6 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Известняк, гипс и каменная соль в естественных условиях хорошо растворяются в воде. Из этих пород наибольшее распространение и наименьшую растворимость имеет известняк. Он отличается от гипса и каменной соли еще и тем, что в результате его подземного растворения образуются полости, которые обычно обладают очень устойчивой кровлей. Проседание и обрушение — для известняков явления распространенные и всегда связанные с полостями. Каменная соль, напротив, — порода гораздо более хрупкая и к тому же лучше растворимая; она часто подвергается проседанию, но это редко бывает связано с наличием полостей. Гипс по этим” свойствам занимает промежуточное положение между известняком и каменной солью.
Легко растворимый в воде сульфат кальция образует два минерала, которые формируют мощные толщи пород, — гипс и ангидрит. Наиболее распространенной — гидратной — формой является гипс, а ангидрит представляет собой менее представительную — безводную — форму. Эти минеральные вещества входят в состав толщ, занимающих большие территории в Соединенных Штатах Америки, Западной Европе, Советском Союзе. Проседание в этих толщах нередко бывает связано с растворением. Кроме того, ангидрит гв контакте с грунтовой водой образует гипс, что влечет за собой большое увеличение объема материала; в свою очередь это вызывает сильное поднятие поверхности земли.
В течение многих лет в северо-западном Техасе раздавались взрывы, причиной которых было сильнейшее поднятие, связанное с расширением ангидрита. Затем, в сентябре 1955 г., около города Новика взрыв возвестил о вертикальном поднятии на 5,5 м блока грунта с поперечными размерами в несколько сотен метров; обломки почвы и породы взлетели в воздух, осколком ударило человека, находившегося на расстоянии около километра от места взрыва.
Однако более распространенным типом движения земли, связанного с растворением гипса, является проседание. Знаменитые Бездонные Озера Розуэлл на краю долины Пекос в штате Нью-Мексико представляют собой серию обрывистых, заполненных водой структур обрушения, образовавшихся в доисторическое время вследствие растворения гипсовой коренной породы. Самая крупная из этих структур достигает сейчас в поперечнике 90 м и в глубину 40 м. Сходное, но более позднее происхождение имеют разнообразные карстовые воронки в гипсовых отложениях гор Кутеней в Британской Колумбии. В 1967 г. на дне гипсового карьера в Уиндермире за одну ночь образовалась шахта с вертикальными стенками диаметром 20 м; к счастью, никакого вреда она не нанесла.
В Европе гипсовые отложения наиболее широко распространены в северной части ФРГ. Городок Бад-Франкенхаузен — один из пострадавших от проседания: многие постройки, стоящие над теми местами, где подстилающий гипс был растворен, наклонены или повернуты. Париж является, вероятно, одним из самых больших городов, затронутых проседанием; на окраинах Парижа в коренной породе постоянно образуются полости, что создает проблемы для инженеров.
Хотя хлорид натрия (каменная соль) не так широко распространен, как гипс, он гораздо более известен в связи с проседанием, поскольку его растворимость гораздо выше и опускание происходит в больших масштабах. В феврале 1954 г. в Виндзоре (Канада) неожиданно в результате обрушения образовалась пропасть; она имела в поперечнике 90 м, глубину 8 м и быстро наполнилась водой. Был нанесен большой ущерб, полностью разрушено два здания. Причиной обрушения послужило растворение подстилающей толщи соли, хотя, возможно, этому способствовали также проводившаяся неподалеку откачка соляного раствора и обрушение старых глубоких выработок.
Неожиданное обрушение в селе Рундж (северная Индия) в 1970 г. совершенно не связано с деятельностью человека. 21 ноября в начале ночи жители этого села были разбужены оглушительным грохотом, их дома вибрировали. Выбежав на улицу, люди обнаружили, что в середине поля, которое еще накануне вечером было покрыто бамбуком, образовалась глубокая зияющая яма шириной около 18 м и глубиной 12 м. Дно ямы было заполнено слоем обломков, толщина которого оказалась достаточной, чтобы завалить по самые верхушки бамбуковые посадки высотой 15 м. Село было построено на вулканических лавах, под которыми на глубине около 100 м залегал соляной пласт. Грунтовые воды, просачиваясь через соль в течение многих лет, растворяли ее, что привело к образованию большой полости, кровлей которой служили перекрывающие лавы. Постепенно пласт за пластом слои вулканических образований падали в пустоту, в конце концов обруше- ч ние достигло земной поверхности и поглотило бамбуковые посадки. Возможно, обрушение в Рундже является предвестником более крупных опасностей в будущем. Во всяком случае, в Канаде есть данные о гораздо более грандиозных обрушениях в геологическом прошлом. Прерии в провинции Саскачеван подстилаются обширными отложениями соли. Основная толща мощностью 120–200 м залегает на глубине больше 1,5 км. Растворение соли естественно циркулирующей грунтовой водой вызвало локальное обрушение перекрывающих пластов. Озеро” Кратер в 160 км к северо-востоку от города Реджайначлежит во впадине, образовавшейся в результате такого обрушения. Оно имеет форму почти правильного круга диаметром более 200 м, глубина его в связи с накоплением осадков сейчас составля т всего 150 м. Вокруг озера прослеживаются цилиндрические разломы с вертикальным сдвигом примерно на 60 м. Распределение поверхностных осадков показывает, что это движение осуществлялось в^ течение различных ледниковых периодов примерно миллион лет назад.
