ГЛАВА 1. Экологическое качество геолого-геофизической и техногенной среды Новосибирска

Новосибирская городская агломерация представляет собой весьма сложную систему взаимодействия природных и техногенных процессов. Эта сложность происходит из-за сложного качества геолого-геофизической среды и нарастающей силы техногенного давления [9, 11, 12, 15]. Неизбежным откликом на это давление является ряд новообразованных процессов: высокий вибрационный фон территории города, высокий уровень электромагнитных излучений, появление мульд проседания, необычные атмосферные свечения, изменение гидрорежима (грунтовых и поверхностных вод) и др.

Естественно, что с течением времени техногенное давление и естественные, фоновые, процессы геолого-геофизической среды начинают взаимодействовать и результирующая этих взаимодействий выявляется либо ускорением обычных процессов, либо появлением новых неожиданных явлений. В любом случае как учащение и усиление фоновых процессов на территории города, так и появление новообразованных (гибридных, техноприродных ) явлений представляет собой предмет особого внимания поскольку, как показывает опыт цивилизации, техногенные стимулы на естественные процессы проводят к учащению катастрофических обстановок [11, 15,19]. Эти обстановки иногда развиваются внезапно [18] без предшествующих признаков, а иногда имеются косвенные и прямые признаки наступления катастроф и аварий. Кроме того, не все отклики геолого-геофизической среды на техногенное давление известны или фиксируются. В случае фиксированных событий неясен вопрос о их вредности или полезности. Именно так обстоит дело и с почти не изученными событиями (несмотря на их учащение в урбанических зонах), связанными с возникновением светящих образований в атмосфере и ближнем космосе.

Данный раздел работы ориентирован на характеристику геолого-геофизической среды и на перечень техногенных воздействий. В ней рассматриваются вопросы, связанные с новейшими движениями в земной коре, с разломообразованием и общей геологической структурой и позицией исследуемой территории в районе юго-востока Сибири. Рассмотрена также сейсмообстановка города и прилегающих площадей, указаны возможности серьезного приращения сотрясаемости (до 3-х баллов) по отношению к сейсмическому фону (6 баллов). Отмечены основные источники сейсмичности и даны примеры ближайших событий прошлого. Дана классификация техногенных воздействий на подземное и надземное пространство, приведен основной перечень основных угроз технического характера. Сформулированы задачи и предположения относительно повышения сейсмобезопасности города, как основного вида опасности задаваемого состоянием природы.

Следует также подчеркнуть, что по мере роста общественного интереса к экологическим проблемам города, возрастает необходимость в более глубокой проработке вопросов. Основные события техноприродного происхождения зачастую развиваются по неожиданным механизмам и передаточным каналам. Как правило, об этом общественность, да и значительная часть профессионалов, имеет слабое представление. Мало кто понимает, что каждый горожанин живет в особых геолого-геофизических, погодных и техногенных условиях. Организм человека пребывает постоянно в новых условиях жизни и вынужден реагировать на этот факт (зачастую бессознательно) всем составом своих средств приспособления.

1.1 Неотектонические структуры и движение района по геологическим и ландшафтным данным.

Город Новосибирск расположен на северо-западном замыкании кайнозойского линейного низкогорного поднятия — Салаирского кряжа, который входит в средне-палеозойскую складчатую систему Салаир-Кузбасс-Кузнецкий Алатау у окраины Западно-Сибирской плиты. Район на позднепалеозойско-мезозойском этапе может быть отнесен к параллельноупорядоченным орогенам (класс предложен и описан в работе [1] ).

Принадлежность района Новосибирска к северо-западной оконечности кайнозойского поднятия Салаирского кряжа в геологической структуре выражена прежде всего выклинкой толщ верхнего палеогена (олигоцен) и низов неогена (миоцен) в правобережной части Новосибирска и низов р.Ини, а также сокращением здесь мощности плиценово-нижнечетвертичных отложений (кочковская свита; Гос.геолог. карта СССР..., м-б 1:1000000, Карта дочетвертичных образований N-(44),45. [5]). Подошва олигоцен-миоценовой толщи периклинально облекает с северо-запада палеозойские породы складчатого фундамента района Новосибирска. Примечательно, что в 25 км северо-западнее Новосибирска верхнеэоценово-олигоценовая подошва кайнозойских отложений приобретает устойчивый наклон на северо-запад и в 50-60 км от города спускается на протяжении 10 км приблизительно на 0,5 км (Геол. карта СССР, м-б 1:200000. Серия Кузбасская. N-44-XI, [6]).

Затухающие к северо-западу четвертичные поднятия правобережной (присалаирской) части выражены также уменьшением и исчезновением в этом направлении выходов пород палеозойского основания на поверхность, общим снижением подошвы рыхлых отложений и высот водоразделов (рис. 1.1).

Северо-западное замыкание поднятия Салаирского кряжа подчеркивается также примерно 75-километровой региональной излучиной Оби на участке Новосибирск-Дубровино, которую естественно считать результатом оттеснения реки краем поднятия литифицированных пород фундамента. Обтекание его рекой сохранилось в четвертичное время, несмотря на перестройки русловой системы Оби.

