Геохимические критерии инженерно-геологической оценки дисперсных грунтов юга восточной Сибири (методические аспекты)

6. Наумов В.А., Илалтдинов И.Я., Осовецкий Б.М., Голдырев В.В., Макеев А.Б. Золото Верхнекамской впадины. Кудым-кар: Коми-Пермяцкое книжное издательство, 2003. 218 с.

7. Лунев Б.С., Наумов В.А., Наумова О.Б., Голдырев В.В. Потенциальные техногенные месторождения (на примере песков Прикамья) // Вестник Пермского университета. Пермь, 1999. С. 185-192.

8. Наумов В.А., Наумова О.Б., Пушкин С.А., Голдырев В.В., Брюхов В.Н. Перспективы попутного получения минерального сырья при строительстве железной дороги "Белкомур" // Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов: тезисы докл. междунар. науч. конф. Пермь, 2005. С. 190-191.

УДК 624.131.1.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ЮГА ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

Т.Г.Рященко1, Н.Н.Ухова2, С.И.Штельмах3

Институт земной коры СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.

Рассматриваются геохимические критерии инженерно-геологической оценки дисперсных грунтов, к числу которых относятся показатели их валового химического и микроэлементного составов. Использованы методы силикатного и рентгенофлуоресцентного анализа; полученная информация впервые анализируется в рамках инженерно-геологических и геоэкологических исследований в регионе. Приводятся материалы по инженерно-геологическим разрезам в районе Иркутска, Саянска и пос. Могойтуй (Забайкалье), а также почвам г. Братска, пескам Баргузинской и Тункинской впадин (Прибайкалье) и первого варианта трассы нефтепровода Восточная Сибирь - Тихий Океан. Составлены две схемы, отражающие роль геохимических критериев при инженерно-геологической оценке дисперсных грунтов. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: дисперсный грунт; геолого-генетический комплекс; силикатный анализ; спектральный анализ; инженерно-геологическая оценка.

GEOCHEMICAL CRITERIA FOR THE ENGINEERING AND GEOLOGICAL EVALUATION OF DISPERSED SOILS IN THE SOUTH OF THE EASTERN SIBERIA (METHODICAL ASPECTS) T.G. Ryashchenko, N.N. Ukhova, S.I. Shtelmakh

Institute of the Earth Crust SB RAS, 128, Lermontov St., Irkutsk, 664033.

The article deals with geochemical criteria for the engineering and geological evaluation of dispersed soils, which include indices of their bulk chemical and microelemental compositions. The authors used the methods of silicate and X-ray fluorescence analysis. For the first time the obtained information is analyzed within the engineering-geological and geoeco-logical investigations in the region. The article gives data on engineering-geological open-casts in the areas of Irkutsk, Sayansk and Mogoytuy village (Trans-Baikal); the Bratsk soils; the sands of Bargusinskaya and Tunkinskaya depressions (Baikal area); and the first variant of the route of the pipeline "Eastern Siberia - The Pacific Ocean". The authors made two schemes reflecting the role of geochemical criteria under the engineering-geological evaluation of dispersed soils.

2 figures. 2 tables. 4 sources.

Key words: dispersed soil; geological and genetic complex; silicate analysis; spectral analysis; engineering-geological evaluation.

Геохимические критерии инженерно-геологической оценки дисперсных грунтов (лессовых, глинистых, песчаных) юга восточной Сибири включают показатели их валового химического и микроэлементно-

го составов. Эта информация была получена с помощью методов силикатного и рентгенофлуоресцентного [2] анализов, результаты которых впервые для региона использовались в процессе инженерно-

1Рященко Тамара Гурьевна, ведущий научный сотрудник Института земной коры СО РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии ИрГТУ, тел. (3952) 426133, e-mail: ryashenk@crust.irk.ru Ryashchenko Tamara, Leading Researcher of the institute of Earth Crust SB RAS, Doctor of Geological and Mineralogical sciences, Professor of the Department of Applied geology ISTU, tel.: (3952) 426133, e-mail: ryashenk@crust.irk.ru

2Ухова Наталия Николаевна, кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник Института земной коры СО РАН, тел. (3952) 425326, e-mail: nat ukhova@crust.irk.ru

Ukhova Natalia, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Research Worker of the institute of Earth Crust SB RAS, tel: (3952) 425326, e-mail: nat_ukhova@crust.irk.ru

Штельмах Светлана Ивановна, кандидат геолого-минералогических наук, младший научный сотрудник Института земной коры СО РАН, тел. (3952) 426133.

Shtelmakh Svetlana, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Junior Researcher of the institute of Earth Crust SB RAS, tel: (3952) 426133.

