Специальная инженерно-геологическая карта распространения эндо- и экзогенных геологических процессов Гвинейской Республики

Развитие и широкий спектр экономической деятельности в Гвинейской Республике привели в последние годы к интенсификации проектов строительства базовой социальной инфраструктуры, гидроэлектростанций, железных дорог, автомагистралей, туннелей, отелей, заводов и т.д., что приводит к формированию региональной природно-техногенной системы [2], оказывающей сильное воздействие на геологическую среду [19][20]. Геодинамический процесс представляет угрозу для инфраструктуры страны.

Однако для обеспечения устойчивого функционирования этих сооружений и безопасности местного населения привлекаются инженерно-геологические исследования, которые базируются на системном подходе, учитывающем взаимодействие сооружения с геологической средой, зональными и техногенными факторами [6][8]. Одной из задач региональной инженерной геологии является совершенствование методов инженерно-геологических исследований и разработка положений по региональному технико-геологическому прогнозированию [9], а также выбор мероприятий по технической защите зданий и сооружений от опасных геологических процессов [25].

Чтобы изучить закономерности их проявления и развития, понять их механизм и прежде всего подвергнуть их углубленному изучению [18], целью данного исследования будет составление схематической карты распространения основных геологических процессов в Гвинейской Республике, чтобы выявить наиболее благоприятные для освоения (размещения) области с минимизацией последствий эндо- и экзогенных геологических процессов.

Материалы и методы

Данное исследование основано на анализе фондовой литературы, в которой первоначально были выявлены и описаны геологические процессы на территории Гвинеи. Затем с использованием геологической информационной системы (ГИС) была составлена карта проявления инженерно-геологических процессов путем компиляции данных о компонентах инженерно-геологических условий.

Природные условия Гвинеи

Гвинейская Республика, расположенная в за-падной части Африканского континента, является прибрежной страной с атлантическим побережьем протяженностью 300 км.

Климат Гвинеи тропический влажный, со среднегодовой температурой 31 °С, количеством атмосферных осадков около 1500 мм (во внутренних районах), более 4000 мм (на побережье).

Более половины территории страны занимают невысокие горы и плато. Атлантическое побережье сильно изрезано эстуариями рек и занято аллювиально-морской низменностью шириной 30—50 км.

Гидрографическая система включает 1161 реку, которые орошают и все соседние страны, превращая Гвинею в «водонапорную башню» субрегиона.

Африканская платформа занимает территорию почти всей Африки. В пределах Гвинеи выделяют четыре основные структуры (рис. 1): I — Западно-Гвинейская синеклиза, расположенная на западе страны, сложена пологими породами ордовикского, силурийского и девонского периодов (песчаники, алевролиты, аргиллиты); II — синеклизы Тауденни (южный борт) на северо-востоке страны образованы пологозалегающими протерозойскими карбонатно-терригенными толщами; III — прогиб Рокел в центральной части страны выполнен протерозойскими смятыми в складки карбонатно-терригенными осадками и эффузивами; IV — Леоно-Либерийский щит является основной структурой, сложен породами архея (гнейсы, граниты, гранулиты, кварциты, железистые кварциты, метаморфизованные ультраосновные породы) и нижнего протерозоя, с крупными рифтовыми зонами Монго, Симанду, Нимба, Ниандан Банье.

В кайнозойский период сформировались определившие современный облик рельефа Гвинеи [4] основные морфоструктуры:

• Приморская равнина, простирающаяся вдоль изрезанного берега Атлантического океана на высотах от 0 до 120 м;
• плато Фута Джалон-Мандинго — многоярусное, разновысотное (от 150—200 до 1500 м), разновозрастное, с поверхностями выравнивания, расчлененными многочисленными долинами рек на массивы столовых гор и отдельные останцы с плоскими и пологоступенчатыми вершинами;
• Гвинейская возвышенность — среднегорные (800—1200 м) области, расчлененные на бассейны рек, над которыми господствуют отдельные массивы и хребты Симанду и Нимба с максимальными отметками 1656—1752 м. На хребтах и массивах участками сохранились фрагменты пологоволнистых выровненных поверхностей;
• внутренняя эрозионно-денудационная равнина с абсолютными отметками 380—490 м, расположенная между морфоструктурами Фута Джалон-Мандинго и Гвинейской возвышенностью.

Из покровных образований во всех областях широко развиты латеритные коры выветривания. Четвертичные образования склонов представлены маломощным прерывистым чехлом современного делювия, пролювия и коллювия, образуя шлейфы и крупные конусы выноса. Более широко развиты аллювиальные, делювиально-аллювиальные и пролювиально-аллювиальные отложения долин и морских террас.