По среднемасштабным космоснимкам в зонах нижних надпойменных террас покинутых и современных пойм и проток четко дешифрируются три эпизода голоценовой перестройки обской русловой системы в районе Новосибирска (рис. 1.2). В поле отложения надпойменных террас просматриваются пойма и следы древних русловых проток и островов Оби (Положение 1, рис. 1.2) в западной части Кудряшевского бора и южнее, в среднем течении р.Криводановки. Эта полоса совпадает с ранее выделенной зоной развитых озерноболотных отложений, подтверждающих древность и зрелость поймы (Геол. карта СССР, м-б 1:200000. Серия Кузбасская, N-44-XVIII, [7]). Положение I дна долины Оби фиксировало южный край Новосибирско-Дубровинской излучины. Полоса древней поймы пересекается спрямленной более молодой русловой системой, которая была проложена вдоль юго-западного края площади Кудряшевского бора (положение II) и служила продолжением устойчивого прямолинейного отрезка долины Оби устье р.Ини — Затон. Прямолинейный участок русловой полосы имел общее протяжение до 40 км, отделял приподнятый северо-восточный борт от низкого юго-западного, явно продолжая и трассируя юго-западную подошвенную линию Салаирского кряжа. Вниз по течению широкая русловая полоса Оби на рассматриваемой стадии II отгибалась на север и шла вдоль западной кромки площади Кудряшевского бора. Именно этот эпизод следует рассматривать как момент наиболее активного оттеснения русла от поднимающегося правого (присалаирского) коренного борта долины. Затем была сформирована более короткая современная русловая система на участке Новосибирск — остров Заячий (положение III), по-видимому в результате перехвата течения Оби вершинами правых субмеридиональных притоков и, с другой стороны, классического кориолисова подмыва Обью своего правого берега.

Следы плейстоценовых тектонических поднятий салаирской зоны фиксируются, в основном по данным бурения, в виде погребенных под аллювием (перекрывающим или прилегающим) эрозионных подошв третей (возраст около 30-45 тыс. лет) и четвертой надпойменных террас правобережья оби, а также в виде перекрытых эрозионных поверхностей в более древних (старше 50000 лет) покровных отложений кочковской свиты (N-Q) правого борта долины Оби. Эти эрозионные поверхности перекрыты базальными разнозернистыми песчаными горизонтами, часто с гравием и галькой (Мартынов и др., 1977).

Свидетельством активных позднеплейстоценово-голоценовых воздействий юго-восточной части района со стороны Салаирского кряжа, являются крупные (радиусом до 1-2 км) типично врезанные меандры долин низовьев рек Ини, Берди, Шипунихи, Койнихи, а также V-образные и висячие долины приустьевых частей правых притоков Оби и притоков Ини и Берди (Геол. карты СССР м-ба 1:200000, Серия Кузбасская, листы N-44-XI, N-44-XVIII,1960-1963, N-44-XII [4,7]).

Вывод о преобладающем режиме поднятия со стороны Салаира в голоцене согласуется с отсутствием переуглубления коренного цоколя аллювиальных отложений Оби на участке Бердск — устье Ини. Вместе с тем, в пределах старой (северной) части Новосибирска и севернее (Мочище — Красный Яр), т.е. в верхней по течению части Новосибирско-Дубровинской излучины Оби, установлено 10-20-метровое переуглубление коренного цоколя раннечетвертичных (раннеплейстоценовых) аллювиальных отложений Оби с возрастом более 50000 тыс. лет (первый ледниковый век и доледниковье [13]). На этой стадии участок современной периклинали Салаирского кряжа, по-видимому, испытал погружение.

На среднемасштабных космо- и аэрофотоснимках по речной сети, рельефу и связанному с ними распределению естественной растительности и сельхозугодий четко дешифрируется (рис. 1) система линеаментных ослабленных зон молодых разломов района (зон дробления) северо-восточного простирания. Эта система продольна к складчатым структурам верхнего палеозоя Колывань-Томской складчатой зоны.

На территории города и пригородов Новосибирска ослабленные зоны разломов скального основания хорошо прослеживаются в правобережье Оби и гораздо левее в левобережной части, где увеличивается толщина рыхлого чехла. Юго-восточнее (районы Бердска и Искитима) ослабленные зоны четко прослеживаются в обоих бортах водосбора р.Берди.

Оказывается, что ослабленными зонами контролируются многие участки долин притоков Оби, Ини и Берди (рис. 1.1):

1. Рч. Ельцовка 2-я на СЗ окраине Новосибирска;

2. Рч. Ельцовка 1-я,

3. Рч. Каменка;

4. Низовье р.Тулы — рч.Плющиха;

5. Низовье рч.Верх-Тулы — рч.Камышенка;

6. Правый приток р.Ини в пос.Новолуговое;

7. Долина р.Ини у пос.Барышево-низовье рч. Издревой;

8. Долина р. Ини у пос.Железнодорожный — среднее течение рч. Ноздрихи — вершина рч. Ельцовки у Академгородка;

9. Рч. Зырянка;

10. Рч. Шадриха;

11. рч. Шебаршиха;

12. Р. Коён;

13. Приустьевой отрезок р.Тальменки-Сухая Речка;

14. Верховье р. Тальменки — рч. Лебедевка;

15. Вершина рч. Чесоковки — рч. Черная;

16. Приустьевой отрезок р.Койнихи с ее левым притоком близ южной границы г. Искитима.

Спрямленность и консервативное расположение (антецедентность) указанных речных долин и особенно группировка их вместе с западинами склонов и седловинами в спрямленные цепи, вполне естественно объяснимы приуроченностью к структурным линеаментам — выходам под рыхлый чехол и кое-где на поверхность крутопадающих зон протяженных ослабленных зон активных, подновляемых разломов. Под маломощным (до десятка метров) плащом четвертичных континентальных осадков, в основном мелкопесчаных и пылеватых, часто лёссовидных, зоны разломов должны служить основными устойчивыми каналами разгрузки гравитационных и напорных вод палеозойского скального основания. Обводненные зоны разломов локализуют на своих выходах опережающие выветривание коренных пород, ожижение песчаных осадков, просадки лёссовидных отложений, суффозию мелкозёма, а затем поверхностную речную и овражную линейную эрозию.

