ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ГЕОЛОГИИ.

Цель и задачи геологии. Связь геологии с другими естественнонаучными дисциплинами.

Методы геологии.

Различные направления геологической науки.

1. Геология (греч. «гео» - земля, «логос» - учение) - одна из важнейших наук о Земле. Она занимается изучением состава, стро­ения, истории развития Земли и процессов, протекающих в ее недрах и на поверхности. Современная геология использует новейшие достижения и методы ряда естественных наук - математики, физики, химии, биологии, географии. Значительный прогресс в указанных областях наук и геологии ознаменовался появлением и развитием важных пограничных наук о Земле - геофизики, геохимии, биогеохимии, кристаллохимии, палеогеографии, позволяющих получить данные о составе, состоянии и свойствах вещества глубоких частей земной коры и оболочек Земли, расположенных ниже. Особо следует отметить многостороннюю связь геологии с географией (ландшафтоведением, климатологией, гидрологией, гляциологией, океанографией) в познании различных геологических процессов, совершающихся на пове­рхности Земли. Взаимосвязь геологии и географии особенно проявляется в изучении рельефа земной поверхности и закономерностей его развития. Геология при изучении рельефа использует данные географии, так же как и география опирается на историю геологического развития и взаимодействия различных геологических процессов. Вследствие этого наука о рельефе - геоморфология фактически является также пограничной наукой.

По геофизическим данным в строении Земли выделяется несколько оболочек: земная кора, мантия и ядро Земли. Предметом непосредственного изучения геологии являются земная кора и подстилающий твердый слой верхней мантии - литосфера (греч. «литос» - камень). Сложность изучаемого объекта вызвала значитель­ную дифференциацию геологических наук, комплекс которых совместно с пограничными науками (геофизикой, геохимией и др.) позволяет получить освещение различных сторон его строения, сущность совершающихся процессов, историю развития и др.

Одним из нескольких основных направлений в геологии является изучение вещественного состава литосферы: горных пород, минералов, химических элементов. Одни горные породы образуются из магматического силикатного расплава и называются магматическими или извер женными; другие - путем осаждения и накопления в морских и континентальных условиях и называются осадочными; третьи - за счет изменения различных горных пород под влиянием температуры и давления, жидких и газовых флюидов и называются мета морфическими.

Изучением вещественного состава литосферы занимается комплекс геологических наук, объединяющихся часто под названием геохимического цикла. К ним относятся: петрография (греч. «петрос - камень, скала, «графо» - пишу, описываю), или петрология- наука, изучающая магматические и метаморфические горные породы, их состав, структуру, условия образования, Степень изменения под влиянием различных факторов и закономерность распределения в земной коре. Литология (греч. «литос» - камень) - наука, изучающая осадочные горные породы. Минералогия - наука, изучающая минералы- природные химические соединения или отдельные химические элементы, слагающие горные породы. Кристаллография и кристал­лохимия занимаются изучением кристаллов и кристаллического состояния минералов. Геохимия - обобщающая синтезирующая наука о вещественном составе литосферы, опирающаяся на достижения ука­занных выше наук и изучающая историю химических элементов, за­коны их распределения и миграции в недрах Земли и на ее поверхности. С рождением изотопной геохимии в геологии открылась новая страница в восстановлении истории геологического развития Земли.

2. Изучение вещественного состава литосферы, как и других про­цессов, производится различными методами. В первую очередь это прямые геологические методы - непосредственное изучение горных пород в естественных обнажениях на берегах рек, озер, морей, разрезов шахт, рудников, кернов буровых скважин. Все это ограничено относительно небольшими глубинами. Наиболее глубокая, пока единственная в мире, Кольская скважина достигла всего лишь 12,5 км. Но более глубокие горизонты земной коры и прилежащей части верхней мантии также доступны непосредственному изучению. Этому способствуют извержения вулканов, доносящие до нас обломки пород верхней мантии, заключенные в излившейся магме - лавовых потоках. Такая же картина наблюдается в алмазоносных трубках взрыва, глубина возникновения которых соответствует 150-200 км. Помимо указанных прямых методов в изучений веществ литосферы широко применяются оптические методы и другие физические и химические исследования - рентгеноструктурные, спектрографические и др. При этом широко используются математические методы на основе ЭВМ для оценки достоверности химических и спектральных анализов, постро­ения рациональных классификаций горных пород и минералов и др. В последние десятилетия применяются, в том числе и с помощью ЭВМ, экспериментальные методы, позволяющие моделировать геологические процессы; искусственно получать различные минералы, горные породы; воссоздавать огромные давления и температуры и непосредственно наблюдать за поведением вещества в этих условиях; прогнозировать движение литосферных плит и даже, в какой-то степени, представить облик поверхности нашей планеты в будущие миллионы лет.

3. Следующим направлением геологической науки является динамическая геология, изучающая разнообразные геологические процессы, формы рельефа земной поверхности, взаимоотношения различных по генезису горных пород, характер их залегания и деформаций. Известно, что в ходе геологического развития происходили многократные изменения состава, состояния вещества, облика поверхности Земли и строения земной коры. Эти преобразования связаны с различными геологическими процессами и их взаимодействием. Среди них выделяются две группы: 1) эндогенные (греч. «эндос - внутри), или внутренние, связанные с тепловым воздействием Земли, напряжениями, возникающими в ее недрах, с гравитационной энергией и ее неравномерным распределением; 2) экзогенные (греч. «экзос» - снаружи, внешний), или внешние, вызывающие существен­ные изменения в поверхностной и приповерхностной частях земной коры. Эти изменения связаны с лучистой энергией Солнца, силой тяжести, непрерывным перемещением водных и воздушных масс, циркуляцией воды на поверхности и внутри земной коры, с жизнедеятельностью организмов и другими факторами. Все экзогенные процессы тесно связаны с эндогенными, что отражает сложность и единство сил, действующих внутри Земли и на ее поверхности.

В область динамической геологии входит геотектоника (греч. «тектос - строитель, структура, строение) - наука, изучающая структуру земной коры и литосферы и их эволюцию во времени и пространстве. Частные ветви геотектоники составляют: структурная геология, занимающаяся формами залегания горных пород; тектонофизика, изучающая физические основы деформации горных пород; региональная геотектоника, предметом изучения которой служит структура и ее развитие в пределах отдельных крупных регионов зем­ной коры. Важными разделами динамической геологии являются сейсмология (греч. «сейсмос» - сотрясение) - наука о землетрясениях и вулканология, занимающаяся современными вулканическими процессами.

История геологического развития земной коры и Земли в целом является предметом изучения исторической геологии , в состав которой входит стратиграфия (греч. «стратум» - слой), занимающаяся пос­ледовательностью формирования толщ горных пород и расчленением их на различные подразделения, а также палеогеография (греч. «паляйос» - древний), изучающая физико-географические обстановки на поверхности Земли в геологическом прошлом, и палеотектоника, реконструирующая древние структурные элементы земной коры. Расчленение толщ горных пород и установление относительного геологического возраста слоев невозможно без изучения ископаемых органических остатков, которым занимается палеонтология, тесно связанная как с биологией, так и с геологией.

Следует подчеркнуть, что важной геологической задачей является изучение геологического строения и развития определенных участков земной коры, именуемых регионами и обладающих какими-то общими чертами структуры и эво­юции. Этим занимается обычно региональная геология , которая практически использует все перечисленные ветви геологической на­уки, а последние, взаимодействуя между собой, дополняют друг друга, что демонстрирует их тесную связь и неразрывность. При региональных исследованиях широко используются дистанционные методы, когда наблюдения осуществляются с вертолетов, самолетов и с искусственных спутников Земли.

Косвенные методы познания, в основном глубинного строения земной коры и Земли в целом, широко используются геофизикой - наукой, основанной на физических методах исследования. Благодаря различным физическим полям, применяемым в подобных исследо­ваниях исследо­ваниях, выделяются магнитометрические, гравиметрические, электрометрические, сейсмометрические и ряд других методов изучения геологической структуры. Геофизика тесно связана с физикой, мате­матикой и геологией.

Одна из важнейших задач геологии - прогнозирование залежей минерального сырья, составляющего основу экономической мощи государства. Этим занимается наука о месторождениях полезных иско­ паемых , в сферу которой входят как рудные и нерудные ископаемые, так и горючие - нефть, газ, уголь, горючие сланцы. Не менее важным полезным ископаемым в наши дни является вода, особенно подземная, происхождением, условиями залегания, составом и закономерностями движений которой занимается наука гидрогеология (греч. «гидер» - вода), связанная как с химией, так и с физикой и, конечно, с геологией.

Важное значение имеет инженерная геология - наука, исследующая земную кору в качестве среды жизни и разнообразной деятельности человека. Возникнув, как прикладная ветвь геологии, занимающаяся изучением геологических условий строительства инженерных сооружений, эта наука в наши дни решает важные проблемы, связанные с воздействием человека на литосферу и окружающую среду. Инженерная геология взаимодействует с физикой, химией, математикой и механикой, с одной стороны, и с различными дисциплинами геологии - с другой, с горным делом и строительством - с третьей. За последнее время оформилась как самостоятельная наука ге окриология (греч. «криос» - холод, лед), изучающая процессы в областях развития многолетнемерзлых горных пород «вечной мерзлоты», занимающих почти 50% территории СССР. Геокриология тесно связана с инженерной геологией.

С начала освоения космического пространства возникла космиче­ ская геология , или геология планет. Освоение океанских и морских глубин привело к появлению морской геологии , значение которой быстро возрастает в связи с тем, что уже сейчас почти треть добываемой в мире нефти приходится на дно акваторий морей и океанов.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.

Земля сложена несколькими оболочками – внешними (атмосфера, гидросфера, биосфера) и внутренними, которые называют геосферами (ядро, мантия, литосфера). Изучение внутреннего строения Земли производится различными методами. Геологические методы , основанные на изучении естествен­ных обнажений горных пород, разрезов шахт и рудников, кернов глубоких буровых скважин, дают возможность судить о строении приповерхностной части земной коры. Глубина известных пробуренных скважин достигает 7,5-9,5 км, и только одна в мире опытная скважина, заложенная на Кольском полуострове, уже достигла глубины более 12 км при проектной глубине до 15 км. В вулканических областях по продуктам извержения вулканов можно судить о составе вещества на глубинах 50-100 км. В целом же глубинное внутреннее строение Земли изучается главным образом геофизическими методами : сейсмическим, гравиметрическим, магнитометрическим и др. Одним из важнейших методов является сейсмический (греч. «сейсмос» - трясение) метод, основанный на изучении естественных землетрясений и «искусственных землетрясений», вызываемых взрывами или ударными вибрационными воздействиями на земную кору.

Очаги землетрясений располагаются на различных глубинах от приповерхностных (около 10 км) до самых глубоких (до 700 км), прослеженных в разломных зонах по окраинам Тихого океана. Возникающие в очаге сейсмические волны как бы просвечивают Землю и дают представление о той среде, через которую они проходят. В очаге (или фокусе) возникают два главных типа волн:

1) самые быстрые продольные Р-волны (т.е. первичные - primary);

2) более медленные поперечные S -волны (т.е. вторичные - secondary). При распространении Р-волн горные породы испытывают сжатие и растяжение (смещение частиц среды вдоль направления волны). Р-волны проходят в твердых и жидких телах земных недр. Поперечные S-волны распространяются только в твердых телах, и с их распространением связаны колебания горных пород под прямым углом к направлению распространения волны. При прохождении поперечных волн упругие породы подвергаются деформации сдвига и кручения. Кроме того, выделяются поверхностные L -волны (т.е. длинные - long), которые отличаются сложными синусоидальными колебаниями вдоль или около земной поверхности. Регистрация прихода сейсмических волн производится на специальных сейсмических станциях, оборудованных записывающими приборами - сейсмографами, расположенными на разных расстояниях от очага. Такое расположение сейсмостанций позволяет судить о скорости распространения колебаний на разных глубинах, поскольку к более отдаленным станциям приходят волны, прошедшие через более глубокие слои Земли. Запись сейсмографом прихода волн называется сейсмограммой.

Реальные скорости сейсмических волн зависят от упругих свойств и плотности горных пород, через которые они проходят. Изменения скорости сейсмических волн отчетливо показывают на неоднородность и расслоенностъ Земли. О различных слоях и состоянии веществ, их слагающих, указывают преломленные и отраженные волны от их граничных поверхностей. На основании скорости распространения сейсмических волн австралийский сейсмолог К. Буллен разделил Землю на ряд зон, дал им буквенные обозначения в определенных усредненных интервалах глубин, которые используются с некоторыми уточнениями до настоящего времени. Выделяют три главные области Земли:

1. Земная кора (слой А) - верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6-7 км под глубокими частями океанов до 35-40 км под равнинными платформенными территориями континентов, до 50-70(75) км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами).

2. Мантия Земли, распространяющаяся до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия - слой В глубиной до 400 км и С - до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия - слой D до глубины 2700 с переходным слоем D - от 2700 до 2900 км.

3. Ядро Земли, подразделяемое: на внешнее ядро - слой Е в пределах глубин 2900-4980 км; переходную оболочку - слой F - от 4980 до 5120 км и внутреннее ядро - слой G до 6971 км.

По имеющимся данным выделены несколько разделов первого порядка, в которых скорость сейсмических волн резко изменяется.