Еще более древним является проседание в Розтауне, в 160 км к юго-западу от города Саскатун; этот процесс, очевидно, доледниковый. Депрессия Розтаун заполнена ледниковыми отложениями, и в настоящее время никаких следов былого обрушения на земной поверхности усмотреть невозможно, однако масштабы его были гигантскими. Поверхность земли просела здесь на глубину свыше 900 м на участке с поперечными размерами более 19 км. При помощи глубоких скважин было показано, что соляные пласты, залегающие на глубине 1,5 км, как раз под территорией Розтауна отсутствуют, а в тех местах, где они должны были бы находиться, скважины вскрыли только массы обрушенной породы. 26 марта 1879 г. в Мид-Каунти (штат Канзас) в результате обрушения образовалась пропасть с крутыми стенками диаметром около 60 м. Следы телег, оставленные три недели назад, были отчетливо видны по обе стороны пропасти. Это еще один пример последствий подземного растворения соли. Той же причиной объясняется и ночное исчезновение железнодорожной станции Розел. Здесь яма, образовавшаяся в результате обрушения, имела глубину 20 м и площадь 4000 м2. Она сразу же заполнилась водой, и от железнодорожной станции, а также от нескольких зданий не осталось никаких следов. Эти два случая обрушения представляют собой чисто природные процессы; они чрезвычайно трудно поддаются предсказанию на основании каких-либо геологических данных. Гораздо более определенно можно ожидать обрушения, вызванного вмешательством человека, особенно откачиванием соленых грунтовых вод из пластов соли, однако и в этих случаях точное место возможного проседания указать трудно. Откачивание грунтовых вод при добыче нефти в районе озера Сауэр (штат Техас), несомненно, ускорило подземное растворение соли. Утром 9 октября 1929 г. произошло крупное обрушение. Оно началось с образования небольшого углубления, стенки которого затем стали проседать, и за 5 ч глуб на ямы достигла почти 30 м
Наиболее знаменитые случаи проседания связаны с добычей соли в графстве Чешир (Англия); они поистине катастрофичны. Чеширская равнина — это однообразная плоская территория, которая простирается примерно на 30 км между холмами северного Уэльса на западе и Пеннинскими горами на востоке. Отметки рельефа редко превышают 150 м. На равнине расположено множество небольших озер. Считают, что они представляют собой заполненные водой впадины, которые образовались вследствие проседания, вызванного растворением соли на глубине. Эти мелкие прогибы имеют ширину до 200 м и глубину до 10 м. Проседание и обрушение в этом районе регулярно отмечались начиная с 1533 г., когда произошло проседание в Комбермире. Соляные пласты впервые были открыты здесь в 1670 г. (в ходе поисков угля), и с тех пор стала развиваться соледобывающая промышленность, причем основные предприятия концентрировались вокруг городов Нортуич и Уинсфорд.
Поверхностные слои в районе города Нортуич представлены песками и плейстоценовыми валунными глинами ледникового или межледникового происхождения. Этот слой неконсолидированных осадков по мощности составляет в среднем около 15 м и полностью скрывает подстилающие кейперские мергели триасового возраста. Кейперский ярус мощностью около 1200 м сложен главным образом рыхлыми алевролитами, глинами, сланцами, песчаниками. Соль в этих породах приурочена к двум горизонтам, известным как Соленосные слои. Мощность верхних Соленос-ных слоев составляет более 300 м, а нижних — в среднем 200 м. Вся толща триасовых пород образует пологую синклинальную складку, погруженную к югу. Поскольку соль легко растворяется, Соленосные слои не обнаружены в зоне грунтовых вод непосредственно под плейстоценовым покрытием, здесь соль вымыта вплоть до глубины 75—140 м. Последующее обрушение этих отложений вызывает образование просадочных озер.
