книги из ГПНТБ / Мавлянов, Г. А. Инженерно-геологические свойства лессовых пород орошаемых территорий Узбекистана

Г л а в а II

КРАТКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЛЕССОВЫМ ПОРОДАМ ЗЕРАВШАНСКОЙ ДОЛИНЫ

В Средней Азии, в частности в Узбекистане, лессовые породы имеют исключительно большое практическое значение в народном хозяйстве. Прежде всего это плодородные почвы. Вещественный состав и водно-физические свойства лессовых пород Обусловли­ вают их плодородие, возможность проведения ирригационных ка­ налов, оросительной сети, строительства гражданских и промыш­

(лессов) для нужд социалистического хозяйства».

В. А. Обручев (1889) писал, что «лесс и лессовидные суглинки имеют в Средней Азии обширное распространение и представляют преобладающий тип почвы, известный по своему плодородию и обеспечивающий существование всего населения этого края»

В связи с исключительным значением лессовых породА. П. Пав­ лов (1901—1903) и А. И. Преображенский (1912) изучали лессо­ вые породы Зеравшанской котловины.

Вопрос о происхождения лесса до сих пор остается спорным. Для его объяснения предложено более 20 гипотез. Однако до на­ стоящего времени общепризнанной теории не существует. Среди современных представлений о генезисе лессовых пород распростра­ нены: эолрвая, делювиально-пролювиальная, водно-ледниковая,

Эоловая (ветровая) гипотеза впервые высказана в прошлом столетии. По представлению В. А. Обручева, лесс эолового проис­ хождения образуется из мелких частиц—продуктов выветривания, унесенных из пустынь и полупустынь и отлагающихся в горах и предгорьях.

Делювиально-пролювиальные лессовые породы образовались под влиянием дождевых и снеговых вод и селевых потоков.

11

К сторонникам этой гипотезы относятся В. В. Докучаев (1892 г.), А. П. Павлов (1892 г.), М. В. Мушкетов (1896 г.). Г. А. Мавлянов

(1958 г.) и др.

Почвенная гипотеза В. В. Докучаева (1936 г.) предполагает образование лессовых пород в результате выветривания богатых карбонатами пород. Л. С. Берг (1916, 1947 гг.) эту гипотезу пре­ вратил в почвенно-элювиальную, согласно которой, лесс и лессо­ видные породы могут образоваться при определенных климатиче­ ских условиях под действием почвообразовательных процессов из самых разнообразных мелкозернистых пород. По мнению Л. С. Бер­ га, генезис лессовых пород может быть различным: аллювиальным, делювиальным, пролювиально-гляциальным, озерным и морским.

Комплексная гипотеза А. М. Жирмунского (1922 г.) предпола­ гает образование лесса в результате дейстрия комплекса факто­ ров-— климатических условий, физико-географических особенно­ стей района и т. д.

Кроме перечисленных гипотез, известны микробиологическая, ледниковая, морская, озерная и даже космическая, однако мы не видим необходимости в их рассмотрении.

Происхождение лесса и лессовидных пород в среднеазиатских

всех, типов лессов и лессовидных пород суши или даже определен­ ного района нельзя объяснить одной гипотезой, ибо нет и не может быть такой универсальной гипотезы», и что «лессы и лессовидные породы даже определенной речной долины могут иметь различ­ ный генезис. Следовательно, к генезису лессов и лессовидных по­ род надо подходить дифференцированно и решать вопрос в каж­ дом случае самостоятельно».

По мнению Г. А. Мавлянова, лессом можно считать мелкоземистую породу с определенными признаками: палевый цвет, высо­ кая пористость (46—59%), обогащенность карбонатами кальция и магния (до 5%), отсутствие слоистости и линз песка и галечни­ ка, однородность гранулометрического состава с преобладанием пылеватых фракций, образование вертикальных отдельностей в от­ весных стенках, возможность просадочных явлений при длительной замочке, сравнительно высокая водопроницаемость (коэффициент фильтрации 0,2—0,6 м/сут), большая сила сцепления, обусловлен­ ная цементацией солями, способность к быстрому размоканию и деформации, содержание большого количества легкорастворимых солей (от 0,6 до 5% от веса породы).