Земная кора отделяется от слоя В верхней мантии достаточно резкой граничной скоростью. В 1909г. югославский сейсмолог А. Мохоровичич при изучении бал­канских землетрясений впервые установил наличие этого раздела, носящего теперь его имя и принятого за нижнюю границу земной коры. Часто эту границу сокращенно называют границей Мохо или М. Второй резкий раздел совпадает с переходом от нижней мантии к внешнему ядру, где наблюдается скачкообразное падение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с, а поперечные волны гасятся. Внезапное резкое уменьшение скорости продольных волн и исчезно­вение поперечных волн во внешнем ядре свидетельствуют о необычайном состоянии вещества, отличающемся от твердой мантии.

Эта граница названа именем Б. Гутенберга. Третий раздел совпадает (основанием слоя F и внутренним ядром Земли (слой G).

Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см 3 . Горные породы, слагающие земную кору, отличаются малой плотностью. В осадочных породах плотность около 2,4-2,5 г/см 3 , в гранитах и большинстве метаморфических пород -2,7-2,8 г/см 3 , в основных магматических породах - 2,9-3,0 г/см 3 . Средняя плотность земной коры принимается около 2,8 г/см 3 . Сопоставление средней плотности земной коры с плотностью Земли указывает на то, что во внутренних оболочках - мантии и ядре плотность должна быть значительно выше. По имеющимся данным в кровле верхней мантии, ниже границы Мохо, плотность пород составляет 3,3-3,4 г/см 3 , у нижней границы нижней мантии (глубина 2900 км) - примерно 5,5-5,7 г/см 3 , ниже границы Гутенберга (верхняя граница внешнего ядра) - 9,7-10,0 г/см 3 , затем повышается до 11,0-11,5 г/см 3 , увеличиваясь во внутреннем ядре до 12,5-13,0 г/см 3 .

Давление. Расчеты давления на различных глубинах Земли в со­ответствии с указанными плотностями выражаются следующими зна­чениями

Ускорение силы тяжести . В ряде пунктов поверхности Земли геофизическим гравиметрическим методом выполнены измерения абсолютной величины силы тяжести с помощью гравиметров. Эти исследования позволяют выявить гравиметрические аномалии - области значительного увеличения или уменьшения силы тяжести. Увеличение силы тяжести обычно связано с присутствием более плотного вещества, уменьшение указывает на меньшую плотность. Что касается ускорения силы тяжести, то его величина различна. На поверхности оно в среднем составляет 982 см/с 2 (при 983 см/с 2 - на полюсе и 978 см/с 2 - на экваторе), с глубиной сначала увеличивается, затем быстро падает. По данным В. А. Магницкого, максимальное значение ускорения силы тяжести достигает в основании нижней мантии у границы с внешним ядром 1037 см/с 2 . В пределах ядра Земли ускорение силы тяжести начинает значительно уменьшаться, доходя до 452 см/с 2 в промежуточном слое F, до 126 см/с 2 на глубине 6000 км и в центре до 0.

Магнетизм . Земля действует как гигантский магнит с силовым полем вокруг. Сведения о распределении магнитного поля Земли на ее поверхности и околоземном пространстве дают наземные, морские и аэромагнитные съемки, а также измерения, производимые на низколетящих искусственных спутниках Земли. Геомагнитное поле дипольное, магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими, т.е. истинными - северным и южным. Между магнитным и географическим полюсами образуется некоторый угол (около 11,5°), называемый магнитным склонением. Различают также магнитное наклонение, определяемое как угол между магнитными силовыми линиями и горизонтальной плоскостью. Происхождение постоянного магнитного поля Земли связывают с действием сложной системы электрических токов, возникающих при вращении Земли и сопровождающих турбулентную конвекцию (перемещение) в жидком внешнем ядре. Таким образом, Земля работает как динамомашина, в которой механическая энергия этой конвекционной системы генерирует электрические токи и связанный с ними магнетизм.

Магнитное поле Земли оказывает влияние и на ориентировку в горных породах ферромагнитных минералов, таких, как гематит, магнетит, титаномагнетит и др. Особенно это проявляется в магматических горных породах - базальтах, габбро, перидотитах и др. Ферромагнитные минералы в процессе застывания магмы принимают ориентировку существующего в это время направления магнитного поля. После того, когда горные породы полностью застывают, ориентировка ферромагнитных минералов сохраняется. Определенная ориентировка ферромагнитных минералов происходит и в осадочных породах во время осаждения железистых минеральных частиц. Намагниченность ориентированных образцов определяется как в лабораториях, так и в полевых условиях. В результате измерений устанавливается склонение и наклонение магнитного поля во время первоначального намагничивания минералов горных пород. Таким образом, и магматические, и осадочные горные породы нередко обладают стабильной намагниченностью, указывающей на направление магнитного поля в момент их формирования. В настоящее время при геологических исследованиях и поиске железорудных месторождений полезных ископаемых широко применяется магнитометрический метод.

Тепловой режим Земли определяется излучением Солнца и теплом, выделяемым внутриземными источниками. Самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но значительная часть отражается обратно в мировое пространство. Количество получаемого и отраженного Землей солнечного тепла неодинаково для различных широт. Среднегодовая температура отдельных пунктов в каждом полушарии уменьшается от экватора к полюсам. Ниже поверхности Земли влияние солнечного тепла резко снижается, в результате чего на небольшой глубине располагается пояс постоянной темпе ратуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Глубина расположения пояса постоянных температур в различных районах колеблется от первых метров до 20-30 м.

Ниже пояса постоянных температур важное значение приобретает внутренняя тепловая энергия Земли. Давно установлено, что в шахтах, рудниках, буровых скважинах происходит постоянное увеличение температуры с глубиной, связанное с тепловым потоком из внутренних частей Земли. Тепловой поток измеряется в калориях на квадратный сантиметр за секунду - мккал/см х с. По многочисленным данным, средняя величина теплового потока принимается равной 1,4-1,5 мккал/см 2 х сек. Однако исследования, проведенные как на континентах, так и в океанах, показали значительную изменчивость теплового.потока в различных структурных зонах.

По данным Е. А. Любимовой, наименьшие значения теплового потока отмечены в районе древних кристаллических щитов (Балтийском, Украинском, Канадском) и равны в среднем 0,85 мккал/см х с±10% (при колебаниях от 0,6 до 1,1). В равнинных платформенных областях тепловой поток находится в интервале 1,0-1,2 мккал/см х с и только местами на отдельных поднятиях увеличивается до 1,3-1,4 мккал/см х с. В палеозойских орогенических областях, таких, как Урал, Аппалачи, интенсивность потока поднимается до 1,5 мккал/см 2 х с.

В молодых горных сооружениях, созданных в новейшее геологическое время (таких, как Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Кордильеры и др.), тепловые потоки отличаются большим разнообразием. Так, например, в Складчатых Карпатах и прилегающих частях внутренних прогибов тепловой поток в среднем составляет 1,95 мккал/см 2 х с, а в Предкарпатском прогибе - 1,18 мккал/см 2 х с. Аналогичные изменения отмечены на Кавказе, где в зонах поднятия тепловой поток увеличива­ется до 1,6-1,8 мккал/см 2 х с, а в складчатом сооружении Большого Кавказа единичные определения дали наиболее высокие значения теплового потока - 3,0-4,0 мккал/см 2 х с. Для юго-восточного погружения Кавказа отмечены значительные колебания тепловых потоков и установлена интересная деталь увеличения их значений вблизи грязевых вулканов до 1,9-2,33 мккал/см 2 х с. Высокие тепловые потоки наблюдаются в областях современного вулканизма, составляя в сред­нем около 3,6 мккал/см -с. В рифтовой (англ, «рифт» - расселина, ущелье) системе оз. Байкал тепловой поток оценивается от 1,2 до 3,4 мккал/см 2 -с. В пределах значительных пространств ложа Мирового океана величина теплового потока находится в пределах 1,1-1,2 мккал/см 2 х с, что сопоставимо с данными по платформенным частям континентов. Высокие тепловые потоки связаны с рифтовыми долинами срединно-океанских хребтов. Средняя величина теплового потока 1,8-2 мккал/см 2 х с, но в нескольких местах увеличивается до 6,7-8,0 мккал/см 2 х с. Разнообразие приведенных величин теплового потока, по-видимому, связано с неоднородными тектономагматическими процессами в различных зонах Земли.

Каковы же источники тепла внутри Земли? Как известно, в соответствии с современными представлениями, Земля сформировалась в результате аккреции газово-пылевых частиц протопланетного облака в виде холодного тела. Следовательно, внутри Земли должны иметься источники тепла, создающие современный тепловой поток и высокую температуру в недрах Земли. Одним из источников внутренней тепловой энергии является радиогенное тепло, связанное с распадом долгоживущих радиоактивных элементов 238 U, 23 S U, 232 Th, 40 K, 87 Rb. Периоды полураспада этих изотопов соизмеримы с возрастом Земли, поэтому до сих пор они остаются важным источником тепловой энергии. В начальные этапы развития Земли могли быть поставщиками тепла и короткоживущие радиоактивные изотопы, такие, как 26 Al, 38 CI и др. Вторым источником тепловой энергии предполагается гравитационная дифференциация вещества, зарождающаяся после некоторого разогрева на уровне ядра и, возможно, в слое В верхней мантии. Но значительная часть тепла, связанная с гравитационной дифференциацией, по-видимому, рассеивалась в пространстве, особенно в начале формирования планеты. Дополнительным источником внутреннего тепла может быть приливное трение, возникающее при замедлении вращения Земли из-за приливного взаимодействия с Луной, и в меньшей степени, с Солнцем.

Температура внутри Земли . Определение температуры в оболочках Земли основывается на различных, часто косвенных данных. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин - 12 км (Кольская скважина). Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом, а глубину в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 1 С,- геотермической ступенью. Геотермический градиент и соответственно геотермическая ступень изменяются от места к месту в зависимости от геологических условий, эндогенной активности в различных районах, а также неоднородной теплопроводности горных пород. При этом, по данным Б. Гутенберга, пределы колебаний отличаются более чем в 25 раз. Приме­ром тому являются два резко различных градиента: 1) 150° на 1 км r штате Орегон (США), 2) 6° на 1 км зарегистрирован в Южной Африке. Соответственно этим геотермическим градиентам изменяется и геотермическая ступень от 6,67 м в первом случае до 167 м - во втором. Наиболее часто встречаемые колебания градиента в пределах 20-50°, а геотермической ступени - 15-45 м. Средний гео­термический градиент издавна принимался в 30°С на 1 км.

По данным В. Н. Жаркова, геотермический градиент близ поверхности Земли оценивается в 20° С на 1 км. Если исходить из этих двух значений геотермического градиента и его неизменности вглубь Земли, то на глубине 100 км должна была бы быть температура 3000 или 2000°С. Однако это расходится с фактическими данными. Именно на этих глубинах периодически зарождаются магматические очаги, из которых изливается на поверхность лава, имеющая максимальную температуру 1200-1250°С. Учитывая этот своеобразный «термометр», ряд авторов (В. А. Любимов, В. А. Магницкий) считают, что на глубине 100 км температура не может превышать 1300-1500°С. При более высоких температурах породы мантии были бы полностью расплавлены, что противоречит свободному прохождению поперечных сейсмических волн. Таким образом, средний геотермический градиент прослеживается лишь до некоторой относительно небольшой глубины от поверхности (20-30 км), а дальше он должен уменьшаться. Но даже и в этом случае в одном и том же месте изменение температуры с глубиной неравномерно. Это можно видеть на примере изменения температуры с глубиной по Кольской скважине, расположенной в пределах устойчивого кристаллического щита платформы. При заложении этой скважины рассчитывали на геотермический градиент 10 0 на 1 км и, следовательно, на проектной глубине (15 км) ожидали температуру порядка 150°С. Однако такой градиент был только до глубины 3 км, а далее он стал увеличиваться в 1,5-2,0 раза. На глубине 7 км температура была 120°С, на 10 км-180, на 12 км - 220°С. Предполагается, что на проектной глубине температура будет близка к 280°С. Вторым примером являются данные по скважине, заложенной в Северном Прикаспии, в районе более активного эндогенного режима. В ней на глубине 500 м температура оказалась равной 42,2°С, на 1500 м - 69,9, на 2000 м - 80,4, на 3000 м - 108,3°С.

Какова же температура в более глубоких зонах мантии и ядра Земли? Более или менее достоверные данные получены о температуре основания слоя В верхней мантии. По данным В. Н. Жаркова, детальные исследования фазовой диаграммы Mg2SiO4 - Fe2SiO4, позволили определить реперную температуру на глубине, соответствующей первой зоне фазовых переходов (400 км), т.е. перехода оливина в шпинель. Температура здесь в результате указанных исследований около 1600±50° С.

Вопрос о распределении температур в мантии ниже слоя В и ядре Земли еще не решен, и поэтому высказываются различные представления. Можно только предположить, что температура с глубиной увеличивается при значительном уменьшении геотермического градиента и увеличении геотермической ступени. Предполагают, что температура в ядре Земли находится в пределах 4000-5000°С.

Средний химический состав Земли. Для суждения о химическом составе Земли привлекаются данные о метеоритах, представляющих собой наиболее вероятные образцы протопланетного материала, из которого сформировались планеты земной группы и астероиды. К настоящему времени хорошо изучено много выпавших на Землю в разные времена и в разных местах метеоритов. По составу выделяют три типа метеоритов: 1) железные, состоящие главным образом из никелистого железа (90-91% Fe), с небольшой примесью фосфора и кобальта; 2) железокаменные (сидеролиты), состоящие из железа и силикатных минералов; 3) каменные, или аэролиты, состоящие главным образом из железисто-магнезиальных силикатов и включений никелистого железа.

