Инженерно-геологические карты

В работах, на которых мы останавливались в двух предыдущих разделах, показана необходимость совершенствования методики составления специальных карт. В ряде упомянутых случаев геологические отчеты или карты сопровождаются таблицами сопоставления геологических формаций или отдельных типов пород и грунтов с физико-механическими свойствами и характеристиками местности. В случае, относящемся к практике работы Миссурийского отделения Геологической службы и водных ресурсов, был приведен пример публикации в одном приложении двух сопряженных карт округа Джефферсон — геологической и инженерно-геологической. Конечным результатом австралийской системы оценки местности, как мы отмечали, также является инженерно-геологическая карта исследуемой территории.

Использование довольно узкого по смыслу слова «инженерный» в названии карт этого типа не должно вводить в заблуждение и препятствовать их широкому применению, особенно для целей планирования. Термин «физико-механические свойства» широко применяется для обозначения тех физических свойств грунтов и пород, которые должны быть известны с достаточной точностью, помимо их обычных геологических характеристик. Только при этом условии территория, сложенная соответствующими породами, может рассматриваться в качестве места для городского или иного строительства. Примерно также постепенно вошел в употребление и узкий по исходному смыслу термин «инженерно-геологические карты», хотя при разумном планировании такими картами должны пользоваться все специалисты, связанные с городским и региональным планированием: не только инженеры, но и архитекторы. Инженерно-геологические карты в Северной Америке применяются сравнительно недавно. Далее мы постараемся показать, что составление таких карт — исключительно полезный и эффективный метод получения геологической информации для любых целей городского и регионального планирования.

Мы затрудняемся сказать с уверенностью, когда и кем именно впервые были предложены инженерно-геологические карты. Инженерно-геологическое картирование развивалось постепенно, и процесс этот продолжается до сих пор, поскольку понимание важности геологии для решения проблем планирования неуклонно растет. Сейчас европейцы в этом отношении опережают американцев и канадцев. Однако и здесь, как в большинстве новых научных направлений, между Старым и Новым Светом уже возникли взаимные связи. Дальнейший прогресс инженерно-геологического картирования во многом зависит от международного сотрудничества в этой области. Впрочем, и в самой Северной Америке сделано немало. Для примера сошлемся на уже упоминавшуюся работу Геологической службы США в районе Сан-Франциско.

Следует также упомянуть о работах, проведенных специалистами по инженерной геологии в более обширном районе Лос-Анджелеса. Этому району посвящено немало публикаций, касающихся инженерно-геологических вопросов [51]. Особый интерес представляет анализ проблем, связанных с оползнями. Эти проблемы выступили на передний план при интенсивном освоении склонов холмов, которое поначалу слишком часто заканчивалось неудачами. Сейчас освоение склонов в Лос-Анджелесе возможно лишь при определенных ограничениях. Лос-Анджелес — огромный, быстро растущий город; специалисты прилагали в прошлом и прилагают теперь немало конструктивных усилий, чтобы геология заняла подобающее ей место при ведении работ по планированию и развитию района. Пример Лос-Анджелеса мог бы послужить единственной, но -достаточно полной иллюстрацией большинства обсуждаемых в нашей книге вопросов. Однако по теме «Геология и Лос-Анджелес» и без того опубликовано очень много работ. Кроме того, многие проблемы района Лос-Анджелеса слишком специфичны, так как определяются местными климатическими и геологическими условиями. Поэтому, отдавая должное всем проведенным здесь исследованиям, мы сочли целесообразным остановиться на другом районе, где сейчас в процессе планирования также начинают применяться инженерно-геологические карты.