геологических исследований, при этом решались и некоторые вопросы геоэкологического характера. Можно сказать, что в настоящее время в рамках проблем регионального грунтоведения сформировалось новое научное направление, которое нашло отражение в двух недавно опубликованных монографиях [3, 4].

Силикатный анализ грунта позволяет определить содержание породообразующих оксидов (SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, CaO, MgO, Na2O, K2O, TiO2, MnO, P2O5, ппп, H2O-) и рассчитать девять геохимических коэффициентов, показывающих степень химической зрелости отложений и, следовательно, характер климатических условий их формирования [1]. Кроме того, результаты силикатного анализа глинистой (< 0,001 мм) фракции (определяется восемь компонентов в пересчете на сухую навеску: SiO2, Al2O3, Fe^^, CaO, MgO, Na2O, K2O, ппп) используются для количественного определения содержания глинистых минералов с помощью программного комплекса «Decompose», разработанного в аналитическом центре Института земной коры СО РАН. Объектами исследований явились опорные инженерно-геологические разрезы лессовых и глинистых грунтов в районе Иркутска («Новоразводная», «Микрорайон Солнечный», «Маршал», «Мальта»), пески первого варианта трассы нефтепровода Восточная Сибирь - Тихий океан и лессовые грунты областей распространения угленосной и крас-ноцветной терригенных осадочных формаций. Кроме того, для сравнения были использованы материалы по разрезам тиксотропных глин из района г. Биробиджана. При обработке данных применялись программы «Стандартная статистика» и «Кластер-анализ».

Рассмотрим один из разрезов - скв. 1416а («Маршал»), где основная часть сложена лессовыми грунтами (интервал 1,8-16,5 м) с двумя погребенными почвенными горизонтами (интервалы 4,2-5,0 м и 16,517,5 м), ниже залегают супеси пойменной фации аллювия (aQ3). Лессовая толща, таким образом, представлена верхним (dQ33-2) и нижним (dQ33-1) циклита-ми. В 15 образцах, отобранных из этой скважины, впервые определялось содержание породообразующих оксидов, оценивалось их распределение по глубине, рассчитывались геохимические коэффициенты. Эти данные использовались для обоснования геолого-генетического расчленения толщи, которое было выполнено при детальной документации разреза. По данным химического состава фракции < 0,001 мм и результатам ее фазового рентгеноструктурного анализа было рассчитано количественное содержание глинистых минералов.

Характер распределения оксидов в вертикальном разрезе позволяет выделить по «химическому» критерию три зоны: 2,2-9,8 м - наблюдается наибольшая разнородность химического состава; 9,8-17,0 м - отмечаются «спокойные преобразования»; 17,0-19,1 м -зона наибольшей зрелости. Это разделение совпадает с выделенными инженерно-геологическими комплексами (два лессовых циклита и аллювий). Расчеты содержания глинистых минералов показали однородность их состава: обогащение (39-89%) смектитом (С) двух модификаций (С5 - с повышенным содержанием SiO2, С8 - c повышенным содержанием Fe2O3), присутствие каолинита (15-45%), небольшое количество гидрослюды (2-14 %) и хлорита (9-11%). В нижней части разреза отмечается увеличение содержания смектита и отсутствие гидрослюды. Преобладание смектита предполагает проявление в лессовых грунтах набухания, однако высокая природная влажность (степень влажности > 0,9) это свойство редуцирует (£sw < 4%), что можно рассматривать как следствие техногенных изменений грунтовых толщ в пределах застройки. Действительно, по данным 1987 г. (скв. 273 за пределами застроенной территории) в аналогичных лессовых грунтах со степенью влажности 0,4-0,8 набухание составило 5-16%.

Геохимические коэффициенты можно использовать как палеоклиматические индикаторы (табл.1). Так, верхняя лессовая пачка мощностью 6 м (скв. ГС1 глубиной 24 м - разрез «Мальта») характеризуется минимальными значениями CIA, CIW, что свидетельствует в пользу более слабой выветрелости пород и их тонкодисперсной (глинистой) фазы, что, в свою очередь, говорит о холодном и сухом климате. Для субаквальных глинистых отложений (вторая и третья пачки) отмечаются наибольшие значения указанных коэффициентов, следовательно, степень выветрело-сти пород и глинистой фракции высокая, значит, климат был более теплым и влажным.

Для этой же скв ГС1 с помощью «Кластер-анализа» Q-типа выполнено группирование образцов по химическому составу. Снова был поставлен вопрос - является ли «геохимическая» информация критерием подразделения грунтов на геолого-генетические комплексы (пачки), выделенные при инженерно-геологических (геолого-литологических) исследованиях? Ответ получился положительным - выполненная кластеризация оказалась адекватной геолого-генетическому классифицированию.