Наибольшее распространение имеют каменные метеориты - около 92,7% всех находок, железокаменные 1,3% и железные 5,6%. Каменные метеориты подразделяют на две группы: а) хондриты с мелкими округлыми зернами - хондрами (90%); б) ахондриты, не содержащие хондр. Состав каменных метеоритов близок к ультраосновным магматическим породам. По данным М. Ботта, в них около 12% железоникелевой фазы.

На основании анализа состава различных метеоритов, а также полученных экспериментальных геохимических и геофизических данных, рядом исследователей дается современная оценка валового элементарного состава Земли, представленная в таблице.

Повышенное распространение относится к четырем важнейшим элементам - О, Fe, Si, Mg, составляющим свыше 91%. В группу менее распространенных элементов входят Ni, S, Ca, A1. Остальные элементы периодической системы Менделеева в глобальных масштабах по общему распространению имеют второстепенное значение. Если сравнить приведенные данные с составом земной коры, то отчетливо видно существенное различие, заключающееся в резком уменьшении О, Al, Si и значительном увеличении Fe, Mg и появлении в заметных количествах S и Ni.

Все геологические процессы делятся на экзогенные (внешние) в эндогенные (внутренние). Экзогенные геологические процессы происходят в результате воздействия внешних оболочек земли (гидросферы и атмосферы) на земную кору и охватывают ее поверхностные части. Они обнаруживают связь с внешними, в частности, климатическими условиями и обычно подчиняются климатической зональности. По своей направленности экзогенные процессы подразделяется на денудационные и аккумулятивные, однако между собой неразрывно связаны, как, например, связаны явления смыва, Размыва и оврагообразования с процессами накопления делювия, овражного аллювия, отложений конусов выноса и т.д. Обычно достаточно точно выделяются части территории, в одних из которых превалируют денудационные процессы и процессы, их подновляющие, тогда как в других сосредоточены главным образом процессы аккумуляции и литификации осадков. Подобное разгра ничение позволяет выделить особенности геодинамической обстановки и состояние и свойства горных пород покровной толщи изучаемой территории. Экзогенные геологические процессы возникают в результате геологической работы поверхностных вод, подземных вод и атмосферы. Одни из них обязаны своим развитием в основном поверхностным водам (явления смыва и размыва, оврагообразования и т. д.), другие - подземным водам (карст, фильтрационное разрушение горных пород), третьи - атмосфере (ветровая коррозия горных пород, процессы развевания и навевания - движущиеся пески). Некоторые экзогенные процессы возникают в результате совместных действий подземных и поверхностных вод (например, оползни) или подземных вод и атмосферы (выветривание горных пород, разнообразные виды объемных деформаций почво-грунтов). По этому принципу выделяются естественные группы экзогенных геологических процессов. Экзогенные геологические процессы поддаются с различной степенью эффективности инженерному управлению, например, путем вертикальной планировки территории, регулирования подземного и поверхностного стока, режима влажности и температурного режима горных пород. Эндогенные геологические процессы возникают под действием внутренней энергии, выделяемой землей. Из числа эндогенных Геологических процессов, определяющих в наибольшей степени геодинамическую обстановку месторождения, наибольший интерес представляют сейсмические процессы, неотектонические движения земной коры и явления геотермии. Эндогенные геологические процессы не поддаются инженерному управлению, поэтому строительство и эксплуатация горных предприятий в зонах продления этих процессов основывается на их прогнозировании и создании падежных, приспособленных к данной геодинамнческой обстановке инженерных конструкций, а также технологических схем и методов разработки полезных ископаемых. Таким образом, современные геологические процессы и горногеологические явления в совокупности определяют геодинамическую обстановку производства горных работ. Геодинамическая 0бстановка характеризуется состоянием геофизических полей, Пронизывающих геологическую среду (полей напряжений и деформаций, геотермического, гидрогеодинамического) и горногеологических явлений.

Раздел инженерной геологии, в котором рассматриваются современные геологические процессы и горно-геологические явления с позиции их влияния на условия разработки месторождений полезных ископаемых, называется инженерной геодинамикой . Основными задачами геодинамики являются: 1) изучение современных геологических процессов с целью определения их влияния на устойчивость, надежность и долговечность горнотехнических сооружений; 2) прогноз изменений геодинамической обстановки района производства горных работ; 3) обоснование защитных инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение горных работ, рациональное использование недр и охрану окружающей среды. Перечисленные задачи решаются путем детального изучения структуры массива пород и его геодинамического состояния с широким привлечением методов инженерной петрографии (грунтоведения), натурного и модельного экспериментирования и механики структурированных сред.

34 Эндогенные процессы – это геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород, сейсмическая активность. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация).

Тектонические процессы бывают медленными и быстрыми, медленные в свою очередь разделяются на радиальные или колебательные и тангенциальные.Рассмотрим каждый вид в отдельности. Медленные колебательные тектонические движения: эти движения могут быть восходящими или нисходящими. Особенностью этих движений, которая отличает их от остальных видов эндогенных процессов, является то, что они могут быть очень значительными по масштабам и продолжительности. Могут охватывать своим влиянием очень крупные территории и определять тем самым их наиболее важные инженерно-геологические условия на очень длительное время. Важной особенностью этого вида тектонических движений является также то, что они могут вызывать и способствовать развитию определенных видов экзогенных процессов, явлений. В результате этих видов движений отдельные крупные участки земной коры на протяжении многих столетий поднимаются, а другие опускаются со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год.

Инженерно-геологическое значение огромно, ведь от них зависит положение границы между морем и сушей, интенсивность размытия берегов волнами моря, то есть процессами абразии, образование крупных оползней и другие явления. Эти процессы необходимо учитывать в первую очередь при строительстве городов у моря, гидротехнических сооружений, плотин, мелиоративных сооружений. Для наблюдения за такими явлениями создаются специальные наблюдательные станции, которые используют геодезические измерения очень высокой точности. Медленные тангенциальные тектонические движения: их делят на пликативные или складкообразовательные и дизъюнктивные или разрывные. Наличие подобных дислокаций усложняет инженерно-геологические условия строительных площадок, в частности нарушается однородность грунтов в основаниях сооружений, образуются зоны дробления, снижается прочность грунтов, по трещинам разрывов периодически происходят смещения, а также циркулируют подземные воды. При крутом падении грунтов фундамент сооружения может располагаться одновременно на различных по свойствам грунтах, что нередко приводит к деформации сооружения. Также негативные последствия могут иметь расположения сооружений на линии разлома. Для строительных целей наиболее благоприятными условиями является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность, однородность состава, отсутствие разрывов, в таких случаях сооружение получает наибольшую устойчивость, так как есть предпосылки для равномерной сжимаемости пластов или их уплотнения под всем сооружением.Быстрые тектонические движения: землетрясения являются наиболее катастрофическими, они могут быть очень значительными по масштабам и по продолжительности, и определять таким образом инженерно-геологические условия крупных территорий, однако, в отличие от медленных, они происходят не постоянно, а периодически Причем они могут проявлять очень высокую активность, которая может оказывать катастрофическое влияние на инженерно-геологические условия, здания, людей, животных. Особенностью землетрясений является также то, что они могут быть вызваны не только природными процессами, но и иногда деятельностью человека, в частности различными взрывами. В инженерной геологии землетрясения оцениваются по их силе, то есть по тому воздействию, которое они оказывают на поверхность земли, на рельеф, здания, людей, животных. В России для оценки силы землетрясения принята двенадцатибальная шкала Меркалли. За землетрясениями ведут постоянное наблюдение, в том числе при помощи приборов-сейсмографов, на основании многолетних наблюдений и их статистической обработки составлены карты землетрясений, с разделениями территорий на участки по максимальной силе землетрясений, которая там когда-либо наблюдалась, в соответствии с этими картами вся земная поверхность разделена на зоны: сейсмические, асейсмические, пенесейсмические. К сейсмическим относят районы с силой землетрясения от 7 баллов и выше, асейсмические - землетрясений нет вообще, пенесейсмические - районы, в которых землетрясения бывают редко и не превышают по силе 6 баллов. Землетрясения способствуют развитию опасных экзогенных процессов, таких как: оползни, обвалы, осыпи и другие. При проведении строительных работ в сейсмических районах выполняется сейсмическое микрорайонирование. Оно заключается в корректировке баллов по сейсмической карта с учетом конкретных инженерно-геологических условий той или иной строительной площадки. Это необходимо делать потому, что баллы сейсмических карт дают только некоторые усредненные характеристики условий районы и не отражают конкретных условий локальной строительной площадки. В связи с этим, данные баллы подлежат уточнению на основе детальных инженерно-геологических исследований строительной площадки, которые необходимо производить до начала проектных работ. В результате таких уточнений происходит увеличение исходных баллов по сейсмической карте на единицу для участков, сложенных рыхлыми породами, и их уменьшение на единицу для участков, сложенных прочными скальными породами. Породы промежуточных категорий могут сохранить без изменений свою исходную балльность, такая корректировка баллов справедлива в основном для равнинных районов, для горных районов надо учитывать и другие факторы, в первую очередь такими факторами являются рельеф, склонность к оползням и обвалам.

35,37. Стало ясным, что Тектонические движения весьма разнообразны как по форме проявления, так и по глубине зарождения, а также, очевидно, по механизму и причинам возникновения. По др. принципу Тектонические движения были разделены ещё М. В. Ломоносовым на медленные (вековые) и быстрые .

Быстрые движения связаны с землетрясениями и, как правило, отличаются высокой скоростью, на несколько порядков превышающей скорость медленных движений. Смещения земной поверхности во время землетрясений составляют несколько м, иногда более 10 м. Однако такие смещения проявляются эпизодически и в сумме дают эффект, не намного превышающий эффект медленных движений.

Современные колебательные движения - это медленное воздымание или опускание отдельных блоков с разными скоростями и величиной перемещений. Наибольшее поднятие установлено на Аляске. Здесь на горе, на высоте 1500 м, обнаружены раковины современных моллюсков. Изучение таких движений проводится с помощью повторного нивелирования по одним и тем же профилям. Это дает возможность определить скорость движения данного участка.Современные движения земной коры по виду и темпу подразделяют на несколько типов: медленные или вековые движения отдельных участков земной коры, развивающиеся на протяжении, по крайней мере нескольких столетий; сейсмические колебания - толчки различной силы и длительности, особенно интенсивные и частые в орогенических областях, но охватывающие и области платформ; периодические колебания, связанные с гравитационным воздействием окружающих Землю космических тел, прежде всего Луны и Солнца (Лунно-Солнечные приливы); сложные колебания поверхности Земли, связанные с сезонными изменениями метеорологических условий. Поля тектонических напряжений в настоящее время связывают с первым из указанных типов движений.

Современные медленные движения земной коры имеют вертикальные и горизонтальные составляющие, скорости которых различны и зависят, главным образом, от тектонического типа региона, строения и местоположения участка земной коры. Данные непосредственных измерений и наблюдений в нашей стране и за рубежом свидетельствуют о приуроченности высоких горизонтальных напряжений к зонам тектонических поднятий земной коры, причём уровень горизонтальных напряжений тем выше, чем выше скорость поднятий. Поскольку районам поднимающихся блоков литосферы свойственна повышенная сейсмичность, между степенью тектонической напряжённости и сейсмичностью существует тесная связь. Медленные движения земной коры, направленные вниз, неизбежно должны сменяться движениями вверх, и наоборот. Они охватывают всю земную кору. Такие радиальные движения находят подтверждение во многих геологических явлениях. Медленные тангенциальные движения земной коры распространены не менее широко, и их существование тоже не вызывает сомнений.

36. Складчатые и разрывные дислокации пластов. Земная кора обладает различной подвижностью. На поверхности Земли постоянно возникают горные системы и океанические впадины. Осадочные породы первоначально залегают горизонтально. Тектонические движения (сейсмические явления, землетрясения, вулканизм) выводят пласты из горизонтального положения, нарушают первичную форму залегания. Эти нарушения получили название дислокации (или вторичные формы залегания). Дислокации в зависимости от вида тектонических движений разделяют на складчатые (не разрывные) и разрывные. Складчатые дислокации формируются без разрыва сплошности слоев. К ним относятся моноклиналь, складка и антиклиналь.

Моноклиналь – наиболее простая форма связанных тектонических нарушений в слоистых горных породах, связанная с наклонным залеганием слоев, которые однообразно падают в одном направлении (от 5 и более градусов).

Флексура – моноклинальное и горизонтальное залегание слоев нарушается коленообразным изгибом, обусловленным возведением на породы тангенциальных тектонических сил.

Складки – тектонические нарушения представляют собой волнообразные изгибы слоев горных пород, среди которых выделяют выпуклые (антиклинали – замок расположен вверху, крылья – внизу) и вогнутые (синклинали – замок расположен внизу. А крылья – вверху). Разрывные дислокации образуются в результате интенсивных тектонических движений, сопровождающиеся разрывом сплошности пород и смещением слоев относительно друг друга. Амплитуда смещения может быть от нескольких сантиметров до километров при ширине трещин до нескольких метров. К разрывным дислокациям относятся сбросы, взбросы, грабены, горсты, сдвиги и надвиги.

Сбросы – разрывные нарушения, когда подвижная часть земной коры опустилась вниз по отношению к неподвижной.

Взброс – разрывное нарушение, когда подвижная часть земной коры поднялась в результате тектонического движения по отношению к неподвижной.

Грабен – когда подвижный участок земной коры опустился по отношению к двум неподвижным участкам в результате тектонического движения.

Горст – обратное грабену движение. Сдвиг – представляет собой разрывное нарушение, в котором происходит горизонтальное смещение горных пород по простиранию.