Речь пойдет о Денвере (штат Колорадо) — быстро растущей городской агломерации, расположенной в редкой по красоте местности у подножия Скалистых гор. Важность знания геологических условий этого района очевидна даже для самого неискушенного наблюдателя. Район, включающий сам Денвер, город Боулдер в 32 км к северо-западу от него и города-спутники Денвера (такие, как Литтлтон), ь своем непрерывном развитии встречается со многими проблемами. Так, в начале 1967 г. возникли разногласия по поводу раздела и освоения небольшого участка на склоне холма вблизи Боулдера. Городские власти, памятуя о неблагоприятных геологических условиях участка, примыкающего к восточным предгорьям Передового хребта, нуждались в подробной информации о местности. После обращения в Геологическую службу США они получили рукописную копию геологической карты района Боулдер. Однако это была обычная геологическая карта, ее необходимо было интерпретировать применительно к проблемам местного землепользования. Почти одновременно Денверский региональный совет муниципалитетов обратился в Геологическую службы США с просьбой провести планомерные региональные исследования геологических условий вдоль восточной окраины гор около Денвера. В августе 1967 г. начались совместные инженерно-геологические исследования — первый опыт сотрудничества Федеральной геологической службы и региональной планирующей организации.

Рассматриваемые совместные исследования ведутся на преимущественно урбанизированной территории площадью 116 тыс. га и к моменту выхода данной книги еще не закончены. К 1971 г. были составлены предварительные инженерно-геологические карты [52] для Боулдера с прилегающей территорией и района вокруг Голдена. Каждая карта охватывает площадь в 14 200 га. Восемь карт полностью покроют весь район, находящийся в ведении Денверского регионального совета муниципалитетов.

Программа работ преследовала две цели: снабдить Денверский региональный совет инженерно-геологической информацией для планирования в наиболее быстро развивающейся части Денвера главным образом за счет пополнения уже имеющейся геологической информации инженерно-геологическими данными; изучить, каким образом сделать геологическую и инженерно-геологическую информацию более понятной и полезной для большинства неспециалистов.

Фиг. 3.30. Денвер, Колорадо. Вид города с воздуха. На заднем плане — Скалистые горы, подступающие к городу с запада.

Возможно, не без связи с описанными работами законодательный орган штата Колорадо в 1967 г. принял поправку к земельному законодательству штата, специально разрешающую включать в документы о разделе и освоении земель такие, например, вопросы, как «испытания возможности оползания пород вследствие их скольжения по бентонитовым глинам» [53]. Совсем недавно в Лейквуде, одном из пригородов Денвера, расположенном к западу от Него, муниципалитет включил в постановление о планировании требование о том, «чтобы перед любым будущим разделом или освоением земли обязательно проводилось изучение ее компетентными специалистами по инженерной геологии». К такому же выводу пришел отдел планирования округа Джефферсон, впервые признав влияние геологических факторов на региональное планирование.

Проводимая в настоящее время работа по созданию инженерно-геологических карт — это не просто трансформация имеющихся геологических карт, осуществляемая в камеральных условиях. Для проверки всех существенных инженерно-геологических характеристик необходимы полевые работы. Типичные для каждого подразделения карты образцы пород должны быть проанализированы в лабораториях. Следует изучить и учесть практику предшествующего строительства, особенно трудности, которые встречались при ведении земляных работ. Наконец, необходимо определить те нужды, которые могут возникнуть у специалистов по планированию на подлежащих картированию участках с особым типом местности. При составлении  инженерно-геологических карт нежелательно употреблять полные наименования геологических формаций, их лучше сократить или устранить. Значительно важнее подчеркнуть тип и характер пород каждого геологического подразделения. Поэтому на карте следует отметить специфические особенности любого достаточно широко распространенного местного материала, например характеристики набухания глин формации Пьер в районе Денвера. Очень важной характеристикой грунтов, отражаемых на карте, является их разрабатываемость в процессе земляных работ, поэтому ее необходимо приводить, невзирая на трудности определения. Желательно отметить на карте места прошлых оползней и районы возможного оползания, а также источники и другие свидетельства высокого положения уровня подземных вод. На окончательную карту наносятся и главные поверхностные проявления глубинного геологического строения, интерпретированные, однако, таким образом, чтобы карта могла служить удобным руководством для планировщиков при выборе участков под строительство или зоны отдыха. Для этих целей особенно важно показать на карте места, где возможно возникновение опасных геологических явлений.