Почти все перечисленные ослабленные зоны узки, имеют мощность, вероятно, до первых сотен метров. Лишь зона р.Коён, судя по увеличенной ширине полосы мятого рельефа, поймы и активного меандрирования, может, вероятно, иметь мощность свыше 0,5 км.

По имеющимся данным, амплитуда вертикальных смещений горизонтов рыхлых отложений и поверхности по разломам в районе г.Новосибирска не превышает одного-двух десятков метров.

По кинематике отдешифрированные зоны разломов могут представлять собой малоамплитудные взбросы и сбросы, частично со сдвиговой составляющей и знакопеременными подвижками. Судя по общему снижению рельефа и подошвы рыхлых отложений к северо-западу, чаще встречаются приподнятые юго-восточные крылья разломов.

Из приведенных данных следует, что по своей геологической и орографической позиции в позднем палеозое и мезозое-кайнозое район Новосибирска относится к орогенноскладчатой области, причем находится на ортогональном пересечении двух складчатых зон Салаирской и Колывань-Томской. Простиранием структур последней контролируется ориентировка основных ослабленных зон (зон дробления) молодых разломов района, а через них линеаментное расположение части эрозионных врезов. Неотектонически и геоморфологически район Новосибирска-Бердска-Искитима относится к юго-западной подошве и северо-западному периклинальному окончанию поднятия Салаирского кряжа, который граничит с платформенной структурой типа материкового плато, но сам входит в систему параллельноупорядоченного орогена поздней стадии (Салаир — Кузбасс — Кузнецкий Алатау). Система сближенных субпараллельных кайнозойских разломов района также противоречит его отнесению к платформенным структурам. Тектонически активный режим орогенного типа должен учитываться при прогнозной сейсмологической оценке района и при интерпретации других геофизических явлений, связанных с активной тектоникой.

1.2. Сейсмообстановка на территории города

На фоне общепланетарной сейсмической активности выделяются зоны особого значения, где сейсмонагруженность периодически стремительно нарастает. Проблема сейсмической безопасности для градостроительства во все времена входила в число первоочередных. В настоящее время, в связи с вовлечением новых земель в землепользование и укрупнением городов, а также возрастанием техногенной нагрузки на геолого-геофизическую среду, эта проблема становиться особенно острой. Сейсмическая безопасность традиционно рассматривается в контексте прогноза землетрясений и комплекса мероприятий по защите населения и обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений.

Техногенные процессы вызывают необходимость детального рассмотрения еще одного аспекта этой проблемы: защита от сейсмических шумов. Здесь естественно возникает два направления исследований: защита населения от сейсмических шумов и защита высокоточных производств, что особенно важно для предприятий, находящихся в авангарде научно-технического прогресса (микроэлектроника, тонкие химические технологии и т.п.). В плане защиты от сейсмических шумов, наращиваемых вибрационными источниками города, интересно посмотреть взаимосвязь биоритмов человека и сейсмоколебательных частот (табл. 1.1 по работе [16]). Характерно, что микросейсмические частоты в 2-5 Гц генерируются техногенным путем.

Таблица 1.1. Спектр сейсмических колебаний и биоритмов

Сейсмические колебания

Период
(в сек.)

Биоритмы

Период
(в сек.)

Низкочастотные микросеймы

2 – 20

Дыхание человека,
Кругооборот крови:
   большой круг
   малый круг

6 – 8
 
22
4 – 5

Высокочастотные микросеймы

0,01 – 1

Виброчувствительность:
   общей массы человека
   печени
   сердца
   биотоки мозга

 
0,2 – 0,25
0,1 – 0,18
0,05 – 2,0
0,05 – 2,0

Недостаточность геолого-геофизической изученности территории города очевидна. Новосибирск, как и многие другие города мира, не располагает надежными и детальными характеристиками, в том числе и сейсмологическими, геолого-геофизической среды. Изученность территории, как правило, не выходит за рамки обеспечения потребностей традиционного строительства. Имеется большая, но разрозненная информация о рыхлых отложениях и кристаллических породах, комплексная интерпретация и обобщение которой до сих пор не сделаны.

Территория Новосибирска расположена на террасах право- и левобережья р. Оби. Под рыхлым чехлом лежит гранитный массив, представляющий собой саттелит крупного Обского плутона. Выходы коренных гранитных пород имеются как в пределах города, так и на его окраинах. Характерно, что граниты, лежащие в основании города, содержат высокие концентрации радиоактивных элементов. Имеются данные о том, что Новосибирский гранитный массив разбит сложной серией магистральных и оперяющих разломов. Есть также свидетельства о высокой геодинамической активности разлома, трассируемого руслом реки Каменки, пересекающей правобережный Новосибирск почти в центре города. Это подтверждается и соотношением уровней террасовых отложений и поступлением токсичных элементов глубинного характера.