Очень интересные результаты и практические выводы относительно инженерно-геологической оценки грунтов были получены при изучении тиксотропных

Таблица 1

Геохимические коэффициенты отложений

Пачка Геологический индекс Отложения CIA CIW

Верхняя v-dQ32-3 Лессовидные суглинки 62 67

Средние: вторая d-hQ31 Суглинки серые с ракушками 69 75

третья d-hQ21-2 Суглинки серые пылеватые 66 72

Нижняя d-p-hQ1 Глины серые с дресвой 64 71

Примечание. CIA = [AI2O3 / (Al203+Ca0+Na20+K20)]*100; CIW = [AI2O3 / (Al203+Ca0+Na20)]*100.

глин биробиджанских разрезов мощностью до 12 м и песков различных геолого-генетических комплексов, распространенных на участке (пос. Муя - Таксимо) первого варианта трассы нефтепровода Восточная Сибирь - Тихий океан (глубина скв. до 10 м).

В первом случае наша гипотеза о более древнем (палеоген-неогеновом, но не четвертичном) возрасте глин была подкреплена следующими данными: их высокой химической зрелостью, обеднением кальцием и обогащением окисным железом, присутствием в большом количестве (до 70%) каолинита, дефектами структуры глинистых минералов, повышенными (8595) значениями CIA и CIW (это свидетели теплого влажного климата при формировании отложений). Вероятнее всего, глины представляют собой озерные фации ушумунской свиты, в которых произошла консервация свободной и физически связанной воды за счет повышенных гидрофильных свойств смектита (его содержание составляет 20-30%) в глинистой фракции и ее высокого (до 40%) содержания. Если это так, то пользоваться справочными таблицами, предназначенными для определения удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля общей деформации четвертичных отложений, не представляется возможным (в процессе проведенных изысканий эти таблицы применялись, то есть была допущена серьезная ошибка); для реальной оценки указанных показателей необходимы лабораторные исследования образцов.

Во втором случае была выявлена особая (проблемная) группа связных песков, которые являются продуктом процессов лессового литогенеза и по сравнению с нормальными (сыпучими) разновидностями обладают некоторой агрегированностью, имеют макропоры разного вида, карбонатны, иногда просадоч-ны. По данным химического состава 30-ти образцов (в эту группу входили нормальные, со следами облессо-вания и связные разновидности) с помощью программы «Кластер-анализ» Q-типа построена дендро-грамма по группированию объектов. В первую группу попали все связные пески (100%), во вторую - нормальные разновидности (80%), в третью - пески озер-но-флювиогляциального комплекса (они относятся к более древним отложениям со своими специфическими признаками - Q2-3). Таким образом, по химическому составу удивительно точно совпали «генетическая» и «формальная» классификации, тем самым подтвердился факт разнородности песков, распространенных по трассе нефтепровода. Отсутствие данных о наличии среди песков проблемных разновидностей может привести к возникновению чрезвычайных ситуаций как при строительстве, так и в процессе эксплуатации сооружения.

Рентгенофлуоресцентный (спектральный) анализ. Проводилось определение содержания 18 микроэлементов (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, As, Sn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, La, Ce, Nd) в лессовых, глинистых, песчаных грунтах и почвах (современных и погребенных) с использованием энергодисперсионного и волно-дисперсного рентгеновского (S4 PIONEER) спектрометров. Объектами исследования явились инженерно-геологические разрезы в районах Иркутска («Мар-

шал», «Студгородок», «Солнечный»), Саянска, пос. Могойтуй (Забайкалье), Биробиджана (изучались тик-сотропные глины, о которых шла речь выше), почвы г. Братска; кроме того, на ключевых участках в Тункин-ской и Баргузинской впадинах исследовались лессовые (с погребенными почвами), глинистые и песчаные (связные - облессованные пески) отложения, образцы которых были отобраны из естественных обнажений глубиной до 4 м. При обработке результатов применялись программы «Стандартная статистика» и «Кластер-анализ».

