close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Тема: «Введение», «Земля и земная кора».
1.
Введение.
2.
Земля в мировом пространстве. Положение Земли в Солнечной
системе.
3.
Форма, размеры и строение Земли. Физические свойства и
химический состав Земли.
4.
3емная кора и ее строение. Тепловой режим Земли.
5.
Представление о происхождении Земли.
ВВЕДЕНИЕ
Для проектирования оросительных, осушительных и увлажнительноосушительных систем с комплексом ГТС, необходимы знания геологического
строения, гидрогеологических условий территории. Эти условия определяют
принципиальную схему и методы орошения и осушения земель и в
определенной мере конструкцию ГТС. Помимо этого, подземные воды являются
ценнейшим источником водоснабжения, орошения и обводнения. Поэтому от
полноты изучения и учета геологического строения, гидрогеологических
условий при проектировании, строительстве и эксплуатации ГМС зависит успех
мелиорации.
Рассмотрим содержание геологии, гидрогеологии, инженерной геологии и
их отраслей.
Геология – наука о строении и развитии Земли, о геологических
процессах, в результате которых формируется земная кора, о развитии жизни на
Земле (– наука о земле).
Земная кора является источником минерального сырья, вместилищем
подземных вод и средой для различных сооружений.
Поэтому начало накопления знаний о строении земной коры восходит к
истокам истории человечества. На самой ранней стадии развития человек
использовал каменные материалы, различные руды, соль, подземную воду и т.д.
В настоящее время геология располагает достоверными знаниями о
строении земной коры на глубину до 10 км, пройденную буровыми скважинами.
Для развития геологии большое значение имели труды М.В. Ломоносова –
одного из основоположников материалистических представлений о строении и
развитии Земли.
Геология имеет ряд отраслей, сформировавшиеся в различные
самостоятельные дисциплины.
I Гидрогеология – наука о подземных водах, изучающая их
происхождение, условия залегания и распространения, законы движения,
взаимодействия с водовмещающими породами, формирование химсостава и др.
Основная область исследований гидрологии – водный режим и водный
баланс (гидрологический цикл), изучение круговорота воды в природе,
пространственно-временны́х колебаний и изменений его элементов под
влиянием природных и антропогенных факторов. В практическом приложении
гидрология тесно связана с водным хозяйством и проблемами рационального
использования и охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения и
истощения, с разработкой методов гидрологических расчётов и прогнозов. В
последние годы всё большее развитие получает экологическое направление в
гидрологии.
Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен,
ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою
лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в
Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько
десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными
водами.
Первые представления о свойствах и происхождении природных вод,
условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах
древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита
Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало
расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и
Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и
самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название
артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во
Франции.
В России первые научные представления о подземных водах как о
природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных
осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В.
Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века
учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего
обособилось в отдельную дисциплину.
Для развития гидрогеологии большое значение имели труды Н.Ф.
Погребова, Ф.П. Саваренского, О.К. Ланге, А.Н.Симихатова, Г.Н. Каменского,
А.М. Овчинникова и др. самостоятельными разделами гидрогеологии являются:
1.
Общая гидрогеология – изучает происхождение подземных вод,
условие их залегания, движения, физические свойства и химсостав;
2.
Региональная
гидрогеология
–
изучает
закономерности
распространения подземных вод в различных физикогеографических условиях;
3.
Учение о режиме и балансе поземных вод – рассматривает
закономерности изменений во времени уровня, температеры, химсоставва воды,
приходных и расходных элементов баланса подземных вод под воздействием
природных хозяйственных факторов.
4.
Динамика подземных вод – изучает закономерности движения
подземных вод в естественных условиях и под воздействием различных
инженерных сооружений.
5.
Учение о местонахождении подземных вод – рассматривает
условия формирования месторождения пресных, минеральных подземных вод в
связи с использованием их для различных целей.
6.