(фрагмент) Таблица 1.2.
Приращение сейсмобалльности (по С.В. Медведеву, 1962)

Наименование грунтов

Виды грунтов

V (в км/с)

(в баллах)

1. Щебнистые и галечниковые
2. Гравийные (магматогенные)
3. Гравийные (осадочные)

крупно-обломочные

1,3
1,2
1,1

2,1
1,9
1,7

0,9
1,0
1,1

1,3
1,4
1,5

4. Пески (гравелистые и крупные)
5. Пески средней крупности
6. Пески мелкие, пылеватые

песчанные

1,1 – 1,6
1,0 – 1,4
0,7 – 1,2

1,2 – 1,4
1,3 – 1,6
1,4 – 1,8

7. Глины
8. Суглинки
9. Супесы
10. Суглинки и супесы

глинистые

0,9
0,8
0,7
0,5

1,5
1,4
1,2
0,8

1,2
1,3
1,4
1,7

1,6
1,7
1,8
2,1

11. Граниты
12. Известняки, сланцы, гнейсы
13. Плотные песчаники
14. Известняки, сланцы, песчаники нарушенные

скальные

5,6
3,5 – 4,5
2,2 – 3,0
1,5 – 2,3

0
0,2 – 0,4
0,3 – 0,6
0,7 – 1,1

По данным сейсмического районирования территории нашей страны [17] территория Новосибирска своей южной частью находится в зоне шестибалльной сейсмичности. Оценка повторяемости землетрясений силой шесть и более баллов составляет одно землетрясение за 10-100 тысяч лет в условиях естественного состояния геолого-геофизической среды (т.е. без учета техногенного давления на среду [18]).

Но, принимая во внимание наличие в городе следов тектонической активности и нарастающее техногенное давление, проявление сейсмических эффектов может осложниться снятием или наложением местных напряжений. Имеющиеся карты сейсмической активности территории и максимальной интенсивности сотрясаемости грунтов привязаны к скальным основаниям и не учитывают локальных природных условий. Реальная же сотрясаемость территории находится в зависимости от качества грунтов, локальных геоморфологических и геологических обстановок (табл 1.2). Эти обстановки вызывают эффект приращения балльности на 1-2,0 балла [8,18]. В результате реальная интенсивность сотрясаемости отдельных участков территории города Новосибирска при шестибалльном землетрясении по базовой сейсмичности, может достичь 7-8,0 баллов. Следует также учесть, что упущения при градостроительстве (не учитывалось взаимное влияние крупных зданий и вибронагруженных участков, проявление виброрезонансов, весовых нагрузок и др.) может привести к приращению балльности вплоть до "самопроизвольного" обрушения зданий и сооружений.

Поэтому выявление участков, предрасположенных к превышению базовой балльности землетрясений, является особо важным вопросом проблемы сейсмической безопасности.

1.3. Основные источники сейсмичности

Новосибирск находится в зоне воздействия сейсмических событий, происходящих на юге, в основном, в Горном Алтае, его предгорьях и районе г.Камень-на-Оби. Так 16 июня 1990 г. Новосибирск испытал толчок силой 4-5 баллов от землетрясения в районе озера Зайсан. Такой же силы интенсивность сотрясения города была 25 лет назад от землетрясения с эпицентром в г.Камень-на-Оби [3,17].

Кроме того территория города и прилегающих районов характеризуется местной сейсмичностью. Около ста лет назад произошло крупное землетрясение с эпицентром в районе села Ключи (Советский р-н г.Новосибирска). Эти февральские толчки вызвали крошение льда в р.Берди. В окрестностях Бердска, Искитима, Колывани зафиксированы местные землетрясения:

- в Бердске (16 марта 1982 г.) интенсивностью в 6 баллов;

- в Колывани (1982 г., эпицентр на северо-западе от районного центра), интенсивность в 6 баллов в эпицентре и 4-5 баллов в окрестностях Колывани.

Указанные источники сотрясаемости города представляют собой базовый фон сейсмичности, а если учесть эффективную сотрясаемость (приращение балльности за счет природных и техногенных причин), то проектирование и градостроительство на отдельных участках должно основываться на 7,5-8,5 балльной сейсмичности территории Новосибирска. Техногенный вклад в сейсмическую обстановку на территории города возрастает с пуском и развитием сети метрополитена, ростом интенсивности транспортных потоков, подземных коммуникаций, влагоперераспределением. Отметим основные особенности техногенного воздействия, связанные с анализируемой проблемой:

а) рост весовой нагрузки на территорию города нарушает общее геодинамическое равновесие, особенно в местах неотектонических движений и на рыхлых отложениях, подвергающихся вибропереработке (для Новосибирска имеются характеристики амплитудных спектров сейсмических колебаний в частотах от 1 до 20 Гц, с учетом разных сред и источников вибраций [8,11]).

б) определение уровней и спектрального состава сейсмических колебаний в Новосибирске и его окрестностях показали высокую значимость техногенных источников: промышленных установок, транспорта (включая метро), промышленных взрывов, строительной техники. Обнаружено, что в 20 км от города микросейсмический фон (с максимум в 2-5 Гц) имеет техногенный характер [8]. Если сейсмические события от землетрясений и взрывов случаются эпизодически, то промышленные установки представляют собой непрерывный источник сейсмоколебаний. К числу предприятий, производящих большие шумы в сейсмическом диапазоне частот 0,1-30 Гц, относятся, в частности, компрессорные, криогенные станции, лесопильные установки, клепальные цеха и др. В диапазоне частот 1-30 Гц свой вклад в интегральную виброобстановку вносит и транспорт [2].

1.4. Техногенная специфика территории города

В связи с отсутствием службы регистрации и оценки техногенного давления на геолого-геофизическую среду города, дать детальный очерк масштаба технических воздействий пока невозможно.Поэтому мы ограничимся общими положениями (табл. 1.3).

