Т = (xi-x)/c ≥Tст
где xi- выделяющееся значение признака; х - среднее арифметическое и с - среднее квадратичное отклонение для группы, включающей артефакт; Тст - стандартное значение критерия выпада (зависит от числа наблюдений и составляет для наших условий 3,0-3,3).
С помощью Т-критерия из распределений оценочных признаков карстовых полостей исключают значения, имеющие малую вероятность (обычно 2-4 варианта), а затем производится перерасчет всех статистических параметров (среднее арифметическое, среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации, коэффициент асимметрии, эксцесс). Методика их расчета имеется в руководствах по обработке материалов наблюдений и учебниках математической статистики.
Распределения оценочных показателей карстовых полостей можно использовать для анализа степени сходства или различия в закарстованности различных карстовых районов. Для этого определяется л-критерий, предложенный А. Н. Колмогоровым и Н. В. Смирновым:
л = |Еf1/n1- Еf2/n2|max · корень из (n1·n2/(n1+n2))
где |Еf1/n1- Еf2/n2|max - максимальное абсолютное значение разностей сумм накопленных частот по каждому рангу, деленных на число вариантов (членов) первого (n1) и второго (n2) распределений. Различия между анализируемыми распределениями считаются несущественными (случайными), если л-критерий не достигает стандартного значения порога вероятности. Он принят равным 1,36, что соответствует минимальной вероятности безошибочного прогноза 0,95.
Подытоживая вышесказанное, в практику спелеотуристов можно рекомендовать следующую схему, совмещающую морфометрические показатели, характеризующие и карстовую полость, и закарстованный блок (массив), в котором она расположена (табл. 2).
Таблица 2
| N п. п. | Наименование показателя | Обозначение | Единицы измерения | Определение (формула) | Примечание |
| Линейный | |||||
| 1 | Протяженность пещеры | L | м | Сумма всех ходов галерей пещеры | |
| 2 | Глубина (амплитуда) пещеры | Н | м | Совпадает с вертикальным ребром параллелепипеда Корбеля | |
| 3 | Проективная длина пещеры | l | м | Сумма проекций ходов пещеры на горизонтальную плоскость (в плане) | |
| 4 | Максимальная длина параллелепипеда Корбеля | Lк | м | ||
| 5 | Максимальная ширина параллелепипеда Корбеля | Вк | м | ||
| Площадной | |||||
| 6 | Площадь пещеры | Sн | кв. м. | Сумма площадей планов галерей пещеры | |
| 7 | Мидель пещеры | М | куб. м./м. | Среднее сечение пещеры = V/L | |
| Объемный | |||||
| 8 | Объем пещеры | V | куб. м. | Sн·L | |
| 9 | Коэффициент Корбеля | Q | Q=Bк·Lк·Нк·10-6 | ||
| Безразмерные коэффициенты | |||||
| 10 | Общей закарстованности массива | K=V/Q | |||
| 11 | Степени вытянутости закарстованного блока | Hк/Lк, Вк/Lк, Вк/Вк | |||
| 12 | Площадной закарстованности | Sн/(Вк•Lк) | |||
| 13 | Извилистости галереи (пещеры) | K=L/r | Отношение длины хода (пещеры) к кратчайшему расстоянию между точками |
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЩЕР
Не будучи специалистом-геологом, спелеотурист, естественно, не в состоянии выполнить весь необходимый объем геологических и гидрогеологических наблюдений под землей. Однако знакомство с основами этих научных дисциплин необходимо для правильной организации и проведения поиска карстовых полостей, их исследования и, в особенности, для безаварийной работы под землей. Кроме того, маршрутные описания - это первый этап комплексного изучения любой пещеры. Поэтому спелеотурист должен владеть некоторыми приемами и методами простейших геологосъемочных работ.
Геологические наблюдения нужно проводить как на подходах к пещере в ее ближайших окрестностях, так и под землей.
Наблюдения на поверхности. Основная задача - охарактеризовать геологические особенности вмещающих, подстилающих и перекрывающих отложении.
20. Литология. Спелеотуристу в этом разделе следует описать в простейшей форме химический состав пород: карбонатные (известняк, доломит), сульфатные (гипс, ангидрит), галогенные (каменная соль), конгломераты и реже брекчии. Особенности этих пород подробно изложены в многочисленных практических руководствах по геологии, петрографии и минералогии [6-8].
21. Цвет породы. При описаниях важно отмечать оттенок (темность) породы, степень интенсивности или насыщенности цвета, цветовые тона пород: в полевых условиях также следует выяснить минералогическую и химическую природу цвета: относится ли окраска к глинистым водопроницаемым или к пористым породам, как изменяется окраска у трещин, в середине обломков и т. д. Например, на массиве Алек появление на фоне равномерной светло-серой окраски известняков обломков пород с зеленой окраской свидетельствует, о приближении к крупной зоне разлома со смещением (сброс).
