Инженерно-геологические условия строительства метрополитена на территории г. минска
Дочетвертичные отложения
Геологическое строение территории г. Минска представлено кристаллическим фундаментом и осадочным чехлом. В составе кристаллического фундамента выделяются следующие образования:
AR – эндербит-чарнокитовый комплекс (эндербиты, мангераэндербиты, монцачарнокиты, чарнокиты);
AR1– гранулитовый комплекс нерасчлененный (глиноземитсые гнейсы, кристаллические сланцы);
AR1-2 – амфиболитово-гнейсовый комплекс нерасчлененный (амфиболиты, гнейсы биотитовые, амфибол-биотитовые, амфиболовые.
PR1γbb – бобовнянский комплекс (граниты, гнейсограниты микроклиновые, микроклин-плагиоклазовые;
PR1γ-mg – гранит-мигматитовый комплекс (граниты и гранитогнейсымикроклинове);
PR2 – представлен средним рифеем: Пинской свитой сложенной мелкозернистыми песчаниками и крупнозернистми алевролитами с прослоями глин и глинистых алевролитов, а также Оршанской литологически единообразной свитой исключительно из красноцветных кварцевых песчаников с вкрапленностью белого каолинита.
PR3 – это отложения венда вильчанской (песчаники олигомиктовые, тиллиты, алеврито-глинистые породы), волынской (песчаники, гравелиты и базальты, туфы, дациты), валдайской серий (глины, алевролиты, песчаники) [10, стр. 102].
Все эти комплексы пород находятся в составе Центрально-Белорусской структурной зоне (Смолевичско-Дрогичинской шовной зоне)в Минском гранулитовом блоке, отделенным Минским разломом позднеархейского заложения. Глубина залегания поверхности фундамента в абсолютных отметках составляет от 0,2 км до 0,55 км (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 Геологическая карта кристаллического фундамента территории Минска [34, стр. 41]
č – эндербит-чарнокитовый комплекс (эндербиты, мангераэндербиты, монцачарнокиты, чарнокиты); gr – гранулитовый комплекс нерасчлененный (глиноземитсые гнейсы, кристаллические сланцы); gn – амфиболитово-гнейсовый комплекс нерасчлененный (амфиболиты, гнейсы биотитовые, амфибол-биотитовые, амфиболовые; γbb – бобовнянский комплекс (граниты, гнейсограниты микроклиновые, микроклин-плагиоклазовые; γ-mg – гранит-мигматитовый комплекс (граниты и гранитогнейсымикроклинове).
Осадочный чехол в отношении тектонического строения расположен в зоне сочленения Приоршанской моноклинали Оршанской впадины,Вилейского погребенного выступа и Воложинского грабена Белорусской антеклизы. Белорусская антеклиза формировалась как остаточная положительная структура в результате разновременногопрогибания сопредельных отрицательный структур: Оршанской впадины на востоке в раннебайкальский этап и наложенной на нее западной центриклинали Московской синеклизы в позднебайкальский и герцинский этапы, Балтийской синеклизы на северо-западе и Подлясско-Брестской впадины на юго-западе – в каледонский этап, Припятского прогиба на юго-востоке – в герцинский этап.
В составе платформенного чехла выделяются следующие отложения (рисунок 1.2):
Рисунок 1.2 Геологическая карта распространения дочетвертичных отложений на территории г. Минска [34, стр. 39]
Девонские отложения среднего отделагородокского горизонта представленные карбонатной пачкой из доломитизированных известняков, доломитовых мергелей и глин.
Меловыеотложения верхнего и нижнего отделов представленные альб-сеноманским ярусами из песчаников, кварцево-глауканитовых алевритов, песков, мергелей и фосфоритов[10, стр. 296].
Все эти отложения наследуют структурный план поверхности фундамента. Мощность осадочного чехла колеблется от 422,0 до 557,5 м.
Четвертичные отложения
Отложения четвертичной системы в пределах Минской возвышенности распространены повсеместно и занимают значительный объем осадочной толщи, формирует основные особенности современного рельефа.
Мощность четвертичных отложений изменяется от 134,1 до 231,2 м. Выявляется определенная связь этого показателя с особенностями современного рельефа – максимальные мощности приурочены к наиболее высоким отметкам, минимальные – к долинам рек.
Четвертичные отложения представлены сложно построенной толщей преимущественно обломочных и глинистых пород. Характерно значительное преобладание мелкозернистых полевошпатово-кварцевых песков и моренных супесей. Органогенные породы (торф) занимают незначительный объем. Карбонатные породы (мергели) встречаются редко.
