельствовали результаты инженерно-геологических изысканий, выполненные перед строительством, а водонасыщенная разжиженная глина. Причину этого преобразования грунта можно понять, если внимательнее посмотреть на геологический разрез в этом месте.
     Для того места, где находился Трансконский элеватор, характерно залегание карбонатных пород. И именно там, под этим элеватором, кровля карбонатных пород находилась на глубине 20 м. Так вот, различие в свойствах пород до и после аварии заключалось не только в том, что твердые глинистые породы стали жидкими, но и в том, что карбонатные породы, выявленные перед строительством на глубинах, превышающих 20 м, после аварии отсутствовали.
     В многочисленных статьях, посвященных этой аварии, допускалось, что известняк мог оказаться выщелоченным в результате процесса карстообразования. Однако допустить какое-то влияние находящегося на глубинах, превышающих 15м, геологического объекта на состояние сооружения, было невозможно.
     Согласно основам строительной науки, глубина, на которую распространяется влияние инженерного сооружения, не превышает 10-15 м. Логика здесь следующая. Прогиб породного слоя под воздействием инженерного сооружения тем меньше, чем больше толщина этого слоя. И 10-15-метровый породный слой прогибается столь незначительно, что с этим можно уже не считаться. А поскольку на породы, находящиеся на бóльших глубинах, сооружение не оказывает воздействия, то и со стороны геологических объектов, находящихся на бóльших глубинах, не должно быть воздействия на инженерное сооружение.
     Считается, что эта точка зрения подтверждается моделированием. Однако, как оказалось, свойства материалов, на которых проводится моделирование, и свойства горных пород кардинально различаются. Для моделирования используют такие твердые среды, которые обладают упругостью. Это металлы, стекло, оргстекло... Породные же слои упругостью не обладают, и разного рода изгибы их - это следствие не упругой деформации, а накопления микронарушенности. Поэтому с глубиной влияние инженерных сооружений на горные породы не ослабевает. Так же точно, как не ослабевает влияние тектонического нарушения на инженерное сооружение, какова бы ни была мощность осадочного чехла.
     Что же касается самой карбонатной толщи, то на какой бы глубине не находилась известняковая плита, влияние на нее строительных работ и самого сооружения в ЗТН вызовет ее разрушение, и проникающая снизу вверх по возникшим трещинам вода в случае ее кислотного характера вызовет карстообразование. Можно сказать, что это техногенное карстообразование. Ну, а далее, эта жидкость, будучи напорной, размягчает и находящиеся выше известняка глины, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Одним из которых, в частности, является потеря несущей способности основания, на котором стоял Трансконский элеватор.
     Скорость уменьшения несущей способности грунта зависит от целого ряда причин. В первую очередь, это параметры тектонического нарушения. Чем выше добротность гармонических составляющих, составляющих V-образный объект, и чем круче образующие этого объекта, тем стремительнее идет уменьшение несущей способности грунта. Бывает даже так, что разрушение инженерного сооружения начинается прямо в момент начала его строительства. Так, мы наблюдали, как стены строящегося дома начинают расходиться еще до того как дом подведен под крышу.
     Кстати, очистные сооружения в Ольгино (СПб) начали разрушаться тоже с самого начала их строительства.
     А в некоторых случаях, воздействие ЗТН на инженерное сооружение настолько незначительно, что приводит лишь к несущественному сокращению срока его службы.
     Изменение несущей способности грунта во времени в сторону ее уменьшения в ЗТН радикальным образом изменяет условия эксплуатации сооружений. В результате этого явления возникают аварийные ситуации, причины которых остаются неизвестными. В приложении дается подборка таких аварийных ситуаций.
     Заблаговременный учет этого фактора, который стал возможным в результате возникновения метода ССП, мог бы уменьшить количество разрушений и аварий, причины которых до сих пор были неизвестными.