Объем инженерно-геологической информации столь велик, что нет смысла помещать всю ее только на саму карту. Поэтому, например, к картам района Денвера предполагается приложить таблицы, подобные уже упоминавшимся в предыдущих примерах. Так, карта района Боулдер сопровождается тремя таблицами — по изверженным и метаморфическим породам, по осадочным породам и по поверхностным отложениям (или грунтам). Все таблицы имеют следующие основные графы, в которых приводятся краткие данные по каждому геологическому подразделению:
Геологическое подразделение (геологическое название).

Описание и мощность.

Другие характеристики (например, трещиноватость).

Формы рельефа и профиль местности.

Выветривание и погребенные почвы.

Разрабатываемость пород (например, при земляных работах).

Поверхностный сток и эрозия.

Подземные воды.

Возможности отвала извлеченной породы.

Устойчивость сооружений.

Устойчивость склонов.

Вероятная сейсмоустойчивость.

Использование.

Использование инженерно-геологических карт имеет давнюю историю, особенно в странах Восточной Европы. Эта тема получила широкое освещение в литературе. Весьма показательным является, например, «Библиографический указатель-справочник по инженерно-геологическому картированию», ч. I (автор И. Грушка), изданный Геофондом в Праге [55]. Эта небольшая книжка отпечатана с помощью ЭВМ, что уже само по себе свидетельствует об особом внимании к этому вопросу со стороны чехословацких геологов. В «Указателе» приводится перечень свыше 100 работ — отчетов и карт, выпущенных главным образом в Чехословакии, ГДР и Польше, а также в СССР, Венгрии, Румынии и Югославии.

Геологи стран Восточной Европы хорошо знают комплект первых инженерно-геологических карт Варшавы, изданный в 1936 г. Сушкевским и Резицким. В комплект входят четыре карты, составленные на основе изучения нескольких тысяч разведочных скважин и шурфов. Три карты отражают геологическое строение закартированной площади соответственно на поверхности и на глубинах 5 и 10 м. Следует отметить, что знание геологических условий именно на указанных глубинах имеет особое значение, поскольку, как будет показано ниже, для городских территорий характерно широкое ведение различных подземных выработок. На четвертой карте показаны границы распространения коренных третичных глин, подстилающих поверхностный слой, а также местоположение и возраст заброшенных песчаных и глиняных карьеров, старых каменоломен и водоемов, древних русел Вислы, т. е., иными словами, приведены все данные, которые подчас так трудно собрать, но которые крайне необходимы при ведении строительных работ. Все четыре карты составлены в масштабе 1 : 20  000 и сопровождаются геологическими разрезами [45]. После второй мировой войны страны Восточной Европы вновь стали уделять большое внимание инженерно-геологической проблематике. Одной из первых послевоенных работ была инженерно-геологическая карта центрального района Праги масштаба 1 : 12 000, составленная Зарубой. На карте показано геологическое строение района на глубину до 2 м. Важность приведенной на карте информации трудно переоценить, поскольку в центральной части Праги развит довольно мощный слой искусственного грунта (культурный слой). Он состоит из каменных обломков строений, уничтоженных пожарами сотни лет назад. Значительная работа в области инженерно-геологического картирования проведена советскими учеными, особенно Поповым и Коломенским — сотрудниками Московского геологоразведочного института. Доклад, в котором они излагают свой подход к составлению инженерно-геологических карт, издан на английском языке. Заслуживает внимания и серия многоаспектных карт для регионального планирования, выпущенная в Венгрии. Но наибольшее значение имеют последние достижения в этой области в Чехословакии. Попутно следует отметить, что во всех указанных странах для исчерпывающего отражения различных геологических особенностей местности принято составлять несколько взаимно сопоставляемых карт одного и того же района, а не одну карту с сопровождающими пояснительными таблицами.

