Инженерная геология
Инжене́рная геоло́гия, наука геологического цикла, исследующая инженерно-геологические условия верхних горизонтов земной коры, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием современных и прогнозируемых геологических процессов, формирующихся в ходе естественного развития земной коры и в связи с инженерно-хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной, деятельностью человека. Инженерно-геологические условия рассматриваются как совокупность взаимосвязанных геологических факторов (особенностей, параметров), определяющих условия инженерно-хозяйственной деятельности человечества.
Инженерная геология оформилась в отдельную науку геологического цикла в 1-й четверти 20 в. как «геология строительных площадок». На 1-м этапе развития она имела исключительно прикладной характер. Ф. П. Саваренский определял инженерную геологию как отрасль геологии, трактующую вопросы приложения геологии к инженерно-строительному делу (Саваренский. 1937). В середине 20 в., в начале 2-го этапа развития инженерной геологии, содержание науки понималось иначе: «Инженерная геология как наука является отраслью геологии, изучающей динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека» (Попов. 1951). В конце 20 в. В. Т. Трофимов предложил определять инженерную геологию как науку геологического цикла, исследующую состав, состояние, строение и инженерно-геологические свойства верхних горизонтов земной коры, современную их динамику, закономерности формирования и пространственно-временного изменения под воздействием природных и антропогенных современных и прогнозируемых геологических процессов, формирующихся в ходе естественного развития земной коры под влиянием совокупности природных факторов и в связи с инженерно-хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной, деятельностью человека. В дальнейшем (в ходе 3-го этапа развития науки) изучение инженерно-геологических условий Земли в целом приведёт к преобразованию инженерной геологии в науку, исследующую глобальное многообразие инженерно-геологических объектов, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием природных и антропогенных современных и прогнозируемых геологических процессов в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человечества.
Основные задачи инженерной геологии
Основные теоретико-методические задачи инженерной геологии: 1) изучение состава, состояния, строения и свойств грунтов и слагаемых ими толщ (массивов, инженерно-геологических структур) верхних горизонтов земной коры; закономерностей их формирования; современной и прогнозируемой динамики развития под влиянием природных причин и в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека; 2) разработка теории и методов оценки устойчивости массивов грунтов к природным и техногенным воздействиям для обеспечения проектного функционирования инженерных сооружений и комплексов; 3) разработка методов и методик (технологий) обоснования управления состоянием и свойствами массивов грунтов с целью сохранения ими устойчивости в ходе природной эволюции и взаимодействия с инженерными сооружениями; 4) разработка принципов поиска и методики изучения оптимальных по инженерно-геологическим условиям участков и массивов грунтов для размещения экологически небезопасных объектов и захоронения промышленных отходов; 5) разработка теории и методики инженерно-геологического обоснования схем инженерной защиты территорий и сооружений от геологических природных и антропогенных процессов. Решение этих задач проводится с использованием новых информационных технологий на основе компьютерной техники, прикладных программ, 3D-моделирования, спутниковой и наземной информации, систем мониторинга геологических и литотехнических систем, а также путём совершенствования понятийной базы, методологии познания, номологической базы.
Пересмотр концептуальной модели строения и развития Земли – переход от геосинклинальной концепции к концепции тектоники плит – поставил перед инженерной геологией новые задачи, решение которых в значительной степени предопределит дальнейшее развитие теоретического базиса её как науки.
Основной закон инженерной геологии
В ходе развития инженерной геологии менялся подход к оценке влияния различных факторов на формирование инженерно-геологических условий. На начальном этапе инженерная геология опиралась на представление о том, что инженерно-геологические особенности исследуемых объектов определяются историей их геологического развития. Последующие исследования, особенно региональные инженерно-геологические, показали, что эти особенности определяются также современными географическим положением объекта и его тектоническим режимом как открытой системы. В соответствии с этим основной закон инженерной геологии формулируется так: инженерно-геологические особенности любого объекта верхних горизонтов литосферы и их изменение определяются историей его геологического развития, современным пространственным положением, контролирующим тектонический режим и климатические условия, а на освоенных территориях, кроме этого, – характером техногенных (шире – антропогенных) воздействий. Среди климатических характеристик важнейшее значение имеют тепло- и влагообеспеченность территории и их соотношение между собой.