Таблица1 – Стратиграфическая схема четвертичных отложений Беларуси[27, стр. 63, табл. 7]
| Система | Раздел | Звено | Индекс | Надгори- зонт | Горизонт |
| Четвертичная | Голоцен | Современ-ное | Hl | Голоценовый | |
| Плейстоцен | Верхнее | IIIpz | Поозерский | ||
| IIImr | Муравинский | ||||
| Среднее | IIpr | Припятский | Сожский | ||
| Днепровский | |||||
| IIalk | Александрийский | ||||
| IIbr | Березинский | ||||
| IIbl | Беловежский | ||||
| IInr | Наревский | ||||
| IIbs | Брестский | Ружанский | |||
| Варяжский | |||||
| Нижнее | Igm | Гомельский | Рогачевский | ||
| Жлобинский | |||||
| Ельнинский | |||||
| Вселюбский |
Строение четвертичной толщи на территории Минского района представлено следующими отложениями (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3Геологический разрез Минского района [24, с. 36]
1 – песок; 2 – песок с гравием и галькой; 3 – песок с гравием; галькой и валунами;
4 – супесь моренная; 5 – суглинок; 6 – глина с прослоями песка; 7 – глина;
8 – карбонатная толща (известняк, мергель, мел,); 9 – мергель
Нижнее звено плейстоцена. Гомельский надгоризонт(Igm). Выделены рогачевский, жлобинский, ельнинский, вселюбский горизонты[10, стр. 330].
В составе гомельского надгоризонта распространены аллювиальные, озерные и болотные, озерно-аллювиальные фации. Среди них преобладают алевриты, тонкие супеси и глины серые тонко-горизонтально слоистые, гумусированные, с примесью кварцевого песка, изредка с гравием кристаллических пород. Органогенные образования (гиттии, торф) распространены ограниченно. Пески также подчинены глинисто-алевритовой толще и состоят из мелкозернистых фракций с кварцем. Мощность отложений 1-20 м, а глубина залегания в пределах Белорусской гряды от 42 до 157,8 м.
Среднее звено плейстоцена. Брестский надгоризонт(IIbs). Выделены варяжский (ледниковый) и ружанский (межледниковый) горизонты.
Отложения бресткого надгоризонта на большей части Беларуси образуют нижнюю подморенную толщквартера. Представлены они озерными, аллювиальными, болотными, лессовидными и мореноподобными осадками. Среди них преобладают алевриты и глины голубовато- зеленовато-серые, пылеватые, карбонатные с линзами лимногляциальных глин. Мощность их 1-33 м, а глубина залегания 160-260 м в пределах Белорусской гряды.
Наревский ледниковый горизонт(IInr). Выделяются:
наревские подморенные отложения, которые сохранились в ложбинах размыва на территории г. Минска на отметках 1,5-40 м и представлены водно-ледниковымиразнозернистыми песками;
наревские моренные отложения в районе Минска сохранились на локальных участках выположенных ледниковых ложби и их склонов. Мошность варьируется от 1-2 до 22-25 м. В толще морены отмечаются отторженцы меловых и неогеновых пород. Моренная толща представлена супесью серовато-бурой с зеленоватым оттенком, валунной, с гнезами песка, с гравием, галькой и валунами;
нерасчлененные наревско-березинские отложения – комплекс водно-ледниковых песков с мощностью 61-66 м. В составе комплекса преобладают пески разнозернистые, с прослоями и линзами супесей, суглинков, глин.
Беловежский межледниковый горизонт(IIbl). Озерные и болотные отложения.Мощность их колеблется от 1,0 до 13-15 м. Представлены межледниковые отложения мергелями, известковитистыми и торфянистыми гиттиями, сапропелитами, доломитами, гумуссированными супесями, торфами.
Березинский ледниковый горизонт(IIbr)представлен моренными и водно-ледниковыми образованиями, изредка отмечаются перегляциальные песчано-алеврито-глинистые отложения. Кровля моренных отложений неровная и поднимается до 100-120 м, мощность достигает до 60-80 м[10, стр. 334].
Также к этому комплексу отнесены нерасчлененные водно-ледниковые березинско-припятские отложения. Поверхность кровли значительно изрезана. Мощность изменяется 10-19 м. В составе отложений межморенного комплекса преобладают пески разнозернистые, с линзамии знездами супесей, глин.