Новосибирск представляет собой типичную урбанизированную зону с массовым техногенным преобразованием вещества и энергии. Несмотря на кажущуюся ординарность промышленной и бытовой нагрузки на территорию, эта нагрузка, в связи с геолого-геофизической спецификой, оказывается критической для ряда мест города и в частности, вызывает неблагополучный медико-биологический отклик. Охарактеризуем некоторые виды техногенного давления на природную среду города [12, 14,15]:

а) Воздействие на верхнее полупространство (атмосфера, ионосфера) складывается из:

- инжекции вещества (промышленные отходы в гидросферу, на поверхность и в атмосферу);

- инжекции энергии (электромагнитная, акустическая и тепловая накачка атмосферы и ионосферы).

При этом следует иметь в виду, что если вещественные поступления в воду и атмосферу города вызывают озабоченность общественности, то усвоение техногенной электромагнитной энергии природными геофизическими процессами мало известно даже специалистам (энергетикам, геофизикам) [11]. Техногенные воздействия на природную геолого-геофизическую среду имеют синенергетический (кооперативный) характер и могут создать общее неблагополучие взаимодействия природных и техногенных процессов.

б) Воздействие на нижнее (подземное) полупространство резко усилилась в связи с пуском метро и других подземных систем городского функционирования. Отметим некоторые основные особенности этого воздействия:

- рост весовой нагрузки на территорию города приводит к нарушению соотношений вертикальных и горизонтальных напряжений, нарушает общее геодинамическое равновесие, особенно в местах, где весовая нагрузка сопровождается вибронакачкой подстилающих пород;

- появление метро на территории города привело к усилению и углублению вибронакачки коренных пород; проводка тоннеля метро по ослабленным тектоническим зонам позволяет провести накачку упругой энергией до глубин 75 м, что дает возможность говорить уже о сейсмонакачке;

- увеличение интенсивности и разнообразия техногенной проработки подземного пространства на территории Новосибирска может привести и уже приводит к дополнительным эффектам геолого-геофизического характера: повышению газоотдачи коренных пород (включая выделение родона), увеличению электрогенерации (механоэлектричества), накоплению упругой энергии до критических значений (приводящих к разрушению грунтов и сооружений), появлении мульд проседания, возникновение электоролитных характеристик грунтовых вод и др.

Суммарное воздействие на природную среду города сведено в табл. 1.3.

Исследование геоэкологической обстановки Новосибирска требует организационных мероприятий и финансирования. Обстановка потенциально упрощается тем, что город располагает всем комплексом учреждений и набором специалистов, способных решить задачу геоэкологических исследований по современной программе. Действительно, положение становится более чем странным — в детальных масштабах исследуются десятки млн. кв. км территории и при этом не изучено 600 кв. км, которые максимально нуждаются в детальном геолого-геофизическом исследовании. В частности, изучение такого интегрального показателя энергосостояния того или иного участка города, как атмосферные светящиеся образования, является теоретически важным и практически необходимым.

Кроме того, по мере дальнейшего развития города и экологической корректировки генплана Новосибирска, возникает необходимость создания комплекта карт-схем на базе дешифрирования аэрокосмических снимков.

Такие попытки уже осуществлены в 1991 г. (Никанорова В.В., Сергеева Н.С., Ванюков В.В.), но они нуждаюся в серьезной поддержке по наземным исследованиям поверхности. Появилась сложная задача по выяснению роли разломных структур на территории города в фильтрации и сортировке жидких загрязнителей. Перемежаемость сжатий, разуплотнений и современный режим неотектонических движений создают сложную мозаику геопатогенных участков на территории города, усложняя картину заболеваемости горожан [2,16]. Все это делает задачу экологического исследования геолого-геофизического качества площади города безотлагательной.

Внимание исследовательских структур и общественности концентрируется вокруг процессов загрязнения почв, воды и атмосферы. Остаются вопросы деформации естественных физических полей, как менее ощутимых и зримых факторов нарушения геолого-геофизической среды. Следует подчеркнуть, что именно техногенное изменение физических полей состояния территорий городов являются основополагающими причинами для развития ряда аварийных и катастрофических обстановок.

Выше упоминалось явление приращения балльности сотрясаемости грунтов, поэтому будет уместно привести конкретные данные о вибронакачке грунтов города техногенными процесами.

Техногенные источники

1. Рельсовый транспорт порождает виброскорость   160 – 0,3 мм/с
2. Промышленные установки    —"—                  5 – 0,05 мм/с
3. Строительство             —"—              1,6 – 0,0002 мм/с
4. Автотранспорт             —"—             0,07 – 0,0005 мм/с
5. Дневной фон города составляет              0,02 – 0,006 мм/с
6. Ночной фон города         —"—              0,01 — 0,003 мм/с

Естественные источники

1) Уровень микросейсм составляет            0,5 мм/с
2) Общий сейсмический фон               - 0,225 мм/с
3) Физиологический (организованный) фон -  0,12 мм/с

Как видно из приведенных данных, наличие в городе разветвленной сети рельсового транспорта является признаком интенсивной вибронакачки, что, в свою очередь, требует от проектных и строительных организаций учета данного фактора в полосе прохождения особенно железнодорожных полотен.

С экологической точки зрения и влияния шумов города на поведение аэрозолей и тонких дисперсных частиц в атмосфере, имеет значение шумовое картирование г.Новосибирска. При этом в настоящее время учитываются такие количественные оценки:

- санитарная норма по уровню шумов составляет - 60 – 45 дБ (А)

- источники городских шумов - R *) – уровень шумов дБ (А)

1. Предприятия типа: кузнечных, клепальных,
   токарных, дробилок, испытания двигателей и т.п.    1,8        110 – 80
2. Железнодорожная линия                              1,8        101 – 85
3. Трансформаторные подстанции                        1,7         95 – 85
4. Автотранспорт                                      1,6         87 — 81
5. Метро открытый прогон                              1,5         85 — 80 

*) Относительная средняя оценка шумов и санитарной нормы
R = --------------------------------


Как видно из приведенных числовых оценок, основные городские источники шумов превышают санитарные нормы более чем в полтора раза.