6-а. Влияние зон тектонического нарушения на инженерные сооружения

     Согласно сложившейся практике, наименьшее внимание при строительстве уделяется характеристикам грунта. Об этом уже говорилось в разделе 2-а. Но тема настолько важная и неподъемная в смысле инерции нашего мышления и восприятия, что я считаю нужным подойти к ней еще раз.
     При расчете инженерных сооружений априорно считается, что несущая способность грунта одинакова по всей площади фундамента и постоянна во времени. Причина такого отношения к свойствам грунта заключается в том, что раньше такие явления как воздействие ЗТН, были неизвестны.
     На практике, после завершения строительства, как правило, дом давал осадку. Обычно, не очень равномерную. Поэтому раньше даже была практика не завершать строительство и отделку сразу, а возведенный корпус дома, подведенный под крышу, некоторое время не трогать. А уже затем, после основной усадки, завершать строительство и заселять.
     Сейчас, в результате обнаружения и изучения свойств ЗТН, мы видим, что процесс влияния этих зон на сооружения несколько отличается от того, как это представлялось ранее.
     Если под домом проходит ЗТН, то действительно в этом месте после возведения дома начнется некоторое опускание фундамента. В принципе, если бы эта опускающаяся часть фундамента не была бы скреплена с остальным фундаментом, то опускание ее шло бы непрерывно. Может быть, с ускорением, может быть, равномерно. Это зависело бы от параметров ЗТН. Но поскольку на опускающуюся часть фундамента (попавшую в ЗТН) действуют два фактора - влияние зоны пониженной несущей способности и удерживание остальной частью фундамента, то, возможно, опускание прекратится, и эта часть как бы зависнет на остальной части дома. В большинстве случаев так и бывает. А в остальных, в меньшинстве случаев, опускание продолжается, опускающаяся часть дома тащит за собой весь остальной дом, и идет разрушение всего сооружения.
     В качестве примеров можно привести судьбы дома Румянцевых (СПб, Английская наб. 44). Дом этот был построен в конце XVIII века, в 1802 г он был куплен канцлером Н.П. Румянцевым, а в 1826 году к нему был пристроен эркер. Так сложилось, что стена дома, выходящая к Неве, оказалась на самом краю с ЗТН, а эркер попал в эту зону. В результате, он стал погружаться в грунт.
     Чтобы этот процесс остановить, эркер прикрепили анкерами к стене дома. Однако опускание эркера не прекратилось, а даже более того, он увлек за собой также и стену, которая начала отрываться от дома. При этом снаружи стали разрушаться колонны, да и внутри дома разрушения оказались довольно серьезные. В 1987 году для поддержания дома Румянцева, была применена известная технология, использующая в качестве опоры буронабивные сваи. Однако сваи попали в ЗТН, и вместо того чтобы поддерживать эркер, они утяжелили всю конструкцию, и погружение ее продолжилось.
     В 1997 году повторно были установлены буронабивные сваи. На этот раз, сваи, видимо, попали в породный массив, находящийся вне ЗТН. Во всяком случае, скорость разрушения объекта уменьшилась.
     В большинстве случаев, дом, частично оказавшийся в ЗТН, разрушается очень медленно. Можно даже сказать, что он находится в состоянии неустойчивого равновесия, которое может быть нарушенным любым внешним воздействием. Этим воздействием может оказаться какая-либо реконструкция дома. Например, увеличение этажности.
     Наиболее частым таким воздействием являются строительные работы вблизи дома. Воздействие на ЗТН, являющуюся продолжением зоны, проходящей под домом, вызывает ускоренный подъем состояния повышенной трещиноватости по всей зоне, и в результате, нарушается равновесие того дома, который уже достаточно давно находится в эксплуатации.
     Наиболее острый возникает вариант, когда согласно с ЗТН залегают плывуны. Это будет рассмотрено в разделе 8.