Александрийский межледниковый горизонт(IIalk). Представлен аллювиальными и озерными песками, супесями, суглинками, глинами в различной степени гумусированными, а также мергелями, карбонатными гиттиями, сапропелитами, торфами, диатомитами. Подошва александрийских отложений в пределах Минской возвышенности залегает в интервале 120-140 м, а мощность достигает до 40 м.
Припятский ледниковый горизонт(IIpr). Выделяются днепровский и сожский подгоризонты.
Днепровский подгоризонт. Отложения днепровской морены представлены в основном валунными супесями с линзами, гнездами и карманами разнозернистых песков или глинистого, уплотненного песчано-гравийного материала. Также встречаются валунные суглинки и глины, пески разнозернистые, глинистые, песчано-гравийно-галечный материал.
Нерасчлененнаяднепровско-сожская толща представляет себя в виде водно-ледниковых межморенных образований. В составе преобладают пески разнозернистые, в различной степени глинистые, с гнездами и прослоями тонких супесей, суглинков и глин, песчано-гравийного и гравийно-галечного материала. Подчиненное положение получили супеси тонкие, алевритистые, слабослоистые, алевриты, суглинки, глины ленточные песчано-гравийно-галечный материал. Поверхность комплекса поднимается до 192-198 м, а мощность составляет 70-83 м (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4. Четвертичные отложения территории Минского района
[34, стр. 42]
1 – конечно-моренные отложения; средний плейстоцен, 2 – моренные отложения;
средний плейстоцен, 3 – флювиогляциальные отложения; средний плейстоцен,
4 – аллювиальные отложения; голоцен, 5 – болотные отложения; голоцен, 6 – ледниковые отторженцы; меловые отложения, 7 – камовые образования невыраженные в масштабе
Сожский подгоризонт. Представлен моренами с поверхностью кровли в пределах 200-343 м, а мощность от 25 до 135 м. Состоит из валунных супесей и суглинков с гнездами и линзами песка разнозернистого, глинистого, иногда гравийного. Минская возвышенность была сформирована в могилевскую фазу сожской стадии припятского оледенения[10, стр. 354].
Нерасчлененные сожско-поозерские отложения отсутствуют в районе Минска, а развиты на севере и северо-западе Беларуси.
Верхнее звено плейстоцена.
Муравинский межледниковый горизонт(IIImr).Отложения этого возраста перекрыты водно-ледниковыми, перигляциальными, склоновыми, озерными, аллювиальными и другими образованиями. Представлены озерными (пески, супеси, суглинки, глины, гиттии, мергели), болотными (торф), аллювиальными (пески, супеси) с мощностью в среднем 2-5 м.
Поозерский ледниковый горизонт(IIIpz).Представлен лессовидными отложениями в виде супесей и суглинков палево-желтого, желто-бурого цвета с мощностью 1,5-4 м[10, стр. 363].
Голоцен. Современное звено.
Голоценовый горизонт(IVHl).В это время формировались аллювиальные, озерные и болотные, пролювиальные, делювиальные, коллювиальные и техногенные отложения.
Аллювиальные отложения приурочены к долинам Свислочи, Птичи, Цны, Лошицы, Слепни и ручьев. Выделаны русловая, пойменная и старичная группы фаций.Русловая группа фаций сложена песками буровато-серыми, разнозернистыми, кварцево-полевошпатовыми, с включениями гравия и гальки, отсортированными, с прослоями и линзами крупнообломочных пород.
Пойменная группа фаций выходит на поверхность или перекрыта до глубины 5,0 м. Абсолютные отметки изменяются от 182,0 м в долине Свислочи до 250,0 м в долине Птичи. Мощность в долинах Свислочи, Птичи и Цны достигает 9,0 м, в долинах других рек не превышает 3,0 м. Представлена песками серыми, разнозернистыми, преимущественно мелкозернистыми, кварцево-полевошпатовыми, отсортированными; супесями серыми, темно-серыми, пылеватыми, легкими, иногда заторфованными и заиленными.
Старичная группа фаций слагает русла стариц на Свислочи и Птичи. Представлена супесями и суглинками серыми, темно-серыми, пылеватыми, легкими, заиленными, с растительными остатками; илами черными; реже мергелями серыми, глинистыми.
Озерные отложения приурочены к суффозионным и термокарстовым западинам и озерным котловинам.
Болотные (переходные торфяники) отложения приурочены к долинам рек и ручьев, ложбинам стока и котловинам.