Значительный прогресс, достигнутый чехословацкими специалистами, частично объясняется потребностями, которые возникли в стране еще до второй мировой войны в связи с интенсивным развитием путей сообщения. Так, например, при сооружении новой железнодорожной линии от Быстрицы до Дивиски была составлена геологическая карта масштаба 1 : 25  000. Некоторые участки трассы, в особенности подверженные оползням, были закартированы даже в масштабе 1 : 1000. Позднее, с целью сооружения новой автострады от Брно (Моравия) до города Готвальдова, часть долины реки Моравы была закартирована в масштабе 1 : 2000. В 50-х годах были составлены карты ряда речных долин в Словакии с графическим изображением технических характеристик горных пород. Закартированные участки примерно идентичны в геологическом отношении, в частности с точки зрения возможности сооружения гидроэлектростанций и других объектов вдоль берегов рек. По мере развертывания инженерно-геологических работ накапливался необходимый опыт и интенсивно развивались методы картирования. Так, были разработаны оригинальные графические методы цветного и черно-белого обозначения на картах, что позволяет с помощью всего одной многоцветной карты отразить все основные особенности пространственной геологической структуры закартированного района.

Для иллюстрации принятого в Чехословакии способа инженерно-геологического картирования приведем описание типового комплекта из четырех карт, в совокупности отражающих геологическое строение какого-нибудь района.

Лист А представляет собой подробную геологическую карту до-четвертичных коренных пород, покрывающих их поверхностных отложений и искусственных насыпных грунтов с указанием мощностей этих образований. Коренные породы выделяются коричневой штриховкой, причем ее линии делаются прерывистыми, если породы залегают глубже 10 м от поверхности. Поверхностные отложения также изображаются в цвете, обычно горизонтальными или вертикальными цветными полосами. Мощность их указывается римскими цифрами. Изопахиты поверхностных отложений обозначаются тонкими непрерывными линиями, а если мощность превышает 10 м — пунктирными линиями. Насыпные грунты изображаются красной штриховкой. Если их мощность превышает 2 м, то она обязательно приводится (в метрах).

Лист Б дает представление об инженерно-геологических характеристиках района, а также включает некоторую геоморфологическую и гидрогеологическую информацию. На карте подробно выделяются опасные склоны возвышенностей, оползни, глубокие овраги, сильно изрытые участки местности, открытые и подземные горные выработки, площади развития еще не разрабатываемых полезных ископаемых и районы, в которых запрещается строительство с целью сохранения окружающей среды. Особо выделяются основные технические характеристики пород, такие, как разрушаемость, глубина выветривания или сжижаемость, которые обозначаются специальными символами. Для обозначения химических характеристик подземных вод используются цветные кружки.

Лист В представляет собой карту фактического материала, использованного для построения остальных карт. На нее с помощью соответствующих символов нанесены разведочные шурфы, скважины и другие пункты наблюдения, в которых собирались фактические данные. Места взятия образцов пород для лабораторных исследований и участки, где проводились полевые анализы или другое специальное опробование, обозначаются цветными символами. На эту же карту наносятся действующие и заброшенные карьеры, колодцы и ключи.

Лист Г — карта, где на основе сопоставления и увязки всех инженерно-геологических сведений, содержащихся на других картах, дана оценка района с точки зрения его пригодности для развития городов и строительства промышленных и транспортных объектов. С помощью хорошо известных «семафорных цветов» — красного, желтого, зеленого — вся закартированная площадь делится на непригодные, малопригодные и вполне пригодные для освоения районы соответственно. В специальной обзорной таблице, отпечатанной на карте, эти важнейшие характеристики районов приводятся в форме, удобной для чтения.

К сожалению, приведенное краткое описание позволяет получить лишь самое общее представление о замечательных чехословацких картах, поскольку мы лишены возможности воспроизвести хотя бы одну из них полностью. Как отмечает исследователь Заруба, внесший большой вклад в создание руководства по картированию, «составление инженерно-геологических карт масштаба 1 : 5000 является относительно дорогим предприятием, но они стоят этого... однако мы ограничивались составлением карт только для районов, важных в экономическом отношении, где планируется крупное промышленное или городское строительство или же восстановление запущенных площадей».