Все случаи проседания на Чеширской равнине непосредственно связаны с растворением пластов соли. Начиная с последнего отступления ледника, которое произошло примерно 10 000 лет назад, грунтовые воды текли по соляным пластам и выходили на поверхность в виде мощных соляных источников. Эти источники использовались для добычи соли еще со времен, предшествовавших Римской империи, однако в XVII веке с внедрением откачки рассолов они пересохли. Добыча соли из недр началась в 1682 г. Были вырыты, главным образом в XVIII и XIX столетиях, сотни небольших шахт. Эти шахты имели такую конструкцию, что их надо было бросать после совсем короткого периода эксплуатации. При этом для поддержки кровли нередко оставляли не более 10 % соли, что было явно недостаточно- и делало обрушение неизбежным. В XVII веке добычу вели и так называемым «диким способом», т. е. выкачиванием рассола — грунтовых вод, насыщенных солью. Вскоре было выяснено, что наиболее продуктивными оказались те скважины, которые вошли в природные потоки рассола, в кровлю соляных пластов вдоль линии проседания. Еще более богатой оказалась так называемая «вторичная добыча», которую стали практиковать с середины XIX века. Она заключается в откачке рассола из затопленных заброшенных выработок. Но, будучи очень выгодным для промышленников, этот метод вызывает быстрое разрушение тех немногих соляных целиков, которые были оставлены в шахте для поддержки кровли, что приводит к обрушению шахт.
Эти дешевые, но опасные методы добычи соли в настоящее время вытеснены более современными. Начиная с 1930 г. проводится контролируемая откачка рассола. Пресную воду нагнетают в сухую (и потому водонепроницаемую) каменную соль и затем откачивают образовавшийся рассол. Размер полости тщательно контролируется, утечка воды минимизируется продуманной системой расположения скважин. Когда полость достигает максимального допустимого размера, ее заполняют твердой пустой породой, например известковыми отходами близлежащих химических предприятий. Максимальное количество извлекаемой соли составляет всего 25 %, поэтому опасности проседания нет. Обрушений не бывает и в том случае, если при забойной добыче оставляют в качестве целиков по крайней мере 30 % соли, как это делается, например, с 1928 г. в копях Медоубэнк близ Уинсфорда. Не удивительно, что бесконтрольная разработка, проводившаяся в основном с 1780 по 1930 г., привела к наиболее обширным проседаниям и обрушениям. Отдельные шахты почти всегда были небольшими, и каждая из них действовала до тех пор, пока кровля не начинала проваливаться. Затем шахту оставляли, вскоре она заполнялась водой, которая подтачивала соляные столбы, что приводило к обрушению пород кровли и к проседанию поверхности земли над шахтой. Воронка обрушения в свою очередь заполнялась водой, что создавало дополнительную опасность для соседних шахт.
Самое позднее крупное проседание соляной разработки произошло в 1928 г. и повлекло за собой обрушение шахты Аделаида-Майн — последней действовавшей шахты в Нортуиче. Озера, образовавшиеся во впадинах проседания, называются в этой местности «провалами». Они являются непосредственным результатом неконтролируемой добычи. Провал Уиттон, образовавшийся в 90-х годах XVIII века в Нортуиче, и провалы Верхний и Нижний, появившиеся в 20-х годах XIX века в Уинсфорде, были самыми большими; площадь каждого из них более 4000 м2. Низкий рельеф местности способствовал их непрерывному расширению по мере откачки рассола. Особенные затруднения причинял провал Уиттон, поскольку он образовался в центре главного промышленного района того времени.
Подобные озера могут развиваться даже в нескольких километрах от места откачки. При этом максимальное растворение соли, очевидно, происходит там, где пресная вода впервые попадает в соляные пласты. Примером такого «отдаленного проседания» является процесс в районе Биллингс-Грин, где начиная с 1900 г. десятки гектаров сельскохозяйственных земель подверглись проседанию и затоплению; сильно пострадали и транспортные пути.
Проседание грунтов деформирует дренажные системы на соляных месторождениях и заставляет постоянно их ремонтировать. Проседанием было вызвано и обрушение набережной канала в Нортуиче 21 июля 1907 г.; при этом канал полностью пересох и многие баржи остались на мели. Железнодорожная линия между городами Кру и Ливерпуль была проложена в Уинсфорде в 1866 г. на уровне грунта, однако непрерывные оседания и соответствующее регулирование положения рельсов привели к тому, что к 1882 г. линия оказалась на насыпи высотой 9,2 м.
Во второй половине XIX века был сильно разрушен Данкерк — пригород Нортуича. Данкерк в то время являлся центром разработки соляных месторождений и откачки рассола.
К 1830 г. провал Уиттон уже вполне оформился и в него впадал ручей Уинчем. Дома, дороги, каналы и соляные выработки продолжали непрестанно разрушаться, и в 1880 г. эту местность описывали так: «Одни дома нависают над улицей на два фута, другие наклонены в сторону соседних домов и опрокидывают их. Участок длиной 1000 футов и такой же ширины быстро опустился на глубину 40 или 50 футов в средней своей части. Почти 400 домов и прочих сооружений общей стоимостью свыше 100 000 фунтов стерлингов более или менее серьезно повреждены в результате проседания грунта. Район катастроф с каждым годом разрастается».
