8. Геологические процессы и явления западной сибири

На территории Западной Сибири – этом обширном центральном регионе России развиты геологические процессы и явления почти всех групп, представленных в их общей инженерно-геологической классификации (табл. 5). Отсутствуют только карст, лавины, сели, землетрясения и вулканы, так как нет условий для их развития.

Природные условия Западной Сибири обусловливают сильную обводненность ее поверхности как поверхностными, так и близко залегающими к поверхности подземными водами. В связи с этим, в регионе широко развиты геологические процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и совместной деятельностью поверхностных и подземных вод. Процессы других групп (табл. 5) имеют либо меньшие площади, либо небольшую активность развития. Основные сведения о процессах Западной Сибири в данной главе приводятся по монографии «Экзогеодинамика Западно-Сибирской плиты» [34].

8.1. Геологические процессы и явления, обусловленные деятельностью поверхностных вод

В эту группу процессов включаются деятельность рек, временных водотоков, морей и озер.

Геологические процессы, связанные с деятельностью рек

Постоянные водотоки – реки – производят эрозионную и аккумулятивную работу. Для инженерной деятельности человека большое негативное значение имеет эрозионная, разрушительная деятельность рек, которая и характеризуется ниже.

Западная Сибирь имеет достаточно густую речную сеть (рис. 21). С юга на север регион пересекает крупнейшая река России – Обь, третья по многоводности река страны. Река Обь принимает многочисленные притоки на всем протяжении, также отличающиеся многоводностью, часть рек впадает в Енисей и в моря Северного Ледовитого океана. Все эти реки проводят огромную эрозионную работу. Большая часть рек имеет незначительный уклон русла, поэтому глубинная, донная эрозия в долинах этих рек проявляется слабо. Но в силу многих условий весьма активно проявляется боковая эрозия, разрушающая берега долин. Скорость разрушения берегов на территории различна и изменяется в среднем от 0,5–1 м до 20–24 м в год. На некоторых участках и в отдельные годы величина разрушения значительно выше. Так, например, в г.Колпашеве, в центральной части Западной Сибири р. Обь по данным Земцова А.А. ежегодно разрушает прибрежную полосу шириной, в среднем, 5–10 м. За 30 лет половина территории г.Колпашева «...ушла под яр!». Не менее интенсивно размываются берега во многих других городах и поселках Западной Сибири, разрушаются сооружения, уничтожаются площади сельско-хозяйственных земель, лесные массивы. Изменяются условия во всей речной долине (рис. 18). На интенсивность и активность речной эрозии Западной Сибири влияют все факторы развития данного процесса, действующие в любом регионе [3, 10, 12]. Они следующие.

Режим питания рек и их гидрологические особенности.

Все реки имеют, в основном, атмосферное питание. Оно разделяется на дождевое, снеговое, ледниковое, смешанное. Реки Западной Сибири имеют все типы питания, но для каждой реки в зависимости от ее географического положения преобладает какой-то тип, который обусловливает своеобразие эрозионных процессов и время их активизации.

Рис. 18. Боковая эрозия в долине реки Оби, пос.Тымск

(фото Егорова Б.А., Крутовского А.О.)

Гидрологические особенности рек, влияющие на эрозионные процессы, это характер половодий и паводков и характер ледохода. Реки Западной Сибири имеют, как правило, высокое и сравнительно длительное половодье (значительный длительный подъем воды в реке и увеличение ее расхода). Часто бывают и паводки (нерегулярные кратковременные подъемы воды), связанные с ливневыми дождями, таянием ледников в горах и др. факторами. В половодье и паводки резко увеличивается живая сила рек (Р), определяемая по формуле

, (27)

где m – масса воды, v – скорость течения реки.

При относительно небольших скоростях равнинные реки Западной Сибири многоводны. Многоводность, а следовательно и живая сила рек, которая и производит эрозионную работу, увеличиваются в половодья и паводки. В эти периоды резко активизируется разрушение берегов. Подъем уровней воды на р. Оби у пос. Белогорье – от 7–8 м до 11 м, в низовьях Енисея – до 12 м. На реках Таз, Пур – до 5–6 м [34]. Большие подъемы воды характерны и для центральных и южных рек Западной Сибири. Такие подъемы воды резко увеличивают живую силу, энергию потока. В период половодий и паводков происходит от 30-40 до 70% годового разрушения берегов в долинах рек региона. Эрозионное разрушение горных пород увеличивается в период весеннего ледохода, который на реках Западной Сибири довольно мощный и длительный.

Действие закона Бэра. Известно, что на реках северного полушария, особенно текущих в меридиональном направлении (что характерно для многих рек Западной Сибири), правый берег больше подвергается эрозии, поэтому он более крутой и высокий. Это объясняется особенностью движения тел по поверхности вращающейся Земли, при котором возникает отклонение направления движения вправо в северном полушарии. Но эта закономерность в регионе не везде выдержана, так как действие этого фактора нарушается другими факторами.