22. Слоистость. Спелеотуристам необходимо знать и уметь выделять по характеру слоистости пять разновидностей известняков:
Из каждого слоя, отличавшегося по цвету, составу или толщине, необходимо при помощи геологического или скального молотка взять образец размерами 6х10 см и снабдить его этикеткой. В этикетке обозначаются: номер образца (порядковый в экспедиции данного года, например, 1977 - 1, 2, 3 и т. д.); название экспедиции (лагеря), отряда (отделения); район работ (массив Алек); точка наблюдений (балка шахты Заблудших, 20 м выше входа по правому борту); слой (прослой кремниевых песчаников в толще известняков); полевое определение (песчаник мелкозернистый, кремнистый); подпись спелеотуриста, отобравшего образец; дата.
Образцы обычно отбивают от коренного выхода породы, предварительно расчистив его (убрав выветренную породу). Поэтому при послойном отборе проб лучше делать это снизу вверх по склону. Этим мы гарантируем себя от "засорения" обнажения материалом вышележащих слоев.
По весу образцы могут быть разными - для изготовления шлифов достаточно 0,1 кг породы (размер образца 2х3 см), для определения гранулометрического состава на ситах для мелкозернистых пород - 0,2 кг; для гравелитов - до 2 кг; для определения объемного веса - 0,2-0,3 кг; карбонатности и термического анализа - до 0,1 кг; силикатного химического анализа - 0,2-0,3 кг; химического и минералогического анализа - до 1,0 кг; спектрального анализа - до 50 г и т. д. Так как спелеотуристу обычно неизвестно, на какие анализы предназначены образцы отобранных им пород, их вес должен быть не менее 0,5 кг.
На образец наклеивается этикетка из лейкопластыря, где указывается только номер. Твердые образцы вместе с этикеткой упаковываются в бумагу. Для этого берут лист оберточной бумаги размером 30х40 см, в один угол заворачивают сложенную этикетку, затем этот угол прижимают к образцу. Рыхлые породы с этикеткой упаковывают в мешочек, на котором также указывают номер. Хрупкие образцы (палеонтологические находки, кристаллы, натечные формы) лучше укладывать в коробочки или банки. Чтобы предохранить образцы от намокания, их лучше складывать по 10-20 шт. в водонепроницаемый мешок из полиэтилена, а уже потом - в транспортный мешок.
23. Возраст породы. Во всех случаях, когда спелеотуриста интересует возраст пород, следует взять образцы пород и передать их специалистам.
24. Элементы залегания пород. Горные породы могут залегать горизонтально (в этом случае измерять элементы их залегания нет необходимости) или наклонно. Пространственное положение наклонно залегающей пачки пород (а также - любого тектонического нарушения - трещины, разлома) характеризуется тремя параметрами: азимутом простирания, азимутом падения и углом падения.
Линия простирания - это линия пересечения поверхности слоя с горизонтальной плоскостью, то есть любая горизонтальная линия на наклонной поверхности (рис. 1, 5). Азимутом линии простирания называется угол между ее направлением и северным меридианом. Понятно, что в зависимости от положения съемщика для линии простирания можно получить два значения, отличающиеся на 180°. Поэтому лучше записывать оба значения (простирание пласта 35-215°).
Линия падения (рис. 1, 6) располагается в плоскости пласта, перпендикулярна к линии простирания и направлена в сторону падения пласта (трещины). Эта линия имеет наибольший угол наклона к горизонту по отношению к любой другой линии, которую можно провести по поверхности пласта. Азимут падения - это азимут между северным меридианом и проекцией линии падения на горизонтальную плоскость, а угол падения - угол между линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Угол падения может меняться от 0° (горизонтальное залегание) до 90° (пласты поставлены "на голову"). Азимут падения может принимать любое значение от 0° до 360°, причем азимут простирания равен азимуту падения +/-90°.
В полевых условиях на определяемой плоскости прежде всего нужно найти линию падения, ее указывает струйка воды, текущая по обнажению, катящаяся галька и т. д. Приложив к этой линии горный компас, по клинометру определяют угол падения (см. рис. 1). Затем определяют азимут падения. Для этого горный компас кладут на поверхность пласта так, чтобы его длинная сторона совпала с линией падения, а север лимба был ориентирован в сторону его падения, приподнимают опущенный край компаса до горизонтального положения и производят отсчет по северному концу стрелки (рис. 1). Начинающим спелеотуристам полезно после этого определить угол падения линии простирания (он по определению должен быть равен нулю, рис. 1) и азимут простирания пласта (рис. 1).
Иногда не удается расчистить хорошую площадку для замера азимута падения, но зато можно замерить генеральное простирание пластов. В этом случае работу начинают с определения азимута простирания, а азимут падения определяют приближенно, уточняя его перерасчетом (азимут простирания +/-90°).
При некотором навыке элементы залегания пластов можно определять и на расстоянии, держа компас в вытянутой руке и визируя его длинной стороной па пласт.
Запись замеров следует делать по форме: (угол падения 30°, азимут 235°). На чертежах элементы залегания (рис. 6) проставляются у плана, имеющего ориентировку по отношению к линии север-юг (рис. 10), или у планов-срезов (рис. 12, 13). Эти данные необходимы для нанесения на разрезы геологической ситуации.