Латеритные коры выветривания

Коры выветривания широко развиты в Гвинейской Республике и являются важным аспектом изучения инженерной геологии. Кроме того, коры выветривания во многом определяют гипергенную металлогению разных регионов.

Развитие процесса выветривания определяется совокупностью региональных, зональных и факторов [10], влияющих на механизм процесса, его интенсивность, скорость и степень развития [11].

Особенность формирования латеритной коры выветривания заключается в том, что она образуется в климатических условиях тропических зон, для которых характерны следующие условия:

• постоянная высокая температура воздуха, благоприятствующая развитию и ускорению химических процессов;
• избыток атмосферных осадков: вода — это самый важный компонент, способствующий миграции других компонентов и значительно влияющий на тип и интенсивность процесса выветривания;
• накопление огромных масс отмирающего органического вещества, переработка которого в почве микроорганизмами продуцирует органические и неорганические кислоты, которые существенно влияют на переработку субстрата;
• миграционная подвижность элементов в вертикальном разрезе коры выветривания определяет геохимическую, гидрогеохимическую (табл. 1) и инженерно-геологическую зональность строения коры выветривания;
• латериты покрывают поверхности выравнивания на кристаллических массивах.

Зональность строения коры выветривания по железистым кварцитам бокситового месторождения Леоно-Либерийского кристаллического массива [4] приведена на рисунке 6.

Большинство исследователей геоморфологического развития территории Гвинеи считают, что наиболее высокие выровненные поверхности были сформированы в постгондванский меловой период [7]. Общая мощность коры выветривания на них — 80―90 м. Общая мощность коры выветривания на миоценовом рельефе достигает 120―140 м; от ее нижней поверхности вниз фиксируются линейные карманы и зоны до глубин 100―140 м. Мощность бокситоносной зоны — 5―6 м

Геологические процессы

На основании всестороннего анализа условий и причин развития геологических процессов на территории Гвинейской Республики было идентифицировано семь процессов, интенсивность, скорость, характер и направление которых определяются взаимодействием климатических, гидрографических факторов и геологической среды Гвинеи.

Принципы картирования эндо- и экзогенных геологических процессов на территории Гвинейской Республики

По назначению, масштабу и способу составления инженерно-геологические карты объединяются в три основные группы [8]: мелкомасштабные 1:1 000 000 и мельче, среднемасштабные М 1:200 000 и крупномасштабные М 1:50 000 и крупнее.

Назначением мелкомасштабных карт является:

1. изучение общих закономерностей формирования инженерно-геологических условий на основе теоретического обобщения накопленных материалов;
2. составление региональных и зональных норм и методов проведения инженерно-геологических работ;
3. составление рабочих гипотез об инженерно-геологических условиях изучаемой местности при отсутствии более детальных материалов.

Карты этой группы составляются обычно камеральным путем без проведения полевых съемочных работ на основе обобщения общегеологических, географических, справочных и фондовых материалов [9].

Принцип построения Специальной инженерно-геологической карты распространения эндо- и экзогенных геологических процессов на территории Гвинейской Республики масштаба 1:7 500 000 (рис. 2).

Экзогенные геологические процессы (ЭГП) приурочены к определенной приповерхностной части литосферы, где имеются благоприятные условия для их развития. Под условиями ЭГП понимается геологическое строение, тектонические особенности, трещиноватость, гидрогеологические условия, геоморфологический облик и др. Причиной процесса всегда является другой процесс, развивающийся во внешней среде по отношению к литосфере, такой как солнечная радиация, атмосферные осадки, движение поверхностных воды рек и морей, биоты [3].

За основу построения специальной инженерно-геологической карты была принята геоморфологическая карта, отражающая морфогенез и морфометрию рассматриваемой территории и вместе с тем — ее структурно-тектоническое и геологическое строение.

На карте выделены четыре геоморфологических района: 1 — Приморская равнина, 2 — плато Фута Джалон-Мандинго, 3 — Гвинейская возвышенность, 4 — Внутренняя равнина; реки и водоразделы рек; участки проявления процессов (рис. 2).

Условными знаками 5―13 нанесены участки распространения процессов: землетрясения, эрозия, абразия, подтопление, оползни, заболачивание, карстообразование и выветривание пород.

