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.

---

Самая грозная опасность подстерегает шахтеров и проходчиков туннелей там, где ложе выполненной осадками древней долины неожиданно резко опускается на большую глубину. С поверхности же форму таких погребенных долин и положение их днища установить почти невозможно. В 1907 г. в горах Юра (Швейцария) велось строительство туннеля Вайссенштайн. Однако. проектировщики совершенно не учли, что на одном из участков существовала погребенная долина. Когда же при проходке туннеля строители достигли этой долины, сдержать насыщенные водой осадки оказалось весьма непросто.

Ложе погребенных долин может располагаться ниже современного уровня моря — на глубине базиса эрозии, существовавшего в ледниковый период, когда уровень моря был гораздо ниже, чем сейчас. Последующее повышение уровня моря сопровождалось отложением осадков в древней долине. Под рекой Тайн в Ньюкасле (Англия) имеется выполненная осадками значительная по протяженности долина глубиной 40 м; при добыче угля в многочисленных мелких шахтах района эту долину издавна старались по мере возможности избегать.

Очень трудно определить местонахождение погребенных долин там, где они не соответствуют очертаниям современных долин. При сооружении гидротехнического канала Ваггиталь под долиной Швендибах в Швейцарии предполагали, что рыхлые осадки достигают значительной глубины. Поэтому по линии будущего канала была заложена серия горных выработок, одна из которых вскрыла границу коренных и рыхлых пород на глубине 12 м. Канал предполагалось вести на глубине 30 м, поэтому разведочные горные работы продолжали, и другая выработка — в 50 м к северу от первой — вошла в погребенную долину, расположенную на проектной глубине закладки канала. Во избежание катастрофы строительные работы были законсервированы.

Самые глубокие и опасные погребенные долины приурочены к районам, подвергавшимся оледенению. Это объясняется тем, что достаточно мощные ледники при своем движении через уже существовавшие долины могли перемещаться вверх по склонам, переуглубляя отдельные их участки. При отступлении ледника происходит накопление переносимых водой осадков и заполнение ими углубленных частей долины. Это — одна из основных проблем, с которой сталкиваются инженеры при строительстве туннелей, поскольку многие районы Европы и Северной Америки в ледниковую эпоху были охвачены оледенением. В Колмене (Канадские Скалистые горы) шахтеры-угольщики обнаружили погребенную долину, заполненную рыхлыми осадками и погружающуюся почти на 90 м под реку Кроуснест. Во время строительства знаменитого туннеля Сен-Готард в Швейцарских Альпах чуть не произошла катастрофа, когда вели проходку под долиной Андерматт на глубине 300 м и на расстоянии около 3 км от северного устья туннеля. В 70-х годах XIX века ничего не было известно о погребенной долине, она была обнаружена лишь 70 лет спустя при помощи буровых скважин. Глубина погребенной долины Андерматт достигает 270 м, слагающие ее водонасыщенные пески и глины протягиваются на 40 м в пределы туннеля.

Детальное изучение древней и современной геоморфологии помогает ориентировочно определить местоположение погребенной долины, но этого недостаточно для безопасного ведения подземных работ. Следовательно, при обнаружении любого признака, свидетельствующего о возможном присутствии погребенной долины, необходимо проводить детальные геологические исследования, несмотря на то что бурение надлежащего числа скважин может потребовать очень больших затрат.

В настоящее время довольно успешно применяются сейсмические геофизические методы. Скорость сейсмических волн, проходящих через горные породы, по существу является функцией плотности этих пород. Поскольку волны преломляются или отражаются различными слоями, определить геологическое строение недр можно, установив время возвращения волны к поверхности земли. Рубеж, разграничивающий рыхлые осадки и твердую породу, обычно легко находят таким образом. Но при наличии глубоких узких погребенных долин решение вопроса затрудняется, поскольку со склонов долины могут поступать ложные сейсмические сигналы. По-видимому, именно это и произошло в районе Мовуазен в Швейцарии, где под долиной велась проходка туннеля. По данным геофизических исследований стало известно, что здесь имеется погребенное ущелье. Но подземная выработка вошла в эти отложения в совершенно неожиданном месте, и в туннель устремился поток воды, смешанной с песком; погибло четыре человека.