По поводу упомянутых многочисленных гипотез Г. А. Мавля­ нов (1958) пишет: «Сложность вопроса о генезисе лесса и лессовид­ ных пород заключается в своеобразии (макропористость, пылеватость состава и др.), которым они отличаются от остальных мелкоземистых горных пород. Потеря лессами и лессовидными поро­ дами. этих особенностей или при определенных климатических ус­ ловиях частичное приобретение этих особенностей породами раз­

12

сих пор не потеряло своей ценности. В это же время авторы опи­ сали гидрогеологию и геоморфологию Самаркандской котловины и историю ее развития в четвертичное время. В 1939—1944 гг. они осуществили гидрогеологическое районирование Зераршанскош долины.

В 1948 г. под редакцией Г. И. Архангельского вышел из печати очерк «Зарафшанская котловина», р котором показаны гидрогео­ логические районы, условия и глубины залегания грунтовых вод,, роль подземных вод в мелиоративном состоянии поливных земель. К работе приложена карта водоносности пород четвертичного и дочетвертичного возраста.

Результаты исследований К. Я. Опрышко, Л. А. Реек, М. Ф. Бой­ кова за 1946—1950 гг. характеризуют геологическое строение и ин­ женерно-геологические свойства четвертичных отложений лево­ бережья р. Зеравшана.

В 1953—1954 гг. в бассейне р. Зеравшана О. К. Ланге произвел химическое исследование солевого состава грунтов и подземных вод. Работа имеет очень важное научное и практическое значение.

В1955—1958 гг. А. А. Чистяков описал стратиграфию дочетвертичных и четвертичных отложений, новейшую тектонику и геомор­ фологию восточной части бассейна р. Зеравшана.

Вмонографии Г. А. Мавлянова (1958) «Генетические типы лессов и лессовых пород центральной и южной частей Средней Азии» (в том числе и пород Самаркандского плато) подробнейшим обра­ зом описан их вещественный состав и инженерно-геологические

свойства.

В 1957—1963 гг. С. М. Касымовым проделана работа на тему «Генезис, вещественный состав и физико-механические свойства лессовых пород Самаркандской впадины».

В 1963—1968 гг. М. Хашимов закончил работу на тему «Зональ­ ное формирование и размещение генетических типов лессовых по­ род в верхнем и среднем течении р. Зарафшан».

В 1970 г. С. М. Касымов опубликовал монографию «Лессовые породы Самаркандской впадины», в которой с достаточной полно­ той рассмотрены вещественный состав и инженерно-геологические свойства лессодых пород. В 1971 г. нами завершена работа на тему «Изменение инженерно-геологических свойств лессовых пород в связи с орошением» на примере средней части долины р. Зерав­ шана (X. А. Хасанова).

Рассмотрим некоторые данные Н. Г. Минашеной и В. А. М о лодцова (1965 г.) об изменении почв долины Зеравшана при оро­ шении. Источником орошения Самаркандского и Бухарского оази­ сов служит р. Зеравшан, с водами которой на поля ежегодно по­ ступает до 15 млн. г наносрв. За многовековую историю орошения на полях упомянутых оазисов накопилось около 1—3 м агроирригационных отложений.

Я. С. Миддендорф (1882 г.) писал, что орошаемые почвы Сред­ ней Азии — желтоземы (сероземы), по плодородию не уступают

14

черноземам. Он же отметил значительную роль человека в образо­ вании культурных почв и положительное значение оросительной воды как источника питательных элементов.

И. К. Негодновым (1909 г.) установлено, что в Ташкентском оазисе процессы выветривания в неорошаемых почвах слабо выра­ жены, но под влиянием орошения усиливаются. Он же отметил, что в оросительных водах содержится заметное количество некоторых питательных элементов.

Н. А. Димо (1911 г.), отмечая глубокие изменения, происшед­ шие в почвах при орошении, пришел к выводу о необходимости выделения орошаемых почв в особую группу.

М. А. Орлов (1937 г.) указывал, что в процессе орошения и по­ ступления на поля агроирригационных наносов в Самаркандском оазисе происходит утяжеление почв, образуется выровненный кар­ бонатный профиль, увеличивается мощность гумусового горизонта, создаются специфические условия почвообразования, в резуль­ тате чего формируется качественно новый тип почв — культурно­ поливной.

С. А. Кудрин и А. Н. Розанов (1935 г.) выделяли староороша­ емые и новоорошаемые почвы. Они указывали, что при близком залегании грунтовых вод староорошаемые почвы приобретают чер­ ты луговости, а при глубоком залегании этих вод они продолжи­ тельное время сохраняют особенности естественных неорошаемых почв, которые были присущи им до орошения.