Гидрогеохимия – изучает состав и взаимодействие самой воды и
растворенных в ней веществ с горными породами, миграцию и историю
химических элементов в подземных водах, а также формирование химсостава
подземных вод.
7.
Методика гидрогеологических исследований – рассматривает
методы изучения гидрогеологических условий для решения различных
народнохозяйственных задач и в связи с требованиями охраны геологической
среды.
8.
Мелиоративная гидрогеология – занимается гидрогеологическим
обоснованием сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций. В ее задачи
входит изучение и оценка гидролого-мелиоративных условий, объектов
мелиорации, прогноз изменения этих условий, объектов мелиорации, прогноз
изменения этих условий под влиянием орошения и осушения этих земель.
В зависимости от направленности гидрологических исследований иногда
выделяют более частные разделы, такие, как гидрология почв, гидрология леса,
с.-х. гидрология и др. В результате тесного взаимодействия гидрологии с
геофизикой и геохимией появились новые науки – гидрофизика и гидрохимия.
Инженерная геология - изучает земную кору как среду жизни и
деятельности человека. В инженерной геологии выделяют 3 дисциплины:
1)
Грунтоведение
2)
Инженерная геодинамика
3)
Региональная инженерная геология.
Грунтоведение - изучает горные породы, используемые в качестве
оснований, строительных материалов и среды для инженерных сооружений.
Инженерная геодинамика – исследует природные геологические
явления, возникающие под влиянием инженерной деятельности человека.
Региональная – инженерная геология выявляет закономерности
пространственно-временной изменчивости инженерно-геологических условий в
зависимости от истории развития земной коры и современных физикогеографических условий.
2. Земля в мировом пространстве. Положение Земли в Солнечной
системе.
Земля - это одна из планет Солнечной системы (Рис. 1)., в которую входят
девять больших планет с их спутниками, свыше 1000 малых планет и около 100
периодических комет. Солнечная система, к которой принадлежит Земля,
состоит из центрального тела - Солнца, вокруг которого движутся 9 больших
планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун,
Плутон), свыше 100 малых и около 100 периодических комет. По положению в
Солнечной системе, размерам и особенностям строения планеты делятся на две
группы: "земного" типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты
(Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планеты первой группы имеют сравнительно
высокую плотность, небольшие размеры, мало спутников. Планеты-гиганты,
напротив, имеют малую плотность, близкую к 1, огромные размеры, много
спутников.
Рисунок 1. Планеты солнечной системы.
Масса Солнца в 33240 раз превосходит массу Земли и в 700 раз массу
всех планет. В то же время средняя плотность Солнца составляет 0,256
плотности Земли. Все планеты умещаются в Солнце 475 раз, Земля - 1301200
раз. Расстояние от Земли до Солнца 149,5 млн.км. Из 105 элементов таблицы
Менделеева на Солнце обнаружено 75, преобладающее место среди них
занимает водород. Диаметр Солнечной системы - 11 световых часов (световой
час - расстояние, которое проходит световой луч при скорости равной 300
тыс.км/ч)
При сопоставлении приведенных данных становится очевидным, что
Земля занимает довольно скромное место в системе мироздания. Солнечная
система перемещается в пределах Галактики со скоростью 19,5 км/с и
одновременно вращается вокруг центра галактики со скоростью 250 км/с.
Галактика - один из островов в системе мироздания. В центре галактики
находится ее ядро, где происходят активные процессы.
Истинное положение Земли как одной из планет Солнечной системы
было доказано в XVI веке польским астрономом Николаем Коперником (14731543). Его открытие послужило толчком для развития астрономии на научной
основе.
Солнце - центральное тело Солнечной системы, оказывающее на Землю
наибольшее влияние. Масса Солнца в 332400 раз больше земной. Диаметр
Солнца в 109 раз больше диаметра Земли и равен 1391 тыс. км. Температура
поверхности солнца 6000о, а в недрах 20000000о. Энергия Солнца обусловливает
большинство физических и химических процессов на Земле, является
источником жизни. В то же время Солнце - рядовая звезда Вселенной. Земля
получает лишь 1/2200000000 долю энергии Солнца, но и ее хватает для создания
благоприятных жизненных условий.
