Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

Истинную причину катастрофы следовало искать на восточном берегу, однако инженеры, исследовавшие здесь просачивания непосредственно перед обрушением, ничего о ней не подозревали. Обломочный материал, обнаруженный после наводнения выше уровня водохранилища, свидетельствовал о том, что в наполненное водохранилище сползла масса кристаллического сланца. Это, вероятно, сопровождалось значительным латеральным смещением, в результате которого из-под самой плотины было удалено огромное количество сланца. На другой стороне, где залегал уже ослабленный конгломерат, произошла слишком сильная деформация. Поэтому западная часть плотины должна была обрушиться сразу же вслед за восточной; это случилось так быстро, что возникла лишь одна огромная волна.

Таким образом, основной причиной обрушения было смещение легко подвергающегося смятию кристаллического сланца. Истинные масштабы этого смещения определить невозможно, однако оно было достаточно сильным, чтобы деформировать плотину и превысить ее предел прочности еще до того момента, как волна смыла всю оползшую коренную породу.

Было бы преуменьшением просто заявить, что обрушение плотины Сент-Франсис можно было предсказать. Совершенно очевидно, что геология участка не подходила для строительства плотины, и трудно поверить, что при ее сооружении ничего не было известно о свойствах размокающих конгломератов. Но если рабочие или другие лица указывали на опасность, то люди, руководившие строительством плотины, казалось, были слепыми. Геологические условия совершенно не учитывались, несмотря на то что имеющийся разлом был обозначен на опубликованных картах, а все плоскости ослабления в кристаллическом сланце и конгломерате были хорошо обнажены. Обрушение плотины Сент-Франсис стало прекрасным_примером того, как не следует строить плотины.

Подобно плотине Сент-Франсис, плотина Ле-Шёрфа является классической с геологической точки зрения, потому что она обрушилась из-за неустойчивого фундамента. Однако если на геологию в районе плотины Сент-Франсис просто не обращали внимания, то обрушение плотины Ле-Шёрфа было вызвано ошибкой в понимании геологических условий. Зта плотина находилась близ города Оран, недалеко от берега Средиземного моря в западной части Алжира; она была построена в 1885 г., глубина воды в образовавшемся водохранилище составляла 22 м.

На участке сооружения плотины коренной породой был мощный миоценовый известняк с прослоями брекчий, падающий на запад в ядро опрокинутой синклинали. Известняк перекрывал толщу мергелей с маломощными прослоями известняков и песчаников, выходившую на поверхность высоко на западном берегу. Заканчивался разрез четвертичными глинами и конгломератами, мощность которых местами достигала 30 м. Четвертичные отложения в основном были неуплотненными, однако на отдельных участках некоторые конгломераты были сцементированы, как это часто наблюдается в поверхностных обломках известняков, особенно в жарких районах, где скорость испарения очень высока.

Фундаментом западного конца плотины служили мощные миоценовые известняки. Хотя через эти известняки и просачивалась вода, они были структурно прочными. Фундаментом же восточной части плотины из-за ошибки при геологическом определении стал сцементированный четвертичный конгломерат, представлявший собой лишь хрупкую корку на неуплотненном материале. Поэтому, когда 8 февраля 1885 г. водохранилище было заполнено, вода перелилась через край и фактически смыла восточную часть плотины. Вся находившаяся в водохранилище вода мгновенно превратилась в огромную волну, накрывшую город Сен-Дени-дю-Сюг, который располагался в 20 км вниз по течению.

Обрушение произошло из-за того, что неуплотненные четвертичные осадки были совершенно неподходящим фундаментом для плотины. Западная половина плотины, фундаментом которог служил мощный миоценовый известняк, повреждена не была впоследствии она стала частью новой плотины, построенной в 1892 г. Эта плотина стоит и сейчас; чтобы предотвратить просачивание воды через известняк, пришлось сделать глубокий цементный заслон, доходящий до самого мергеля.

Как показало расследование, основная причина катастрофы 1885 г. заключалась в том, что четвертичный сцементированный конгломерат был принят за слой брекчии в миоценовом известняке. Хотя между этими материалами наблюдается значительное сходство (оба они в основном состоят из обломков известняка), но при тщательном анализе их, безусловно, можно было различить: в четвертичных отложениях встречаются гальки из неизвесткового материала. В выветрелом состоянии обе породы очень похожи, однако каждый специалист в области инженерной геологии должен знать об этом и обязан провести детальное и тщательное исследование. Обрушение плотины Ле-Шёрфа наглядно показало, что может произойти, если принять погребенный слой неуплотненного осадка за массивную породу.