По данным С. М. Петрова (1934 г.), В. В. Рыжова и С. И. Ти­ хонова (1935 г.), М. А. Орлова (1937 г.), С. Я. Лебедева (1948 г.),

В. П. Костюченко (1957 г.) и др., уже в первые годы орошения в почвах происходят большие изменения: снижается водопроницае­ мость, увеличивается объемный вес, уплотняется пахотный гори­

и агрохимические свойства почв. Так, в поглощающем комплексе увеличивается содержание магния, гумуса, азота, валового и под­ вижного фосфора.

М. А. Орлов (1937 г.) пришел к заключению, что при орошении формируются почвы, более тяжелые по механическому составу, чем лессы, являющиеся для них материнскими породами. Однако, по мнению А. Н. Розанова и др., длительное орошение в Самар­ кандском оазисе не приводит к утяжелению орошаемых почв. В них становится больше песчаных частиц и меньше крупнопы­ леватых, чем в сероземах на лессе и в нижних лессовых горизонтах орошаемых почв, что обусловлено иным механическим составом поступающих на поля наносов. Следовательно, при длительном орошении почв в Самаркандском и Бухарском оазисах форми­ руются, как правило, песчано-пылеватые среднесуглинистые поч­ вы (Н. Г. Минашина и В. А. Молодцов, 1965 г.). При этом пахот­

15

ные горизонты староорошаемых и орошаемых почв обладают вы­ сокой микроагрегированностью и не уступают в этом верхнему го­ ризонту целинного серозема на лессе.

Результаты исследований В. П. Костюченко (1957 г.) показы­

1,58 г/см3. За три года орошения также заметно уплотняется под­ пахотный слой почвы. Объемный вес увеличивается при этом с

1,25 до 1,39 г/см3.

Более ярко выражены изменения водопроницаемости при оро­ шении. За первые три года орошения скорость фильтрации умень­ шилась по сравнению с целинной с 970 до 80 м3/га-час, а за после­ дующие 10 лет—до 50 м3/га-час. Примерно такое же влияние оказывает орошение на процесс впитывания воды почвой.

Па данным В. П. Костюченко (1957 г.), в почвах Самарканд­ ского оазиса за период орошения более тысячи лет объемный вес подпахотного горизонта увеличился на 20% по сравнению с тако­ вым целинной почвы, в Голодной степи за 13 лет — на 27%, а в Ташкентском оазисе за 500 лет — на 47%.

Н. Г. Минашина и В. А. Молодцов (1965 г.) отмечают, что во­ допроницаемость староорошаемых почв Самаркандского оазиса в 1,5—5 раз выше по сравнению с почвами Голодной степи, оро­ шаемыми 13—15 лет. Относительно меньшая уплотненность староорошаемых почв Самаркандского оазиса по сравнению с орошае­ мыми почвами Голодной степи и Ташкентского оазиса может быть объяснена большей скоростью наращивания пахотного горизонта за счет большого поступления наносов на поля в Самаркандском оазисе, а также различиями д минералогическом составе этих почв.

Н. Г. Минашина и В. А. Молодцов (1965 г.) отмечают, что ос­ новные изменения водно-физических свойств лессовых пород при орошении происходят очень интенсивно в первые 3—5 лет. В даль­ нейшем эти процессы сильно замедляются. Большое влияние на уплотнение почв и уменьшение водопроницаемости оказывает оро­ сительная вода. Уплотнение почв при орошении объясняется явле­ нием усадки вследствие колебаний величины влажности.

Механический состав орошаемых почв зависит в значительной мере от количества поступающих с оросительной водой наносов. Б Самаркандском оазисе орошаемые почвы представляют собой преимущественно пылеватые суглинки. Легкие почвы размещаются вдоль главных оросителей, а тяжелые — в хвостовых частях оро­ сительных систем. При длительном орошении формируются пре­ имущественно песчано-пылеватые среднесуглинистые почвы.

М. А. Орлов (1937 г.) указывал, что в результате поливов су­ глинистый пылеватый неорошаемый серозем в Самаркандском оази­ се превратился в глинистую оазисную почву. В ней произошло утя­ желение '.механического состава вследствие заиления и внесения землистых глинистых удобрений, а также химического и физиче­ ского выветривания более крупных частиц.

