УДК 551.3+556.5.06

В.И. Шатравин. Тянь-Шаньский высокогорный научный центр Института водных проблем и гидроэнергетики НАН КР, с. Кызыл-Суу Жети-Огузского района Кыргызской Республики. e-mail: shatravin@yandex.ru

Новый взгляд на происхождение Усойского завала и прорывоопасность Сарезского озера

Архиважность разрешения трансграничной проблемы Сарезского озера не вызывает сомнения, потому как: согласно прогнозам специалистов, в случае прорыва этого озера в зоне поражения паводком могут оказаться 5-6 миллионов человек, проживающие вдоль рек Пяндж и Амударья в пределах четырех государств - Таджикистан, Афганистан, Узбекистан, Туркменистан, и эта катастрофа окажется крупнейшей за всю историю Земной цивилизации. В этом деле необходимо максимально объективно изучить строение и устойчивость плотины этого озера.

В порядке рекогносцировочных обследований автор дважды был на Сарезском озере - в 1979 и 1988 гг. Полученные им при этом поверхностные сведения о происхождении и строении его плотины сводились к тому, что Усойский завал, представляющий плотину этого озера, - это обвал. Сведения из опубликованной и помещенной в интернете литературы по Сарезу [1, 3, 4 и др.] сводятся к тому, что Усойский завал – это оползень, либо обвал, сорвавшийся с правого борта долины р. Мургаб.  Традиционно представляется, что плотина этого озера сложена только крупнообломочными отложениями (включая и блоки скальных пород) – преимущественно продуктами дробления сорвавшегося с правобережного склона массива скальных коренных пород. Это подразумевает отсутствие в грунтах Усойского завала мелкоземистого заполнителя (<0,25 мм), включая пылеватые и глинистые фракции.  Для наглядности на рис.1 приведен разрез плотины Сарезского озера в наиболее ослабленной северной ее зоне, построенный Л.П. Папыриным  [4].

Рис. 1.  Разрез плотины Сарезского озера в наиболее ослабленной ее зоне, построенный

Л.П. Папыриным.

Fig. 1. Section of the dam of Lake Sarez in its most weakened zone, built by L.P. Papyrin.

На приведенном разрезе обращает внимание то, что это только предполагаемый разрез, построенный Л.Л. Папыриным, основным исполнителем многочисленных полевых обследований Усойского завала и правобережных склонов долины р. Мургаб. Согласно этому разрезу, Усойский завал сложен только крупнообломочными отложениями, причем, обвального генезиса, и вообще без мелкоземистого заполнителя!? Именно такое строение плотины Сарезского озера является наиболее общепризнанным у всех исследователей, занимавшихся его изучением. Поэтому оно подразумевает свободную фильтрацию воды из озера, что исключает прорыв его плотины. В последнее время приоритетной стала версия возможного прорыва Сарезского озера в случае быстротечной разгрузки с правого борта долины р. Мургаб имеющегося там большого оползня, именуемого Правобережным. В связи с этим внимание исследователей Сарезского озера к Усойскому завалу, представляющего водоудерживающую плотину этого озера, отошло на второй план. 

К сожалению, ни в одном литературном источнике автору не удавалось найти описания обнажений (хотя бы их фотографии) грунтов в проране (каньоне), образовавшегося в северной части Усойского завала. ГУУГЛовские космофотоснимки оказались малоинформативными. Все это в совокупности давало ему повод считать, что Усойский завал – это обвал. А в грунтах обвалов скальных пород, как показали его ранние исследования [5, 6], практически нет пылеватых и глинистых фракций, что им оценивается по очень низкой степени глинистости заполнителя отложений обвалов, статистически - в 0,022. Степень глинистости (S = <0,005/(1-0,005) - соотношение процентного содержания фракций <0,005мм и 1 - 0,005 (мм), где <0,005мм – глинистая фракция, 1 - 0,005 (мм), согласно [2], -  область мономинеральных частиц, не подвергающихся дальнейшему дроблению при физическом выветривании. Для сравнения, установленная им степень глинистости гравитационных деляпсивного типа отложений (в виде оползней) - 0,159 [5, 6]. На основании выше изложенного автор ошибочно считал плотину озера устойчивой к эрозионно-сдвиговым процессам даже при землетрясениях, о чем им было вкратце сказано в одной из его статей [7]. 