Определение элементов залегания пластов - необходимая составная часть анализа геологической ситуации у пещеры. Замерив элементы залегания горных пород на склонах речной долины и на водоразделе (на склоне горного массива и на плато), можно сделать заключение о структурном плане района, что важно при подготовке пещер к их оборудованию.
Горизонтальное (субгоризонтальное) залегание пород характерно для платформенных областей страны. Элементы залегания на большом протяжении не меняются, составляя 1-2°. Более древние породы залегают под более молодыми, обнажаясь только в днищах речных долин. Карстовые полости располагаются под водоразделами. Входы в них расположены на склонах долин и в карстовых (карстово-суффозионных) или провальных воронках на междуречьях (рис. 18), пример: пещеры Подолии.
Наклонное (моноклинальное) залегание пород обычно встречается в предгорьях. Более устойчивые к размыву породы образуют куэстовые уступы. Ниже склон выполаживается. Входы в пещеры часто располагаются в бортах продольных долин, заложенных вдоль простирания пород, либо в бортах поперечных долин, разрезающих куэсты в плоскости чертежа (рис. 18, б, пример: Предгорный Крым, Северный Кавказ).
В горных районах породы неоднократно подвергались сжатию. Поэтому они смяты в антиклинальные и синклинальные складки, которые могут полностью сохраниться в рельефе (рис. 18, в) или бывают срезаны на разных уровнях процессами денудации (рис. 18, в, пунктир). На разных склонах горного массива породы могут иметь залегание в противоположные стороны (хребет Ахцу на Западном Кавказе). Иногда складчатость развивалась настолько интенсивно, что вместо антиклинальной образуется брахиантиклинальная структура, в пределах которой можно встретить падения пород во все стороны ("моделью" брахиантиклинальной структуры с плоским сводом может служить перевернутая тарелка). Строение брахиантиклинали еще более сложно: ее северное и южное, западное и восточное погружения имеют разные углы наклона, иногда приближающиеся к 80-90° (рис. 18, г). Полости, заложенные в этих условиях, имеют очень сложную морфологию, извилисты, часто образуют ложные этажи.
Рассмотренные ситуации не исчерпывают многообразия условии заложения карстовых пещер. Выявить их па основании геологической съемки - это одна из задач, которую должны решить спелеотуристы при исследовании района.
25. Тектоническая трещиноватость. Трещины (разрывы без смещения) играют большую роль в формировании как самих карстовых форм, так и их водных хемогенных отложений Ориентировка плоскостей тектонических трещин по отношению к залеганию пластов горных пород может быть разной (рис 1) Главные направления тектонических трещин района по которым происходит формирование большинства карстовых полостей, удается выяснить, произведя несколько сотен замеров трещин на поверхности и под землей.
Замеры элементов залегания тектонических трещин производятся горным компасом аналогично замеру элементов залегания горных пород. Для вертикальных трещин необходимо получить азимут их простирания, для наклонных - азимут простирания и угол падения. При замерах трещин необходимо обращать внимание на величину их раскрытия (зияния) и наличие заполнителя (глины, кристаллов, кальцита и других минералов, натеков и др.). Затем нужно провести статистическую обработку материалов, построить таблицу распределения трещин по направлениям и график трещиноватости района (рис. 19). Его анализируют совместно с материалами о направлениях заложения карстовых полостей. Последовательность операций при этом следующая. Определяется количество трещин, попадающих в десятиградусный интервал*** (подсчет ведется в северо-восточном и северо-западных румбах, а азимуты трещин юго-западного и юго-восточного румбов пересчитываются на обратные). Например, азимут 125° соответствует 125+180=305°; азимут 197° соответствует 197-180=17° и т. д. Количество замеров в интервале суммируется, определяется общее число замеров и эта сумма принимается за 100% (табл.3).
Параллельно с обработкой материалов по тектонической трещиноватости производится обработка топографических материалов, определяются протяженность и генеральное простирание (по оси хода) всех галерей заснятой пещеры. Эти данные также группируются по интервалам и пересчитываются в проценты (табл. 3) с целью сделать сопоставимыми величины, имеющие различную размерность (градусы и метры). Затем можно строить график распределения трещин в виде розы. Можно "развернуть" два северных квадрата в прямую и построить прямоугольный график, где по оси ординат отложены градусы, а по оси абсцисс - проценты. Разметив оба графика рядом, получаем удобный для сравнения (рис. 20) материал.
Анализ графика трещиноватости показывает, что резко преобладают две связанных между собой системы трещин, объединяющиеся в так называемые динамопары: 310-320° - 30-40° (на их долю приходится более 40% всех трещин) и 80-90° - 350-360° (25% всех трещин). Эти же направления, только в ином количественном соотношении (24 и 50%), четко прослеживаются в карстовых полостях. Дальнейший анализ с учетом особенностей строения массива приводит к выводам о том, что наиболее часто встречающиеся трещины с простиранием 130-140° - 310-320° отличаются наименьшим раскрытием. Это так называемые трещины сжатия, перпендикулярные к направлениям сил сжатия в горном массиве. Естественно, что вдоль них хуже условия для фильтрации воды, а, следовательно, и меньше карстовых полостей.