С геологической точки зрения обрушение плотины на водохранилище в горах Болдуин в Калифорнии было необычным и труднообъяснимым, поскольку первоначально причина этой катастрофы была совершенно непонятна. Однако с тех пор механизм этого явления был изучен более детально и картина прояснилась. Обрушение можно отнести к необычным в том плане, что все признаки грядущей катастрофы были налицо, и поэтому удалось своевременно эвакуировать население из опасного района. Это было огромной удачей, особенно потому, что водохранилище располагалось на 100 м выше густонаселенных пригородов Лос-Анджелеса. Город раскинулся вокруг гор, и водохранилище было создано для подачи воды в его постоянно растущий юго-западный район.

Водохранилище сооружалось с 1947 по 1951 г. Из узкого неглубокого" ущелья была проведена выемка породы, из которой в устье ущелья соорудили основную плотину высотой 40 м, а также создали серию низких дамб на окружающих возвышенностях и седловинах. В результате получилось почти квадратное водохранилище шириной около 300 м, глубиной 20 м и емкостью Ц40 млн. л. Вынутые глинистые осадки не использовались при строительстве главной стены плотины, а были раскатаны по дну и внутренним склонам водохранилища слоем толщиной до 3 м, причем в верхней части склонов этот слой был вдвое тоньше. На глину было положено асфальтовое покрытие толщиной 8 см, служившее непроницаемой облицовкой; это покрытие пронизывали дренажные каналы, благодаря чему просачивающаяся вода не достигала опасных давлений. Были предусмотрены также крупные дренирующие каналы со шлюзами, по которым в случае аварии воду из водохранилища можно было спустить менее чем за 24 ч.

Коренные породы на месте закладки водохранилища были представлены слабоконсолидированными плиоценовыми и плейстоценовыми осадками. Они состояли в основном из песков и алевритов, а также небольшого количества глин, причем верхние слои осадков обычно были рыхлыми и иногда даже легко крошились в руках. Нижние, плиоценовые слои можно отнести к умеренно консолидированным, некоторые из них были частично сцементированы. Проницаемость и быстрая эродируемость всех этих материалов вызывали беспокойство.

В геологическом отчете, составленном в 1941 г., говорилось, что на этом месте можно создавать водохранилище. Однако в отчете за 1943 г. этот вывод был полностью опровергнут. Когда же в третьем отчете было заявлено, что водохранилище строить можно, но «конструкция его должна быть консервативной», решили, что другого места все равно не найти, и строительство началось.

Геология этого участка осложняется еще и геологическими особенностями. Гора Болдуин представляет собой антиклинальный купол в толще нефтеносных третичных отложений мощностью 3600 м, залегающих на мезозойских кристаллических сланцах. Ось антиклинали проходит к западу от водохранилища; с той же самой стороны, но ближе к водохранилищу разлом Инглвуд смещен на 450 м по латерали, в этж месте наблюдалось несколько толчков. Во время строительства на участке, отведенном под водохранилище, было обнаружено два незначительных разлома; больший из них, расположенный восточнее, известен теперь под названием Резервуар-Фолт («разлом водохранилища»). По этому разлому наблюдался глинистый пропласток мощностью До 10 см с поверхностями скольжения; разлом был достаточно заметным, вследствие чего водосброс перенесли в другое место.

Куполообразная антиклиналь Инглвуд представляет собой крупное промышленное месторождение нефти; еще с 1924 г. сотни скважин были пробурены в залегающих здесь песках третичного возраста. При разведке нефти было обнаружено множество разломов, в том числе крупный глубоко залегающий разлом Инглвуд Болдуин-Хиллс близ Лос-Анджелеса, где в 1963 г. произошло обрушение водохранилища вследствие подвижек грунта, связанных с разработкой нефтяных месторождений в антиклинали Инглвуд; предполагалось, что один из выявленных разломов является продолжением нарушения Резервуар-Фолт. Извлечение нефти из осадков сделало антиклиналь Инглвуд центром активно проседающей впадины. За период с 1917 по 1963 г. центральная часть этой впадины опустилась на глубину до 3 м; за то же время участок, где находилось водохранилище, осел почти на метр. Кроме того, этот участок входил в кольцевую зону, где за 29 лет максимальное латеральное перемещение грунта составило более метра в сторону центра проседающей впадины.