Инженерно-геологические условия

Инженерно-геологические условия городского округа Челябинск определяются рельефом и геоморфологией. Геологическим строением и тектоникой, опасными процессами, инженерно-геологическими свойствами грунтов, слагающих рассматриваемую территорию

Рельеф и геоморфология

Территория городского округа Челябинск расположена на восточном склоне Уральских гор.

Рассматриваемая территория находится на стыке Зауральского горного пенеплена и Западносибирской континентально-морской аккумулятивной равнины в зоне сочленения двух структур: Восточно-Уральского поднятия и Восточно-Уральского прогиба.

Граница между ними проходит по Челябинскому разлому - крупному тектоническому нарушению регионального масштаба. Разлом в пределах города имеет северо-западное простирание и пологое падение на запад.

В зоне контакта наблюдается уступ в рельефе и линейная заболоченность, связанная с выходом подземных вод.

Западная часть территории города входит в состав физико-географической горной страны Урала, включающей хребтовую полосу и Зауральский пенеплен.

Восточная часть входит в состав физико-географической страны - Западно-Сибирской низменности.

Соответственно изменяется и рельеф территории городского округа Челябинск.

В пределах пенеплена (западная часть города) рельеф имеет мягко-увалистый характер поверхности, с пологими склонами отдельных холмов, на которых выступают типичные останцовые формы в виде отдельных глыб коренных пород - гранитов.

Абсолютные отметки колеблются в пределах 200-268 м с превышениями в первые десятки метров.

На востоке города рельеф более равнинный, с абсолютными отметками территории 211-220 м, с отдельными озерами и заболоченными участками.

История развития рельефа для рассматриваемой территории устанавливается с мезозоя.

В мезозойскую и кайнозойскую эры (примерно 230 миллионов лет до наших дней) территория, на которой стоит город, развивалась в спокойном платформенном режиме.

Граниты и древние породы палеозоя перекрывались морскими и континентальными осадками (песчано-глинистые и гравийно-галечные отложения, опоки, диатомиты и другие), образующими горизонтально лежащие слои.

Впоследствии происходило дальнейшее выравнивание рельефа.

Среди наиболее древних «масштабных» форм рельефа (палеоструктур) на рассматриваемой территории отмечается позднемезозойская эрозионно-структурная Миасская депрессии и приуроченная к ней раннемиоценовая Миасская палеодолина[11].

Депрессия имеют ширину от 3–5 до 10–12 км, глубину вреза 10–30 м.

Ширина палеодолины – от 2 до 10 км, глубина вреза в подстилающие породы – до 25 м; борта снивелированы эрозией, и они практически не проявляются в современной скульптуре рельефа.

Эрозия - основной фактор формирования палеодепрессий и палеодолин.

Эрозия носила избирательный характер, разрабатывая понижения в наименее устойчивых породах (известняках, сланцах и т. п.), локализация которых определялась тектоническими формами складчатого субстрата, имеющими субмеридиональное и северо-восточное простирание.

В современном рельефе эти формы выражены в виде слегка всхолмленной равнины, развитой на корах выветривания по палеозойским парасланцам.

В пределах пенеплена большое развитие имеет карст, приуроченный к выходам палеозойских, мезозойскихи неогеновых карбонатных пород¹⁴.

Наблюдается большое разнообразие карстовых форм.

Пространственно его проявления часто приурочены к эрозионно-структурным депрессиям.

 В рельефе карст выражен многочисленными сравнительно небольшими углублениями и провалами неправильной формы или округлых очертаний (воронки, клинья и др.).

Неогеновый карст пространственно тяготеет к раннемиоценовым речным палеодолинам в зоне пенеплена

Четвертичные карстовые формы развиваются в долинах современных рек, вскрывающих карбонатные породы.

Здесь выделяются блюдцеобразные понижения, воронки, пещеры, провалы. Глубина проникновения молодого карста 1,5–6 м ¹⁵.

Современный рельеф изобилует техногенными формами, которые достаточно разнообразны и представляют собой искусственные водоемы, дамбы, плотины, карьеры и их отвалы, насыпи, терриконы и др.

Тектоника и геологическое строение

Тектоника

В региональном плане территория городского округа Челябинск приурочена к Уральской герцинской (палеозойской) горно-складчатой области - части Урало-Монгольского складчатого пояса.

В строении Уральской герцинской (палеозойской) горно-складчатой области преобладают протерозойско-палеозойские горные породы разного генезиса, смятые в складки, и пронизанные интрузиями разного состава [12],

Территория г. Челябинск характеризуется сложным тектоническим строением, поскольку расположена в зоне сочленения двух тектонических структур: Восточно-Уральского поднятия (антиклинорий) и Восточно-Уральского прогиба (синклинорий), каждая из которых состоит из большого количества разрывных и складчатых структур более низких порядков.

Сочленение поднятия с прогибом происходит по крупному тектоническому шву «Челябинской тектонической зоны», которая пересекает территорию города в субмеридианном направлении полосой шириной 600-1500 м и фиксируется на западе - Западно-Челябинским разломом, а на востоке - Восточно-Челябинским разломом.

Положение г. Челябинска на тектонической карте показано на рисунке 8.

В ядре Восточно-Уральского антиклинории выходят на поверхность гранитоиды; в ядре Восточно-Уральского синклинория – палеозойские девонско-каменноугольные вулканогенно-осадочные породы.

Восточная структура перекрыта платформенным чехлом мезо-кайнозойских осадочных отложений, залегающих почти горизонтально.