Переломным моментом в понимании автором происхождения Усойского завала и прорывоопасности Сарезского озера явился просмотр скриншотов высокого качества (одни из них – на рис. 6 и 7) из видеофильма, снятого (видимо, таджикскими исследователями) с помощью квадрокоптера и помещенного в интернете [8]. Это позволило ему по-иному, нежели было сделано традиционно всеми предыдущими исследователями, генетически типизировать Усойский завал, соответственно, оценить и прорывоопасность Сарезского озера. На основании этого им было установлено следующее:
1. Усойский завал образовался не за счет оползания, (по другим данным, - обвала) массива коренных пород с правого борта долины р. Мургаб, как это считают все предыдущие исследователи, включая и  сарезских первопроходцев – Г.Н. Шпилько, Н.Л. Корженевского, И.А. Преображенского и др. Это произошло за счет оползания имевших место на этом борту долины первичных оползневых масс, состоящих из полигенетических склоновых отложений с доминирующей в них элювиальной составляющей, включая и структурный элювий (сохранивший реликтовую текстуру и структуру). Современными аналогами таких первичных оползневых масс являются многочисленные (их там более 10 шт) не сполна разгрузившиеся оползни на правом борту р. Мургаб вдоль правобережья Сарезского озера. Факт наличия этих оползней признается большинством исследователей, изучавших Сарезское озеро. Один из этих оползней, самый большой из них, - это т.н. Правобережный оползень, который считается наиболее опасным с позиции его внезапного смещения, чем может быть вызвана огромная разрушительная для плотины озера волна. Для наглядности выше изложенное приведено на рис. 2.

Рис. 2. Общий вид Сарезского озера, Усойского завала (оползня), ниши его срыва и других оползней на правобережном склоне долины реки Мургаб.

Fig. 2. General view of Lake Sarez, Usoy dam (landslide), its fall niche and other landslides on the right bank slope of the Murgab river valley.

На этом рисунке показаны: бровка срыва (оползания) первичных оползневых масс, образовавших Усойский завал; ниша, в которой залегали эти массы; неразгрузившиеся оползневые массы (оконтурены крапом) выше бровки срыва оползневых масс, образовавших Усойский завал; неразгрузившиеся оползни на правом борту долины р. Мургаб, которые являются современными аналогами праоползневых масс, ставших источником обломочного материала для Усойского завала. Стрелками показаны направления смещения оползневых масс, в том числе, и Усойского оползня. В правом нижнем углу фоторисунка изображен проблемный Правобережный оползень. В головной части показанной на снимке ниши срыва оползневых масс Усойского завала автором дешифрируются (исходя из его опыта) гравитационные деляпсивного типа отложения (проще - оползневые), уходящие своими корневыми частям к стенкам морфологически выраженного цирка, подобно циркам, в которых залегают показанные на рис. 2 другие оползни правобережного склона, включая и Правобережный оползень. На поверхности оставшихся выше бровки срыва оползневых масс, давших Усойский завал, имеются маломощные каменные глетчеры в виде голоценовых морен, в которых сохранились забронированные ледники. Таяние забронированного льда может быть основным источников воды в ручье Усой-Дара в летнее время.

2. Усойский завал представлен не раздробленными породами сорвавшегося с правого борта массива коренных пород (как это считается традиционно, со времен исследователей-первопроходцев), а полигенетическими (с доминирующей элювиальной составляющей) прасклоновыми отложениями, при оползании которых образовался первичный оползень, некогда залегавший на склоне правого борта долины р. Мургаб (на рис.2 показана ниша срыва его оползневых масс). В субстрате этих отложений много мелкозема с пылеватыми и глинистыми фракциями. Известно, что глинистые фракции и их минералы образуются в результате глубокого физико-химического выветривания коренных пород, что характерно и для склоновых отложений, в которых, по данным автора, доминирует элювиальная составляющая, включая и структурный элювий [5, 6].  Применительно к Усойскому завалу, это не могло произойти только за счет механического дробления коренных пород при их оползании или обваливании. На рис. 3 показан один из участков неразгрузившихся оползневых масс на правобережном склоне долины р. Мургаб (фото взято из интернета).

