Особенности формирования и развития оползневых процессов Московской области в различных литолого-стратиграфических условиях

Введение

Наиболее подробно история изучения глубоких оползней, развивающихся в глинах юрского возраста, изложена в работах В.В. Кюнтцеля [9][10]. Ученым было выделено несколько периодов изучения оползневых процессов. Начальный период охватывает первую половину XIX — начало XX веков. Разрабатываются основы стратиграфии региона, устанавливаются условия залегания и состав горных пород, выявляется нарушенное залегание пород на некоторых участках склонов рек. В 1892 г. вышла сводная работа С.Н. Никитина [12], посвященная геологическому строению центральных районов России. В работе приводилось описание ряда оползневых участков на территории Москвы и Московской области, а также впервые было отмечено обязательное участие юрских глин в геологическом строении оползневых склонов. В труде была приведена морфологическая характеристика оползневого процесса с бугристо-ступенчатым характером поверхности.

На втором этапе, продлившемся до 40-х годов XX века, было начато изучение отдельных оползневых участков. Инженерно-геологические исследования включали ряд работ: крупномасштабные съемки оползневых склонов, буровые и лабораторные работы. В докладе В.А. Жукова [2] на 1-м Всесоюзном оползневом совещании в 1935 г., освещавшем изученность оползней Московской области, была приведена карта М 1:300 000. В работе была выделена группа оползней, развивающаяся на территории Московской области, связанных с песчано-глинистыми породами четвертичной системы и подземными водами, заключенными в них.

В отчете Б.М. Кордуна «Составление комплекса инженерно-геологических карт Нечерноземной зоны Европейской части РСФСР в связи с ее хозяйственным освоением» была опубликована карта с инженерно-геологическими условиями в масштабе 1:150 000 [8]. Из исследований, содержащих региональные сведения об оползневых процессах, следует отметить монографию И.В. Попова [13][14] в двух томах — «Инженерная гео­логия СССР».

В 1971 году была опубликована монография под названием «Геология СССР» [1]. Четвертый том был посвящен исследованиям европейской части территории СССР. В работе детально рассмотрены механизмы оползневых процессов и их связь с определенными стратиграфическими комплексами Московской области.

С 1980 года Подмосковная комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая партия в соответствии с приказом Министерства геологии СССР от 19.04.77 «О дальнейшем развитии работ по прогнозированию экзогенных геологических процессов» проводила ряд стационарных наблюдений за развитием оползней и режимов оползнеобразующих факторов.

С 1980-х годов в Московской области проводились комплексные исследования склонов, подверженных оползневым деформациям, на участках, отведенных для строительства (коллекторов водонесущих коммуникаций, линий ЛЭП, исторических памятников). Работы были связаны со специальными инструментальными наблюдениями по различного рода реперам, маркам, наблюдательным скважинам за оползневыми процессами и оползнеобразующими факторами.

Материалы и методы

Развитие и распространение оползневых процессов на территории Московской области обусловлено комплексом факторов, включая геоморфологическую расчлененность и динамическую активность рельефа, неотектонические подвижки земной коры, а также особенности геологического строения и гидрогеологических условий. Взаимодействие указанных факторов формирует сложную геодинамическую обстановку, которая способствует активизации оползневых явлений [7].

Наибольшее количество оползневых участков зафиксировано в юго-восточных и южных районах Московской области, в тех местах, которые отмечаются значительной динамикой и густотой расчлененности рельефа речной и овражно-балочной сетью. Оползни в основном поражают склоны долин рек Москвы, Оки, Истры, Сетуни, Коломенки, Пахры, Нары, Десны, Клязьмы, Шолоховки и Осенки.

Закономерности распределения различных типов оползней на территории области определяются особенностями литолого-стратиграфического строения склонов и их оснований. Выделяются основные региональные литолого-стратиграфические комплексы, в которых наиболее интенсивно развиваются пластические деформации, приводящие к возникновению оползней:

1) песчано-глинистые отложения четвертичной системы;

2) глины оксфордского яруса верхнего отдела юрской системы;

3) карбонатные породы с тонкими прослоями глин среднего отдела каменноугольной системы.

Результаты и обсуждения

Оползни, относящиеся к первому комплексу, обусловленные деформацией четвертичных отложений, представляют собой наиболее обширную категорию оползневых процессов. Склоны, сформированные ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями среднеплейстоценового возраста, подвергаются деформации. Оползни, как правило, происходят на молодых склонах, которые имеют различное происхождение: речное, овражное или техногенное. У таких склонов профиль равновесия еще не сформирован. Основные показатели оползневых участков рассматриваемого типа представлены в таблице 1.