7. Русла рек, ручьев и болота

     Предположения о том, что русла рек и ручьев образуются не где угодно, а только в тех местах, где грунт наиболее легко размывается, произносились неоднократно и многими учеными. Однако было неясно, с какой стати в каких-то местах породы обладают повышенной рыхлостью. Сейчас, по мере приобретения опыта применения метода ССП, мы можем сказать с уверенностью, что причиной повышенной рыхлости пород является наличие ЗТН. Разумеется, не все ЗТН являются руслами ручьев и рек. Но можно уже сказать с уверенностью, что все русла обязательно находятся в ЗТН.
     Первое, что мы заметили, это то, что при пересечении профилем засыпанного ручья, на ССП-разрезе обязательно прорисовывается V-образный объект. Надо учесть, что при проведении работ в городских условиях, мы почти никогда не имеем информации о том, что раньше там был ручей. Это уже потом, при общении со старожилами, это становится известным. Так что нам давно уже стало ясно, что ручьи возникают именно в ЗТН.
     Кстати, интересно, что по наблюдению людей, далеких от строительной науки, если дом стоит на месте, где раньше был ручей, это неизбежно приведет к повышенной его осадке в этом самом месте. Строители же убеждены, что это не так. К сожалению, как инженерам-строителям, так и инженерным геологам в течение всего курса их обучения в институте вдалбливается, что строить можно везде, и что нет такого грунта, который нельзя было бы укрепить. И никакие доводы не могут ослабить такое вот тупое влияние Школы.
     Для формирования болота необходимо два условия - это хроническое проседание поверхности и наличие обводненности. Наличие болота обусловлено глубинными причинами, и наши измерения многократно это доказывали. И когда строители снимают торф и укрепляют грунт сваями, они этим осуществляют лишь косметическую обработку.
     Часто бывает так, что ЗТН обусловлена не одной трещиной в кристаллическом фундаменте, а множеством трещин. При этом, если только небольшая часть площади ЗТН занята руслом ручья или речки, то остальная площадь заболачивается. Это очень часто так бывает, когда пойма реки представляет собой заболоченную местность.
     Вот сколько уже нами обследовано объектов, возведенных на месте болота, и мы не можем назвать ни одного благополучного инженерного сооружения. Ну, в конце концов, пусть строителям неизвестен механизм влияния ранее заболоченных территорий на ИС (а особенно, производственные, где стоят вибрирующие механизмы). Но как же можно не считаться с опытом, со статистикой...
     Мы пытались привести всякие доводы при обсуждении результатов наших обследований на территории тогда еще строившейся Северо-Западной СПб ГРЭС. Дело в том, что машинный зал первой очереди этой станции оказался на пересечении трех тектонических нарушений, и то, что он обречен на периодические аварии - не вызывает сомнений. Однако и для второй очереди машинный зал собирались возводить на болоте.
     К сожалению, делом чести руководства этого предприятия является сокрытие разного рода аварийных ситуаций. Так что вряд ли мы узнаем, что там действительно происходит. Но по нашим представлениям, безаварийной работы там быть не должно.

Рис. 6

     На рис.6 показан ССП-разрез, полученный при профилировании поперек реки Караболки (Челябинская обл.) Правый берег реки болотистый, а на левом - растет лес. Как видно из этого рисунка, геологическое строение по обоим берегам реки очень различается. На правом берегу прорисовались мощные V-образные структуры. Причем как глубинные, так и приповерхностные. Это все очень характерно для болот. На левом берегу таких структур нет. На левом берегу прорисована довольно четкая граница на очень малых глубинах - порядка 3 м. Как оказалось по материалам бурения, это таким образом отбилась кровля диабазов. На правом берегу таких границ нет. Это естественно, так как в ЗТН четких субгоризонтальных границ быть не может. Нет таких пород, которые сохранились бы в нетрещиноватом, неразбитом виде в ЗТН.
     Говоря о реках и прочих водных преградах, нельзя не упомянуть и мосты, с помощью которых эти преграды преодолеваются.
     Как давно замечено, при эксплуатации мостов чаще всего приходится ремонтировать какую-то одну опору. И если одна опора может стоять без ремонта многие года, то другая разрушается и проявляет признаки подвижности. Как оказалось, причина этого заключается в том, что рекообразующая ЗТН зачастую оказывается смещенной относительно середины русла, и в эту зону может попасть одна из опор. ССП-разрез, приведенный на рис.7, получен при профилировании поперек реки Славянка (СПб). Как видно, центр руслообразующей ЗТН смещен к самому южному берегу. Причем эта ЗТН в приповерхностной области проявляется на участке 160-200м профиля. Отчетливо видно, что если северная опора моста может находиться как угодно близко к реке, то южная не должна быть ближе к реке, чем 200-й метр профиля.

Рис. 7

     Эта наша точка зрения получила блестящее подтверждение. Дело в том, что стоящий там же, рядом с линией профиля, железнодорожный мост, построенный еще в конце XIX века, требует периодического ремонта именно южной опоры. Описанный профиль проводился в связи с "проектом века", имевшим название ВСМ (высокоскоростная магистраль СПб-Москва). Согласно этому проекту, ж/д полотно должно было проходить как раз в зоне профиля. Естественно, в отчете мы дали рекомендацию южную опору предполагаемого моста поставить на расстоянии 50 м от реки.