Типичным примером проседания является пропасть Плэттс-Хилл на северной стороне Данкерка. Первый признак приближающейся катастрофы появился здесь 9 декабря 1892 г., когда уровень рассола в шахте Уиннингтон за ночь поднялся на 9 м и в течение следующих двух суток продолжал быстро возрастать. Очевидно, под землей происходили какие-то большие изменения. Было зарегистрировано дальнейшее повышение уровня рассола, а затем 26 мая 1893 г. вблизи местечка Уинчем-Роуд произошло проседание участка 27,5×4,6 м. Через 17 дней пропасть, развившаяся в результате проседания и известная теперь под названием Плэттс-Хилл, имела глубину 40,3 м и была затоплена. К осени 1894 г. пропасть еще больше увеличилась, по ее крутым стенкам сползал грунт, в провал продолжала поступать вода. Земля вокруг провала растрескалась, что вызвало повреждение близлежащих зданий. 28 июля 1896 г. пропасть Плэтсс-Хилл была измерена; оказалось, что ее диаметр составляет 87 м, а максимальная глубина 50,3 м; пропасть все еще росла. Повреждения дорог, зданий и соляных выработок в окрестности продолжались до осени 1897 г., когда провал постепенно перестал расширяться и стабилизировался.
Не таким типичным, но имеющим в основном то же происхождение и гораздо более ярким было Великое проседание, случившееся в Данкерке 6 декабря 1880 г. В 6 ч утра местные жители были разбужены сильным грохотом. Участок земли около 0,5 км в поперечнике начал трястись, то поднимаясь, то опускаясь. Из трещин в земле вырывался воздух. Наиболее впечатляющим это зрелище было у озера Эштонс-Олд-Рок, где струи грязевых фонтанов били вверх почти на 4 м. Очевидно, все эти явления были следствием массовых обрушений старых шахт и прорыва воды. Источник ее был впоследствии обнаружен: поперек течения ручья Уинчем образовалась громадная трещина, через которую вся вода ручья ушла под землю. В 9 ч на дне ручья возникла еще одна трещина, которая повредила часть близлежащих соляных выработок. В низовьях же ручья Уинчем направление течения сменилось на обратное, это привело к частичному осушению довольно большого озера.
Кроме того, значительная часть вод реки Уивер устремилась |в пропасть в земле. Народ собрался посмотреть, как от берега отваливаются куски и исчезают в пучине. В 4 ч дня в соседнем водоеме раздался сильный взрыв, и толпа бросилась врассыпную, ибо из-под земли забила струя грязи и воды на 9 м вверх. Очевидно, произошло еще одно обрушение, которое замедлило развитие первого, блокировав какой-то подземный канал. Водоворот ослабел. Часом позже на месте соляных разработок рухнула высокая труба, так как площадь проседания расширялась. В 6 ч вечера около скважины неожиданно осел кусок грунта диаметром 150 м, глубокие ямы поглотили две печи для обжига кирпича и несколько строений. На следующий день все уже было спокойно.
Можно заключить, что естественное растворение соли и последующее проседание в Чешире всегда будут создавать трудности, пусть даже относительно небольшие. Кое-что можно предусмотреть, например, где будет происходить естественное проседание, поскольку многие водные потоки в соляных пластах уже установились, а максимальное растворение наблюдается там, где пресная вода впервые проникает в соляной пласт. Многие соляные потоки текут вдоль простирания пластов к местам выхода на поверхность источников, и их движение может направляться структурой пластов каменной соли и существующими разломами. Там, где растворенные соляные пласты перекрываются плейстоценовыми песками, проседание грунта однородное и слабое; в местах же, где перекрывающими породами являются более твердые мергели, обрушения происходят довольно редко, однако они бывают более значительными, поскольку мергелевые пласты имеют ограниченную несущую способность.
Старые методы добычи, имевшие гибельные последствия в районе Нортуич, сейчас не применяются, поскольку нет возможности сделать их безопасными. Естественным растворением сейчас добывается в Чешире менее 10 % соли, и в будущем эта доля будет сокращаться. Комиссия по ликвидации проседания эффективно борется с порчей земли и повреждением строений, связанными с добычей соли. Образованная в 1891 г., эта комиссия получила достаточные полномочия только в 1952 г. В ее функции входят также консультации строительных предприятий по вопросам обвалов грунта и мерам предосторожности против этой опасности. Приятно отметить, что деятельность комиссии сокращается, поскольку человеческих жертв нет уже с 1939 г., а способы добычи не вызывают опасного проседания. Сейчас соль разрабатывается безопасным путем. Уроки бесконтрольной добычи были усвоены.