Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Закономерности развития опасных природных и техноприродных процессов на территории деятельности морского терминала ЗАО «КТК-Р» и их влияние на устойчивость инженерных сооружений (Черноморское побережье, г. Новороссийск)
Общая характеристика работы
Актуальность. Согласно СНиП 11-02-96, магистральные газо- и нефте-транспортные системы относятся к классу предприятий, зданий и сооружений повышенного экономического, социального и экологического риска (1-го уровня ответственности). Поэтому обязательным условием при строительстве таких сооружений является производство работ по изучению и прогнозированию геодинамической активности территорий, где они располагаются. Морской терминал ЗАО «Каспийский Трубопроводный Консорциум» (ЗАО «КТК-Р») является сложной природно-технической системой (ПТС), объекты которой, представляя собой потенциальные источники возможного возникновения чрезвычайных ситуаций, находятся в тесном взаимодействии с геологической средой. Поэтому изучение влияния опасных природных и техноприродных факторов на состояние и возможность повреждения объектов морского терминала КТК-Р, обеспечение их промышленной безопасности представляют собой весьма актуальную проблему.
Объект исследований: опасные природные и техноприродные процессы, возникающие в геологической среде территории деятельности ЗАО «КТК-Р».
Предмет исследований: знания о закономерностях их формирования.
Цель и задачи исследований: целью исследований явилось выявление закономерностей формирования опасных природных и техноприродных процессов и прогноз их развития во времени для повышения устойчивости, надежности и эксплуатационной пригодности сооружений морского терминала КТК-Р.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
1. Изучение геологического строения территории деятельности ЗАО «КТК-Р» и установление закономерностей проявления опасных геологических и инженерно-геологических процессов;
2. Пространственно-временной анализ изменчивости геологических и инженерно-геологических условий;
3. Изучение состава, строения и свойств грунтовых толщ для оценки устойчивости сооружений и эффективности систем их инженерной защиты.
Фактический материал и методы исследований. Диссертация основана на анализе, систематизации, научном обобщении фактического материала, собственных исследований, опубликованной литературы и фондовых источников ПГО «Севкавгеология» и других. Фактический материал собирался автором на протяжении пяти лет во время работы в ФГУП «Новороссийская геологоразведочная партия» и ООО «Новоросгеология», обучения в аспирантуре Уральского государственного горного университета на кафедре геологии и защиты в чрезвычайных ситуациях.
Поставленные задачи решались с использованием методов полевых, лабораторных, камеральных геологических и инженерно-геологических исследований, инженерно-геологического опробования, мониторинга природной среды и техногенных условий сооружений морского терминала КТК-Р, обобщения и анализа собранных данных, обработки результатов исследований с помощью ГИС-технологий и математического моделирования.
Основные защищаемые научные положения
1. Формирование современных геологических и инженерно-геологических условий территории деятельности ЗАО «КТК-Р» обусловлено историей геологического развития северо-западной части Северного Кавказа, начиная с мезозоя по современный антропогенный этап, что обусловливает особенности естественной изменчивости и техногенной трансформации геологической среды.
2. Ведущими факторами формирования геологических и инженерно-геологических условий территорий деятельности ЗАО «КТК-Р» являются тектонические, геоморфологические, литологические, гидрологические и гидрогеологические особенности формирования грунтовых толщ, а также современные геологические процессы.
3. Локальный мониторинг опасных природных и техноприродных процессов позволяет проводить систематические наблюдения за условиями и факторами их развития, а также делать прогноз и предлагать рекомендации по инженерной защите территории деятельности ЗАО «КТК-Р».
Научная новизна результатов исследований:
- Установлены основные закономерности формирования опасных природных и техноприродных процессов на территории деятельности ЗАО «КТК-Р» с учетом истории геологического развития, начиная с мезозоя по современный антропогенный этап.
- Проведено комплексное изучение инженерно-геологических условий и прогноз их пространственно-временного изменения.