Геоморфологические особенности долин. К ним относится строение долин в плане, характер продольного и поперечного профилей. Для рек Западной Сибири характерны, в основном, выработанные продольные профили, поэтому и активизирована боковая эрозия. Для долин рек региона характерно наличие нескольких молодых террас и значительное меандрирование, что также увеличивает интенсивность размыва и разрешения берегов, особенно на участках вогнутых излучин русел.

Геологическое строение долин, которое учитывает состав, состояние и условия залегания горных пород. Особенностью геологического разреза Западной Сибири является залегание в его верхней части в пределах нескольких десятков метров палеоген-неоген-четвертичных песчано-глинистых слаболитофицированных отложений, которые отличаются высокой степенью размываемости. Наибольшей размываемостью и разрушением отличаются пойменная и низкие надпойменные террасы рек, сложенные самыми молодыми песками, супесями и суглинками, мало уплотненными, слабо или несцементи-роваными и хорошо размываемыми. Так по данным Льготина В.А. (2003) р.Чулым (правый приток р.Оби) в последние годы размывает свои песчаные берега в пределах населенных пунктов до 12 –19 м в год. Скорость разрушения поймы р. Оби, сложенной песками, достигает 30–38 м в год, а суглинками – до 22,5 м в год [34].

Берега долин рек, сложенных глинистыми породами, разрушаются медленнее. Медленнее разрушаются коренные берега рек, сложенные более древними палеоген-неоген-нижнечетвертичными породами. Эти породы более литифицированы, уплотнены, сцемен-тированы и поэтому менее размываемые. Большей устойчивостью к эрозионному размыву отличаются многолетнемерзлые породы, слагающие берега речных долин в северной части Западной Сибири.

Тектоническое и неотектоническое строение и режим территории. Современный структурный план Западно-Сибирской плиты осложнен многочисленными молодыми тектоническими структурами разного размера и порядка, испытывающими современные движения как положительного, так и отрицательного знака. Эти структуры и их режим существенно влияют на характер эрозионной деятельности рек, так как изменяют положение местных базисов эрозии, рельеф поверхности и состав горных пород.

Экзогенные геологические процессы. Сопутствуют и влияют на эрозионную деятельность рек региона такие современные геологические процессы как выветривание, оползни, суффозия, оврагообразование, которые довольно широко развиты в долинах рек и активизируют их разрушительную деятельность.

Хозяйственная деятельность человека является мощным фактором развития речной эрозии в Западной Сибири. Она выражается в строительстве различных сооружений в долинах и вблизи их, в дноуглубительных работах, вырубке лесов, сплаве леса по руслам, в судоходстве, устройстве водозаборов и т.п. Большинство видов деятельности человека, к сожалению, как правило, активизируют эрозионные процессы.

Результатом эрозионной деятельности рек Западной Сибири является аккумуляция (накопление, перенос) размытых пород, которая в этом регионе имеет значительные масштабы. Аккумуляция формирует русловые, пойменные и старинные отложения в долинах, меняет рельеф речных пойм, вызывает перемещение русел рек, что также влияет на их эрозионную деятельность.

Геологическая деятельность временных водотоков

Временные водотоки на склонах долин рек, берегов морей и озер, производят как эрозионную, так и аккумулятивную работу. Наибольшее инженерно-геологическое значение имеет оврагообразование. На большей части территории овраги являются склоновыми формами. Оврагообразование в Западной Сибири развито во всех природных зонах – степи, лесостепи, тайге, лесотундре и тундре, так как везде существуют условия для их развития. Это – формирование временных водотоков, наличие склонов с крутизной, достаточной для формирования повышенных скоростей водотоков и наличие размываемых горных пород.

Длина оврагов изменяется от 10–12 м до нескольких сотен метров. Глубина оврагов – 5–10 м до 35 м и более, ширина – до 75–100 м [34]. Скорость роста оврагов до 1,5–15 м в год. Естественно, такой процесс является весьма неблагоприятным фактором для инженерно-хозяйственной деятельности человека.

На территории Западной Сибири оврагообразование развито во всех четырех стадиях своего развития [12]. Первая стадия – стадия промоины глубиной до 0,5–1 м V-образной формы. Промоины образуются в верхней части склона. Вторая стадия – стадия ускоренного врезания оврага вершиной. Глубина оврага и крутизна склонов увеличиваются, овраг растет и в сторону местного базиса эрозии, преобладает донный размыв. Третья стадия – стадия выработки продольного профиля равновесия. Овраг достигает базиса эрозии в основании склона, рост его замедляется, донная эрозия сменяется боковой, овраг приобретает трапецеидальную, корытообразную форму, может расти в ширину. Четвертая стадия – стадия затухания, превращения оврага в лог или балку с заросшими растительностью выположенными склонами и тальвегом.

При изменении условий в балках по склонам вновь могут образовываться овраги в начальных стадиях. Во многих оврагах в разных их частях можно найти одновременно разные стадии развития. Выяснение при исследованиях стадий развития оврагов имеет большое значение для прогнозирования процесса и выбора методов борьбы с ним.

Активному развитию оврагообразования в Западной Сибири способствуют следующие факторы.