Техногенные отложения– насыпной, засыпной и культурный слой.Насыпной генетический подтип. К нему отнесена зона сплошной городской застройки Минска. Представлен песками разного гранулометрического состава и крупнообломочными породами мощностью до 9,0 м.Засыпной генетический подтип. К нему отнесены отложения засыпных карьеров. Представлен песчаными и глинистыми породами мощностью до 5,0 м.Культурный слой. К нему отнесены отложения старой части Минска – Троицкого Предместья. Представлен гумусированными песчаными и глинистыми породами мощностью до 3,5 м.
Рельеф
Вгеоморфологическомотношениирассматриваемаятерриториярасположенавюго-восточной частиМинскойкраевойледниково-аккумулятивнойвозвышенности области центрально-белорусских гряд и возвышенностей. Минская возвышенность была сформирована в среднем плейстоцена сожским ледником.Врельефепреобладаютгрядово-увалистыес выположенными вершинами и глубоким расчленением за счет врезания рек и овражно-балочных систем. Абсолютныеотметкиповерхностиснижаютсяот 280 до 182 мвюго-восточномнаправлении. Втужесторонууменьшаютсяиотносительныепревышенияформрельефа (от 100 до 10 м). Неповторимыйобликрельефупридаетдолинныйкомплекссквознойдолиныр. Свислочьиеепритоков.
Попроисхождениюиморфологиирельефавпределахгородавыделено 7 основныхтиповиболее 11 видовформ, втомчислеледниковый, водно-ледниковый, аллювиальный, озерный, биогенный, склоновыйиантропогенныйтипырельефа. Большинствоизнихимеютярусноерасположение. Верхнийярус (выше 260 м) назападеисеверо-западетерриторииформируетледниково-гляциотектоническийрельеф. Егообразуютгрядово-холмистыеи холмисто-увалистые напорные морены, иложбинывыдавливания. Напорныеконечныемореныпростираютсячерезтерриториюг. Минскаввиденеширокихпрерывистыхсубширотновытянутыхполос, аледниковыеложбиныунаследуютсясубширотнымидолинамипритоковр. СвислочьиЗаславскимводохранилищем.
Ксреднемууровнютяготеютсупрагляциальныеконусывыносаидельты, камыиозы. Конусывыносаидельтызанимаютбольшуючастьгорода, кромеплощадей, расположенныхнаюго-востокеивдольречныхдолин. Ихповерхностьпостепенноснижаетсянаюго-востокотабсолютныхвысот 260-240 мдо 200 м. Поморфометриивыделяютсягрядово-увалистыйихолмисто-увалистыйрельеф. КамовыеиозовыеотложениясосредоточеныврайонеЗаславскоговодохранилища, гдеонисгруппированывхолмистыемассивы. Также этиотложенияотмечаютсяввидеодиночныххолмовудеревеньКунцевщина, Сухарево, Озерцоилигряд, как, например, уд. Ратомка. Камыиозысложеныпесчанымиипесчаногравийно-галечнымиотложениямисвключениямивалунов.
Внижнемярусевинтервалевысот 220-180 мрасположенызандровыеравниныибольшинствоаллювиальныхибиогенныхформ. ЗандрыразвитынаравнинахудеревеньБороваяиКопище, охватываютмеждуречьяСвислочи–Слепни, Лошицы–Свислочи, протягиваютсяполосойвдольдолиныр. Свислочь.Поверхностьихслабовсхолмленная, режепологоволнистаясослабым (1-3°) уклономкр. Свислочь. Ихмощностьможетдостигать 21 м.
Свислочскаясквознаядолинапересекаеттерриториюссеверо-западанаюго-востокиимеетширинуот 0,5 до 5 км, глубину– 20-25 м. Сзападаивостокаонапринимаетмалыеложбиныстока (Цнянскую, Слепянскую, Лошицкую, Дражненскуюидр.), врезультатечегообразуетсягустаядревовиднаясетьложбинстока.
Балкииоврагирасчленяютсклоныболеевысокойзападнойчастигорода, поляраспространениялессовидныхпородипридолинныеучастки, гдеформируютсянаповерхностяхсуклонами 3°иболее. Густотабалочногорасчленения–от 0,7 до 3,6 км/км2. Глубинабалокдо 15-18 м, ширина–до300 м. Речнаясетьвключаетглавнуюдолинур. Свислочьидолинырек-притоков. Долиныглубиной 5-20 м, шириной 0,2-1 кмсрасчлененнымисклонами. Почтивсеихднищазанимаютпоймы. Вдолинер. Свислочьфрагментамивстречаетсяперваянадпойменнаятерраса. Аллювиальныйрельефвзначительноймереопределяетрасчлененныйобликповерхностигорода.