Последствия недостаточно тщательной разведки погребенных долин могут быть ужасными. С самого начала сооружения туннеля Летшберг в Швейцарии совершенно не учитывались местные геологические условия. По этому туннелю протяженностью около 15 км должна была проходить железнодорожная магистраль через Бернские Альпы — от Кандерштега на севере до Гоппенштайна на юге. Оба входа в туннель планировалось расположить в живописнейшей местности на уровне дна ледниковых долин.

У Кандерштега долина имеет удлиненный профиль с четко выраженными уступами, что характерно для многих ледниковых долин. Железная дорога должна была входить в туннель у одного из таких уступов, вздымавшегося почти на 200 м. Выше по течению погребенная долина разветвлялась, и одно ответвление — Гастернталь — проходило как раз над туннелем. Инженеры, проектировавшие туннель в конце XIX века, плохо знали геологию местности. Предполагалось, что у Кандерштега туннель пройдет через известняки под горой Физишток, а затем войдет в твердый гранит под горой Бальмхорн; не было полной ясности и в геологическом строении долины Гастернталь.

Туннель должен был строиться на глубине 180 м от поверхности земли. Грунт в долине был представлен рыхлыми осадками, однако геологи, консультировавшие строителей туннеля, авторитетно заявляли, что мощность рыхлых осадков не превышает 60 м и «никакого риска» нет. Один из геологов, правда, высказал мнение, что мощность рыхлых осадков, возможно, достигает 200 м и часть туннеля пройдет через них. Он рекомендовал поставить буровые работы в долине Гастернталь. Однако проект строительства туннеля был уже утвержден, и на сообщение этого геолога не обратили никакого внимания.

В октябре 1906 г. была начата проходка туннеля Лётшберг. Два года спустя его протяженность со стороны Кандерштега уже превысила 2,5 км. Предполагаемая «опасная зона» под северным бортом долины Гастернталь осталась позади, и проходка туннеля уже велась под долиной. Шли обычные подземные строительные работы. В половине третьего ночи 24 июля 1908 г. был проведен очередной взрыв. Еще не смолкло его эхо, когда лавина из валунов, грязи, воды и песка прорвалась в туннель и заполнила его на протяжении 1300 м. Все находившиеся здесь люди, а их было 25, погибли. Одновременно наверху, в долине Гастернталь, в русле реки образовалась типичная депрессия опускания диаметром 150 м.

Нет почти никаких сообщений о причинах этой катастрофы и о последовавших за ней событиях. Однако совершенно ясно, что туннель вошел в отложения очень глубокой погребенной долины, выполненной рыхлыми осадками. Разведочные скважины, пробуренные впоследствии в долине Гастернталь, достигли глубины 215 м, но о полученных результатах тоже ничего не сообщалось. Тем временем работы по строительству туннеля продолжались. Вести проходку в насыщенных водой, рыхлых отложениях, выполнявших долину, можно было только после их укрепления нагнетанием цементного раствора либо замораживанием. В данном случае применить любой из этих методов было очень трудно, к тому же рыхлые отложения, заполнившие туннель, невозможно было удалить, так как под давлением они постоянно перемещались.

Было принято единственно возможное решение — забетонировать штрек и забросить участок туннеля протяженностью около 1,5 км, заполненный рыхлыми осадками. Это и было осуществлено; проходку затем начали вести в новом направлении, вследствие чего в туннеле образовалось три изгиба. Туннель прошел под долиной Гастернталь выше по течению, где между выработкой и рыхлыми осадками залегали коренные породы мощностью 150 м. В 1913 г. по туннелю Лётшберг началось движение поездов.

Катастрофы в Лётшберге могло бы и не быть, если бы предварительно были проведены более детальные геологические исследования или хотя бы учтены все имеющиеся данные. Гастернталь являет собой прекрасный пример глубокой ледниковой долины, заполненной рыхлыми отложениями. В таких долинах совершенно невозможно заранее предсказать, до какой глубины эти рыхлые отложения распространяются. Коренные породы выходят здесь на земную поверхность в ущелье Клюз ниже долины Гастернталь. Для того чтобы при проходке туннеля встретились рыхлые отложения, было достаточно даже незначительного (не более 1: 10) обратного уклона дна погребенной долины. Такое явление весьма характерно для альпийских ледниковых долин Швейцарии, где крутые склоны часто выпаханы ледниками, двигавшимися вверх по склону. Все настораживающие признаки были налицо, но ни инженеры, ни «геологи-консультанты» не придали им никакого значения.