3. Форма, размеры и строение Земли. Физические свойства и
химический состав Земли.
Форма Земли, близкая к эллипсоиду вращения, представляет собой
двухостный эллипсоид, малая ось которого является осью вращения. Большая
ось эллипсоида составляет 12756 км, малая - 12714 км. Сечение эллипсоида по
экватору представляет собой круг диаметром, равным большой оси.
Сравнительно малая разница (42 км) между длинами обеих осей эллипсоида
делает его близким к шару, что определяет обычное употребление «земной
шар». Земной шар имеет следующие размеры:
1. длина меридиана - 40009 км;
2. длина экватора - 40076 км;
3. площадь поверхности Земли - 510 млн.км2
4. Объем Земли - 1080000 км3
Непосредственному изучению подвергнута только часть земного шара в
пределах 10 км от поверхности земли.
Земля состоит из ряда концентрических оболочек, называемых
геосферами.
К пушферическим геосферам относятся атмосфера и гидросфера, а к
геосферам тела Земли - 1) земная кора, иначе называемая метосферой, 2)мантия
и 3) ядро.
В центре находится ядро (радиус 3400 км), вокруг которого располагается
мантия в интервале глубин от 50 до 2900 км. Внутренняя часть ядра
предполагается твёрдой, железо — никелевого состава. Мантия находится в
расплавленном состоянии, в верхней части которой располагаются
магматические очаги.
На глубине 120 - 250 км под материками и 60 - 400 км под океанами
залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в
близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все
литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в
воде.
Выше мантии находится земная кора, мощность которой резко
изменяется на материках и в океанах. Подошва коры (поверхность
Мохоровичича) под континентами находится на глубине в среднем 40 км, а под
океанами — на глубине 11 — 12 км. Поэтому, средняя мощность коры под
океанами (за вычетом толщи воды) составляет около 7 км.
Масса Земли равна 5, 975*1027т, объемная масса - 5,52 г/см3, плотность
ядра от 9 до 12 г/см3. Земля создает огромное гравитационное поле. Ускорение
свободного падения на поверхности земли на уровне моря равно: на экваторе
9,78 см/с2, на полюсе - 9,83 см/сек2. (Фильм «Слои Земли).
Из химических элементов таблицы Менделеева лишь не многие имеют
широкое распространение в земной коре - это кислород, кремний, железо,
алюминий, магний. Содержание остальных элементов составляет всего лишь 3
массовых процента.
4.3емная кора и ее строение
Как мы уже сказали. В строении земли выделяют 3 основных геосферы: 1)
наружную земную кору 2) мантию и 3) ядро. Рассмотрели строение земной коры.
При прохождении сейсмических (продольных и поперечных волн) волн в
горных породах (под материками на глубине 50-70 км, под океанами – на
глубине 3-10 км) отчетливо выделяют 2 слоя, на границе которых происходит
резкое изменение скорости распространения волн. Этот раздел, где скорость
продольных упругих колебаний резко возрастает от 6,9 - 7,4 до 8,0 - 8,6 км/с,
получил наименование поверхности Мохоровичича (или Мохо), по фамилии
югославского ученого, впервые установившего это явление. Резкое изменение
скорости прохождения волн на определенных глубинах указывает на границы
перехода между какими-то (еще не установленными) уплотненными породами.
В связи с этим в коре выделяют 3 основных слоя (Рис. 2):
1. осадочный чехол, состоящий из мягких слоистых пород, со скоростью
прохождения сейсмических волн 5,5 км/с;
2. гранитный слой (гранито-гнейсовый)- скорость равна 5,5 - 6,5 км/с;
3. базальтовый слой со скоростью равной 6,9 - 7,4 км/с.
Рисунок 2. Слои земной коры.