Эндогенные процессы

Землетрясения. Первые проявления землетрясения были зафиксированы в Гвинейской Республике в 1796 году. Исследования [14][16][17][21][24] по сейсморазведке Западной Африки и Гвинейской Республики позволили изучить особенности землетрясений в Гвинее. Самое сильное землетрясение в стране произошло 22 декабря 1983 года недалеко от Кумбии, префектура Гауаль, магнитудой (MS) 6,2. Эпицентр землетрясения находился в регионе, граничащем с Западноафриканским кратоном, на южном конце Мавританской цепи в непосредственной близости от ее соприкосновения с бассейном Бове, характеризующимся горизонтальными структурами неметаморфизованных пород [14]. Это крупнейшее бедствие в Гвинее на сегодня. В результате 320 человек были убиты, более 10 000 ранены и почти 20 000 остались без крова, не считая существенного материального ущерба.

Для выявления сейсмических зон было выполнены исследования по оценке сейсмического риска [17]. С учетом информации о сейсмичности и геологических параметрах Гвинеи выделены три сейсмические зоны (рис. 3): зона А представляет собой палеозойский кратон, зоны В и С — архейские и нижнепротерозойские породы.

Экзогенные геологические процессы

К настоящему времени предложено множество классификаций ЭГП: Ф.П. Саваренского (1939), И.В. Попова (1959), А.И. Шеко (1989), В.Т. Трофимова (2002). Наиболее фундаментальной является классификация Г.К. Бондарика (1981), в которой группы и классы экзогенных процессов выделены с учетом главных внешних естественных и искусственных причин, основных внутренних причин процессов, отношения взаимодействий к пространству и времени, вида взаимодействий [1][3].

Гидрогенные процессы включают абразионные и эрозионные процессы.

Абразия. Атлантический океан, омывающий западное и южное побережья Гвинеи, на протяжении 300 км является основной причиной физической деградации ее береговой линии [21]. Разрушение горных пород берега происходит вследствие: удара волн (сила которых при штормах достигает 30—40 т/м²); абразивного действия обломочного материала, приносимого волной; растворения пород; сжатия воздуха в порах и полостях породы во время удара волн, которое приводит к растрескиванию пород под воздействием высокого давления.

Механизм и интенсивность абразии зависят от топографии и геологического строения береговой линии. Скорость отступления береговой линии, по оценкам CERESCOR, в 1997 г. в населенных пунктах Коба и Табуссу составляла примерно 1,80 м/год [22].

За последнее десятилетие береговая линия в Гвинее отступила почти на 300 м, как в случае с островами Кабак; в Какоссе прибрежная деревня Хилифили переместилась более чем на километр из-за абразии. На острове Таиди в Камсаре зафиксировано такое же явление отступления берегов, в результате чего была разрушена сельская школа, возникла серьезная угроза для жилых домов, инфраструктуры и потери сельскохозяйственных угодий.

Наблюдается относительная стабильность скалистого побережья, протягивающегося по Капверги в префектуре Боффа и полуострове Калум.

Речная и овражная эрозия. Процесс речной эрозии в разной степени можно наблюдать практически на всех реках. Учитывая геологические, климатические, топографические условия и очень богатую гидрографическую сеть Гвинеи, речная эрозия является наиболее важным процессом. Его интенсивность (скорость) зависит от 1) состава и свойств грунтов; 2) топографии (ориентации склонов и уклона); 3) характера и степени развития растительного покрова; 4) количества и характера атмосферных осадков; 5) условий инфильтрации и испарения [15].

Результаты работ по изучению речной эрозии главных рек Гвинеи Jean et al. (табл. 3) свидетельствуют о гораздо большей скорости развития процесса в бассейне р. Мило.

Овражная эрозия — это активный современный рельефообразующий процесс (рис. 4), наносящий большой ущерб, отрицательно влияющий практически на все отрасли сельскохозяйственного производства: сокращаются площади, удобные для использования; снижается производительность работы сельскохозяйственной техники на склонах. Этот вид водной эрозии приобретает особое значение во влажных тропиках с обильными дождями; капли бомбардируют поверхность грунта, поднимая частицы почвы в воздух и отбрасывая их на расстояние до 1,5 м. Активизация эрозии происходит в результате разработок полезных ископаемых открытым способом, ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигают сотни га. Скорость овражной эрозии очень большая — несколько метров год.

В настоящее время процесс овражной эрозии практически не изучен. Актуальным является создание научно обоснованного представления о закономерностях развития оврагов, выявление стадийности их роста с количественной оценкой процесса, что позволит определять целесообразность применения противоэрозионных мероприятий в зависимости от природных условий и вида антропогенной нагрузки в разных регионах страны.