Особенно значительным фактором экологического нарушения является процесс преобразования электромагнитных полей в городских условиях. Накопление изменений физических полей в электромагнитном направлении влияет как на сами технические системы (электрокоррозия), так и на самого человека тысячекратным превышением промышленного электромагнитного фона над естественными величинами геофизических напряжений.

Так, касаясь оценок промышленного генезиса блуждающих токов, его можно сопоставить с значениями токов естественного происхождения, которые колеблются в пределах 10-5 мВ/м. Основным источником техногенных напряжений блуждающих токов в грунтах города является электорорельсовый транспорт, который генерирует поля в 1600-300 мВ/м (Жигалкин А.Д. Техногенные физические поля. Природа, N 2. — 1993. — с.15-23.), т.е. более чем в сотню раз превышает естественный фон. Так в Москве (р-н завода Лихачева) зарегистрированы теллурические токи, превышающие фон в десятки тысяч раз. Вторым по значимости электоронакачки грунтов города являются станции катодной противокоррозионной защиты — 280-60 мВ/м. Следует также указать, что при токе I=0,8-3,6 мВ/м интенсивность коррозии достигает 0,2-2 мм/г, причем потеря прочности материала (свай, несущих конструкций и др.) достигает 5-15%. При этом надо иметь в виду, что изменение фонового состояния природных теллурических токов можно замерять на расстоянии от 0,1 км до 10 км от промышленных источников блуждающих токов. Необходимо также указать на слабую изученность характера поведения блуждающих токов, вышедших далеко за фон естественных напряжений, особенно в случае образования так называемых связанных пятен.

Особенное значение в городских условиях имеют электромагнитные излучения в промышленных частотах переменного тока (50 Гц) и ширящиеся излучения в радиочастотах (0,006 МГц — 300 ГГц). Нельзя не указать на количественные оценки ЛЭП-излучения вблизи поверхности земли, которое составляет 5,5-2,5 кВ/м и излучений распределительных подстанций — 6,0-2,5 кВ/м. Все эти количественные данные могут быть использованы градостроителями при планировании селективных зон, промышленных предприятий и линий электропередач.

1.5. Вопросы сейсмобезопасности города

Безопасность градостроительства и градосостояния делает насущной необходимость дежурных исследований территории города. Анализ имеющихся к настоящему моменту данных о геолого-геофизической среде со всей определенностью указывает на необходимость срочного проведения дополнительных исследований сейсмической обстановки, как в связи с оценкой эффективной сейсмичности, так и по сейсмическим шумам. Напомним, что Спитак разрушен, во-многом, именно эффективной балльностью, связанной с геологической спецификой грунтов. Исследования в этом направлении требуют тщательного подхода подобно тем, которые проводятся в связи со строительством и эксплуатацией крупных гидротехнический сооружений, рудников, нефтяных скважин, скважин для захоронения токсичных и радиоактивных отходов, атомных электростанций. Необходимо также решить вопросы определения и контроля изменения уровней дневной поверхности (грунта), его проседания и вспучивания в связи с изостатическими и вибрационными эффектами. Очевидно, что аномальное изменение уровня должно наблюдаться вблизи станции метрополитена, что связано с прокладкой трассы в рыхлых террасовых отложениях.

Достижения определенного уровня вибраций в частотах 0,1-30 Гц приводит к специфическим заболеваниям людей [2, 8] и делает невозможным размещение прецезионных производств, которые, тем самым, должны проектироваться во вполне определенных районах, вне соседства с источниками шума. Переход строительной индустрии к многоэтажным высотным стандартам с повышением плотности населения и уменьшением длины коммуникаций также порождает ряд осложнений [12] (геологических и санитарно-гигиенических) с точки зрения сейсмической безопасности. Дело в том, что резонансные частоты многоэтажных зданий лежат в диапазоне 0,3-3 Гц [18, 19]. Кроме того, при размещении высотных зданий в непосредственной близости от наклонных влагонасыщенных слоев, которые стимулируются повышением вибрации, могут происходить оползневые явления. В связи с этим в районах высотной застройки должны отсутствовать мощные импульсные источники техногенного происхождения.

Городские условия, выводящие территории города за пределы фоновых колебаний параметров геолого-геофизической среды, затрудняют определение закономерностей природных полей напряжения в кристаллических горных массивах. Известно, что зачастую реальные напряжения в горизонтальном направлении превышают гравитационные силы на слагаемые напряжений локальной тектонофизической природы. Имеются геомеханические оценки, по которым следует, что превышение горизонтальных напряжений над вертикальными достигает 60% (для рудников) и 20% (для шахт) [10, 18]. Поэтому исследования геомеханического неравновесия города, вызванного дополнительной нагрузкой на кристаллическое основание, становится важным элементом культуры градостроительства и градоподдержания.