Надвиг – обратное сдвигу перемещение.

С инженерно-геологической точки зрения наиболее благоприятными местами строительства являются горизонтальное залегание горных пород, где присутствует большая их мощность, однородность состава. Фундаменты зданий и сооружений располагаются в однородной грунтовой среде, при этом создается равномерная сжимаемость слоев под весом сооружения и создается наибольшая их устойчивость. Наличие дислокации резко изменяет и усложняет инженерно-геологические условия строительства – нарушается однородность грунтов основания фундамента сооружений, образуются зоны дробления (разрывы), снижается прочность пород, по трещинам разрывов происходят смещения, нарушается режим подземных вод. Это вызывает неравномерную сжимаемость грунтов и деформацию самого сооружения вследствие неравномерной осадки различных его частей.

38. Суть и инженерно-геологические основы микросейсмического районирования Сейсмические (от греч. «сейсмос» - колебание) процессы возникают в результате разрядки внутренних напряжений Земли. Они относятся к категории наиболее опасных геологических процессов. На поверхности земной коры сейсмические процессы проявляются в виде землетрясений (на суше) и моретрясений (на дне океанов). Землетрясения – внезапные подземные толчки и быстрые упругие колебания земной поверхности. По происхождению различают землетрясения вулканические, связанные с извержением вулканов, денудационные (обвальные и провальные), техногенные, возникающие в результате подземных взрывов и других видов деятельности человека. Однако наиболее распространенными и разрушительными являются тектонические (95% всех землетрясений в мире), связанные с внутренней энергией Земли. Наука, которая всесторонне изучает землетрясения, называется сейсмологией. Основной объем наблюдений выполняется на сейсмических станциях, оснащенных весьма чувствительными приборами для записи колебаний грунта – сейсмографами. Землетрясения исключительно опасны не только прямым воздействием, но негативными последствиями в виде оползней, обвалов, снежных лавин, селей, цунами и других неблагоприятных процессов. Сейсмическое микрорайонирование основано на уточнении (корректировка на 1 – 2 балла) данных ОСР (общего сейсмического районирования) на конкретных застраиваемых территорий. Корректировка балльности производится в зависимости от грунтовых, геоморфологических и тектонических условий участка предполагаемого строительства. Повышают на 1 – 2 балльность при строительстве на участках с сильно расчлененным рельефом, на берегах рек и склонах оврагов, в местах развития опасных геологических процессов (карста, оползней и др.) при высоком залегании уровня грунтовых вод. Карст (нем. Karst) (карстовые явления) , явления связанные с растворением природными водами горных пород (гипса, каменной соли и др.). Карст характеризуется комплексом подземных (пещеры, полости, ходы, естественные колодцы) и поверхностных (воронки и др.)форм рельефа, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети и озер. Крайне опасны участки вблизи тектонических разрывов. Повышают балльность и при строительстве на рыхлых песках и водонасыщенных глинистых грунтах. Наиболее благоприятные грунты при строительстве в сейсмических районах – прочные скальные, крупнообломочные с небольшим содержанием песчано – глинистого заполнителя и многолетнемерзлые в твердомерзлом состоянии. На строительных площадках, сложенных этими грунтами, балльность снижают на 1 балл в сравнении с балльностью, указанной на сейсмических картах. В равнинных и холмистых районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, сейсмичность площадки строительствауточняют с помощью таблицы № 1. (СНиП 11 – 7 – 81*, изд. 2000г.)

39. Выветривание - процесс разрушения и химического изменения горных пород вследствие перепадов температуры, химического и механического воздействия атмосферы, воды и живых организмов. Это совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры. Происходит за счет действия различных факторов - влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и живых организмов на горные породы. Если горные породы длительное время находятся вблизи от поверхности или непосредственно на поверхности Земли, то в результате их преобразований образуется кора выветривания. В процессе выветривания различные промежуточные и конечные продукты разложения могут растворяться и выноситься приповерхностными водами. Их миграция осуществляется в виде взвесей, коллоидных и истинных растворов. Механическое выветривание . При механическом выветривании, раздробление пород происходит вследствие тектонических процессов, деятельности воды, льда, ветра под влиянием силы тяжести и других причин.

Химическое выветривание связано с тем, что многие минералы, оказавшись у поверхности Земли, вступают в различные химические реакции. Объем их при этом увеличивается, и горная порода разрушается. Основными факторами этого типа выветривания являются атмо­сферная и грунтовая вода, свободные кислород и угле­кислота, растворенные в воде органические и некоторые минераль­ные кислоты. К процессам химического выветривания относятся окисление, гидратация, растворение и гидролиз. Химическое разложение протекает одновременно с механиче­ским раздроблением.

Физическое (морозное) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород. Особенно активно физическое выветривание в районах с континентальным климатом, где отмечается существенная разница суточных и сезонных температур. Биологическое выветривание производят живые организмы (бактерии, грибки, вирусы, роющие животные, низшие и высшие растения и т.д.)

• установление возраста, строения, мощности и состава коры выветривания выделение в ней ослабленных зон;
• оценка скорости выветривания разных пород в различных условиях];
• оценка выветрелости пород на разных участках и в частях разреза коры выветривания

Выветривание , более активное в свежеобнаженных горных породах, сократит срок длительной устой­чивости их в откосах каналов и карьеров, в выемках железных шос­сейных дорог, в стенках подземных горных выработок. Это обстоятельство обязывает при инженерно-геологических изыс­каниях изучать все геологические процессы, происходящие на иссле­дуемой территории, независимо от того, катастрофический или нека­тастрофический характер развития они имеют.

40. В процессе фильтр вода соверш разрушит рабо­ту. Из пород вымыв составляющ их частицы. Это сопро­вож оседанием поверхн земли, образован провалов, воронок и т. д.. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, назыв суффозией (от лат. подкапывание). Явлен, связан с выщелачив-ем горн пород (известня­ков, доломитов, гипса и т. д.) и образов при этом пустот (ка­налов, пещер и др.), сопровож-ся различ провалами земной поверхн, получ названкарстовый процесс или карст . Для карстового процесса главн явл раствор пород и вынос из них вещ-в в растворен­ виде. Оч важным услов развит карста явл степень во­допрониц пород. Чем более водопрониц порода, тем интенсив развив процесс растворен. Наил услов в этом отношен создаются в трещинов породах, особенно при налич трещин шир не менее 1 мм, так как это обеспеч свобод циркуляц воды. Суффозия и карст отриц сказыв на устойчив зданий и сооруж, что вынуждает активно бороться с ней. При этом использ следующ способы: 1. Прорезка фундам-и зданий слоя суффозионного гр. 2. Прекращ фильтр воды в суффозион слое различ способами (дрениров длля осуш пород, их водозащитой или гидроизоляц и др.) 3. Упрочнение ослаблен суффозией гр их цементацией, силикатизацией, уплотнением, глинезацией и др. 4. Примен особых видов фунд-в, напр свайных или отсыпка грунтовых подушек из песка и др. Выбор того или иного приема строительства завис от геологич строения площадки, типа и вида гр оснований, конструкц объекта и технич возможност строит организ. Обвалы. Это резкое обруш кр масс гор пород с их опрокидыв и дроблен. Обвалы возник на крутых склонах (более 45-50 град) и обрывах ест. форм рельефа (склоны речных долин, ущелья, побережья морей), а также в строител котлованах, траншеях, карьерах. При кр обвалах, как это бывает в горах, масса обломков устремл вниз по склону, увлекая за собой попутный рых материал, падает в долины, разруш здания, дороги, засып русла рек. Наиб. часто обвалы быв связ с трещинов пород, избыточ увлажнен пород, землетряс и др. В бол случ обвалы проявл в периоды дождей, таяния снега, весенних оттепелей. На участках, где возмож кр обвалы, строит провод опасно. Борьба с мал обвалами обыч сводит к предупрежд их возникнов. Одним из наибол распространен способов, как и в случ с лавинами, явл искусствен обрушен склонов при помощи взрывов небольш мощн или путем забивки клиньев в трещ обвалоопасн породы. Способ «клинования» более предпочтит т. к. он безопаснее взрывного, ибо неверно расчит по силе взрыв может сам вызвать кр обвал. Оползни. Это скользящ смещ гор пород на склонах под действ гравитации и при участии поверхност или подземн вод. Они разруш здания и сооруж на самих склонах и ниже их. Борьба с оползнями во многих случ явл чрезвыч сложной, дорогостоящ и зачастую не эффек. Противооползнев мероприят подразд на 2 вида: 1. Активные, способ воздейств на основн прич оползня путем полного пересеч или некот ослаблен ее действ, в частности, снятие перенапряж грунтов толщи за счет разгрузки любого вида. 2. Пассивные, направлен на закреплен гр люб способами. Осыпи. На крутых склонах, особенно в гор районах, где развиты скал породы, активно действ процессы физич выветрив. породы растрескив и обломки скатыв вниз по склонам до места, где склон выпокаживается. Этот процесс назыв осыпанием. Мощность осыпей у подножья склонов различ и колебл от нескольк м до десятков м. Осыпи значит ослож строит. Обломоч материал засып сооруж, полезн площадки. С небольш щебен. осыпями борьба вед довольно простыми сп-ми, кот свод к уборке той части обломоч материала, кот располож выше сооруж по склону. Этот сп-б достаточно трудоемок. Из инж-х сооруж для борьбы с осыпями примен соскальзывающ осыпи, устраив галереи и тоннели для дорог. На особо опасных участках организ службу наблюден.

41 . В районах вечной мерзлоты наблюд ряд явлен, связан­ с резкими изменен t воздуха и гор пород. Их назыв морозн явлен. К ним от­носят пучение, образование наледей, термокарста, солифлюкцион процессы, марей и т. д. Пучением назыв увелич объема глин и пылеватых пород, а иногда и мелких песков при промерзан деятельного слоя. Это выраж в поднятии поверхн земли. При неравномер­ поднятии возник небольш бугры. Пучение явл след­ств появлен в породах кристаллов, линз и прослоев льда за счет имеющейся в них воды или вследств притяг влаги к промерзающ участкам со стороны грунтов вод или из сильно увлажнен пород. Процесс пучения может протек в течение одной зимы (сезон­ное пучение) или ряда лет (многолетнее пучение). Сезон пучение связ с породами деятельн слоя, а многолетн, кроме того, со слоями, залегающ ниже зоны сезон промерзания. Все виды пучения могут быть прич поврежд сооруже­н. Деформац зданий проявл как в период пучения гр, так и при их оттаивании, всл-ие неравномер осадки. В процессе пучения часто возник кр бугры пучения. Их формиров протек ряд лет и объясн 2 прич: 1. промерзанием надмерзлотной воды и образов значител кол-ва льда в деятел слое. 2. напором воды и грунтов массы, кот подним снизу и вспучив верх­ние мерзлые пласты пород. Бугры, образовав за счет внедр воды, назыв гидролакколитами. Такие многолет бугры пучения по высоте мог достиг де­сятков м. После протаивания льдистого ядра на месте бугров образ западины, озера. Поднимающ бугры пучения вызы­в значител разруш сооруж, располож на их поверхн. Наледи . В зимн время по мере промерз деятел слоя уменьш сечен талого слоя. Это привод к возникнов напора воды и появлен трещ в мерзлых породах, ч/з кот вода выбрасыв на поверхн, где и замер. За счет притока воды из глубины кол-во льда может длител время нарастать: это грунтов наледи. Кроме того, при глуб промерз рек образ реч наледи. Вода вылив ч/з трещ и растек по поверх льда, реки и прибреж уч-в, образуя мощ пласты слоист льда. Для строит наибол опасны грунтов наледи. Вода мо­жет проник в подвалы зданий, подзем каналы и при замерз разруш их. Наледи наруш нормал эксплуат транспорт коммуникаций. Термокарст . Это процесс вытаивания подземн льда в резул измен температурного режима, например при потеплен климата. В резуль образ полости, возник осадки по­верхн и даже провальные формы рельефа. На склонах возник оплывины, особен в подошве мерзлых пород вследств их оттаивания в теплое время года. Оттаявший грунт медлен течет по кровле мерзлого слоя под действ силы тяжести, создавая потоки, сплывы, террасовидные уступы и т. д. Это явлен назыв солифлюкцией. Основ прич этого процесса это переход пород в текучую консистенцию вследств переувлажнен при оттаивании. Движ талых, водонасыщ масс гр при уклоне 2-5° имеет хар-р вязкого течен, захватывающ больш площади скло­нов, но на небольш глуб 0,2-0,5 м. При уклонах поверх­ности 7-10° уже образ сплывы, близкие по хар-ру к оползням. Часто смещения происход по небольш ложбинам, образуя так называемые земляные потоки. Солифлюкционные про­цессы способствуют развитию осыпей, курумов и т. п. Мари представ собой заболочен низинные уч, воз­никающ при оттаивании верхнего слоя мерзлой породы. В основании марей леж мерзлый гр. На этих болотах разви­в кочки, медлен нараст слой мало разложивш торфа. При проектиров на вечномерзлых породах рекоменд предусматрив возможность строит-ва по следующ вари­антам: 1. Без учета вечномерзлого состоян грунтов, т. е. строить как на талых породах (скальные и полускальные породы без кр включ льда и др пород, кот при оттаивании не дают осадки). 2. С сохранен вечномерзлого состоян гр в течение всего периода эксплуат сооружен (строят неотаплив помещ, либо приним меры, исключающ поступлен теп­ла в мерзлый грунт); метод целесообразен при сильно льдистых породах, дающих при оттаивании недопустимо большую осадку. 3. С допущ оттаивания мерзл гр при строител и эксплуат сооруж, конструк кот приспособ к восприят значит и неравномерн осадков (обломоч породы, не выдавливающ из-под фундаментов). 4. С предпостроечным оттаиванием и упрочнен гр еще до возвед фундамен. Этот м-д наиб целесообразен при налич сыпуче-мерзлых пород со значител включен льда, а также на уч с несплошным распростр мерзлых пород. Для уплотнен и отвода воды из оттаявшего гр примен трамбование, дренажи, электросушение и т. д. От пучения гр примен общее осуш территор, уве­лич нагрузки на фундамент, противопучинные обратные засып­ки, например, галькой, отделенной от гр в стенках котлована дощатыми огражден, электрохимич обработк гр введен в него хлористого кальция и т. д. От наледей успешно примен мерзлотные пояса в виде канав глубин в 3/4 мощн деятел слоя. Породы под откосами и дном канав промерз и созд препятств для движ грун­товых вод. Наледи при этом могут возник лишь за пределами защища сооруж. Против речных наледей вдоль берега отсып земляные валы. Несм на приним меры, здания и сооруж в облас­ти вечной мерзлоты нередко получ деформации. Прич де­формаций-неравномерные осадки всл-вие оттаивания гр и реже пучение. Только тщат выполн всех видов изыскательских, проектн и строител работ, а также правил эксплуат зданий и сооружен могут обеспеч им необ­ходим устойчив и длител существов без каких-либо существен деформаций.

42. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ - процессы, возникающие в природной обстановке под воздействием строительства и эксплуатации различных инженерных сооружений. К типичным И.-т. я. относятся: 1) при поверхностном строительстве (дорож ное, аэродромное и др.) - деформация дорожного полотка во время замерзания и оттаивания (дорожные пучины, образование колеи); 2) при глубоком (более 2 м) промышленном, гражданском, гидротехническом, железнодорожном строительстве - сжатие пород (осадки, проса.ч ка), деформация откосов (осыпи, оползни, обвалы), изменение режима грунтовых вод, выщелачивание пород; 3) при глубинном строительстве (десятки - сотня метров от поверхности земли) - проходке туннелей метро, разработке полезных ископаемых - горное давление, стреляние, запучивание выработок, сдвижение дневной поверхности, изменение режима подземных вод с прорывом их в выработки, газовыделение и т. д.).

Процессы, возникшие в результате деятельности человека, получили название инженерно-геологических (антропогенных) процессов - процессы и явления понимаются процессы и явления, возникшие в результате взаимодействия инженерных сооружений с геологической средой.Совокупность геологических и инженерно-геологических процессов и порождаемых ими явлений характеризует геодинамическую обстановку . Этот термин может быть применен в любой территории независимо от се размеров: к целому региону, имеющему народнохозяйственное значение, к району строительства крупного сооружения или непосредственно к самой строительной площадке. Инженерно-геологические процессы, так же как и геологические процессы, могут стать опасными и угрожать сохранности сооружений, если они не были своевременно учтены или если их прогноз выл дан неправильно. Для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможного развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений.

45. Регион инж геол – раздел ИГ, кот заним изуч инжен-геол усл крупной территор, закономерности их формирования и распространения, а также прогноза изменений под влиянием прир биологических и инженер-геол условий. Главной задачей является прогноз изменений инженерно-геологических условий на длительный период, а также районирование территорий с одинаковыми инженерными условиями. Инженерно-геологические условия являются одинаковыми для тех территорий, которые имеют одну и ту же или близкую историю развития и строения и находятся в одних и тех же районах и климатических зонах. Региональная инженерная геология изучает закономерности формирования и распространения инженерно-геологических условий. Под инженерно-геологическими условиями территории обычно понимается совокупность геологических факторов, определяющих характер инженерно-­хозяйственного освоения территории. К ним относятся: геологическое строение (и горные породы), рельеф, гидрогеологические условия, геологические и инженерно-геологические процессы. Инженерно-геологиче­ские процессы возникают в результате деятельности человека, и поэто­му в настоящее время инженерно-геологичес­кие условия формируются не только под влиянием процессов, происхо­дящих в природе, но и в результате инженерной и хозяйственной дея­тельности человека. Сейчас уже можно говорить о взаимосвязи между инженерно-геологическими условиями и деятельностью человека. От ин­женерно-геологических условий во многом зависит инженерная и хозяй­ственная деятельность человека, а она, в свою очередь, может приве­сти к изменению инженерно-геологических условий. Такая постановка вопроса помогает лучше понять всю значимость вопросов, которыми за­нимается региональная инженерная геология. Из нее также вытекает, что одной из главных задач инженерной геологии является прогноз из­менения инженерно-геологических условий территории под влиянием деятельности человека. Инженерно-геологические условия оказываются одинаковыми на тех территориях, которые имеют одну и ту же или близкую историю геологического развития и находятся в одних и тех же природно-климатических зонах. Если сравниваемые территории имеют разную историю геологического развития или расположены в различных природно-климатических зонах, то их инженерно-геологические условия не могут быть одинаковыми, они будут разными. Отсюда следует, что понять современные инженерно-геологические условия можно только при изучении истории геологического развития интересующей нас территории, особенно в новейшее время. Региональная инженерная геология при изучении территорий должна опираться на историческую геологию. В частности, при анализе истории геологического развития территории необходимо уделять большое внимание вопросам тектоники, палеогидрогеологии, изменениям, которые происходили в новейшее время вплоть до голоцена.

В том случае, если на интересующую территорию имеются карты необходимого масштаба – геологическая, гидрогеологическая, геоморфологическая и др., а история геологического развития территории хорошо изучена, то стоящие перед региональной инженерной геологией задачи значительно облегчаются. В этом случае необходимо объединить имеющиеся сведения общегеологического характера с теми специальными сведениями, которые были получены для данной территории в двух других разделах инженерной геологии – в грунтоведении и инженерной геодинамике. Иначе говоря, в этом случае инженерно-геологические особенности и свойства горных пород, развитых на интересующей нас территории, и действующей на ней геологические процессы должны быть рассмотрены в зависимости от геологического строения рельефа, гидрогеологических и ландшафтно-климатических условий. Причем все это рассмотрение должно быть проведено в историческом плане, когда одновременно учитываются тектоника и палеоклимат, процессы денудации и аккумуляции и т.д.

Более сложные задачи возникают перед региональной инженерной геологией, когда инженерно-геологическому изучению подлежат недостаточно изученные территории, для которых отсутствуют геологические и другие карты необходимого масштаба. В этом случае инженерам геологам самим приходится проводить дополнительное геологическое изучение территории наряду с изучением своих специальных вопросов.

46. Инженерно-геологическое районирование территории проводится по комплексу геологических факторов (рельеф, строение и свойства горных пород, гидрогеологические условия, развитие современных геодинамических процессов и т.д.). На картах инженерно-геологического районирования выделяются участки по степени их пригодности для хозяйственного освоения, по устойчивости к воздействию опасных природных явлений. Такое ранжирование территорий позволяет обеспечить высокое качество и надежность создаваемых объектов, а также их оптимальное инвестирование. Глубина, до которой характеризуется поверхностная часть земной коры при инженерно-геологическом изучении, определяется глубиной проникновения в земную кору человека. В настоящее время увеличивается глубина заложения фундаментов, строительства тоннелей, карьеров при разработке полезных ископаемых, глубина шахт и других сооружений и, следовательно, увеличивается глубина региональных инженерно-геологических исследований. Можно сказать, что глубина региональных инженерно-геологических исследований определяется тем, что мы понимаем под геологической средой. При этом, конечно, исходя из того, для решения каких практических задач эти исследования проводятся. Но во всех случаях обязательно надо учитывать перспективу дальнейшего использования данной территории.

При инженерно-геологическом изучении территории помимо ранее перечисленных факторов, которые обычно называют региональными, изучают также зональные инженерно-геологические факторы. Под зональными инженерно-геологическими факторами понимают те законо­мерности развития геологических процессов и изменений состояния горных пород, залегающих в поверхностной части земной коры, которые связаны с климатом, и в первую очередь с тепло- и влагообменом поверхности изучаемой территории. Этим в основном обусловливается не только состояние пород в современной коре выветривания, но и глуби­на залегания и состав грунтовых вод, их фазовое состояние. Для учета зональных инженерно-геологических факторов необходимо знать исто­рию (развития территории в антропогене и ее современное состояние).

При инженерно-геологических исследованиях конкретных территорий является обязательные изучение как региональных факторов, яв­ляющихся ведущими, так как они определяют основные, главные инженерно-геологические особенности территории, которые создаются на протяжении всей истории ее геологического развития, так и зональных фак­торов.

При оценке какого-либо региона в связи с его народнохозяйствен­ным освоением геолог, работающий (в области инженерной геологии, должен заранее с какими геологическими процессами столкнутся на его территории строители и другие специалисты и какие изменения в характере геологических процессов будут происходить при освоении данного региона в намеченном направлении.

При разработке проектов отдельных, как правило, крупных инже­нерных сооружении возникают более конкретные задачи, которые па своей сложности не уступают первой: надо дать прогноз неблагоприят­ного воздействия на проектируемый объект геологических процессов, развитых в районе. При этом прогноз должен даваться во времени и в пространстве и предусматривать возможную интенсивность сущест­вующих и вновь возникших геологических процессов.

Лишь при наличии такого прогноза и уче­та инженерно-геологических особенностей грунтов возможны правиль­ное рациональное проектирование сооружений, их сохранность и нор­мальная эксплуатация, безопасность людей.

Экзогенными называют те процессы, которые происходят под воздействием внешних сил. Как правило, они представляют опасность сооружениям или людям, поэтому их в часто называют опасными геологическими процессами . Понятно, что опасными бывают и эндогенные процессы, но к сфере инженерной геологии они уже не относятся.

Чаще всего (в средней полосе РФ) встречаются: морозное пучение, неравномерные осадки, суффозия, карст, оползни, подтопление, заболачивание.

Одна из важнейших задач изысканий - обнаружить их и изучить.

Морозное пучение характерно для глинистых грунтов. Физически связанная вода, которая почти всегда в них присутствует, замерзая, увеличивает объем породы. Грунт примерзает к конструкции (например, к фундаментному блоку) и выдавливает ее.

Чтобы этого не происходило, фундаменты заглубляют ниже глубины сезонного промерзания и используют песчаную подушку . Песок прекрасно фильтрует воду и данному процессу не подвержен.

Неравномерные осадки возникают в случае разной несущей способности грунтов . Под одной частью здания осадки происходят медленнее и слабее, чем под другой. Это следствие неграмотных изысканий и расчетов. Возможность развития такого процесса определяется при изысканиях, далее в проекте фундамент рассчитывается так, чтобы осадки везде (особенно по углам) были одинаковы.

Устранять последствия неравномерных осадок дорого. Обычно производится закачка бетона под оседающие части.

Суффозия - это процесс переноса частиц грунта подземными водами. Характерно для разнозернистых песков при наличии вертикального потока подземных вод. Часто суффозия связана с карстом. Бороться с ней достаточно сложно и дорого. Если на вашем участке есть проявления суффозии или карста (поноры, воронки), лучше отказаться от строительства. Дешевле будет.

Карст - процесс растворения пород (выщелачивание). В Центральном районе наиболее распространен карбонатный тип (растворяются известняки и доломиты), встречается гипсовый. Карбонатный карст развивается очень медленно. Если есть карстовые формы, то опасность представляет не сам карст, а суффозия, которая с ним связана. Гипсовый карст динамичен (растворимость гипса весьма высока), если есть условия для его развития, то лучше со строительством не связываться.

Оползневые процессы встречаются часто и приурочены к склонам крутизной от 3 градусов. Насчитывается около 10 типов оползней, есть множество классификаций. От некоторых можно защититься легко, с некоторыми справиться почти нереально. Если Вы строите на склоне, не пожалейте денег - проконсультируйтесь со специалистами . Ошибки в случае с оползнями могут очень дорого обойтись.

Изучение оползней, если коротко, сводится к определению типа, глубины захвата, активности, размеров, геологического разреза и физико-механических свойств грунтов. Далее - выполнение расчетов устойчивости. Расчеты требуется проводить несколькими методами (обычно тремя и более), но для них надо выполнять некоторые нестандартные исследования грунтов. Правильно определенные свойства грунтов - основа расчетов устойчивости. Иногда выполняется математическое моделирование (в конечных элементах), но это дороже и не всегда оправданно. Итог - проектирование противооползневых мероприятий. Это может быть перепланировка склона, подпорная стенка, сваи и т.д. Если склон еще не ползет, но есть такая вероятность, лучше перестраховаться и сделать расчет. Тогда есть шанс обойтись превентивными мерами (например, выположить склон).

Просадочность - способность лессовых и других пылеватых грунтов к дополнительным деформациям уменьшения объема при увлажнении.

Эрозионные процессы - смыв и размыв грунтов потоками поверхностых вод. Различают несколько видов эрозии: боковую, водную, донную, избирательную, линейную, проскостную и регрессивную. Отдельно можно выделить ветровую эрозию (эоловый процесс) - снос и передвижение песчаных частиц под воздействием силы ветра, сопровождаемый сортировкой материала.

Подтопление - процесс подъема уровня подземных вод до некоторого критического уровня. В зависимости от категории земель глубина до уровня подземных вод может различаться, чтобы считать участок подтопленным (от 0.6 м для пашни до 4 м для города). Обычный метод борьбы - дренаж.