Оползневые процессы, развивающиеся в четвертичных отложениях, характеризуются как небольшие по размерам, с неглубоким (до 5 или 10 м) захватом пород, включающие все три типа по классификации Ф.П. Саваренского [15]: инсеквентные, консеквентные и асеквентные. Оползание пород происходит по горизонту ледниковых морен, по юрским или меловым глинам.

Склоновые участки, осложненные оползневыми деформациями (поверхностного и мелкого характера), развитыми в отложениях четвертичной системы, зафиксированы вблизи деревни Апраксино в долине реки Шолоховки. На левом склоне выявлены оползневые процессы с циркообразной формой в плане, которые характеризуются наличием четко выраженных задернованных стенок срывов. На правом склоне наряду с циркообразными формами наблюдаются фронтальные оползневые участки. В структуре фронтальных оползней отмечены небольшие по протяженности ступени, последовательно вытянутые вдоль бровки склона.

Оползневые процессы имеют ограниченное распространение в пределах долины реки Сетунь (рис. 1). Они приурочены к обрывистым участкам коренных склонов долины (в основном правый берег реки), эрозионным уступам поймы, а также к местам, подвергнутым техногенному воздействию (нагрузка на склоны из-за инженерных объектов: мостовых переходов, труб, выпусков сточных вод в реку).

В долине реки Нары, в частности на территории государственного природного заказника Московской области, оползневые процессы активизируются в местах подтока грунтовых вод. Террасы на склонах долины реки Нары имеют крутизну от 7—10° до 20—40°. Оползневые участки характеризуются наличием овражно-балочной сети, с наличием постоянных и временных водотоков, также очаги активных оползней приурочены к вогнутым, подмываемым берегам рек.

Оползни, входящие в состав второго комплекса, во многом обусловлены процессами деформации юрских глинистых отложений. В частности, высокая пористость, повышенная влажность, пластичность и гидрофильность оксфордских глин верхнего отдела юрской системы, содержащих монтмориллонит, способствуют активизации оползневых процессов. При залегании этих глин в подошве склонов или присутствии их в разрезе, а также при наличии достаточной динамической активности рельефа и избыточных давлениях активизируются процессы пластической деформации. Они приводят к развитию оползневых явлений, что имеет большое значение для понимания общей геодинамической обстановки региона. Основные показатели оползневых участков рассматриваемого типа представлены в таблице 2.

Высота склонов, подверженных развитию и активизации оползневых процессов, варьируется в диапазоне от 2—5 до 45—50 м. Наиболее распространенная высота склонов превышает 10 м, что составляет около 74% от общего числа, 17% склоновых участков характеризуются высотой более 30 м, тогда как 9% склонов имеют высоту менее 10 м.

По механизму смещения оползни данной категории классифицируются как оползни сдвига. Оползневый механизм активизируется в результате комплексного воздействия природных и техногенных факторов, вызывающих изменение напряженно-деформированного состояния склонов. Это приводит к возникновению пластических нарушений, приводящих к сдвигу блока глинистых отложений юрской системы, что влечет развитие оползневых деформаций.

Внутри второй категории по классификационным признакам Е.П. Емельяновой [3—6] было выделено два вида оползневых процессов по степени захвата основания склона: висячие и подошвенные.

Висячие оползни в горизонтальных слоях встречаются значительно реже подошвенных. На всех склонах с висячими оползнями можно выделить две части по высоте: 1) верхняя, разрушаемая оползнями часть, границей которой является подошва слабого раздавливаемого слоя, залегающего в средней части склона (глубокая часть оползня); 2) нижняя, устойчивая, транзитная для оползневых масс часть. У их сопряжения профиль имеет ясный перегиб — выпуклость в средней части. При значительной высоте и крутизне стенки срыва (в верхней части склона) угол наклона поверхности оползневого тела оказывается минимальным. Нижняя часть склона, напротив, отличается значительной крутизной.

Формирование оползней висячего типа связано с особенностями неотектонических движений, способствующих выходу на поверхность карбонатных отложений среднего отдела каменноугольной системы. Это приводит к тому, что юрские глины, подверженные оползневой деформации, оказываются выше подошвы склона. Оползневые процессы инициируются при отсутствии выходов карбонатных пород на поверхность и развиваются аналогично подошвенным оползням. Однако при поднятии поверхности языковая часть оползня обнажается и подвергается интенсивной эрозии, что усиливает оползневый процесс. Дальнейшее поднятие приводит к смещению грунта, который сползает к подножию склона, образуя шлейф.