Рис. 3. Один из участков не сполна разгрузившихся оползневых масс на правобережном склоне долины реки Мургаб.

Fig. 3. One of the sections of partially unloaded landslide masses on the right bank slope of the Murgab River valley.

На рис. 4 показано обнажение в трещине головной части Правобережного оползня (фото Л. П. Папырина). Из опыта автора, внешний вид этого обнажения свидетельствует о значительном содержании в его грунтах пылеватого и глинистого заполнителя, что означает, что эти грунты заглинизированные, причем, с высокой степенью глинистости.

Рис. 4. Обнажение заглинизи-рованных отложений в трещине Правобережного оползня

Fig. 4. Outcrop of clayey sediments in the crack of the Right-Bank Landslide.

3. В субстрате Усойского завала (оползня) содержится большое количество мелкоземистого заполнителя с пылеватыми и глинистыми фракциями, унаследованных от исходных прасклоновых оползневых масс.  Явными признаками этого являются многочисленные просадки на поверхности завала, характерные для глинисто-содержащих грунтов обнажения в местах просадок и оползаний грунтовых масс, а также -  массовые эрозионно-сдвиговые процессы в проране (иначе, - каньоне) на плотине озера, на участке, где выклинивается вода р. Мургаб. Это наглядно показано на рис. 5, 6, 7.

Рис. 5. Просадки и оползневые деформации на Усойском завале.

Fig. 5. Drawdowns and landslide deformations on the Usoi dam.

Показанные на этом космофотоснимке просадки и оползневые деформации - это признаки наличия в грунтах его субстрата мелкоземистоого заполнителя с пыле-ватыми и глинистыми фракциями. Ампли-туда просадок – до 100 и более метров.

Рис. 6. Участок поверхности Усойского завала со сплошными оползневыми деформациями (фото взято из интернета).

Fig. 6. A section of the surface of the Usoi dam with continuous landslide deformations (photo taken from the Internet).

На переднем плане этого снимка – оползни-оплывины, что свидетельствует о значи-тельном содержании в грунтах мелко-земистого заполнителя с пылеватыми и глинистыми фракциями. Крупные обломки горных пород в виде глыб – преимущественно на поверхности завала, что было обусловлено вибрационным эффектом во время оползания грунтовых масс со склона (это является закономерным для обвалов оползней).

Наиболее ослабленным местом в плотине Сарезского озера является его северная часть, где образовался проран в виде каньона (рис. 7). Борта прорана сплошь поражены оползневым деформациями, происходящими по принципу сдвигового процесса. Такое возможно только благодаря наличию в крупнообломочных грунтах заполнителя из глинистых грунтов* при их значительном увлажнении. 

Рис. 7. Проран в виде каньона на плотине Сарезского озера (скиншот из видео).

Fig. 7. A proran in the form of a canyon on the dam of Lake Sarez (screenshot from the video).

На рисунке стрелками показаны направления смещения грунтовых масс, крапом – бровки срыва оползней.

* Судя по обнажениям грунтов в этом проране, северная часть Усойского завала сложена крупнообломочными грунтами с песчаным и пылевато-глинистым заполнителем.  По определению из Грунтоведения: 1) - крупнообломочные грунты – это дисперсные грунты, содержащие более 50 % обломков горных пород размером более 2 мм; 2) - согласно СНиП II-15-74 ч.2. [9], при наличии в крупнообломочном грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого от общей массы учитывается только мелкая составляющая грунта, так как именно она будет определять несущую способность грунта; согласно классификации грунтов [10], свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя. Согласно ГОСТ 25100-95 [11], по грансоставу и числу пластичности глинистые грунты подразделяются на разновидности, приведенные в табл.1.