Заболачивание - процесс образования болота. Заболоченной считается территория, где мощность торфа составляет 30 см и более. Если на участке залегает торф, лучше от него отказаться.

Главная -->Инженерные изыскания -->Опасные геологические процессы

Физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления

Инженерная геодинамика и ее задачи

Геологическими процессами и явлениями – называют процессы, возникающие в земной коре под действием естественных факторов, и порождающие явления изменяющие природную обстановку и окружающую среду.

Процессы, связанные с производственной и строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими.

Инженерная геодинамика изучает геологические и инженерно-геологические процессы и явления с целью их количественного прогноза, установления интенсивности их развития, выявления степени угрозы окружающим территориям или возводимым сооружениям.

Инженерная геодинамика занимается вопросами охраны и использования геологической среды, как неотъемлемой части внешней среды.

п.п.

Процессы и определяющие факторы

Виды явлений

Действие климатических факторов: выветривание, мерзлотные процессы

Выветривание, криогенные и пост криогенные явления

Деятельность ветра (эоловые пр-сы)

Развевание, навевание

Деятельность поверхностных вод

Струйчатая эрозия, оврагообразование, геологическая деятельность рек, абразия, сели

Деятельность подземных вод

Суффозия, плывуны

Деятельность поверхностных и подземных вод

Карст, просадки

Действие силы тяжести на склонах (склоновые или гравитационные процессы)

Оползни, обвалы, осыпи, курумы, лавины.

Проявление внутренней энергии Земли

Сейсмические явления, вулканизм.

Действие производственной и строительной деятельности человека

Деформация основания сооружений, сдвижение горных работ при подземных работах, оседание земной поверхности при эксплуатации полезных ископаемых, усиление сейсмической активности в связи с устройством водохранилищ.

1. 1. Процессы, связанные с деятельностью факторов выветривания

Выветриванием называется процесс непрерывного изменения и разрушения горных пород под действием ряда внешних факторов. Процесс выветривания начинается с поверхности и распространяется на глубину, постепенно изменяя материнскую породу. В результате процессов выветривания образуется кора выветривания или элювий, которая разделяется на (снизу вверх): монолитную, глыбовую, мелкообломочную зоны и зону тонкого дробления.

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении пород, которое приводит к изменению их гранулометрического состава и образованию обломочных грунтов.

Химическое выветривание проявляется в изменении химического состава горных пород в результате растворения, окисления, гидратации и дегидратации минералов, входящих в состав горной породы.

Биологическое выветривание – разрушение пород в процессе жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.

Наиболее интенсивно химическое и биологическое выветривание проявляется в теплом влажном климате, тогда как физическое выветривание преобладает в засушливом с резкой сменой дневных и ночных температур.

Мероприятия по борьбе с выветриванием: съем элювия, покрывающего чехлом склон и грозящего обвалами, оползнями, недобор грунтов до проектной отметки в случае, если эти грунты подвержены быстрому выветриванию.

Контрольные вопросы:

Какие процессы и явления называются геологическими, а какие – инженерно-геологическими? Что такое процесс и явление?

Что такое определяющий фактор и на какие виды делятся геологические процессы в зависимости от этого фактора?

Охарактеризуйте виды выветривания и строение выветрелой зоны.

1. Эоловые процессы

Геологическая роль ветра определяется его энергией и заключается в двух процессах: разрушительном (скальных пород) и переносном (дефляции рыхлых отложений).

Данные процессы приводят к выбиванию частиц породы из массива скальных пород и переносу большого количества мелкообломочного материала в пониженные части рельефа, что формирует пустынные ландшафт.

Формы эоловы отложений:

Барханы – это песчаные холмы, которые медленно перемещаются в направлении ветра (скорость 30 м/год).

Дюны – песчаные грядообразные, вытянутые вдоль побережья холмы, движущиеся внутрь материка.

Грядовые пески – представляют собой вытянутые в форме гряд или валов отложения эоловых песков в районах полупустынь.

Бугристые пески – это более низкие, чем грядовые, холмообразные образования с пологими склонами, покрытые растительностью.

Мероприятия по борьбе с эоловыми процессами

Угроза заключается в том, что при движении барханов или дюн премещаются громадные массы песка, которые засыпают дороги, ирригационные каналы и сооружения, населенные пункты.

Строительство и эксплуатация требуют постоянной борьбы с движущимися песками.

Для этой цели применяются следующие мероприятия:

Устройство щитовых ограждений вдоль дорог и каналов для задержки движения песков;

Закрепление песков различного вида эмульсиями и растворами;

Фитомелиорация – посадка растений, создание лесополос, посев трав и пр.

Контрольные вопросы:

Перечислите виды ветровой деятельности и районы ее проявления в РК.

Назовите формы эоловых отложений.

Назовите мероприятия по борьбе с эоловыми процессами.

1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных вод

Здесь рассматриваются следующие процессы: речная эрозия, морская (озерная) абразия, оврагообразование, сели.

Речная эрозия

Эрозионная деятельность реки осуществляется различными несколькими способами:

при помощи переносимых речным потоком осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал;

за счёт растворения пород ложа (важную роль в этом играют растворённые в воде органические кислоты);

за счёт гидравлического воздействия воды на рыхлый материал ложа (вымывание рыхлых частиц);

дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода, темроэрозионные процессы и др.

Эрозия может быть направлена на углубление дна долины – донная (или глубинная) эрозия, или на размыв берегов и расширение долины – боковая эрозия. Эти два вида эрозии действуют совместно.

Развитие глубинной (а) и боковой (б) эрозии

Интенсивность глубинной эрозии определяется в первую очередь уклоном русла (и, соответственно, энергией потока). При преобладании глубинной эрозии формируются глубокие врезы с крутыми берегами и V-образным сечением речной долины, пойма развита фрагментарно (на островах и небольших участках у выпуклых берегов излучин). В рельефе такие участки нередко представлены глубокими каньонами.

Интенсивность боковой эрозии зависит от угла подхода стрежени потока к берегу. Стрежень - линия, соединяющая точки наибольших скоростей на поверхности воды. На прямых участках стрежень обычно располагается близ середины водотока, в таких условиях боковая эрозия не проявляется. На извилистых участках происходит отклонение стрежени к одному из берегов, что приводит к сжатию потока и его «набеганию» на этот берег, сопровождающемуся размывом последнего. «Прижимание» потока к берегу обуславливает образование циркуляционного течения, донная ветвь которого направлена к противоположному берегу. Поскольку придонные слои наиболее насыщены обломочным материалом (в том числе и образованным за счёт эрозии берега), то происходит перемещение материала от размываемого берега к противоположному, где происходит его аккумуляция в форме прирусловой отмели. Формирование прирусловой отмели приводит к ещё большему искривлению русла и отклонению стрежени к размываемому берегу, определяя направление боковой и глубинной эрозии. Наибольшая скорость размыва берега отмечается там, где к нему прижимается стрежень потока. Выше и ниже по течению происходит последовательная смена зоны очень сильного размыва сильным, средним, слабым и, наконец, берег перестаёт размываться и переходит в прирусловую отмель. Таким образом, изгиб русла приводит к образованию чередующихся вдоль берега зон ускорения и замедления течения и поперечной циркуляции, направленной от вогнутого берега к выпуклому.

Различные условия взаимодействия речного потока с берегами рек (по Р.С. Чалову):

а – стрежень проходит посередине русла, берега не размываются;

б – поток походит к берегу под углом, вызывая сжатие струй и размыв берега;

у противоположного берега образуется аккумулятивная отмель

(h – превышение уровня воды у вогнутого берега на средним уровнем в данном сечении).

Согласно описанному выше механизму в процессе размыва берегов образуются крутые изгибы речной долины – меандры. Узкие «перегородки» между меандрами в период половодий могут размываться, что приводит к спрямлению русла реки и образованию стариц. Старица – это замкнутый водоем, обычно продолговатой извилистой или подковообразной формы, образовавшийся в результате полного или частичного отделения участка реки от её прежнего русла. Старицы некоторое время могут сохранять связь с рекой, но постепенно входы в них заносятся речными отложениями – происходит их превращение в старичные озёра, а затем - в болота или сырые луга.

В русле меандрирующих рек при уменьшении уклона русла и извилистости могут возникать намывные острова. На широких участках долины при относительно прямолинейных очертаниях русла и поймы может формироваться серия таких островов, что приводит к ветвлению русла – его разделению на несколько потоков. Эти острова перемещаются вниз по течению, постоянно изменяя очертания.

Скорость эрозии определяется сочетанием ряда факторов: энергии потока, состава пород ложа, развития растительности, интенсивности техногенного воздействия и пр. Зависимость скорости размыва берегов от состава пород приведена в таблице.

Речная эрозия нередко приводит к активизации других экзогенных геологических процессов. Так, интенсивная глубинная эрозия, приводит к образованию каньонов и V-образных долин с крутыми склонами, на которых активно проявляются обвальные и осыпные процессы. Подмыв высоких берегов, сложенных трудноразмываемыми породами, при боковой эрозии приводит к развитию оползней, осыпей и обвалов.

Морская (озерная) абразия

В смысле угрозы для сооружений более важной является разрушительная деятельность моря или абразия, которая приводит к отступлению бровки берега в сторону суши, обрушению больших блоков породы, разрушению защитных сооружений и возникновению вторичных явлений таких, как обвалы, оползни.

Факторы, способствующие возникновению абразии, подразделяются на две группы:

Ветровые и приливные волны, твердый обломочный материал, переносимый волнами и морскими течениями;

Литологический состав и условия залегания горных пород в береговой полосе, водопрочность пород, форма очертания берегового склона.

Определяющим фактором абразии является энергия ветровой и приливной волны, которая формируется под действием ветра и имеет большую энергию размыва.

Морские течения, имеющие сравнительно небольшую скорость, практического значения в процессе размыва не имеют, но играют большую роль в процессе размыва.

Таким образом, основным разрушительным фактором абразии является ударная сила волны.

Вторая группа факторов зависит от пород берегового склона. Это прежде всего литолого-петрографический состав пород. Склоны, сложенные рыхлыми песчано-глинистыми отложениями разрушаются гораздо быстрее, чем сложенные скальными породами.

Условия залегания горных пород также играют значительную роль при разрушении берега. В случае падения пластов в строну берега обрушение его происходит наиболее быстро, т.к. вода подрезает целую пачку пластов или полную мощность слоя. При горизонтальном залегании разрушение берега несколько замедляется и наиболее медленно оно протекает при пологом падении пластов в сторону моря.

Также водопрочность пород играет большую роль при определении интенсивности абразии. Очень большую роль играет форма очертания и крутизна берегового склона.

Меры борьбы с переработкой берегов:

Оврагообразование.

Формирование оврагов начинается с образования эрозионных борозд – переходных форм от плоскостного к линейному размыву поверхности склонов. Борозды возникают за счёт плоскостного стока дождевых и талых вод при слиянии небольших струек в наиболее пониженных участках склона. Дальнейшая эрозия в бороздах проводит к образованию более крупных форм – рытвин. Для рытвин характерны крутые незадернованные борта и продольный профиль, близкий к профилю склона. За счёт наиболее крупных и быстро растущих рытвин в процессе их углубления и расширения образуются овраги, обладающие продольным профилем, отличным от профиля склона. Дно молодых оврагов отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления профиль оврага постепенно выравнивается за счёт развития глубинной эрозии, направленной на приближение к уровню базиса эрозии. Верхняя часть оврага представляет собой крутой уступ, за счёт размыва которого овраг продвигается вверх по склону. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. Скорость роста оврагов может быть очень высокой и достигать нескольких метров в год; при разработке промоин, осложняющих склоны оврагов, может возникать ветвящаяся овражная система. По мере развития овраг своим истоком приближается к водоразделу, а устьем к базису эрозии, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V-образным, с крутыми незадернованными склонами. В условиях незначительной скорости углубления происходит расширение оврага, он приобретает U-образный профиль и затем превращается в балку – эрозионную форму, характеризующуюся наличием плоского дна и пологих склонов, закреплённых растительностью.

Водный поток, движущийся по дну оврагов и балок во время дождей и таяния твёрдых осадков, переносит мелкий обломочной материал. В низовьях оврага, где энергия потока снижается, могут образовываться конусы выноса оврагов.

Меры борьбы с оврагообразованием:

Сели

Зарождение временных горных потоков связано с ливневыми дождями и интенсивным таянием снега и ледников. В верхней части горных склонов система сходящихся рытвин и промоин образует водосборный бассейн. Ниже располагается канал стока – русло, по которому движется вода. Значительный уклон русла обуславливает высокую энергию потока, по пути движения он подхватывает большое количество обломочного материала разного размера. Насыщение обломочным материалам может превратить водный поток в сель – временный разрушительный поток, перегруженный грязе-каменным материалом. В грязе-каменном потоке, имеющим значительно большую плотность, чем вода и высокую кинетическую энергию, способны перемещаться даже глыбы, размером до нескольких метров. Сели могут формироваться также при обвале больших масс обломочного материала в горные реки, прорыва ледниковых или запрудных озёр.

При выходе на предгорную равнину скорость водных или грязе-каменных потоков уменьшается, потоки разветвляются, и переносимый материал откладывается, образуя конус выноса временного горного потока в виде полукруга, поверхность которого наклонена в сторону предгорной равнины.

Методы борьбы с селевыми потоками

Различают активные и пассивные методы борьбы.

Пассивные представляют борьбу с потоками в области транзита и разгрузки, т.е. в тот момент, когда сель уже начался. Данный метод предусматривает строительство подпорных стенок, трассирование склона и устройство специальных селехранилищ на пути селевого потока.