- Изучены и установлены факторы, обеспечивающие устойчивость инженерных сооружений в условиях их взаимодействия с геологической средой.
- Изучены прочностные и деформационные свойства грунтовых толщ.
Практическая значимость. Результаты исследований реализованы в построении картографических моделей, на которых отражены тектоно-динамические ситуации площадей инженерных сооружений морского терминала КТК-Р, их инженерно-геологические условия, прогноз развития опасных природных и техноприродных процессов. Они позволяют обосновать постоянно действующую систему наблюдений в виде локального мониторинга опасных природных и техноприродных процессов, делать прогноз и рекомендовать защитные меры для обеспечения промышленной безопасности инженерных сооружений морского терминала КТК-Р. Ряд защитных мероприятий по укреплению склонов, оврагов, дамб уже выполнены.
Они могут служить основой для обоснования рекомендаций по обеспечению устойчивости инженерных сооружений морского терминала КТК-Р в режиме нормальной эксплуатации, а также предотвращения нештатных ситуаций и устранения отрицательных воздействий на устойчивость и условия эксплуатации сооружений.
Результаты исследований явились обоснованием для постановки договорных исследований по теме: «Мониторинг инженерно-геологических условий площадей и сооружений морского терминала ЗАО «КТК-Р» в период эксплуатации».
Кроме того, они используются при чтении лекций и проведения лабораторных занятий по курсам «Инженерная геология», «Общая геология» для студентов специальности «Инженерная защита окружающей среды и геоэкология» и «Промышленное и гражданское строительство» в Новороссийском политехническом институте КубГТУ.
Апробация работы, публикации. Основные положения и выводы проведенных исследований докладывались на научно-практической конференции «Горнопромышленная декада» (Екатеринбург, 2004, 2005, 2006, 2007 гг.). По теме диссертации опубликовано 8 статей, в том числе 3 статьи в журнале, рекомендованном ВАК. Материалы и разработки автора использованы при написании научно-производственных отчетов и нескольких разделов ОВОС, одним из авторов которых является диссертант.
Структура, содержание и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, иллюстрирована 44 рисунками, 27 таблицами. Библиографический список содержит 96 наименований.
Во введении рассматривается актуальность темы, объект, предмет, цель и задачи исследований, сформулированы защищаемые научные положения, раскрыта научная новизна и практическая значимость результатов исследований.
В первой главе излагается состояние проблемы геологической изученности, изученности инженерно-геологических условий территории деятельности ЗАО «КТК-Р».
Во второй главе рассмотрена методика и методическая основа исследований опасных природных и техноприродных процессов.
В третьей главе приводится характеристика геологических и инженерно-геологических условий (основные черты геологического строения территории, гидрогеологические и геоморфологические условия, состав и строение грунтовых толщ).
В четвертой главе рассмотрены опасные геологические и инженерно-геологические процессы.
В пятой главе охарактеризован мониторинг опасных природных и техногенных процессов на территории деятельности ЗАО «КТК-Р», приведены результаты инженерно-геологического, сейсмо-тектонического, инженерно-сейсмометрического мониторинга.
В шестой главе изложены рекомендации по инженерной защите территории во время эксплуатации морского терминала ЗАО «КТК-Р».
В заключении приводятся основные результаты исследований по диссертационной работе.
Содержание работы
геологический инженерный грунтовой сооружение
Первое защищаемое положение. Формирование современных геологических и инженерно-геологических условий территории деятельности ЗАО «КТК-Р» обусловлено историей геологического развития северо-западной части Северного Кавказа, начиная с мезозоя по современный антропогенный этап, что обусловливает особенности естественной изменчивости и техногенной трансформации геологической среды.
Положение базируется на материалах первой и третьей глав.
В геологическом строении территории участвуют осадочные породы терригенно-карбонатного флиша позднего мела и четвертичные отложения. Отложения мелового возраста представлены лихтеровской, васильевской и снегуревской свитами Маастрихтского яруса. Они развиты в субмеридиональном направлении от береговой линии Черного моря на 9,5 км по водораздельным пространством системы водотоков р. Озерейки и далее на севере за пределы района в полосе шириной более 3,0-3,5 км.