В теплый период года на большей части территории выпадает значительное количество осадков, часто в виде интенсивных ливневых дождей, способствующих возникновению временных водотоков на склонах. Возникновению временных водотоков способствуют также талые весенние воды с большим запасом воды, т.к. в зимний период в Западной Сибири накапливается довольно много снега. Склоны речных долин имеют значительные уклоны поверхности, особенно на участках активной речной эрозии, здесь водные потоки достигают размываемых скоростей.

Важным фактором оврагообразования является геологический состав горных пород склонов, их состояние, строение разреза. Геологическое строение поверхности региона способствует ее размыву. Меньшему размыву, а следовательно и образованию оврагов, подвержены участки, сложенные песками. Это связано с тем, что дождевые и талые воды довольно быстро фильтруются в песчаную толщу и не образуют значительных поверхностных водотоков. Активно развиваются овраги на участках, сложенных супесчано-суглинистыми, особенно лессовидными отложениями.

Эти породы относятся к легкоразмываемым, вода в них резко ослабляет структурные связи и уносит частицы потоком. Менее активно развиваются овраги также в плотных глинистых породах.

Подземные воды, близко залегающие к поверхности в Западной Сибири, часто вскрываются овражной эрозией, способствуют оплыванию пород на склонах, суффозии, что также приводит к активизации разрушения пород, увеличению размеров оврагов. Активизируется оврагообразование на участках активных неотекто-нических положительных структур. Здесь преобладают стадии донной эрозии, овраги глубокие, так как при поднятиях структуры относительно понижается положение местного базиса эрозии и водный поток, стремясь достичь его, увеличивает скорость движения и размывающую способность.

Способствуют оврагообразованию многие виды деятельности человека: распашка и подрезка склонов, сброс хозяйственных вод на склоны, застройка. Особенно интенсивно развиваются овраги в населенных пунктах (рис. 19). Так по данным работы [35] берег р.Чулым в пос.Комсомольский, Батурине и др. интенсивно расчленен растущими оврагами. В 2001 году вершина самого большого оврага в пос.Комсомольский переместилась на 21 м, ширина увеличилась на 1,5–2 м и составляет в среднем 16 м. Некоторые особенности в развитии оврагов характерны для севера Западной Сибири, где развиты многолетнемерзлые породы. Здесь овраги встречаются как на склонах речных долин, так и на междуречных территориях. Исследования показали [34], что овражной эрозии здесь способствует ежегодное осенне-зимнее растрескивание верхней части разреза многолетнемерзлых пород. В трещинах, ориентированных к склонам, весной и летом собирается вода и легко размывает и выносит оттаивающие сверху породы. Степень заовраженности территории на севере региона большая, развиваются как молодые овраги длиной до 200 м, так и много древних оврагов, имеющих длину от 0,3–0,5 км до 1 км и глубину до 20–30 м.

Рис. 19. Растущие овраги. Река Чулым, пос.Комсомольский, 2000 г.

(фото Егорова Б.А., Крутовского А.О.)

Временные водотоки оврагов образуют наносы аллювия в устье в виде небольших конусов выноса, которые чаще при половодьях и паводках рек полностью размываются. Если устья оврагов выходят не к руслу реки, а на надпойменные поверхности, овражный аллювий медленно накапливается.

Геологическая деятельность морей и озер

Абразионный процесс морей развит на севере Западной Сибири на берегах Карского моря, Обской, Тазовской и Гыданской губ. Берега водоемов, подвергаемые абразии, сложены многолетнемерзлыми породами и поэтому процесс разрушения, переформирования берегов имеет специфические особенности. Интенсивность и активность абразии зависит, прежде всего, от состава и льдистости многолетне-мерзлых пород. Берега, сложенные верхнечетвертичными суглинисто-глинистыми льдонасыщенными породами, размываются относительно быстро, до 1–2 м в год не только за счет механического разрушения и перемещения пород, но и за счет таяния льда под действием морской воды [34]. Берега, сложенные малольдистыми породами, более устойчивы к действию морских волн и скорость их разрушения значительно меньше – 0,1 – 0,3 м в год.

В результате абразии на арктическом побережье Западной Сибири формируются три типа морских берегов: абразионные, абразионно-аккумулятивные и аккумулятивные.

Абразионные берега приглубые, с четко выраженным береговым обрывом суглинисто-глинистых пород, узким пляжем, иногда совсем отсутствующим.

Абразионно-аккумулятивные и аккумулятивные берега – отмелые, сложены песками с гравием или галечником, с развитым пляжем, с наличием береговых валов, кос, стрелок. На таких берегах формируются заливы, бухты, лагуны.

В Западной Сибири достаточно много крупных и мелких озер, на берегах которых идет процесс абразии. Интенсивность и активность озерной абразии зависит от размеров и глубины озера – чем они больше, тем более благоприятные условия для развития волн, которые и производят разрушительную и аккумулятивную работу. Активнее разрушаются супесчано-песчаные берега. Скорость озерной абразии зависит и от скорости и направления ветра в районах расположения озер. В целом же, озерная абразия существенного влияния на формирование геодинамической обстановки Западной Сибири не имеет.