Л

Климатические условия изучаемого района не одинаковы. Так, ,в восточной его части среднегодовая температура воздуха, по дан­ ным Пенджикентской метеостанции (абс. выс. 939 м), равна плюс 12,2°, а в южной (ст. Кермине, высота 347 м над ур. м.) — плюс 14,1°. Следовательно, по мере продвижения с востока на запад континентальность климата усиливается. Количество выпадающих ат­ мосферных осадков уменьшается от 348 (Шахристанский перевал) до 177 мм (Кермине); среднегодовое колеблется от 200 до 450 мм.. Из-за континентальное™ климата наблюдается значительный не­ достаток насыщения, что предопределяет сухость воздуха.

Скорость господствующих ветров составляет 2 м/сек, однако' иногда достигает 15 м/сек. Ветровой режим района обусловлен общей циркуляцией атмосферы, осложненной особенностями оро­ графии. Сильные штормовые ветры редки (от 3—8 до 12—14 дней в году), чаще наблюдаются в зимние и весенние месяцы. Они спо­ собствуют развитию процессов дефляции как на пустынных, так и на освоенных территориях, в результате происходит выдувание почвы и образуются пыльные бури.

Атмосферные осадки в районе выпадают крайне неравномернос около 30% в период с ноября по апрель, наиболее интенсивные— в виде дождей — в апреле (15% годовой суммы); летом даже в. горах они ничтожны, минимум отмечен в августе. Ливневые дож­ ди смывают почвы, способствуют образованию эрозионных борозд и оврагов, появлению почвенной корки и т. д.

Снег в западной части района выпадает в декабре, а в восточ­ ной— несколько раньше, сходит в феврале и марте. Высота снеж­ ного покрова колеблется от 5 см до 1,5 м.

Значительные амплитуды колебания температуры воздуха в гор­ ной области и обилие атмосферных осадков приводят к выветрива­ нию, разрушению горных пород и смыву (сносу) рыхлообломочного материала — первоисточника четвертичных отложений.

Гидрография. Основная водная артерия — р. Зеравшан берет свое начало в ледниках Зеравшанского хребта, протекает запад­ нее г. Пенджикента и, выходя из гор, попадает в межгорную кот­ ловину, где разбивается на многочисленные рукава. В районе г. Самарканда она делится на два русла (Карадарья и Акдарья), между которыми расположен о-в Минкаль.

Река Зеравшан принимает слева значительные притоки — Кштутдарью, Магиандарью и др. Реки Тосун, Актепе, Андатсай, Лянгар и др. — правобережные, а Ургутсай, Каратгобесай и Агалыксай — левобережные, стекающие со склонов гор Каратюбе. Ни первые, ни вторые большого значения в формировании поверх­ ностного стока р. Зеравшана не имеют. Воды реки полностью раз­ бираются на орошение.

Зеравшан и все его притоки питаются в основном за счет дож­ дей, снега и ледников. Около 90% стока р. Зеравшана образуется реками Матча и Фандарья, только 10% — наиболее крупными при­ токами Кштутдарья и Магиандарья. Среднегодовой расход воды

18

ция повышается за счет обогащения поверхностного потока грун­ товыми водами, поступающими из Кар асу и дренируемыми самой рекой.

Упомянутые реки сносят с гор огромное количество материала (продуктов разрушения горных пород) и отлагают его в равниной части, образуя конусы выноса, состоящие преимущественно из мел­ козема. Следовательно, гидрографическая обстановка обусловли­ вает транспортировку и сортировку рыхлого каменного материала и аккумуляцию его в пониженных местах.

Почвенно-растительный покров изучаемой территории довольно многообразен. Он лучше изучен на массивах современного ороше­ ния. Богарные территории и почвенные покровы горных зон очень мало исследовались.

Под влиянием рельефа, состава и свойств материнских пород, климата, водного режима, растительности и деятельности челове­

К этому району относятся высокогорная часть и пояс средних гор Туркестанского и Зеравшанского хребтов и приводораздельная часть Каратюбинских гор.

В поясе ,высоких гор лишь на отдельных небольших массивах развиты маломощные грубоскелетные светло-бурые почвы. В поясе

равнины). Светлые сероземы распространены по долине р. Зерав­ шана, они занимают также неширокую полосу в пределах низких гор и предгорий, водоразделы и склоны гор Актау, Каратюбе и др. Почвообразующей породой здесь являются лессовые суглинки. Характерной особенностью этой группы почв является: малое со­ держание в них гумуса, бедность колоидами, сильная карбонатность, невысокая емкость поглощения и глубокое залегание под­ земных вод устойчивого режима, ослабленный отток грунтовых вод и засоленность почвогрунтов.

19