Активные методы борьбы с селем предполагают мероприятия в пределах области питания, т.е. в местах зарождения селя:

Отвод жидкой фазы поверхностного потока от места будущего проявления селя;

Сохранение почвенной растительности в пределах очага;

Обсадка склона травянистыми или кустарниковыми растениями, закрепляющими твердую поверхность склона;

Систематическое наблюдение за ледниками и искусственное регулирование их объема.

Контрольные вопросы:

Назовите все процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и их определяющий фактор.

Чем определяется интенсивность оврагообразования?

Охарактеризуйте стадии развития оврага.

Нарисуйте схему мероприятий по борьбе с оврагами.

В чем заключается геологическая деятельность рек и каковы ее последствия?

Перечислите мероприятия по борьбе с неблагоприятными последствиями водной эрозии.

Назовите факторы, обуславливающие волновую деятельность морей и озер; к чему приводит эта деятеьность?

1. Процессы, связанные с деятельностью подземных вод

Суффозия

Суффозией называется процесс выноса частиц грунта (механическая суффозия) или легко растворимых солей (химическая суффозия) потоком подземной воды с образованием пустот, воронок, провалов, иногда сопровождающийся оседанием поверхности земли.

Наиболее активно суффозия проходит при условиях:

Гидравлический градиент должен быть больше 5, что обеспечивает турбулентный характер движения;

Соотношение крупных и мелких фракций должно быть более чем 1:20.

Наиболее активно суффозия происходит на контакте двух слоев, если соотношение коэффициентов фильтрации больше двух.

Для каждой грунтовой породы существуют критические скорости, начиная с которых процесс суффозии активизируется.

Химическая суффозия происходит в засоленных грунтах. При изучении суффозии проводят следующие работы:

Изучается геоморфология района;

Гидрогеологические условия;

Изучается режим и физико-механические свойства водоносного грунта, особенно близкого к поверхности.

Формы проявления суффозии: суффозионная осадка, лессовый карст, суффозионные оползни.

Мероприятия по борьбе с суффозией

Правильный подбор фильтра водозаборной скважины, устройство насыпных фильтров, гравийных фильтров.

Предотвращение поступления воды к участкам, склонным к суффозии, посредством дренажа.

Защита глинистых заселенных пород путем установления специальных покрытий (гидроизоляция).

Уменьшение скорости подземных вод вблизи сооружений, путем создания искусственных преград потоку.

Методы мелиорации для уменьшения водопроводимости пород (битумизация, глинизация).

Плывуны

Плывуны – это песчано-глинистые водонасыщенные грунты, ведущие себя наподобие вязких жидкостей. При вскрытии их выемкой они разжижаются и приходят в движение в строну выемки. В свободном состоянии они не обладают несущей способностью.

По своему составу и свойствам плывуны бывают истинные и ложные.

Ложные – представляют собой обычные несвязанные раздельно-зернистые грунты, которые переходят в плывунное состояние в результате полного водонасыщения и возникновения в них гидродинамического давления движущегося грунтового потока.

Истинные плывуны, могут быть разнообразными по своему гранулометрическому составу – от песков до суглинков. В этих грунтах существуют структурные связи коллоидного характера. Они обладают высокой гидрофильностью и малой прочностью. При ударах, сотрясениях, вибрациях часть связанной воды высвобождается, структура грунта разрушается и он разжижается (тиксотропия).

Методы борьбы: замораживание, силикатизация, электроплавление, дренаж, электродренаж.

Контрольные вопросы:

Перечислите и кратко опишите процессы, связанные с деятельностью подземных вод. Что является основным определяющим фактором этих процессов?

Что такое суффозия и в каких видах и формах она проявляется?

Что такое плывуны и в чем заключается свойство их тиксотропности?

1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных и подземных вод

Просадочность в лессовых грунтах

Рассмотрена подробно в главе «Грунты особого состава и свойства».

Методы борьбы с просадками

Сооружение водозащитных устройств и дренажных сооружений.

Применение методов мелиорации лессовых пород: механическое уплотнение, обжиг и т.д.

Карст

Карстом называют процесс растворение горных пород и образование специфических форм карстового рельефа.

Для активного развития карста необходимы следующие условия: наличие легкорастворимых карстующихся пород при условии расположения их выше базиса эрозии, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод – определяется минерализацией, напором и химсоставом поверхностных и подземных вод и скоростью их движения.

Большое значение приобретает в процессе карстообразования базис эрозии – наименьшая абсолютная отметка, к которой стекаются подземные воды. В связи с этим можно выделить зоны развития карста: зона аэрации, зона сезонных колебаний уровня, зона глубинной циркуляции.

Инженерно-геологическая оценка карста и методы борьбы.

В качестве методов изучения карста, следует сначала выделить работу по выявлению признаков карста и определению интенсивности развития. Для этого существует классификация территории по устойчивости против карста. Породы считаются неустойчивыми, если образуются 5-10 карстовых воронок на 1 км 2 в год., устойчивыми 1 воронка на 1 км 2 .

Карстовые пещеры.

Карстовый провал.

Методы борьбы

Планировка территории;

Отвод поверхностных вод;

Каптаж или дренаж подземных вод;

Устройство противофильтрационных завес;

Закрепление закарстованных пород методами технической мелиорации.

Оползни

Под оползнем следует понимать перемещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, связанное в ряде случаев с деятельностью поверхностных и подземных вод и носящее характер скольжения или сдвижения пород по склону.

Элементы оползня:

Вао выпора – возвышение, образующееся в основании склона и состоящее из нарушенных и перемятых грунтов.

Тело оползня – вся масса сползающего материала по склону грунта, ограниченная по глубине поверхностью (зеркалом) скольжения.

Оползневые террасы – ряд уступов, расположенных один ниже другого и ориентированных параллельно бровке склона.

Стенка срыва – верхняя часть поверхности скольжения, образовавшаяся в результате смещения вниз оползневого тела.

Над оползневой уступ – примыкающая к оползню площадка, расположенная выше бровки склона, не подверженная оползанию.

Поверхность скольжения (зеркало скольжения) – поверхность, по которой происходит смещение оползня.

Признаки оползня

Для своевременного прогнозирования оползня, рекомендуется набор следующих признаков, подлежащих анализу:

Оползневые трещины – это система различных трещин, которая формирует со временем поверхность скольжения.

Образование оползневого цирка – определяется многократным нивелированием.

Образование трещин на будущей поверхности скольжения (выявляется путем бурения).

Наличие валов у подножия оползневого склона.

Наличие оползневых уступов (нивелированием).

Наличие застоя воды, заболоченности участков в пределах оползневого цирка, которая появляется при подвижке склона в результате нарушения гидрогеологии водных грунтов.

Наличие взбугренных участков на склоне, образованных в результате обтекания рыхлыми грунтами пород более твердых участков поверхности скольжения.

Повышение влажности пород и нарушение структуры в зоне поверхности скольжения (определяется геофизическими методами).

Нарушение целостности слоев и изменение элементов их залегания.

Нарушение целостности зданий и сооружений.

Классификации оползней

Классификация Саваренского

Принцип: соотношение положения поверхности скольжения и напластования.

Асеквентный – данный оползень проявляется в однородных породах, когда поверхность скольжения намечается по линии наибольшего ослабления структурных связей между частицами. Чаще всего такой оползень возникает в песчаных грунтах.

Консеквентный – распространен в слоистых массивах, при чем плоскость скольжения параллельна плоскости напластования. Обычно срыв происходит по подошве наиболее ослабленного слоя.

Инсеквентный – наиболее катастрофический по характеру проявления. Здесь устойчивость склона определяется механической прочностью несущего слоя.. Такие оползни характерны для берегов рек и озер.

Классификация Родионова

Принцип: причина, вызывающая смещение оползня зависит от его структуры.

Различают 3 основных типа оползня:

Структурные оползни – это такие, когда смещение происходит в результате изменения структуры горных пород (выветривание).

Консистентные – чаще всего происходят в глинистых породах в результате изменения влажности, а следовательно консистенции г.п.

Суффозионные оползни – происходят чаще всего в песчаных горных породах за счет ослабления структурных связей при интенсивной суффозии.

Классификация Попова

Принцип: по возрасту и по генезису.

Существует 2 группы: современные оползни, древние оползни.

В свою очередь современные оползни по фазе развития подразделяются на движущиеся, приостановившиеся, остановившиеся, закончившиеся.

Древние оползни по фазе развития делятся на древние и погребенные.

Классификация Дранникова

По характеру смещения и глубине захвата.

Поверхностные оползни, охватывающие глубину сезонных изменений: оплывные, солифлюкционные потоки.

Глубинные оползни: ступенчатые, оползни скольжения, оползни выдавливания, суффозионные.

Количественные методы оценки устойчивости склона

Большое значение для прогнозирования имеет расчет устойчивости склона, которая зависит от двух групп факторов.

Стимулирующая возникновение оползня или подвижки (масса, конфигурация, геологическое строение, наличие растительности, механические воздействия, различные геологические процессы такие, как выветривание, изменение рельефа, геотектоника, эрозия, абразия);

К другой группе факторов можно отнести причины, препятствующие возникновению оползней (повышение базиса эрозии, климат, развитие растительности на склоне).

Первая группа факторов определяет повышение прочностных свойств, удерживающих склон.

Вторая группа может быть представлена ввиде совокупности факторов, сдвигающих склон. Был предложен коэффициент устойчивости склона, который равен:

Где знаки суммы показывают совокупность данных характеристик, взятых по отдельным блокам оползня:

С i – коэффициент сцепления

tg i – угол внутреннего трения.

P i – масса данного блока, которая способствует сползанию.

M i – это совокупность

По этой формуле видно, что если Ку>1, то склон устойчив, если Ку<1, то происходит оползень. и если Ку=1, то склон находится в неустойчивом состоянии.

По данной формуле при режимных работах проводят наблюдения за всеми параметрами, по результатам которых строят графики зависимости Ку= f ( t )

Возможны следующие ситуации:

График снижается, приближаясь к линии Ку<1, что говорит о снижении устойчивости склона (ситуация требует срочного вмешательства).

Положение склона достаточно надёжное, устойчивое, в этом случае возможны ограничения различного рода на слонах (строительство, водопотребление, динамические нагрузки) в зависимости от близости графика Ку=1.

Говорит об увеличении устойчивости склона, что определяется природными факторами и фазой развития склона.

Методы изучения оползня

Расчетный метод основан на определении Ку, расчете поверхности скольжения.

Метод моделирования, основан на изготовлении моделей склона и искусственном увеличении сил, снижающих устойчивость склона.

Метод аналогии – здесь устанавливается тождественность геологического, геоморфологического строения данного склона со склоном, Ку которого уже длительное время изучается.

Метод историко-геологический – данный метод предполагает сравнение геологических условий оползня в настоящее время и в прошлом и оценка в связи с этим фазы развития оползня.

Методы учетов – предполагает учет балансов всех земных масс и влияние факторов, изменяющих устойчивость склона.

Динамика оползневого процесса

Оползень, как показывает опыт, проходит три стадии развития:

Подготовительная – заключается в том, что различные факторы. На этой стадии основная задача геологов заключается в оценке Ку склона, косвенного изучения намечающейся поверхности скольжения, анализ оползней, развивающихся в данной фазе в прошлое время.

Смещение земляных валов – это еще не оползень, но под влиянием факторов, снижающих устойчивость склона, начинаются проявляться отдельные подвижки частей и массива в целом.

Собственно оползневой процесс – характеризуется моментом, когда Ку<1. Задача геологов – изучение механизма смещения, создание легенды процессов для архива.

Методы изучения оползневых процессов

Изучение архивных материалов по району.

Сбор метеорологических, климатических данных, изучение гидрогеологических условий.

Проведение инженерно-геологической съемки масштаба: по району – 1:50 000, по участку – 1:2 000 и крупнее. В том числе:

Горно-буровые работы.

Гидрометрические работы.

Лабораторное определение показателей.

Полевые опытные работы.

Стационарные наблюдения.

Геофизические работы.

Методы борьбы с оползнями

Все методы борьбы можно разделить по следующим направлениям:

Разработка мероприятий, которые приводят к нейтрализации или уменьшению деятельности, снижающих устойчивость склона.

Разработка мероприятий, повышающих устойчивость склона.

Мероприятий, направленные на уменьшение амплитуды колебания устойчивости склона.

К первой группе мероприятий можно отнести следующие:

борьба с переработкой берегов рек и озер;

искусственный или естественный дренаж, предотвращающий доступ п.в. к поверхности скольжения;

запрещение строительства сооружений в пределах оползневого склона, строительство сооружений, имеющих создающих динамические нагрузки вблизи склона.

Ко второй группе мероприятий можно отнести:

искусственной закрепление склона забивными сваями;

устройство подпорных стенок, сооружение дренажных систем и пр. мероприятия, снижающие водопритоки к оползневым районам.

К третьей группе методов можно отнести профилактические мероприятия:

запрещение в пределах оползневого района буро-взрывных работ и геологической проходки.

Запрещение строительства сооружений с динамическими нагрузками.

Обвалы, камнепады, осыпи

Обвалы – это внезапное обрушение больших массивов пород с горных склонов, сопровождающееся опрокидыванием о дроблением. Они возникают в результате ослабления внутренних связей вследствие выветривания и увлажнения пород.

По составу обрушившихся пород обвалы делятся на каменные, земляные и мешанные.

Камнепады – или вывалами называют падение со склонов отдельных камней или глыб. Причиной камнепадов, чаще всего, являются атмосферные осадки, приводящие к увеличению силы тяжести на склоне и уменьшению силы трения и сцепления.