По имеющимся данным мелкомасштабных геологических и частично геофизических съемок намечаются характеристики территории города, свидетельствующие о довольно сложной тектонофизической, геофизической и геохимической обстановке. Укажем на некоторые из них:

а) Гранитный массив (вскрыт на глубину в карьере "Борок"), лежащий в основании города, характеризуется аномально высокой природной радиоактивностью (радоновые источники на территории города общеизвестны). Этот массив разбит сложной сетью разломов (магистральных и оперяющих), свидетельствующих о высокой геодинамической активности района способствующей выходу радона в рыхлый чехол;

б) Контакты гранитного массива со смещающимися осадочными толщами представляют собой зоны повышенной геоэлектрогенерации, что в условиях тектонических разломов проводят к эффекту "плоских волноводов" и влияет на вертикальный переток электромагнитной энергии (литосфера — ионосфера);

в) Имеются сведения (район р.Каменки) о наличии токсичных патогенных геохимических элементов в почвах. Геохимическое картирование должно уточнить границы этих зон и дать в руки градостроителей материал для руководства;

г) Наблюденими и подсчетами Е.М.Ерунова (1991) ыявлена высокая неотектоническая активность по речной сети в пределах города Новосибирска. Положение о наличии тектонических разломов на территории города подтверждается поверхностными признаками. Основные разломы трассированы водостоками рек и речек в северо-западном направлении (Бердь, Обь); северо-восточном (Обь, Иня и параллельные им Тула, Плющиха, Каменка, обе Ельцовки). Детальный анализ гипсометрических отметок высот террас вдоль Оби выявил значительные величины вертикальных разрывов между берегами речек:

Ельцовки — 2 метра,

Каменки — 27 метров,

Плющиха — 10 метров,

Иня — 10 метров.

Характерно, что возраст разрывов моложе 5 тыс. лет. Это данные обосновывают предположение о том, что реальная сейсмическая активность в районе Новосибирска существенно выше официально принимаемой [17] — одно землетрясение силой 6 баллов и выше за 10-100 тыс. лет. В этом отношении обращает на себя внимание большой вертикальный разрыв вдоль Каменки (рис. 1.1), который локализуется у центра города и тяготеет к местам максимального развития свечений в атмосфере.

В свете вышесказанного первоочередными представляются следующие задачи:

1. Изучение интенсивности местной сейсмичности территории города. Знание характера местной сейсмичности и ее связи с землетрясениями Алтая позволит обосновать качественно и возможно количественно оценку вероятностей возникновения опасных подземных толчков в пределах территории города и его окрестностей. Размеры города достаточно велики и эти вероятности могут оказаться различными для разных его участков. Результаты изучения местной сейсмичности следует использовать в качестве получения уточненной основы для детальных инженерно- сейсмологических работ при реализации генплана застройки города.

2. Детальное сейсмическое районирование грунтов и зон застройки. Данное исследование позволит выявить на территории города участки и зоны, обладающие повышенной сотрясаемостью (а, значит, и аварийностью). В пределах уже существующих застроек будут выявлены кварталы повышенной сейсмоугрозы и оценены эффекты возможного влияния сооружений, особенно обладающих значительной динамикой (железные дороги, метро, трамваи, виброгенерирующие производства и т.д.). Могут быть изменены характер и интенсивность взаимовлияний этих сооружений и, в итоге, рассчитаны ближайшие и отдаленные последствия из взаимного влияния [19].

Решение этих двух задач даст информацию о сотрясаемости грунтов и возможных амплитудах сейсмических воздействий и позволит более рационально и обосновано проводить размещение высотных домов, парковых зон, линий метрополитена, высокоточных производств и производств с мощными ударными нагрузками на грунт. Задержка с проведением этих работ может привести к ряду нежелательных последствий несейсмического характера:

- ускоренное старение несущих конструкций зданий и сооружений из-за повышенной раскачки;

- появление мульд проседания и наклоны зданий и сооружений в местах эффективных вибронакачек, влияющих на усадку грунтов (например по профилю метро или трамвайных линий в местах резонанса);

- повышение аварийности из-за появлений трещин в конструкциях и напряжения в трубопроводах из-за проседания грунтов и активизации оползневых явлений.

Решение данных задач, представляемое, по-существу, основой для моделирования явлений на контакте искусственных и природных сред. Имеющийся приборный парк опроса геолого-геофизической среды, при его расширении и модификации, может дать ответы на многие вопросы геологического состояния города.

Но за рамками такого обыденного геолого-геофизического мониторинга окажутся явления и процессы, относящиеся к непериодическим и быстропротекающим. Именно в поисках методов регистрации и прогноза таких явлений на территории города и состоит основная сложность исследований для служб безопасности. Непериодические и быстропротекающие процессы уже заявляют о себе большой серией необычных явлений в атмосфере и городских сооружениях.

Поэтому стратегия организации и осуществления экологической и геоэкологической службы города Новосибирска должна включать в себя два основных направления:

а) геолого-геофизический мониторинг состояния верхнего и нижнего полупространства города на основе регистрации изменения параметров состояния природных, техноприродных и техногенных систем с целью выявления критических обстановок и коррекции градосостояния и строительства.

б) мобилизация информации и установление природы необычных явлений в атмосфере и городских сооружениях для выявления условий развития пока непредсказуемых геолого-геофизических процессов крупного масштаба и влияния их на медико-биологическое и психо-физиологическое состояние населения города.

Работа по двум направлениям должна интегрироваться особым видом комплексного техногеологического картирования территории города с обозначением районов и отдельных участков максимальных техно-геологических напряжений (тектоно-физические аномалии искусственного генезиса) по нижнему и верхнему полупространству. Интегральной целью геоэкологических исследований на территории города являются:

а) ближайший и долговременный прогноз геолого-геофизических обстановок, формирующихся под растущим техногенным воздействием комплексного характера;

б) выявление основных источников возникновения необычных новообразованных процессов;

в) установление мест и времени возможных аварийных и катастрофических техноприродных обстановок, угрожающих состоянию города;

г) формирование оперативной информации о геоэкологических обстановках для служб города.

Реализация комплексной программы инженерно-геологических исследований по решению сложных экологоориентированных задач дело весьма трудоемкое, но и столь же неизбежное. Неизбежность вытекает из того, что несмотря на мощный научный и производственный потенциал города до настоящего времени не проведено детального геолого-геофизического картирования территории города. Городское строительство не имеет геолого-геофизического паспорта застраиваемых площадей. Промышленные предприятия и здания разнообразного предназначения строятся в геопатогенных зонах без учета возможного неблагоприятного геолого-геофизического отклика и возможных медико-биологических последствий. Строительство ведется на основании инженерно-геологических исследований по нормативам тридцатых годов, не учитывающих современный уровень геолого-геофизических знаний и накапливающихся изменений геолого-геофизической среды под непрерывно растущей техногенной нагрузкой.

1.6. Выводы

Экологическое качество геолого-геофизической среды территории Новосибирска и прилегающих участков характеризуется рядом особенностей природного и техногенного направлений:

1. Новосибирский район в геолого-структурном отношении представлен тектонически активным режимом орогенного типа, что и специализирует его геодинамический, разломообразующий и сейсмический характер состояний. Он локализован в условиях стыка Салаирской и Колывань-Томской складчатых зон, что определяет режим тектоно-физических напряжений, частично реализуемых образованием сложной сети разломов (включая и территорию города, рис. 1.1).

2. В сейсмическом отношении Новосибирск (по данным государственного сейсмического районирования) лежит в области 6-ти балльной сотрясаемости. Сейсмические события генерируются как местными очагами землетрясений, так и последствиями крупных землетрясений на юге страны. Выявлены признаки неоднородности сотрясаемости грунтов на территории города и возможности приращения (на 1,5 — 2,0 балла) сотрясаемости на отдельных участках. Обнаружены признаки интенсивных неотектонических движений в черте города, по секущим его речкам.

3. Быстро разрастающиеся градостроительство и расширение видов техногенного воздействия на подземное и надземное пространство резко наращивает неравновесие в геолого-геофизической среде. При этом нарушается равновесие вертикальных и горизонтальных напряжений, растет уровень сейсмических шумов (за счет транспортных и строительных вибронакачек), резко повысился электромагнитный фон в верхнем полупространстве, меняется состав и физико-химические процессы в воздушном бассейне, наращивается уровень акустических сигналов и др.

4. Как состояние геолого-геофизической среды, так и наращивание техногенного давления порождают ряд событий, которые представляют собой реальную угрозу для города. Это приводит к созданию системы "дежурных" исследований для предупреждения или снижения тяжести последствий от стихийных и технических катастроф. Требуется создание устойчивой и всесторонней службы по изучению состояния геолого-геофизической среды на территории города.

Литература

1. Белоусов А.Ф., Кривенко А.П., Полякова З.Г. Вулканические формации. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, — 1982. — 281 с.

2. Беляев Г.И., Тебиева Д.И. Влияние шумов, магнитных полей и вибраций на человека. Владикавказ, Сев. — Осет. госуниверситет; 1991. — 41 с.

3. Благовидова Т.Я., Жалковский Н.Д., Мучная В.И. и др. Сейсмичность Алтае-Саянской области по инструментальным данным. Геология и геофизика, 1986, N 1. — с. 140-147.

4. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000, Серия Кузбасская. Лист N-44-XII. Объяснительная записка. — М.: Госгеолтехиздат, — 1963 -116 с.

5. Геологическая карта СССР (новая серия). М-ба 1:1 000 000. Карта четвертичных образований. N (44), 45 Новосибирск. Л.: ВСЕГЕИ Мингео СССР, — 1982.

6. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000. Серия Кузбасская, N-44-XI. ВАГТ Мингео СССР, — 1962.

7. Геологическая карта СССР м-ба 1:200 000, Серия Кузбасская. Лист N-44-XVIII. Объяснительная записка. — М.: Недра, — 1968 — 76 с.

8. Дергачев А.А., Данцинг Л.Г., Бортников П.Б. Сейсмические шумы в районе Новосибирска. — Геология и Геофизика, 1984, N 1. — с. 77-84.

9. Дмитриев А.Н. Техногенный вызов планете Земля // Вестн. высш. школы. — N 7, 1989 — с. 38-44.

10. Дмитриев А.Н. Геомеханические и технофизические проблемы промышленного города // Концепция дальнейшего развития г.Кемерово. Кемерово, 1992. — с. 7-8 (тез. докл. научно-практической конференции).

11. Дьяконов К.Н. Некоторые вопросы развития географии в связи с антропогенным фактором формирования географической среды // Природа и общество. М.: Наука, 1968. — с. 113-118.

12. Леггет Р. Города и геология. М.:Мир, 1976. — 559 с.

13. Мартынов В.А., Мизеров Б.В., Никитин В.П., Шаевич Я.Е. Геоморфологическое строение долин р.Оби в районе г.Новосибирска. Новосибирск: Изд. ИГиГ СОАН СССР, — 1977. — 36 с.

14. Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов / Г.Л. Кофф, Т.Б. Минакова, В.Ф. Котков и др. — М.: Наука, 1990. — 196 с.

15. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек / М.: Высш. школа, 1980 — 424 с.

16. Сазеева Н.Н., Поляков В.Б. Взаимосвязь ритмов живого организма с ритмами космоса //

17. Сейсмическое районирование территории СССР. М.: Наука, 1980. — с. 204-209.

18. Сергеев Е.М. Инженерная геология. М.: МГУ, 1978. — 384 с.

19. Цицишвили А.А. Инженерная геофизика в условиях горной страны. "Мецниереба", Тбилиси. 1980. — 216с.