Рассмотренные новые методы инженерно-геологического картирования описаны чехословацкими геологами в многочисленных публикациях. Работы получили высокую оценку специалистов, в частности сотрудников Департамента горно-геологических исследований Франции, которые применяют сходные графические методы составления инженерно-геологических карт и в 1969 г. опубликовали подробный анализ результатов своей работы [61].

Работы по развитию инженерно-геологического картирования, проводимые в Чехословакии, осуществлялись в тесном сотрудничестве с другими социалистическими странами. Поэтому не удивительно, что усилиями Постоянной комиссии СЭВ по геологии опубликован такой важный документ, как практическое руководство (стандарты) по составлению инженерно-геологических карт. Как и другие аналогичные работы, руководство представляет собой документ, основанный на обобщении сведений по территориям самых различных типов. Подобно тому как это принято для технических стандартов, руководство постоянно совершенствуется. Сейчас разработка осуществляется Международной рабочей группой при ЮНЕСКО. По-видимому, в недалеком будущем появятся мировые стандарты на составление инженерно-геологических карт, что, несомненно, значительно расширит международное сотрудничество в этой важной области.

Положения, зафиксированные в руководстве СЭВ, почти сразу же были использованы при инженерно-геологических исследованиях чехословацкой части Карпат. В результате была опубликована книга с региональной картой масштаба 1:200 000, охватывающей почти всю Словакию. Авторов работы — проф. Матулу и его коллег по Университету им. Коменского в Братиславе  — не остановила чрезвычайная сложность и своеобразие геологии Карпат, в особенности их инженерно-геологических условий, чем в значительной степени и определяется естественная красота исследованного района. Эти ученые весьма удачно синтезировали результаты своих многочисленных исследований в едином обобщающем документе. Нет сомнения, что он станет превосходным практическим руководством для будущих более детальных работ в этом районе. Для тех же исследователей, кто совсем незнаком с Карпатами и не имел возможности их посетить, работа послужит убедительной иллюстрацией роли геологических исследований в планировании и строительстве, а также образцом удачного описания важных инженерно-геологических особенностей сложного района.

Даже по приведенному краткому обзору нетрудно убедиться, что сейчас во всем мире прилагаются немалые усилия к разработке наиболее эффективных методов составления инженерно-геологических карт. Картирование дает возможность получить основную информацию о почвенных и грунтовых условиях, без знания которых немыслимо планирование и строительство. В настоящее время специалисты уделяют большое внимание и такому важному вопросу, как использование ЭВМ для быстрейшей обработки инженерно-геологических сведений. Но не следует забывать, что ЭВМ — всего лишь инструменты. которые только обрабатывают информацию, а добывают ее в ходе упорного творческого труда высококвалифицированные специалисты — геологи и инженеры. Поэтому, несмотря на огромную пользу машинных методов, они являются лишь вспомогательными в полевых и лабораторных исследованиях.

Большие перспективы развития инженерной геологии связаны с международным сотрудничеством в этой области. С созданием Международной ассоциации инженерной геологии появились реальные возможности для контактов ученых различных стран, впрочем, и без того характерных для геологов, как и для других представителей естественных наук. Создание ассоциации свидетельствует о быстром развитии инженерной геологии. Судя по всему, масштабы строительства текущего столетия будут настолько велики, что международное сотрудничество станет еще более актуальным — разумеется, если проводить строительство действительно на основе точной геологической информации. С большой долей уверенности можно утверждать, что быстрое развитие методов составления инженерно-геологических карт приобретает исключительное значение не только для каждой отдельной страны, но и в глобальном масштабе, поскольку появление международного стандарта на составление подобных карт лишь дело времени.

Фиг. 3.31. Словакия, ЧССР. Карта, иллюстрирующая распространение и интенсивность оползней в чехословацкой части Карпат.

1 — площади, сильно подверженные оползням; 2 — площади со     значительной тенденцией к оползанию; 3 — площади распространения связных грунтов, рельеф которых не способствует возникновению оползней;     4 — площади распространения слабых пород, способствующих возникновению оползней; 5 — площади распространения песка и гравия, не способствующих возникновению оползней; 6 — площади распространения компетентных пород, неблагоприятных для возникновения оползней.