Озерныйибиогенныйрельефраспространенограниченнонаднищахложбин, впоймахрекивзарастающихозерах. Болотавосновномнизинные, сровнойилимелкобугристойповерхностью, вбольшинствеслучаевосушенные. Впоймахреквблизиводохранилищонинередкоподтоплены, состоячейводой.
Техногенныйрельефвстречаетсяврайонах, гдепроводитсямелиоративноеосвоение, строительство, добычастроительныхматериалов, складированиеотходовидр. Врезультатемелиорацииспрямленырусларек, измененаихглубинаиширина, засыпаныоврагииручьи, построеныдренажныеканавыинасыпи, осушеныболота. Построеныдамбыводохранилищидорожныенасыпи. Строительныекотлованытяготеюткрайонамновостроек. Вместахпересечениядорогамигрядихолмовобразовалисьвыемки. Крупныекарьерыиотвалыгрунтанаходятсяврайонахдобычипескаигравия. Средиискусственныхположительныхформсамыекрупные–отвалыпромышленно-бытовыхотходов.
Гидрогеология
С учетом гидрогеологического районирования Беларуси, территория г. Минска расположена в пределах Белорусского гидрогеологического массива.
С точки зрения инженерно-геологических исследований под строительство метрополитена на данной территории целесообразно рассматривать только водоносные горизонты и комплексы мощных четвертичных отложений.
Наиболее важное значение имеет мощность зоны аэрации (глубина залегания грунтовых вод). Зона аэрации представляет собой самую верхнюю часть литосферы, которая отделяет грунтовой водоносный горизонт от атмосферы.К этой зоне относятся покровные отложения верхнечетвертичных, аллювиальных, озерно-аллювиальных и озерно-болотных образований, а также флювиогляциальлные надморенные отложения сожского и днепровского времени. К ним приурочены безнапорные водоносные горизонты, имеющие между собой тесную гидравлическую взаимосвязь. Подтопление и засоление, оползни и эрозия, просадки и набухание, эоловые и другие экзогенные процессы зависит от состава и состояния зоны аэрации. На территории Минского региона, где залегают конечноморенные отложения – валунные супеси и суглинки с гнездами песка, песчано-глинистые и песчано-гравийные породы, мощность зоны аэрации составляет 10-20 м, на флювиогляциальных – 2-5 м, на аллювиальных, болотных и озерных – 2-3 м.
Глубина залегания уровня грунтовых вод варьирует от долей метра в поймах рек и на заболоченных территориях до 15-16 м, в пределах камовых образований 2-4 м. Уровенная поверхность грунтовых вод в сглаженном виде повторяет рельеф земной поверхности. Амплитуды сезонных колебаний уровня грунтовых вод не превышают 1,5-2 м. Питание грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка грунтовых вод происходит в реки и мелиоративные каналы, озера и болотные массивы, также могут быть места перетоков в нижележащие водоносные толщи.
Важнейшими водоносными подкомплексами четвертичных отложений, содержащими напорные подземные воды, являются:
днепровско-сожский с глубиной залегания кровли от 40 до 100 м на водоразделе. Мощность водовмещающих отложений в среднем 50 м. Коэффициенты фильтрации водовмещающих пород варьируют от 0,2 до 50, в среднем составляя 5-15 м/сут;
березинско-днепровский – глубина залегания 100 -170 м, с мощностью в среднем 70 м, величина гидростатического напора составляет 1-134 м, водообильность пород достаточно высокая, коэффициенты фильтрации пород варьируют от 0,2 до 26 м/сут.
По особенностям режима грунтовых вод выделяют области:
Моренных возвышенностей и гряд – валунные супеси и суглинки с гнездами песка, песчано-глинистые и песчано-гравийные породы. В основании гряд и холмов часто имеет место разгрузка грунтовых вод краевых образований в виде нисходящих или восходящих источников. Иногда они вызывают временное заболачивание прилегающих земель. Глубина УГВ изменяется в широких пределах. Малая водообильность. Грунтовые воды по химическому составу гидрокарбонатные кальциевые.
Водно-ледниковым, озерно-ледниковым– УГВ залегает на глубине 2-5 м, коэффициент фильтрации 0,5-18 м, водообильность невысокая, по химическому составу грунтовые воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые.[8, стр. 49]
В целом, самостоятельных водоносных горизонтов они не образуют и выделяются как воды спорадического распространения в относительно водоупорных моренных (и конечно-моренных) образованиях сожского, днепровского и березинского времени.