В.В. Кюнтцель [9] отмечал, что на территории Московской области активность оползневых процессов прекращается на участках, где кровля юрских глин опускается на 8—10 м ниже уреза реки. Мощность юрских глин в Московской области в основном характеризуется величиной 20—40% от высоты склона.

При однообразном геологическом строении верхней части склона ширина оползневых ступеней зависит от мощности покрывающих пород и от общей высоты склона [10]. Ширина вновь отделяющихся оползневых ступеней, измеряемая на уровне поверхности плато, зависит от состава пород верхней части склона. От прочности и устойчивости этих пород зависит сохранность крутизны стенки срыва до момента отделения следующего блока. При деформирующихся породах трещина отрыва нового блока может располагаться не на плато, а на бровке оползневого уступа; следовательно, форма в плане будет гребенчатой или бугристой. Чем прочнее породы, слагающие верхнюю часть склона, тем яснее выражены и тем дольше сохраняются в рельефе оползневые ступени. Преобладание в верхней части склона песчано-глинистых пород вызывает развитие на оползневом склоне локальных смещений второго и более высоких порядков в таком масштабе, что они иногда почти полностью маскируют типичный для фронтальных оползней рельеф, и только линейная вытянутость стенки срыва в голове оползня свидетельствует о масштабе и характере первого смещения.

Глубокие оползни на склонах, подстилаемых юрскими глинами, начинают проявляться при их высоте всего 10—15 м. Юрские глины на территории области имеют черный или темно-серый цвет. Такой же цвет имеют майкопские глины, известные легкостью возникновения в них оползней и характеризующиеся небольшой предельной высотой склонов, всего 15—25 м (З.А. Макеев) [11]. Возможно, в этих случаях играет роль богатство органическим веществом и восстановительная среда, способствующая его сохранению. Юрские глины Московской области богаты глауконитом и монтмориллонитом.

Примером типового оползня этого вида является массив, расположенный у села Гололобово на правом крутом склоне долины реки Коломенки. Оползневый участок имеет эллиптическую форму, протяженность которого варьируется от 450 до 550 м, а ширина от 85 до 240 м. На поверхности оползня четко выражен уступ высотой 2—5 м, полностью покрытый дерном. На теле оползня можно выделить три условные ступени. Для верхней ступени оползневого склона характерно наличие двух хорошо выраженных в рельефе валообразных гряд с округлыми и выпуклыми вершинами (ориентированными вдоль поверхностного уступа). Для понижений между грядами характерен влаголюбивый растительный покров. Ширина понижения между валообразными грядами составляет около 5 м. Далее идет переход на следующую оползневую ступень (среднюю). Ширина колеблется на разных участках от 18 до 27 м. По аналогии с первой также присутствуют в рельефе две валообразные гряды и понижения с влаголюбивыми видами растений. Нижняя оползневая ступень на склоне представляет собой три пологих уступа. Ширина всего яруса составляет от 48 до 65 м, уступов — 12 м. Уступы характеризуются бугристо-грядовыми формами рельефа и направлены к урезу реки. Оползневый уступ пересекают прямолинейные промоины и осложняют его оплывины, что указывает на подверженность эрозионным процессам.

Все оползневые террасы и уступы покрыты дерном, что свидетельствует о стабилизации поверхности и снижении риска дальнейшего развития оползневых процессов. Краевые зоны оползневого склона характеризуются наличием локальных деформаций поверхности оползневого уступа, выражающихся в образовании незначительных (высотой от 0,3 до 0,5 м) стенок срыва. Данный параметр указывает на эпизодическую локальную активность оползневых процессов.

На склонах с юрскими глинистыми отложениями ниже уровня оползневого базиса часто наблюдаются подошвенные оползни, особенно в районах с водотоками, не полностью прорезавшими эти слои. Характерные черты таких оползней включают выраженный крутой надоползневый уступ высотой 2—15 м и уклоном 20—22°. На поверхности оползней выделяются 2—3 уровня ступеней, соединяющих бугры и впадины. Уступ и оползневые террасы нередко осложнены свежими оползневыми образованиями, что свидетельствует о сложной динамике и множестве факторов, влияющих на их развитие.