При изучении инженерно-геологических разрезов грунтовых толщ установлены следующие закономерности: главными элементами в исследованных дисперсных грунтах являются барий (среднее содержание 700-730 ррт), стронций и цирконий (280-360 ррт), что определяется минеральным составом их терригенной части; характер распределения микрокомпонентов в вертикальном разрезе грунтовых толщ неоднороден, что связано с различной стратиграфо-генетической принадлежностью отложений; на концентрации микроэлементов оказывают влияние гранулометрический (содержание фракции < 0,001 мм), минеральный (глинистые минералы этой фракции) и химический (содержание оксидов железа и кальция) составы грунтов, при этом тонкоглинистая составляющая является «накопителем» некоторых элементов, в том числе токсичных (Си, 2п, №, 1а, Се, Ш) (табл. 2); наименьшие суммарные концентрации токсичных элементов отмечены в разрезах «Саянск» и «Могойтуй». Кроме того, в биробиджанских глинах выявлены более высокие концентрации свинца и рубидия, а также резкое повышение содержания лантаноидов, что еще раз подтверждает нашу гипотезу о том, что они не относятся к четвертичным образованиям.

Результаты «Кластер-анализа» О-типа показали, что микроэлементы являются критериями выделения геолого-генетических комплексов дисперсных грунтов при их инженерно-геологической оценке; в моногенетических лессовых толщах - разрез «Студгородок», скв. 1362 -15 м; аО4 - разрез «Саянск», скв. 579 -12 м) кластеризация образцов отсутствует.

По ключевым участкам в Тункинской и Баргузин-ской впадинах выполнен сравнительный анализ микроэлементного состава лессовых, глинистых и песчаных грунтов различных геолого-генетических комплексов. По концентрациям микроэлементов наиболее четко в грунтовых толщах выделяются горизонты разновозрастных погребенных почв; установлены различия делювиально-пролювиальных и эоловых лессовых отложений по содержанию РЬ, озерных и делюви-ально-пролювиальных глинистых грунтов по содержанию Ва, пролювиальных неогеновых и современных глинистых отложений по содержанию Ва, Се, Со, Сг, Бп.

Для связных песков Баргузинской впадины выявлено обогащение барием и стронцием, что является следствием значительной карбонатизации - основного процесса лессового литогенеза; остальные микроэлементы имеют относительно невысокие концентрации и

Таблица 2

Коэффициенты концентрации микроэлементов для иркутских лессовых грунтов _(скв. 1416а - Б1) и биробиджанских глин (скв. 1000 - Б2)__

"""---..Элементы Коэффициенты-»-....^^ V Сг Со N1 Си гп

Б1 1,3-1,5 1,2-1,3 0,8-1,0 1,6-1,8 1,6-2,0 1,5-1,6

Б2 1,2-1,5 1,1-1,3 0,8-1,4 1,0-1,4 0,9-1,5 1,0-1,2

"----..Элементы Коэффициенты-»»...____^ РЬ ДБ Ва 1_а Се N01

Б1 0,8-0,9 - 0,4-0,5 1,9-2,0 1,2-1,7 1,6-2,0

Б2 1,4-4,1 1,0-2,0 0,7-0,9 0,9-2,6 0,8-3,2 1,0-2,7

Примечание. Б - коэффициенты концентрации, представляющие отношение концентраций отдельных микроэлементов в глинистых фракциях (Кфр) к их содержанию в исследуемых грунтах (Кф).

достаточно однородное распределение. Четкие критерии различия выявлены для связных песков аллювиального и эолового генезиса: в первом случае отмечается повышенное содержание V, Сг, № (группа железа), 1_а, N1 В большинстве исследованных образцов песков зафиксированы небольшие концентрации токсичных микроэлементов и отсутствие мышьяка.

Получены данные о содержании токсичных микроэлементов (V, Сг, Со, N1, Си, гп, РЬ) в лессовых, глинистых и песчаных грунтах ключевых участков, а также в почвах г. Братска. Высокие содержания этих элементов относительно кларков отмечены для ванадия и хрома в дисперсных грунтах урбанизированных территорий (Братск, Иркутск, Саянск), а также в палеоген-неогеновых глинах из района г. Биробиджана.

Критическая ситуация по загрязнению почв сложилась в Братске - максимальные концентрации цинка и свинца превышают кларки этих элементов в 1012 раз. Минимальная степень загрязнения Со, N1, Си, гп, РЬ, а также более низкие содержания V и Сг установлены в лессовидных супесях и глинистом элювии из района пос. Могойтуй.

Проведен анализ материалов относительно био-

геохимического потенциала исследованных дисперсных грунтов, которые, как известно, свою экологическую функцию выполняют в качестве материнского субстрата для почвообразовательных процессов. Характер процессов обусловлен гранулометрическим, минеральным, химическим и микроэлементным составом этого субстрата. По содержанию полезных микроэлементов установлен положительный биогеохимический потенциал дисперсных (лессовых, глинистых и песчаных) грунтов Тункинской и Баргузинской впадин, что позволяет использовать их как природные экологически чистые удобрения.