             Таблица 1. Разновидность глинистых грунтов по грансоставу и числу пластичности

Table 1. Variety of clay soils by grain size composition and plasticity number

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности	Содержание песчаных частиц (2 — 0,5 мм), % по массе
Супесь
песчанистая	1 — 7	>= 50
пылеватая		< 50
Суглинок
легкий песчанистый	7 — 12	>= 40
легкий пылеватый		< 40
тяжелый песчанистый	12 — 17	>= 40
тяжелый пылеватый		< 40
Глина
легкая песчанистая	17 — 27	>= 40
легкая пылеватая		< 40
тяжелая	> 27	Не регламентируется

Согласно этой классификации (табл.1), к глинистым грунтам относятся не только глина и суглинок, но и супесь.

Согласно Грунтоведению [2]: Супесь — это состав из глины и песка. При этом содержание глины находится в пределах от 3 до 10% от всей массы; Суглинок – это смесь глины с песком, глины – от 10 до 30%; Глины – это породы, в которых содержание глинистых частиц превышает 30%; Глинистые грунты – породы, в которых содержание глинистых частиц превышает 3%.

Таким образом, если предположить, что в пылевато-глинистой компоненте заполнителя крупнообломочных отложений Усойского завала только одна лишь супесь (что маловероятно), то этот заполнитель уже является глинистым грунтом. А он, в свою очередь, предопределяет свойства вмещающих их крупнообломочных отложений как грунтов глинистых. А глинистые грунты обладают свойствами пластичности. В связи с этим на субстрате Усойского завала развиты массовые просадки и оползни, происходящие по принципу сдвигового процесса.
4. Наличие в грунтах плотины Сарезского озера, в северной его части, большого количества заполнителя из глинистых грунтов кардинально меняет представление о прорывоопасности этого озера. Вопреки традиционным "усыпляющим" представлениям об устойчивом состоянии плотины этого озера, оно является чрезвычайно прорывоопасным, и разрушение его плотины произойдет по принципу сдвигового и эрозионно-сдвигового процессов в грунтах плотины. Тревожным сигналом о риске прорыва озера путем разрушения его плотины за счет сдвигового процесса в северной, наиболее ослабленной ее зоне, является следующее: 1) - выклинивание воды с большим расходом (средний расход – около 50 м.куб/сек; максимальный - до 90м.куб/сек) по широкому фронту в бортах прорана (рис. 8), что способствует расширению ареала увлажнения грунтов плотины озера, повышая риск ее порыва; 2) – наличие в бортах прорана сплошных оползневых деформаций (рис.7), что, безусловно, связано со значительным увлажнением грунтов плотины, содержащих пылевато-глинистый заполнитель; 3) – прогрессирующее линейное развитие прорана (в направлении к озеру) по принципу пятящейся эрозии, признаками чего является наличие в верхней части прорана денудационных останцов селевых отложений (на рис. 8 они дешифрируются по светлой тональности и обозначены символом pl).

Рис. 8. Выклинивание воды из тела плотины озера.

Fig. 8. Water outlet from the body of the dam lake.

5. Прецедентов прорыва завальных озер такого типа много. Один из них – катастрофический прорыв озера Яшилькуль с объемом воды 2,6 мл. м. куб (бас. р. Исфайрам-Сай, хр. Алайский, Тянь-Шань) в 1966 году (рис. 9). Селевой паводок прошел более 80 км, дойдя до г. Фергана.

Рис. 9. Озеро Яшилькуль после его прорыва.

Fig. 9. Lake Yashilkul after its outburst.

По принципу сдвигового и эрозионно-сдвигового процессов прорываются даже гляциальные озера с плотинами в виде голоценовых морен, а в их отложениях, согласно [5, 6], степень глинистости (S) заполнителя меньше, чем в оползневых отложениях, - по статистике – 0,078. Ярким примером тому может быть частичный прорыв озера Чоктал (бас. р. Чоктал, хр. Кунгей Ала-Тоо, Тянь-Шань) в 1978 году (рис. 10). Прорыву этого озера предшествовали свежие просадки на его плотине.  Эти просадки были обнаружены киргизскими геологами в середине августа 1978 года, и на основании этого ими было сделано заключении о прорывоопасности озера Чоктал. Этот прогноз оправдался: в конце сентября того же года произошел прорыв этого озера.