Оползневые процессы характерны для берегов реки Пахра из-за значительной расчлененности рельефа эрозионной сетью (рис. 2). В результате на крутых склонах образуются участки с бугристым и грядово-бугристым рельефом. Оползни на склонах Пахры относятся к двум типам:

1) оползни, вызванные деформацией четвертичных отложений, имеют небольшие размеры. Их протяженность варьируется от нескольких метров до десятков, а в редких случаях — сотен метров;

2) оползни на склонах с высотой более 20 м и уклоном поверхности оползневой террасы свыше 8°. Оползневые процессы связаны с деформацией коренного субстрата.

Оползневые процессы на склонах реки Клязьмы (рис. 3) могут быть вызваны различными факторами: метеорологическими (климатическими) — количество выпадающих осадков и характер их инфильтрации; геологическими — процессы выветривания, водной эрозии, абразии и суффозии; гидрогеологическими — процессы протаивания и промерзания грунтов, слагающих склоновые массивы; техногенными — нагрузки при строительстве зданий и сооружений.

Активизация оползневых процессов в долине реки Клязьмы обуславливается воздействием эрозионного фактора. Обрушение пород, слагающих коренной берег в верхней части водораздела р. Клязьмы, происходит под эродирующим воздействием водотока. Оползни возникают в результате подмыва коренного берега.

Склоновый участок в районе деревни Липки, осложненный крупными оползнями протяженностью порядка 1,5 км, характеризуется следующими параметрами: длина оползневого склона — 85 м; высота оползня — 35 м; крутизна склона — 20°. На склоне наблюдается единая оползневая ступень, которая характеризуется стабильными параметрами высоты и простирания.

У деревни Быковка выявлен глубокий оползень выдавливания длиной около 3,7—3,9 км, связанный с деформацией верхнеюрских глин оксфордского яруса.

В районе деревни Лапино — оползень фронтальный, протяженность по фронту значительно превосходит длину по оси движения. В рельефе склона выделяется до двух уровней оползневых ступеней, преимущественно выдержанных по высоте и простиранию.

Оползневые процессы в долине р. Десны связаны с особенностями геологического строения: правобережный склон сложен мергелем и мелом, которые покрыты тонким слоем лессовидных суглинков. Участок склона разрезан балочной сетью на отдельные фрагменты с крутыми и покатыми склонами крутизной около 25°. Для склоновых участков характерна южная и юго-восточная экспозиция.

Оползни, относящиеся к третьему комплексу, связаны с деформированием глинистых отложений среднего карбона, развиваются на левом склоне долины реки Оки. Основные параметры оползневого участка представлены в таблице 3.

Оползневые участки, расположенные выше по течению реки Оки от овражно-балочной сети, имеют надоползневые уступы высотой около 10 м, крутизной более 42°. В рельефе характерно наличие двух оползневых террас высотой 9—11 м и шириной около 5—6 м.

Заключение

На территории Московской области оползневые явления распространены и обусловлены комплексом факторов, включая расчлененность рельефа, неотектонические движения и геологическое строение склонов. Наиболее подвержены оползням юго-восточные и южные районы с активной динамикой рельефа.

Оползневые процессы, характерные для территории Московской области, обособляются по заданным параметрам и значениям в три литолого-стратиграфических комплекса:

Песчано-глинистые отложения четвертичного периода. Комплекс характеризуется поверхностными и мелкими смещениями на молодых склонах речного, овражного или техногенного происхождения. Оползни часто имеют значительную протяженность и относятся к типу течения и сдвига.

Глины оксфордского яруса верхнего отдела юрского периода. Оползни этого комплекса связаны с пластическими деформациями в глинах, богатых монтмориллонитом. Они характеризуются большей глубиной захвата склона и относятся к оползням сдвига. Различают подошвенные и висячие типы оползней, последние связаны с неотектоническими движениями.

Карбонатные породы с тонкими прослоями глин среднего отдела каменноугольного периода. Оползни развиты на левом склоне долины реки Оки и характеризуются фронтальной конфигурацией и наличием оползневых террас.

Оползни прослеживаются на склонах долин рек Москвы, Оки, Истры, Сетуни, Коломенки, Пахры, Нары, Десны, Клязьмы, Шолоховки и Осенки. Оползневые процессы на склонах рек Пахры, Клязьмы и Десны имеют свои особенности, связанные с речной эрозией, развитием суффозионных процессов, гидрогеологическими условиями и деятельностью человека.