В заключение приведем две схемы, отражающие роль геохимических критериев при инженерно-геологической оценке дисперсных грунтов, которая может содержать и некоторые геоэкологические аспекты. Для силикатного анализа схема включает следующие блоки: ГГК(ЛГ) - геолого-генетические комплексы (литологические группы), выделенные при инженерно-геологическом (геолого-литологическом) изучении грунтовой толщи; СА(Г) - силикатный анализ грунта с расчетами геохимических коэффициентов; КЛР - климатические реконструкции формирования

Рис. 1. Корреляционно-генетическая и прогнозная роль данных силикатного анализа дисперсных грунтов при их

инженерно-геологической оценке

Инженерно-геологическая оценка грунта

Рис. 2. Роль данных рентгенофлуоресцентного (спектрального) анализа дисперсных грунтов при их инженерно-

геологической оценке

отложений (информация корреляционно-генетического характера); СА(Ф) - силикатный анализ фракции < 0,001 мм; ГМ - глинистые минералы (содержание, %); СВ(Г) - свойства грунта (информация прогнозного характера) (рис. 1).

Для рентгенофлуоресцентного (спектрального) анализа схема включает следующие блоки: ГГК(ЛГ) -геолого-генетические комплексы (литологические группы); МС - микроэлементный состав; Ок - содержание оксидов железа и кальция (они влияют на концентрации многих микроэлементов); Мс - содержание фракции < 0,001 мм; ГМ - минеральный состав этой фракции (содержание глинистых минералов с различной адсорбционной способностью); КТЭ - концентрации токсичных элементов; СРГЗ - степень риска гео-

химического загрязнения (информация геоэкологического характера при инженерно-геологической оценке дисперсных грунтов) (рис. 2).

Представленные схемы (рис. 1, 2) показывают последовательные взаимосвязи блоков в системе «инженерно-геологическая оценка грунта»: первоначальная информация о выделенных на генетической основе геолого-генетических комплексах и литологических группах грунтов дополняется данными их валового химического и микроэлементного состава, анализ которых с применением методов стандартной статистики, кластерного анализа и программы «Decompose» позволяет решать обратные (подтверждать или не подтверждать выделение комплексов), прогнозные и геоэкологические задачи.

Библиографический список

1. Интерпретация геохимических данных / Е.В.Скляров [и др.]. М.: Интермет Инженеринг, 2001. 288 с.

2. Ревенко А.Г. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ природных материалов. Новосибирск: Наука, 1994. 264 с.

3. Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2010. 287 с.

4. Рященко Т.Г., Ухова Н.Н. Химический состав дисперсных грунтов: возможности и прогнозы (юг Восточной Сибири). Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008. 131 с.

УДК 574.4/5

ЗДСТЕМА НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЯ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ: СОСТОЯНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

С.С.Тимофеева1, С.С.Тимофеев2, Д.В.Перминова3

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрена структура системы нефтепродуктообеспечения Иркутской области. Дана характеристика основных воздействий данной системы на окружающую среду. Ил.2. Табл.2. Библиогр.9 назв.

Ключевые слова: система нефтепродуктообеспечения; автозаправочные станции и комплексы; потери нефтепродуктов; экологический риск.

THE SYSTEM OF PETROLEUM PRODUCTS PROVISION IN IRKUTSK REGION: STATUS AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS

S.S.Timofeeva, S.S.Timofeev, D.V.Perminova

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The authors consider the structure of the system of petroleum products provision in Irkutsk region. They give the characteristic of the basic environmental impacts of this system.

Key words: system of petroleum products provision; gas-filling stations and complexes; losses of petroleum products; ecological risk.

Экономическая жизнь современной России немыслима без нефти и нефтепродуктов. Капитал в современных вертикально интегрированных компаниях концентрируется в замкнутом технологическом цикле «нефтедобыча - нефтепереработка - нефтесбыт», в

из одной составляющей цикла в другую. В зависимости от структуры спроса и потребления меняются приоритеты, и в настоящее время наблюдается рост рентабельности реализации нефтепродуктов в системе нефтесбыт - нефтепродуктообеспечение, отмеча-

зависимости от экономической ситуации перетекает ется широкий перелив нефтекапитала в сферу нефте-

1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 8(3952)405106.

Timofeeva Svetlana Semenovna, Doctor of technical sciences, professor, head of the chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel. 8(3952)405106.

2Тимофеев Семен Сергеевич, старший преподаватель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952)405671.

Timofeev Semen Sergeevich, senior lecturer of the chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952)405671.

3Перминова Дарья Владимировна, студентка. Perminova Daria, Student.