Структура науки
Объект инженерной геологии – верхние горизонты земной коры, исследуемые в специальном, инженерно-геологическом отношении. Этот объект, часто называемый геологической средой, характеризуется разными элементами (сторонами), главные из которых – грунты, сложенные ими простые и сложные геологические тела, которые, в свою очередь, формируют грунтовые толщи (массивы, точнее – инженерно-геологические структуры разного размера), а также геологические природные и антропогенные процессы, протекающие в них и изменяющие их. Эти элементы являются объектами трёх самостоятельных, но тесно связанных (логически пересекающихся) между собой научных направлений инженерной геологии: грунтоведения, инженерной геодинамики и региональной инженерной геологии (рис. 1). 
Рис. 1. Традиционная схема современной инженерной геологии и её научных направлений и разделов.Каждое из этих научных направлений представляет собой определённую систему научных инженерно-геологических понятий и знаний (предмет научного направления инженерной геологии) о морфологических особенностях, закономерностях формирования и пространственно-временнóм изменении определённого элемента (стороны) верхних горизонтов земной коры (объект научного направления). Объектом изучения грунтоведения являются грунты и слагаемые ими грунтовые толщи (массивы) верхней части разреза земной коры; предметом – знания о грунтах, их составе, состоянии, строении и свойствах. Инженерная геодинамика исследует морфологию, механизм, инженерно-геологические причины и пространственно-временные закономерности формирования и дальнейшего развития в верхних горизонтах земной коры современных и прогнозируемых природных и антропогенных геологических процессов. Региональная инженерная геология изучает инженерно-геологические условия верхних горизонтов различных структурных зон земной коры.
Традиционная структура инженерной геологии (рис. 1) была разработана применительно к условиям Земли. Наряду с освоением Земли, возникают новые практические запросы – в инженерном освоении других небесных тел: планет земной группы (Марса и Венеры), а также спутников Земли и планет – Луны, Фобоса и Деймоса. В структуре инженерной геологии намечаются исторические изменения, происходящие в связи с появлением нового крупного научного направления – инженерной геологии небесных тел (или космической инженерной геологии) (Королёв. 2016). Некоторые учёные инженерную геологию небесных тел включают в структуру специальной инженерной геологии. Инженерная геология небесных тел – самостоятельное научное направление инженерной геологии, изучающее инженерно-геологические условия в верхних горизонтах небесных тел, закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием природных и техногенных процессов в связи с освоением этих небесных тел. В 1970-е гг. возникло лунное грунтоведение, в последние десятилетия – грунтоведение Марса. Структура инженерной геологии, с учётом выделения космической инженерной геологии, представлена на рис. 2.
Рис. 2. Логическая схема структуры и соотношения научных направлений и разделов современной инженерной геологии с учётом изучения космических объектов.Объект исследования инженерной геологии небесных тел – верхние горизонты грунтовых толщ этих небесных тел, изучаемые в связи с их освоением и инженерной деятельностью человека; предмет изучения – знания о морфологии, закономерностях формирования и пространственно-временном изменении верхних горизонтов грунтовых толщ небесных тел в связи с их освоением и инженерной деятельностью человека. Инженерная геология небесных тел включает 3 традиционных направления инженерной геологии Земли (грунтоведение, инженерную геодинамику и региональную инженерную геологию), но ориентированных на изучение инженерно-геологических условий различных небесных тел, прежде всего Луны, Марса, Венеры и др.
Общая теория инженерной геологии
Общая теория инженерной геологии – система (логическая совокупность) собственной понятийной базы, закономерностей и законов, основных и вспомогательных теорий, представляющая единое учение инженерной геологии, обладающее описательной, объяснительной, эвристической и предсказательной (прогнозной) функциями. Общая теория включает в себя: 3 теории основных научных направлений – грунтоведения, инженерной геодинамики и региональной инженерной геологии; 3 теории смежных научных разделов инженерной геологии – динамического грунтоведения, региональной геодинамики и регионального грунтоведения, а также теорию обоснования управления грунтовой толщей природно- или литотехнических систем, или теорию геокибернетики (рис. 3).
Рис. 3. Структура общей теории инженерной геологии.При этом все теории находятся в логических отношениях включения в общую теорию инженерной геологии, а между собой – в логических отношениях пересечения с теориями соответствующих разделов инженерной геологии и методики инженерно-геологических исследований. Область между теориями научных направлений и разделов относится к системообразующей (объединительной) части общей теории науки. Теории научных направлений играют основную роль в общей теории, а теории разделов – вспомогательную. Важную (и всевозрастающую со временем) и отчасти объединяющую роль играет создающаяся теория обоснования управления грунтовыми массивами природно-технических и литотехнических систем. Все перечисленные теории, формирующие общую теорию инженерной геологии, логически включают в себя общие законы инженерной геологии и опираются на них. Каждая из них имеет собственную номологическую базу (закономерности, законы).
