Основная информация о карстовых пещерах Изучение и контроль карстовых процессов карст Карст

Чтобы образовалась карстовая пещера необходим массив карстующихся пород (в основном это известняк или гипс) с достаточной площадью водосбора, и перепад высот. Морфологически карстовые пещеры представляют собой системы вертикальных провалов, шахт, колодцев, горизонтально-наклонных проходов и щелей, иногда с меандрами, сифонами, залами и лабиринтами. Во многих карстовых пещерах встречаются натечно-капельные образования (сталактиты, сталагмиты, сталагнаты) и капиллярно-плёночные минеральные агрегаты (кристалликтиты и кораллиты, геликтиты и др.), а по краям застойных подземных водоёмов - "забереги". Встречаются подземные реки, ручьи, сифоны, водопады, пещерные озера. Для внутренних частей пещер характерны особый микроклимат, отсутствие солнечных лучей, повышенная концентрация углекислого газа, своеобразная фауна - спелеофауна. Температура воздуха внутри глубоких протяженных пещер характеризуется постоянством и, за исключением ледниковых пещер, равняется средней годовой температуре прилегающей местности.

ОПАСНОСТИ СВЯЗАННЫЕ С КАРСТОВЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ

На основе исследования чрезвычайной ситуации, связанной с очень крупными карстовыми провалами на территории деревни Маохэ в Гуанси-Чжуанском автономном округе 10 мая 2012 года в Китае произошел ряд карстовых провалов на территории деревни Маохэ в районе города Лючжоу Гуанси-Чжунского автономного района Китая. Начиная с 10:20 утра в течение часа образовалось 15 карстовых провалов диаметром от 4 до 30м. и глубиной от 2 до 10м. К 15 мая их количество дошло до 41. Образовалось также 11 торообразных зон оседания и 68 крупных трещин. Поверхность земли была нарушена во многих местах. Данное разрушительное событие затронуло территорию площадью 40 000мІ, а наиболее серьезно пострадали участки общей площадью 10 000мІ. Это случилось в районе с высокой плотностью населения, переселены были в общей сложности порядка 1800 человек. [1.Журнал «ГеоРиск» 2/2014г. С. 22-26.]

Геологическая обстановка.
Деревня Маохэ расположена в районе очень активного развития карста, поэтому там широко распространены такие его проявления, как карстовые воронки, источники, окна, пещеры и системы подземных каналов. Данная территория является типичной карстовой равниной с отдельными карстовыми останцами. Высота ее поверхности над уровнем моря составляет 92,53-94.16 м. Рыхлые грунты, залегающие выше коренных пород, представляют собой четвертичные аллювиальные (пойменные почвы - группа почв, располагающихся в поймах рек и оврагов) отложения мощностью от 3,7 до 17,1 м. Четвертичные отложения состоят из разных видов глины (коллювиальной, пылеватой, откатанного гравия, красной). Коренные породы представлены мощной толщей светло-серого доломита, относящейся к формации Дапу (Dapu) среднего карбона. Этот доломит является хрупким и пронизан многочисленными трещинами разного размера. Верхний слой коренных пород имеет наклон к востоку углом падения менее 5°. Его кровля находится на глубине 4,7-38,8 м над уровнем моря (рис 1). [1. Журнал «ГеоРиск» 2/2014г. С. 22-26.]
Исследуемая территория относится к району закрытого карста. Коренные породы имеют здесь большое обилие трещин из-за тектонических движений и возникновения разломов. Развитие карста наиболее активно проходит вдоль трещин и зон разломов, что сказывается на рельефе кровли материнской породы. При буровых работах обычно обнаруживаются карстовые пустоты: наличие пещер в коренных породах было выявлено в 33 случаях(46,5%) из 71. Было обнаружено 66 пещеры высотой от 0,2 до 14,6 м. С глубиной их количество резко уменьшается, почти все они расположены в верхних 20 м коренных пород. Большинство пещер, особенно расположенных вблизи кровли материнской породы, оказались заполненными глиной и обломками доломита. Степень их заполнения составила 78,8% (рис 2).[ 1. Журнал «ГеоРиск» 2/2014г. С. 22-26.]
Подземные воды включают в себя влагу в пористых четвертичных отложениях и карстовые воды в материнской породе, трещинах и каналах в ней. Ограниченное количество воды в четвертичных отложениях находится главным образом в водоносном горизонте, сложенном пылеватой глиной и залегающим на глубине 1-7 м (при этом уровень грунтовых вод находится на глубине 1-3 м). Значительное количество карстовых вод находится в трещинах и каналах коренной породы - доломита. Глубина уровня этих подземных вод колеблется от 1,60 до 5,9 м от дневной поверхности, а абсолютная отметка составляет 88,25 - 90,02 м.


В исследуемом районе есть только одна глубокая скважина, через которую откачивается вода. Она была пробурена в 1990 году в северо-восточной части территории до глубины 95 м. Средняя скорость откачки подземных вод из этой скважины составляет около 150 мі/ сут. В районе деревни Шанмучжао имеется много колодцев выкопанных вручную и используемых для стирки. Основная часть воды для бытовых нужд поступает из городских водопроводных сетей. В районе исследования никогда не было больших откачек подземных вод и не возникало депрессионных воронок.
При рассматриваемом событии в районе исследования образовались 41 карстовый провал, 11 торообразных зон оседания и 68 крупных трещин (рис 3,4). Большинство карстовых провалов имело круглую или эллиптическую форму в плане на поверхности и конусообразную - в вертикальном разрезе под землей. Самым большим является провал №11 неправильной формы в плане, размером в поперечнике по длиной оси 70 м. по короткой 12-38 и глубиной 4 м. Самым маленьким является провал №30 диаметром 1,2 м и глубиной 5 м. Когда он образовался на поверхность, стали изливаться подземные воды, но через несколько минут все они ушли сквозь дно воронки. [1.Журнал «ГеоРиск» 2/2014г. С. 22-26.]
Большинство карстовых провалов возникло в деревне Маохэ и прилегающей к ней Шанмучжао. В целом зоны их распространения ориентированы в направлении с северо-запада на юго-восток. 10 мая в вырытом вручную колодце вода стала мутной и из нее выделилось много пузырьков воздуха. Общее количество взвешенных частиц в ней составило около 10%. К 14 мая этот колодец разрушился (рис 5). [1.Журнал «ГеоРиск» 2/2014г. С. 22-26.]
Результаты и их обсуждение
Описываемое событие было вызвано размывом и деформациями грунта вследствие сильных колебаний гидравлических условий в системе карстовых подземных вод. В исследуемом районе представлены такие особенности, как подземные водостоки, крупные карстовые источники, карстовые окна (впадины, на дне которых видны подземные водотоки), пещеры и подобия голубых дыр (карстовые воронки, заполненные водой)
Полевые исследования показали, что первые провалы возникли во время сильного дождя. Быстрый подъем уровня воды привел к обрушению кровли карстовых полостей, что, вероятно, вызвало гидравлический удар в системе карстовых каналов. Из-за этого в них произошел резкий подъем давления, повлекший за собой серьезные повреждения грунта и последующие провалы. Разрушение грунта обычно изменяет гидравлический градиент, что может вызвать колебания уровня карстовых подземных вод и в конце концов привести к образованию новых обрушений. Красная глина, залегающая вблизи коренной породы, могла быть деформирована в результате инфильтрации воды, что также могло вызвать провалы.
После описываемой серии провалов уровень карстовых вод начал постепенно приходить в норму, но на стабилизацию грунта до восстановления обычных гидравлических условий может уйти несколько лет.