                                Рис. 10.  Озеро Чоктал до и после его прорыва (фото автора).

Fig. 10. Lake Choktal before and after its outburst (photo of the author).

6. Прорыв Сарезского озера произойдет непременно, вопрос только времени. Во избежание вселенской катастрофы нужно безотлагательно применять меры по уменьшению риска его прорыва. В качестве первостепенной меры - снижение уровня воды в озере, как минимум, на 100-120 м. Наименее затратно это можно сделать с помощью сифона из полимерных труб, чему имеются примеры: например, в перуанских Андах и в Заилийском Ала-Тау Казахстана. На рис. 11 показан способ понижения уровня воды ледникового озера в перуанских Андах.

Рис. 11. Сифон из пластиковых труб для понижения уровня воды в озере в перуанских Андах (фото автора)

Fig. 11. A siphon made of plastic pipes to lower the water level in a lake in the Peruvian Andes (photo of the author).

Литература

1. Агаханянц О. Е. Сарез: Озеро на Памире / Л.: Гидрометеоиздат, 1989 г., 112 с.

2. Грунтоведение. Под ред. М.Е. Сергеева. МГУ, 1971 г., 586 с.

3. Х.М. Мухаббатов. Проблема озера Сарез: оценка и пути решения. Журнал «Таджикистан и  

    современный мир» № 2(27)2011, с. 65-75.

4. Папырин Л. П. Сарезское озеро >> Сарезская катастрофа: геофизический прогноз.

5. Шатравин В.И. Фациально-литологическая типизация основных генетических

    генераций четвертичных отложений высокогорных зон // Геология кайнозоя и  

    сейсмотектоника Тянь-Шаня. -  Бишкек, 1994а, с. 3-15.

6. Шатравин В.И. Основные закономерности гляциального и гравитационного типов

    литогенеза горных районов // Геология кайнозоя и сейсмотектоника Тянь-Шаня. –  

    Бишкек, 1994б, с. 15-26.

7. Шатравин В.И.  Прогнозирование потенциальной селевой опасности в горных районах по  

    фациально-литологическим показателям селеформирующих отложений. Актуальные  

    проблемы геологии и географии Тянь-Шаня и сопредельных территорий. //Сборник

    докладов международной конференции, посвященной 100-летнему юбилею В.Г. Королева.

    Бишкек, институт Геологии, 2020 г., с. 434-452.

8. https://m.youtube.com/watch?v=fxMCIzN1RIM

9. Строительная классификация грунтов. Виды грунтов.

10. Классификация грунтов

11. ГОСТ 25100-95 - Грунты. Классификация - Нормативные документы

Шатравин В.И., в.н.с. Тянь-Шаньского высокогорного научного центра при Институте водных проблем и гидроэнергетики Национальной Академии наук Кыргызской Республики, к.г.-мин.н.

Новый взгляд на происхождение Усойского завала и прорывоопасность Сарезского озера

A new look at the origin of the Usoy dam and the outburst hazard of Lake Sarez

Аннотация

Показано, что Усойский завал образовался не за счет оползания или обваливания массива коренных пород с правого борта долины р. Мургаб, а за счет оползания первичных оползневых масс, залегавших на этом склоне, которые, в свою очередь, были производными от полигенетических склоновых отложений. Этим обусловлена насыщенность крупнообломочных отложений Усойского завала мелкоземистым заполнителем пылевато-глинистых фракций, которые придают вмещающим их отложениям свойства глинистых грунтов. Показано, что благодаря этому заполнителю увлажненные грунты Усойского завала подвержены массовым оползневым деформациям. На основании этого сделан вывод о том, что плотина Сарезского озера является чрезвычайно неустойчивой, а само озеро прорывоопасным. Предложены первостепенные мероприятия по снижению риска прорыва этого озера.

Ключевые слова: ключевая проблема Сарезского озера, оползень, обвал, глинистые грунты, оползневые деформации, устойчивость Усойского завала, прорывоопасность озера.

Key words: the problem of Lake Sarez, landslide, rockfall, clay soils, landslide deformations, stability of the Usoi dam, lake outburst hazard.