Меловые отложения представлены песчаниками, известковистыми и глинистыми мергелями, алевролитами и известняками, характеризующимися крупноритмичным переслаиванием.
Четвертичные образования представлены разнообразными генетическими типами - элювиальными, делювиально-пролювиальными, аллювиальными и техногенными образованиями.
В тектоническом отношении район исследований расположен на западном окончании Новороссийско-Лазаревского синклинория в пределах Абрауского тектонического блока.
Флишевые отложения территории смяты в складки северо-западного «кавказского» простирания. Здесь откартированы Семисамская и Борисовская антиклинали с расположенной между ними Раевской синклиналью.
Изучаемая площадь находится в пределах Раевской синклинали и примыкает на юго-западе к Семисамской антиклинали. Раевская синклиналь характеризуется пологими углами падения крыльев (10-20°). За счет ундуляции шарнира она образует две центрибрахиформные мульды второго порядка - Гудзевскую (на ней расположен резервуарный парк) и на юго-востоке мульды г. Глебовка. Ось складки прослеживается от истоков р. Озерейка на севере (Гальянское нагорье и площадь техногенных сооружений резервуарного парка), на юго-восток до хребта г. Глебовка - г. Острая.
Складчатые структуры района разбиты многочисленными разрывными тектоническими нарушениями, среди которых выделяются две системы: общекавказская, северо-западного простирания и восток-северо-восточного простирания, «антикавказская». Каждая включает крупные разломы регионального значения и небольшие разломы местного значения (рис.).
Структурно тектоническая схема площади резервуарного парка. Аэрофотоснимок. Масштаб 1:13500
Результаты выполненных работ позволили детализировать тектоно-динамическую характеристику геологического строения площади резервуарного парка и определить конкретные участки, которые в случае сейсмотектонической активности будут наиболее подвержены тенденциям к вероятным локальным гравитационным срывам, сдвиговым деформациям и перераспределению гравитационных напряжений в поверхностных элювиально-делювиальных отложениях.
На территории морского терминала ЗАО «КТК-Р» выделяются четыре типа рельефа:
- низкогорный пологохолмистый денудационно-аккумулятивный рельеф на карбонатных отложениях позднего мела;
- низкогорный эрозионно-денудационный интенсивно расчлененный рельеф на терригенно-карбонатных отложениях;
- абразионно-аккумулятивный рельеф побережья;
- низкогорный техногенный выровненный рельеф насыпных и искусственно преобразованных в естественном залегании отложений.
Первый тип рельефа прослеживается в северной части исследованной территории от начала подводящего нефтепровода до перехода через р. Озерейка.
В полосе прохождения подводящего нефтепровода распространены эрозионно-аккумулятивные процессы постоянных и временных водотоков, процессы плоскостной эрозии и аккумуляции, осыпи. Доминируют процессы линейной эрозии временных и постоянных водотоков.
Второй тип рельефа прослеживается широкой полосой южнее вышеописанного рельефа. В его пределах находятся две трети общей длины подводящего нефтепровода от перехода через р. Озерейку до береговых сооружений морского терминала. Он отличается от предыдущего большей расчлененностью. Абсолютные отметки достигают 472,9 м (г. Глебовка). Относительные превышения иногда составляют 250-300 м. Хребты гребневидного очертания, склоны крутые, расчлененные овражно-балочной сетью.
Абразионно-аккумулятивный рельеф побережья развит в узкой прибрежной полосе изученной территории, ширина ее не превышает 1,5-2,0 км. Современный абразивный уступ (клиф) хорошо развит на побережье. В районе береговых сооружений высота клифа составляет 15-25 м. По крупным и вертикальным стенам клифа часто формируются обвалы. В береговой зоне основную роль играют процессы абразии.