В рамках инженерной геологии сформировано и развивается учение об инженерно-геологических условиях Земли.
По пространственному положению объектов изучения различают инженерную геологию территорий (приповерхностных зон земной коры и глубинных зон земной коры) и инженерную геологию акваторий (шельфовых зон; континентального склона и океанического ложа). В инженерную геологию включаются также прикладные разделы, направленные на решение различных инженерно-хозяйственных задач: инженерная геология городов и городских агломераций, месторождений полезных ископаемых, энергетических сооружений, гидротехнических сооружений, дорожных сооружений, линейных сооружений (линий электропередач, связи, газо-, нефте- и водопроводов), мелиоративная инженерная геология и др.
Связь с другими науками
Инженерная геология тесно связана со всеми науками геологического цикла, особенно с новейшей тектоникой, гидрогеологией, геокриологией, геофизикой, науками, изучающими минералы и горные породы, сложенные ими массивы; широко используются методы и данные других естественных наук (физики, химии, механики, почвоведения, гидрологии, климатологии и др.) и математики, а также строительных, горных и социально-экономических наук.
Исторический очерк
Инженерная геология зародилась в 19 в. Первые инженерно-геологические работы в России были связаны со строительством железных дорог (с 1840-х гг.). В них принимали участие А. П. Карпинский, Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, В. А. Обручев и др. Как наука геологического цикла инженерная геология сформировалась в 1920-х гг.
К 1945 г. выделились 2 научных направления – грунтоведение и инженерная геодинамика, также были разработаны методики инженерно-геологических исследований. В 1960-х гг. оформилось 3-е научное направление – региональная инженерная геология, а также большинство прикладных разделов науки, что позволило обеспечить инженерно-геологической информацией проектирование, сооружение и эксплуатацию всех народно-хозяйственных комплексов страны. В 8-томном труде «Инженерная геология СССР» (1976–1978) был подведён итог многогранным исследованиям отечественной инженерной геологии. Разработка теоретического базиса, методического подхода и высокоточной аппаратуры позволила в конце 1980-х гг. перейти к изучению инженерно-геологических условий Земли в целом. В 21 в. В. А. Королёв и В. Т. Трофимов описали историю развития и современное состояние инженерной геологии, её методологии и номологической базы (Королёв. 2016), В. Т. Трофимов рассмотрел широкий круг теоретических позиций этой науки (Трофимов. 2019).
В становление и развитие инженерной геологии большой вклад внесли российские учёные Л. Д. Белый, Н. Я. Денисов, Г. С. Золотарёв, Н. В. Коломенский, Н. Н. Маслов, И. В. Попов, В. А. Приклонский, Ф. П. Саваренский, М. П. Семёнов, Е. М. Сергеев и др. За рубежом наиболее крупные исследования по инженерной геологии связаны с трудами: К. Терцаги, Р. Пека, Дж. Тейлора, Т. Лэмба (США); А. Скемптона (Великобритания); Л. Бьеррума (Норвегия); Ж. Талобра (Франция); Л. Мюллера (Австрия); Б. Куюнджича и М. Янича (Югославия); В. Ковальского (Польша); К. Зарубы и М. Матулы (Чехия и Словакия).
Научные организации, международное сотрудничество, периодические издания
Инженерно-геологические исследования в России координирует Научный совет РАН по геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Проблемы инженерной геологии обсуждаются на заседаниях Международного геологического конгресса, Международной ассоциации по изучению четвертичного периода и др. В 1964 г. на 22-й сессии Международного геологического конгресса в Нью-Дели создана Международная ассоциация по инженерной геологии и окружающей среде. Основные периодические издания – журналы «Инженерная геология» (1979–1992 в системе АН СССР, с 1993 – РАН; с 2006 издаётся Институтом геотехники и инженерных изысканий в строительстве при поддержке Ассоциации «Инженерные изыскания в строительстве»), «Bulletin of the International Association of Engineering Geology and the Environment» («Бюллетень исследований Международной ассоциации по инженерной геологии и окружающей среде»; с 1970), с 1998 г. – «Bulletin of Engineering Geology and the Environment» («Бюллетень исследований по инженерной геологии и окружающей среде»).