Гравитационный процесс

Оползни. Развитие склоновых процессов на территории Гвинейской Республики достаточно обширно, что обусловлено рельефом страны. В Гвинее было зарегистрировано несколько крупных оползней [23]: в Койе в 1962 и 1963 годах, в Йому в 1991 году и в Сенько (Бейла) в 1993 году. В Секу-Сори (префектура Киндия) 26 мая 2011 года был зарегистрирован оползень длиной около 1000 метров, шириной 170 см и глубиной захвата 2 метра [23]. В 2015 году оползень произошел в деревне Колоканлан (префектура Бофф), в результате стихийного бедствия были человеческие жертвы, полностью разрушены дома, уничтожены скот, акры рисовых полей, продовольственные склады, изолирован доступ к пострадавшему селу.

Подтопление, паводковые проявления в большинстве случаев вызваны природными явлениями, они являются самыми опасными в мире, но трудно поддающимися оценке [26]. Для определения зон затопления наиболее квалифицированным остается гидрогеоморфологический метод [12], основанный на картографировании территорий затопления путем восстановления функционирования гидросистемы. Он основан на изучении русел рек, составляющих аллювиальную равнину. В Гвинейской Республике паводки происходят каждый сезон дождей после продолжительных ливней, которые усиливают сток рек. Тем самым вызывается застой дождевой воды внутри города из-за плохого естественного дренажа (рис. 5). Отсутствие технических средств делает невозможным оценку высоты подъема реки во время наводнения. Основными районами, наиболее пострадавшими, являются столица Конакри, префектуры Маму, Киндия, Дабола, Канкан, Масента, Гауаль, Мандиана, Сигири, Дингирайе, Лелума, Телимеле, Фарана, Гекеду и Лабе (рис. 5).

Заболачивание. Заболачивание широко распространено на атлантическом побережье Гвинеи, а также на островах. Заболоченные участки неглубокие и встречаются в районах, где почвы, как правило, бедны, очень устойчивы к воде и не получают много тепла для испарения воды, поэтому вода остается на поверхности почвы в течение длительного времени. Таким образом, это приводит к образованию болот.

Современное выветривание и карстообразование. Процесс формирования коры выветривания на территории Леоно-Либерийского кристаллического массива длится начиная, предположительно, с мела, когда на всем Земном шаре господствовал жаркий и влажный климат. Продуктом этого длительного процесса являются латеритные и бокситоносные коры выветривания. Как уже отмечалось, коры выветривания имеют зональное строение, возникающее в результате миграционной подвижности элементов и переформирования состава, структуры и свойств пород (см. табл. 2).

На пути активной латеральной разгрузки подземных вод в латеритной коре выветривания образуются крупные полости карстово-суффозионного тина, сформировавшиеся на протяжении длительного развития литосистемы (рис. 6) [4].

На месторождении Debele из воронки карстового тина обнаружен вход в подземную галерею протяженностью 15 м, дно которой покрыто обрушившимся полосчатым бокситом.

Заключение

Проявления геологических процессов в Гвинейской Республике регулярно приводят к многочисленным человеческим жертвам и серьезному экономическому ущербу.

На основании сбора, анализа и обобщения общегеологических, географических и фондовых материалов были идентифицированы и классифицированы семь процессов, создающие риск инфраструктуре Гвинейской Республики.

Создана специальная инженерно-геологическая карта геологических процессов территории Гвинеи М 1:7 500 000, содержащая информацию о пространственном распространении инженерно-геологических геологических процессов.

Коры выветривания, широко распространенные на территории страны, характеризуются зональностью строения и изменчивостью состава и свойств грунтов, являются значимым компонентом при оценке инженерно-геологических условий.

Специальная инженерно-геологическая карта предназначена для использования при макроэкономическом планировании хозяйственного освоения территории.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Камара Абубакар Сидики — собрал материал, разработал концепцию и подготовил текст статьи, окончательно утвердил опубликованный вариант статьи и согласен взять на себя ответственность за все аспекты работы.

Невечеря Вадим Вадимович — концептуальная идея направления исследований, обработка результатов, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Ярг Людмила Александровна — осуществляла научное и методическое руководство, участвовала в разработке методологии и окончательно утвердила публикуемую версию статьи и согласна принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Camara Aboubacar Sidiki — collected material, developed the concept and prepared text of the article, finally approved the published version of the article and agree to take responsibility for all aspects of the work.

Vadim V. Nevecherya — processing observations, has finally approved the published version of the article and agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Lyudmila A. Yarg — carried out scientific and methodological guidance, participated in the development of the methodology and finally approved the published version of the article and agrees to take responsibility for all aspects of the work.