Осыпями – называется скопление глыбового или обломочного материала на склоне и у его основания.

Угол, образуемый осыпью с горизонтальной плоскостью, называется углом естественного откоса и зависит от крупности и степени окатанности частиц: чем крупнее обломки и чем больше их угловатость, тем круче угол осыпи и наоборот. В зависимости от этих условий осыпи делятся на действующие затухающие и неподвижные.

Курумами – называют осыпи, состоящие из крупнообломочного материала, располагающегося в большинстве случаев у подножия склона в виде шлейфа и имеющие очень пологие поверхности.

Методы борьбы с обвалами и осыпями

Обвалы, камнепады, осыпи представляют собой большую угрозу для существования различных сооружений в горах и предгорьях. Во всех случаях методы борьбы разделяются на:

Профилактические, направленные на предупреждение явления или приостановление его развития в начальной стадии.

Инженерные, направленные на устранения действия процесса или снижение его интенсивности.

В местах развития мощных, постоянно действующих каменных осыпей устраивают защитные железобетонные галереи или даже тоннели. Остановить движение курумов гораздо сложнее и здесь основной метод борьбы сводится к осушению глинистой подстилки, на которой они находятся. В скальных породах применяется тампонаж цементация трещиноватых пород.

Контрольные вопросы:

Дайте общую инженерно-геологическую оценку склоновых процессов.

Что такое оползень? Перечислите элементы оползня.

Назовите определяющий и сопутствующий факторы, обуславливающие возникновение оползней.

Назовите природные условия, сопутствующие активному развитию оползней различных типов?

По каким признакам можно выделить оползни различных типов?

Как оценивается степень устойчивости склона? Какие вы знаете методы расчета устойчивости?

Расскажите о мероприятиях по борьбе с оползнями.

Что называется обвалом горных пород? Приведите классификацию обвалов.

Что такое осыпи и на какие типы их разделяют?

Что такое курумы и чем объясняется их подвижность?

Перечислите профилактические мероприятия по борьбе со склоновыми процессами.

1. Процессы, связанные с промерзанием и оттаивание пород

(мерзлотные процессы)

Строение толщи мерзлых пород

Горные породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, называются мерзлыми.

К сезонно-мерзлым – относятся такие породы, которые летом оттаивают, а зимой промерзают.

Многолетнемерзлыми породами называют такие породы, которые в течение сотен и тысяч лет сохраняют мерзлое состояние. Зона развития многолетнемерзлых пород называется криолитозоной .

По вертикали криолитозона делится на две части:

Верхнюю – деятельный слой или слой сезонного промерзания и оттаивания.

Нижнюю – собственно мерзлые грунты, горные породы, температура которых никогда не бывает положительной.

В геологическом разрезе различают два типа мерзлоты – сливающуюся и неслипающуюся.

Сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда деятельный слой при замерзании непосредственно переходит в многолетнюю мерзлоту.

Не сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда между промерзшими деятельным слоем и мерзлыми грунтами остается слой талого грунта, т.е. слой протаивания оказался больше слоя промерзания.

Геологические явления криолитозоны

Морозное пучение – это увеличение объема водонасыщенных грунтов в результате расширения воды в порах при замерзании.

Морозное пучение проявляется ввиде пучин – поднятий поверхности земли высотой 0,2-0,5 м удлиненной формы в виде бугров пучения, которые образуются вследствие поднятия пород деятельного слоя нижележащей массой льда, непрерывно увеличивающейся в объеме в результате подпитывания под мерзлотными водами.

Термокарст – явление проседания и последующего образования провалов, блюдец, воронок на поверхности многолетнемерзлых пород при оттаивании и скоплении льда в весенний период.

Наледи – наледи отличаются от бугров пучения тем, что они представляют собой плащеобразное потокообразное скопление льда на поверхности земли, образовавшееся в результате излива и замерзания речных или подземных вод.

Солифлюкция – так называют движение со склонов рыхлых водонасыщенных отложений под действием силы тяжести в результате оттаивания многолетнемерзлых пород.

Мероприятия по борьбе с мерзлотными явлениями и процессами

Строительство сооружений без учета мерзлотного состояния грунта. Это касается скальных и полускальных мерзлых грунтов и других пород, не дающих после оттаивания значительных просадок.

Строительство сооружений с соблюдением условий сохранения термического режима на протяжении всего периода их эксплуатации. Этот вариант применим в случае высокой льдистости грунтов, грозящей при поступлении тепла от сооружения недопустимыми деформациями основания.

Строительство сооружений, допускающих значительные деформации основания, в условиях оттаивания грунтов (грубообломочные льдистые отложения, в которых исключается выпор грунтов основания).

Строительство с предварительным оттаиванием грунтов и применением различных способов их уплотнения и улучшения.

Контрольные вопросы:

Охарактеризуйте распространение многолетнемерзлых пород.

Дайте описание криолитозоны и типов мерзлоты.

На какие виды подразделяются многолетнемерзлые породы?

Дайте характеристику криогенныфх и посткреогенных процессов и объясните разницу между ними.

Перечислите мероприятия, применяемые для борьбы с криогенными и посткриогенными явлениями.

1. Процессы, связанные с сейсмичностью

Под землетрясением обычно понимают интенсивные колебания земной поверхности, вызванные сильными подземными толчками, возникающими в результате высвобождения громадного количества внутренней энергии Земли.

Точка, в которой возникает сейсмический толчок, лежащая на некоторой глубине от поверхности, носит название гипоцентра. Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром.

По происхождению различают пять типов землетрясений:

Тетанические , вызванные тектоническими движениями земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широким площадным распространением высоко бальностью.

Вулканические, связанные с извержением вулканов. Имеют локальное распространение, но могут обладать большой силой.

Денудационные (обвальные, провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или провалами в процессе карстообразования. Имеют также локальный характер и сравнительно высокую бальность.

Техногенные, возникающие в результате взрывов, проводимых в инженерных и строительных целях.

Морские (моретрясения или цунами), связанные с поднятием морского дна и возникновением в результате этого разрушительной морской волны.

Интенсивность землетрясения зависит от состава и состояния пород среды, в которой распространяются сейсмические волны, глубины залегания уровня подземных вод, тектонических нарушений, характера рельефа и глубины залегания очага землетрясения.

Принципы антисейсмического строительства

При проектировании зданий и сооружений в сейсмических районах следует учитывать интенсивность и повторяемость сейсмического воздействия. Для этого составлены карты сейсмического районирования, которые дают представление о зонах возникновения очагов землетрясений и их интенсивности.

Разрушение сооружения начинается в зависимости от его расстояния от эпицентра землетрясения либо в результате вертикального толчка, либо под действием горизонтальной сдвигающей составляющей поверхностной волны.

Непосредственной причиной разрушения конструкции является инерционная сила, возникающая в результате сейсмического толчка в массе сооружения.

В случае совпадения периода колебания основания с собственным колебанием сооружения величина инерционных сил может увеличиваться в несколько раз по сравнению с расчетной. Поэтому при выборе места будущего сооружения нужно, чтобы период собственных колебаний сооружений резко отличался от периода колебаний основания.

Основные принципы изысканий и строительства в сейсмически активных районах сводится к следующему:

Проведение сейсмического микрорайонирования для уточнения приращения бальности и производство расчетов сооружения с учетом сейсмических сил.

При выборе оптимальных условий для размещения будущих сооружений необходимо избегать участков, сложенных рыхлыми, обводненными или водонасыщенными грунтами.

Сооружения не следуют размещать на участке резко пересеченного рельефа и в районах развития склоновых или карстовых процессов.

Контрольные вопросы:

Что понимают под землетрясением и каковы причины этого явления?

Какими видами волн передаются колебательные движения при землетрясении?

Какие типы землетрясений вы знаете?

Каким образом можно оценить силу землетрясения?

Какие природные факторы влияют на интенсивность землетрясения? Что такое предвестники землетрясения и к чему сводится прогнозирование землетрясений

В чем заключаются принципы антисейсмического районирования

1. Процессы, связанные с инженерной деятельностью человека

Процессы, обусловленные статическими нагрузками от инженерно-геологических сооружений и застроенных площадей.

Определяющим фактором этого процесса является давление от веса здания и сооружения, передающегося на грунты основания. Процесс осадки от сооружений наблюдается также на насыпных и намывных грунтах, недостаточно «слежавшихся» после укладки основания.

Деформация грунта основания в результате уплотнения нагрузкой от сооружений.

Такая деформация носит название осадки и выражается в изменении отметок поверхности земли под сооружением или в изменении мощность активной зоны.

Допустимой называется такая осадка сооружения, которая не приводит к нарушениям его работы.

Процессы, вызванные динамическими нагрузками и взрывами.

Динамические нагрузки возникают при работе различных механизмов, в местах постоянного движения транспорта, а также при добыче полезных ископаемых. В скальных породах динамические нагрузки ведут к раскрытию трещин и обвально-осыпным явлениям.

Процессы, возникающие при подземном способе разработки полезных ископаемых.

Разработка твердых п.и. подземным способом, с образованием больших по объему полостей, ведет к возникновению в этих полостях горного давления, что приводит к сдвижению горных пород в сторону выработки. Сдвижение начинает развиваться от выработки и имеет следующие зоны:

Обрушения – ближайшая к выработанному пространству, где порода характеризуется полной потерей сил внутренних связей;

Трещиноватости – характеризуется разрывом сплошности пород с образованием трещин от нескольких миллиметров до метров;

Плавных сдвижений – зона перемещений и деформаций, не сопровождающихся нарушением сплошности.

Процессы, возникающие при осуществлении водохозяйственных мероприятий.

Длительное увлажнение поверхностного слоя грунтов путем систематических поливов и транспортировки воды по каналам оросительной сети приводит к нарушению сложившихся гидрогеологических условий территории: повышению уровня грунтовых вод, изменению их химсостава, засолению поверхностных горизонтов.

Процессы, обусловленные созданием больших водохранилищ в долинах рек.

Строительство крупных гидроузлов в долинах рек вызывает активизацию экзогенных и эндогенных процессов в окружающей геологической среде. Активизация первых приводит к переработке берегов водохранилища, эрозии, оползням, обвалам, а также к суффозии, карсту и просадкам, обусловленным подпором грунтовых вод, активизация вторых – к сейсмической деятельности, выражающейся в появлении вначале слабых, а с течением времени усиливающихся локальных землетрясений.

Появление сейсмических толчков в сейсмически малоактивных районах или резкое оживление сейсмической деятельности в связи с постройкой и заполнением водохранилищ.

Дополнительная нагрузка от воды при заполнении водохранилища способствует опусканию его ложа, влияет на изменение порового давления в пластах и приводит к высвобождению сейсмической энергии, что вызывает землетрясение.

Контрольные вопросы:

Какие процессы и явления и явления называются инженерно-геологическими и чем оно отличаются от естественных геологических процессов?

Что такое осадка грунтов основания и чем она обусловлена? Чем отличается осадка от просадки?

В результате чего может возникнуть выпор грунтов из-под сооружения?

Геологические процессы делятся на экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние).

Экзогенные процессы вызываются энергией, получаемой Землей от Солнца, притяжением Солнца и Луны, вращением Земли вокруг своей оси, действием силы тяжести.

Эндогенные процессы обусловлены энергией недр Земли. Экзогенные процессы приводят к выравниванию форм рельефа местности. Под влиянием температур, под действием ветра, воды, морского прибоя, ледников происходит разрушение горных пород и перенос их в пониженные участки земной поверхности, главным образом в моря и океаны.

Экзогенные процессы происходят на земной поверхности и в верхних частях земной коры в результате её взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой. Эти процессы производят разрушительную и созидательную работу. Разрушительное действие оказывают процессы выветривания и денудации.

6 Способы изучения геолог процессов, результаты

Геологические методы исследований – при геологических исследованиях изучаются главным образом верхние горизонты земной коры непосредственно в естественных обнажениях (выходах на поверхность Земли горных пород из-под наносов) и в обнажениях искусственных – горных выработках (закопушках, канавах, шурфах, карьерах, шахтах, буровых скважинах и др.). Для изучения глубинных частей земного шара применяются главным образом геофизические методы. Объектами геологических исследований являются:

природные тела, слагающие верхние горизонты земной коры (горные породы, руды, минералы и др.), в частности их строение и состав;

расположение природных тел в земной коре, определяющее геологическое строение или структуру последней;

различные геологические процессы, как внешние, так и внутренние, в результате которых природные тела появились и появляются, изменяются и исчезают, а также формируется рельеф земной поверхности;

причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли в целом.

Система геологических методов исследований

Геологические исследования определённой территории начинаются с изучения и сопоставления горных пород, наблюдаемых на поверхности Земли в различных естественных обнажениях, а также в искусственных выработках (шурфах, карьерах, шахтах и др.), таким образом проводятся полевые исследования. Породы изучаются как в их природном залегании, так и путём отбора образцов, подвергаемых затем лабораторному исследованию.

Обязательным элементом полевых работ геолога является геологическая съёмка, сопровождаемая составлением геологической карты и геологических профилей. На карте изображается распространение горных пород, указывается их генезис и возраст, а по мере надобности также состав пород и характер их залегания. Геологические профили отражают взаимное расположение слоев горных пород по вертикали на мысленно проведённых разрезах. Геологические карты и профили служат одним из основных документов, на основании которых делаются эмпирические обобщения и выводы, обосновываются поиски и разведка полезных ископаемых, оцениваются условия при возведении инженерных сооружений.