8. Плывуны

     Плывун - наиболее часто произносимое слово при ведении строительных работ в С-Петербурге и Ленинградской области и некоторых других районах. Природа плывунов, на сегодняшний день, неизвестна. По крайней мере, если судить по обилию гипотез по этому поводу. Существует даже гипотеза техногенного, грибкового их происхождения. Так, некоторыми учеными высказывается утверждение, заключающееся в том, что причиной формирования плывунов являются утечки нечистот из канализационных систем. Но против этого свидетельствует тот факт, что плывуны встречаются и в таких местах, где нет никаких следов человеческой деятельности.
     По своему проявлению плывун - это загерметизированный самой Природой объем, внутри которого находится под давлением водонасыщенный мельчайший песок, почти что ил. Наличие плывунов в значительной степени определяет характер взаимодействия инженерных сооружений с грунтом. Дом может стоять на плывуне и при этом не испытывать никаких неудобств. Неприятности начинаются, когда нарушается герметичность плывуна. Эффект при этом будет такой же, как если сидеть на надутой камере, которую вдруг кто-то проткнет.
     На ССП-разрезах плывуны прорисовываются замкнутыми ореолами. Как показывает опыт наших измерений, ореолы плывунов чаще всего располагаются на краю ЗТН.

ССП-разрез по профилю, проходящему по набережной Обводного Канала

Рис. 8

     На рис.8. приведен участок ССП-разреза, полученного при профилировании вдоль Обводного канала, вблизи дома N 48. Здесь помечены три ореола, соответствующих выявленной системе плывунов. Один из этих соединенных между собой плывунов находится под домом №48. В результате проведения работ, направленных на расширение набережной Обводного канала, содержимое этих плывунов стало выходить непосредственно в Обводный канал. Потерявший при этом опору дом N 48 довольно быстро стал оседать и разрушаться.
     Как было отмечено в разделе 6, состояние повышенной нарушенности горных пород в ходе строительных работ и под воздействием уже функционирующего сооружения поднимается наверх. Как оказалось, верхняя граница плывуна также поднимается. В результате, зачастую получается так, что верхняя граница плывуна за время эксплуатации дома оказывается настолько близко к поверхности, что малейшее проникновение в грунт, например, при ремонте коммуникаций (которые при прокладке находились еще вне плывуна), может вызвать выход плывуна.
     В условиях С-Петербурга, когда вероятность наличия плывуна достаточно велика, очень важно вести строительные работы так, чтобы не выпустить плывун, уходящий под дом. Это оказалось возможным соблюсти с помощью метода ССП. Поскольку плывуны контролируются зонами тектонических нарушений, то именно их и следует картировать. Эффективность такого прогноза влияния строительных работ на уже построенные дома проверялась многократно. Так, если под домом проходит ЗТН, то можно быть уверенным, что ведение строительных работ на продолжении этой зоны вызовет выпуск плывуна, находящегося под домом, и как следствие, развитие трещин в его несущих конструкциях.
     Последовательность событий здесь следующая. Сначала начинается выход воды в только что сделанном котловане. Бывает, что ее приходится откачивать чуть ли не годами. При этом происходит выпуск плывуна из-под соседнего со строительной площадкой дома. Сначала это проявляется тем, что начинают садиться (уходить в грунт) те части дома, которые находятся непосредственно над плывуном. При этом начинает развиваться микронарушенность грунта в этих местах, и сквозь него тоже начинает выходить плывун. Это проявляется обводнением подвалов. Иногда кажется, что поднимается почва в подвалах. Это не так - на самом деле, опускается дом. Ну, а дальше идет развитие трещин в несущих конструкциях дома в зависимости от его конструкции.
     В зависимости от конструкции дома и от того, как идет трещинообразование, будет идти его разрушение. Так, в результате выхода плывуна из-под южной секции четырехсекционного дома по адресу СПб, Двинская ул. д. 8 корп. 3, эта секция потеряла опору и отвалилась. В результате этого обрушения (в июле 2002 года) погибло 4 человека.
     В результате ведения строительства на продолжении ЗТН, проходящих под домами NN10 и 12 по ул. Манчестерской, СПб, все ограничилось лишь трещинообразованием в их стенах, и обрушения этих домов, вроде бы, не ожидается. Однако домам этим был нанесен вред, причем о влиянии этого строительства на дома строители были предупреждены заранее, еще до начала строительных работ. И только из-за несовершенства нашего законодательства строители избежали судебного преследования.
     А вот одним из следствий при строительстве дома в парке им. Сахарова (СПб) стал наклон находящегося рядом со строительной площадкой точечного дома. Чем это завершится, пока неясно.
     На самом деле, примеров влияния плывунов, выпущенных из-за нерадивости строителей, очень много. Здесь и яма около Московского вокзала, и дом Перцева, и дома на Невском и на Колокольной ул. ... Не вызывает ни малейших сомнений, что если руководство нашего города когда-нибудь заинтересуется качеством строительства домов и тем, чтобы не разрушались дома, проблема влияния плывунов на инженерные сооружения будет рассмотрена с должным вниманием.

Рейтинг публикации:

11

Комментарии (2) | Распечатать

Добавить новость в: