Предвидеть опасность!

Каким же образом избежать гибельных последствий склоновых смещений? Ведь невозможно исключить из застройки обширные пространства горных стран с их неповторимыми по красоте ландшафтами и богатствами — залежами полезных ископаемых, гидроэнергетическими ресурсами и безбрежными лесными массивами. Освоение этих богатств требует возведения промышленных и жилых комплексов, рассчитанных на длительные сроки эксплуатации. А кроме того, в современную эпоху небывалых размеров достигла индустрия горного туризма. В долинах, у подножий крутых склонов строятся гостиницы, аэродромы, кемпинги, подъемники и базы отдыха, принимающие десятки тысяч лыжников, альпинистов, спелеологов и просто любителей природной экзотики.

Участники франко-советских полевых симпозиумов 1974 и 1976 гг. подчеркнули, что интенсивное развитие высокогорной рекреации настоятельно требует совершенствования прогноза катастрофических явлений (обвалов, оползней, селей, лавин), от которых все сильнее страдают жители гор. И это требование актуально для всех, кто планирует освоение гористых местностей. Оно приобретает особую значимость в районах, подверженных землетрясениям.

Наиболее важным элементом снижения обвально-оползневой опасности в горных районах является выбор таких строительных площадок, где были бы невозможны подобные склоновые смещения или их вероятность была бы минимальной. Памятуя огромные расстояния, которые нередко покрывают сейсмовозбужденные обвальные массы, необходимо выбирать такие территории для застройки, которые не находились бы на пути каменных лавин и были вне пределов их досягаемости.

Обычно считается, что если произошел оползень или обвал, то склон приобретает более устойчивое положение. Коварство сейсмогравитационных обвалов и оползней заключается в том, что они могут многократно повторяться в одном и том же месте, ибо землетрясение не только сбрасывает неустойчивые массы пород, но и готовит склоны к новым обрушениям.

Существует много методов прогноза обвально-оползневой опасности. Они обобщены в сводках последних лет,^[22] в которых, в частности, указывается, что инженерно-геологической основой такого прогноза регионального масштаба являются карты районирования территории по условиям развития и интенсивности проявления экзогенных геологических процессов, в том числе обвально-оползневых. Для локальных участков составляются так называемые карты геодинамического (оползневого) потенциала, дающие вероятностную оценку возникновения оползней. Суть такого прогноза заключается в том, что на большой территории выбираются характерные эталонные участки, в пределах которых тщательно анализируются все природные условия, приводящие к возникновению оползней. Каждому процессу (фактору), способствующему оползанию склона, приписывается условное значение, совокупность которых и определяет в дальнейшем меру устойчивости склонов на других участках изучаемой территории. На картах районирования, составленных по такому принципу, выделяются зоны с очень высокой, высокой, средней, низкой и очень низкой степенью потенциальной оползневой активности. К сожалению, сейсмогравитационные оползни авторами этого метода исключены из рассмотрения.

Практически нет никаких рекомендаций для составления карт обвально-оползневой опасности с учетом сейсмического воздействия и в последней работе зарубежных исследователей.^[23] Это и понятно. Слишком велик объем информации, которую надо иметь, чтобы прогнозировать сейсмогравитационные склоновые смещения. Помимо обычных критериев оползневой опасности, объединенных в понятии «геодинамический потенциал» и сохраняющих силу и при прогнозе сейсмогравитационных обвалов и оползней, необходимо учитывать и сейсмические факторы, влияющие на устойчивость склонов: силу и частоту сейсмических колебаний, глубину очагов землетрясений, углы подхода сейсмических волн, уровень сейсмической активности и ряд других.

Во многих случаях эти показатели остаются неизвестными, поскольку организация таких наблюдений требует времени и немалых средств.

Попытку составления прогнозной схемы оползневой опасности в сейсмичном районе на инженерно-геологической основе мы предприняли (вместе с П. Я. Зеленковым) для верхней части долины р. Ингури. В ходе исследований по оценке сейсмической опасности этого района было найдено несколько эпицентральных зон сильных (9—10-балльных) землетрясений, при которых возникли отдельные оползни и огромные обвально-оползневые поля длиной до 7 км, включающие до 100 млн. м³ смещенных грунтов. С учетом этих данных по геолого-геофизическим и сейсмологическим критериям были выделены области, где подобные землетрясения возможны в будущем. На обследованной территории такие области занимали узкие, шириной до нескольких километров, полосы, вытянутые вдоль зон тектонически активных разломов, в том числе Главного Кавказского надвига и молодых разрывов. За пределами этих зон следует ожидать снижения силы землетрясений до 9, а на некоторых участках — и до 8 баллов. Для Верхней Сванетии, в территорию которой входит рассматриваемый район, с ее резкорасчлененным альпийского типа рельефом такое подразделение площади по степени ожидаемого сейсмического воздействия имело первостепенное значение. Ибо очевидно, что при сходной природной обстановке склоновые смещения более вероятны там, где будет сильнее сейсмическое сотрясение. Затем тщательно изучались условия формирования обнаруженных сейсмогравитационных обвалов и оползней. Это позволило наметить некоторые общие закономерности их проявления в зависимости от пород, геолого-тектонического строения склонов, углов их наклона и иных геоморфологических особенностей.

Для конкретизации наметившихся принципов деления территории по степени сеисмогравитационнои опасности были проанализированы условия возникновения и других известных обвалов и оползней на большей части южного склона Большого Кавказа, охарактеризованных в части I, многие из которых могли быть также вызваны землетрясениями.

Подобную работу ранее выполнили Г. М. Арешидзе, Э. А. Джавахишвили и М. Г. Кванчахадзе. В частности, ими было показано, что оползневая пораженность склонов в целом увеличивается с уменьшением возраста пород. Оползанию оказались наиболее подверженными палеоген-неогеновые песчаники, глины, мергели и известняки. Заложение поверхностей скольжения в них подчиняется геологическому строению склонов и, в частности, положению ослабленных зон тектонических трещин. Наиболее мощные оползни возникают на северном крыле Рача-Лечхумской синклинали. Здесь породы интенсивно перемяты, насыщены разрывами разных типов, в связи с чем устойчивость склонов резко снижена.

Расскажем об основных принципах построения прогнозной схемы.

Все отмеченные выше (ч. I) обвалы и оползни Большого Кавказа были разделены на группы, различающиеся по литологии пород, геологическому строению склонов и крутизне их наклона. Количество происшедших в той или иной природной обстановке обвалов и оползней характеризовало возможную степень обвально-оползневой опасности аналогичной ситуации там, где такие склоновые смещения пока не происходили, но возможны в будущем, в том числе при землетрясениях.

Чем больше было зарегистрировано крупных склоновых смещений в конкретной геологической ситуации, тем выше был уровень присущей ей ожидаемой сейсмогравитационной опасности.

Все слагающие район породы по механической прочности и стойкости к обвально-оползневым смещениям подразделены на четыре группы, перечисляемые в порядке увеличения вероятности возникновения обвалов и оползней.

К первой группе отнесен комплекс осадочно-метаморфических, вулканогенных и интрузивных образований палеозоя и мезозоя. По данным Г. М. Арешидзе, коэффициент оползневой пораженности для этих пород меньше 0,1. Тем не менее в них, особенно в зонах надвигов, могут формироваться оползни размером 2x3 км и объемом до 180 млн. м³ (район с. Самицо). Мощность коры выветривания на этих породах составляет 8—15 м.

Во вторую группу входят нижнеюрские аспидные и глинистые сланцы с редкими прослоями песчаников и кварцитов. Мощность коры выветривания достигает здесь 25–30 м.

К третьей группе относятся сланцы, мергели и мергелистые известняки верхней и частично средней юры. Коэффициент оползневой пораженности для этих пород составляет 0,6–0,7. Мощность коры выветривания достигает 10–12 м.

В четвертую группу объединены рыхлые, слабосцементированные четвертичные отложения (флювиогляциальные, аллювиальные, делювиальные), отличающиеся очень малой механической прочностью и большой подвижностью под действием сил гравитации при определенных условиях (насыщенность грунтовыми водами, залегание на наклонных поверхностях и т. п.).

Большое значение при прогнозе обвально-оползневой опасности имеет расчлененность рельефа, крутизна склонов долин и хребтов. Чем круче склон, тем больше при прочих равных условиях вероятность возникновения лавин, обвалов и оползней. Поэтому нами принята следующая градация склонов по углам наклона земной поверхности.

1. Угол наклона менее 15°. На таких участках возможность возникновения сейсмогравитационных оползней и обвалов минимальна, за исключением зон вспарывания тектонических швов при землетрясениях.

2. Угол наклона более 15°, но менее 45°. Вероятность сейсмогравитационных смещений на таких участках значительно увеличивается, что наблюдалось нами при обследовании крупных склоновых смещений, вызванных древними землетрясениями в бассейне р. Ингури, а также в эпицентральной зоне Чхалтинского 9-балльного землетрясения 16 июля 1963 г.

3. Угол наклона более 45°. Опасность сейсмогравитационных смещений на таких склонах резко возрастает.

Особенности геологического строения склонов, и в первую очередь их взаимоотношение с элементами залегания пород, существенно влияют на характер склоновых смещений. Согласное падение пород и поверхности склона облегчает их образование. Подобные примеры описаны Г. М. Арешидзе для Рачи и Окрибы (оползень у с. Хирхониси в верховьях р. Гунгулы и ряде других районов), а также наблюдались нами на склонах Лечхумского хребта. В то же время падение пород в глубь склона препятствует формированию скальных обвалов и оползней.

Сейсмогравитационным смещениям способствует насыщенность склонов разрывными нарушениями. Породы в зонах разломов, как правило, интенсивно перемяты, раздроблены. По наблюдениям В. П. Солоненко, за счет проникновения поверхностных вод в тектонические трещины создается гидростатическое давление, достигающее подчас нескольких тонн на квадратный метр.

С учетом перечисленных геоморфологических и структурно-геологических особенностей нами составлена схема районирования части территории Сванетии по степени опасности возможных сейсмогравитационных склоновых смещений.

К районам с высоким уровнем опасности возникновения таких смещений отнесены участки, сложенные разными породами с углами наклонов земной поверхности более 45°, зоны разрывных нарушений, разбитые трещинами ледники, нависшие над долинами, а также участки развития четвертичных отложений и коры выветривания на поверхностях с наклоном более 15°.

К районам с повышенной опасностью сейсмограви-тационных смещений относятся площади, сложенные карбонатными породами, глинистыми сланцами, мергелями и мергелистыми известняками, и углами наклонов земной поверхности от 15 до 45°.

Группа районов со средней степенью опасности возникновения сейсмогравитационных смещений сложена нижнеюрскими глинистыми и аспидными сланцами с прослоями песчаников, падающими субпараллельно склонам крутизной от 15 до 45°.

К районам с пониженной опасностью сейсмогравитационных смещений относятся участки склонов крутизной от 15 до 45°, сложенные теми же породами, что и предыдущие районы, но падающими в глубь склона, а также породами палеозоя-триаса (кристаллические сланцы, гнейсы, песчаники, кварциты), падающими субпараллельно склонам.

Склоны крутизной от 15 до 45°, сложенные отмеченными породами палеозоя-триаса, падающими в глубь склонов, относятся к районам с низкой степенью опасности сейсмогравитационных смещений.

Опасность крупных сейсмогравитационных смещений практически отсутствует на выровненных площадках с углами наклонов менее 15°, сложенных любыми породами.

Зоны разломов и стратиграфических контактов между толщами, разнородными по литологическому составу и возрасту, относятся к линейным участкам с повышенной опасностью возникновения оползней и обвалов по сравнению с той, которая принята в целом для конкретного района.

Вблизи молодых разрывов, включая Главный Кавказский надвиг, возможны сейсмические сотрясения с интенсивностью более 9 баллов, за счет чего здесь резко возрастает опасность образования обвалов и оползней по сравнению с другими частями территории, где эффект сотрясения не превысит 9 баллов.

Выпадение большого количества атмосферных осадков, как и вообще избыточное увлажнение, многократно увеличивает вероятность образования обвалов и оползней.

При прогнозе обвально-оползневой опасности в горных областях необходимо помнить, что основные причины возобновления неустойчивых масс на склонах практически неустранимы. Они кроются в постоянном росте гор, физическом и химическом выветривании пород, интенсивном врезании русел рек и подмыве ими склонов долин и ущелий. Землетрясения зачастую являются лишь поводом к оползанию или обрушению склонов. Подземные толчки смещают только те их части, которые подготовлены к этому другими природными процессами. Лишь в зонах разломов, вскрывающихся при землетрясениях, там, где сила удара достигает максимума, в движение могут быть приведены вполне устойчивые склоны. Такие районы должны быть запретными для строительства ответственных сооружений, а тем более жилых комплексов.

Что касается прогноза антропогенных обвалов и оползней в областях интенсивного народнохозяйственного освоения, то приведенные выше примеры искусственного нарушения устойчивости склонов должны призывать к предельной осторожности. Особую внимательность следует проявлять при подрезке крутых и высоких склонов авто- и железнодорожными выемками, штольнями, туннелями, при создании крупных водохранилищ, приводящих к интенсивному подмыву и переработке берегов, при отработке глубоких карьеров, строительстве высотных плотин, перераспределяющих напряжения в скальных массивах, при закачке в недра воды и других жидкостей, изменении режима грунтовых вод, производстве поверхностных и особенно подземных взрывов, оттаивании вечномерзлых пород, при авариях трубопроводов в горных местностях, при создании высоких отвалов-терриконов, при вырубке леса и уничтожении растительности на склонах.