В течение мезозойской и кайнозойской эры (от 230 млн. лет до наших дней) территория, на которой стоит город, развивалась в спокойном платформенном режиме.

На граниты и древние породы палеозоя ложились морские и континентальные осадки: песчано-глинистые и гравийно-галечные отложения, опоки, диатомиты и др., образующие горизонтально лежащие пласты, горизонты, линзы.

Мощность молодых осадков в пределах городской территории обычно не превышает нескольких метров. К востоку, за пределами Челябинской области она увеличивается до нескольких сотен метров.

По характеру новейших тектонических движений область Зауральского пенеплена можно рассматривать как в качестве продолжения Восточного склона Урала, так и своеобразного платформенного щита, выступающего под расположенной к востоку Западносибирской плитой.

Амплитуды поднятий в новейшее время не превышали 200 м, что в три и более раз меньше амплитуды поднятий в осевой части Южного Урала.

Современные вертикальные движения, зафиксированные повторными нивелировками по линиям железных дорог, в центральной части Южного Урала составляют 3-5 мм/год, учитывая унаследованность современных движений.

 

Рисунок 7. Положение г. Челябинск на тектонической карте

Схема тектонического районирования г. Челябинск показана на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема тектонического районирования г. Челябинск

VI-8-1 - Челябинскийантиклинорий Восточно-Уральского поднятия: (1) - Центральная антиклиналь. VII-3-1 - Копейскийсинклинорий Восточно-Уральского прогиба: (1) - Ухановская синклиналь: (2) - Первоозерная антиклиналь. Разрывные структуры: |1] - Челябинский разлом:

2 - Смолинский разлом. (4).

Сейсмическая активность на Южном Урале выражена слабо, поскольку масштабные процессы в глубинных частях земной коры завершены, но землетрясения происходят. [13]

Очаги большинства из них располагаются на западном склоне Уральских гор, интенсивность землетрясений не превышает 5–6 баллов по шкале Рихтера, а до Челябинска доходят лишь затухающие колебания, интенсивность которых не превышает 2 баллов.

Большинство землетрясений имеют тектоническую природу, связаны с разгрузкой накопленных в земной коре напряжений. Но в районах с широким развитием карстующихся карбонатных пород и многочисленными подземными выработками случаются и обвальные землетрясения.

Первые сведения о сейсмичности Урала появились в 1940 годах.

Очаги ощутимых землетрясений расположены к западу и северо-западу. от Челябинска. Они приурочены к древним разломам земной коры.

С 80-х гг. на Урале отмечается повышение сейсмичности.

В 21 в. прогнозируется постепенное увеличение сейсмичности по всей Земле. Последствия землетрясений все более ощутимы. События 28 мая 1990 в Челябинской области, в районе Южно-Уральских бокситовых рудников (ЮУБР), зафиксированные почти всеми сейсмическими станциями Европы, Северной Америки и Антарктиды, привели к частичному разрушению наземных и подземных сооружений.

В последние годы изучению сейсмичности Урала придается большое значение. Наибольшая концентрация эпицентров наблюдается на 55–60° с. ш. Это Среднеуральская область повышенной сейсмичности. Челябинск находится в зоне активности 2-й категории – субмеридиональной зоне, проходящей от г. Ивдель через Екатеринбург, Сысерть, Аргаяш.

Выделяется также субширотная зона, проходящая в 20 км от Челябинска, через Миасс, Златоуст, Сатку, Кушнаренково. В пересечениях активных зон образуются сейсмоопасные узлы. К узлам 1-й категории (с максимальной вероятностью землетрясений) относятся Кыштымско-Каслинский, Златоустовско-Миасский, ЮУБР; к узлам 2-й категории, где вероятность землетрясений меньше - Челябинск. Опасность для человека и его деятельности представляют землетрясения с силой 7 и более баллов по принятой в России 12-балльной шкале MSK-64. Их магнитуда более 4-5. Южный Урал на карте сейсмического районирования России относится именно к зоне 7- балльных землетрясений.

 Специалистами Министерства природы и РАН в 1996 разработана программа расширения сейсмических наблюдений в Уральском регионе, которая предусматривает введение в эксплуатацию Кыштымской станции на севере Челябинской области, что способствовало бы своевременному прогнозу землетрясений в Челябинске.

 Наиболее значительные горизонтальные широтные сжимающие напряжения земной коры наблюдаются между Екатеринбургом и Челябинском.

 Концентрация напряжений связана здесь с Уфимским выступом Русской платформы, где образовались сдвиговые нарушения с преимущественно горизонтальным смещением блоков при небольшой амплитуде вертикальных подвижек.

Эта концентрация напряжений, возможно, определяет более высокий уровень сейсмичности земной коры на Среднем Урале по сравнению с Северным и Южным.

Модель напряжений в земной коре, выполненная по методике, предложенной В. В. Филатовым[14]составлена для Полетаевской площади близ Челябинска.

Показано, что в этом районе под действием гравитационных сил могут развиваться сдвиговые деформации северо-западного и северо-восточного направлений. Эти деформации могут стать причиной землетрясений.

Возможно, такие деформации послужили причиной землетрясения, колорое ощутили жители Челябинска и ещё нескольких городов Челябинской области в 4 часа утра 5 сентября 2018.

По данным Европейского средиземноморского сейсмологического центра магнитуда достигла 5,5 баллов. Эпицентр землетрясения находился на глубине 10 км в г. Катав-Ивановск.

Толчки были достаточно ощутимыми.