Первые два слоя имеют прерывистые залегания и достаточно хорошо
изучены, третий еще хорошо не исследован. Граница между осадочным чехлом и
гранитным слоем отбивается четко, между гранитным и базальтовым - плохо.
Выделяют кору 2 типов:
1) материковую или континентальную; 2) океаническую.
Кора материкового типа состоит из гранитного слоя мощностью до 30 км,
прикрытого в отдельных участках осадочным чехлом мощностью до 15 - 20 км и
более, на котором залегает слой почвы. В океанической коре гранитный слой
отсутствует, кора здесь состоит из базальтового слоя прикрытого тонким слоем
(менее 1км) донных осадков. Под материками на высоте 50 - 70 км залегает
верхняя мантия. Далее с высоты 290м скорость сейсмических волн вновь
возрастает - начинается земное ядро.
5. Представление о происхождении Земли и Солнечной системы
Проблема происхождения Земли и Солнечной системы интересовала
человечество еще в глубокой древности. Уже в средние века по этому вопросу
существовало два принципиально различных представления. Одни ученые
утверждали, что в центре мироздания располагается неподвижная Земля, а все
остальные планеты, Солнце и другие звезды обращаются вокруг нее, другие —
что в центре мироздания находится Солнце. В середине XVI века великий
польский астроном Николай Коперник (1473 - 1543) математически развил
гелиоцентрическую гипотезу. Открытие Кеплером (1571 - 1630) закона
движения планет, а Ньютоном (1643 - 1727) закона всемирного тяготения имело
огромное значение для объяснения происхождения Солнечной системы. Начало
научной космогонии связано с именами Иммануила Канта (1729 - 1804) и ПьераСимона Лапласа (1749 -1827). Ими впервые был провозглашен принцип развития
Солнечной системы под воздействием природных сил. Оба они придерживались
мнения, что исходный материал, из которого формируются планеты, находится в
разреженном состоянии в виде газа (Лаплас) или в виде определенных частиц
(Кант).
В основу гипотезы Канта положены реальные физические силы —
притяжение и отталкивание. По его представлениям Солнечная система
образовалась из первичной пылеобразной материи, находившейся в хаотическом
состоянии. По закону всемирного тяготения зти разнообразные по величине
частицы приходят в движение. В результате возникают разнообразные звездные
сгущения, которые в свою очередь начинают притягивать более мелкие. Таким
образом, образовались отдельные крупные сгустки звездного вещества —
звезды. Лапласом за прообраз Солнечной системы принимается распаленная
газовая туманность, обладавшая изначальным вращением, во время которого она
сплющивалась так, что полярный диаметр ее стал в 1,5 раза короче
экваториального. Вся туманность по мере охлаждения сжималась все быстрее и
быстрее, сплющиваясь по экватору, и, наконец, под влиянием центробежной
силы наступил момент отрыва частиц внешней экваториальной части по кольцу
газовой туманности («Отрыв колец»). Оторванные частицы образовали
«уплотнения», которые продолжают вращаться вокруг оси. В дальнейшем эти
«кольца» разрывались, и вещество их свертывалось в планеты, а центральный
сгусток туманности превратился в Солнце. По Лапласу Солнечная система —
раскаленная, но постепенно остывающая масса.
Гипотеза Лапласа приобрела большую популярность и оказала огромное
влияние на развитие астрономии конца XIX века. Однако вскоре было
установлено, что превращение газового кольца в планету невозможно; газ
должен «рассеяться», раздробиться на ряд больших тел, кроме того, эта гипотеза
не учитывала одно из основных положений механики — момент вращения: она
не объяснила, почему почти вся энергия (98%) оказалась захваченной столь
малой частью всей системы - планетами, тогда как основная масса материи
(99,87%) сосредоточена на Солнце, на которое приходится 2% момента
количества движения.
Согласно теории О.Ю. Шмидта (1891 - 1956) Солнце старше планет, в том
числе и Земли. Земля и другие планеты образовались из межзвездной
метеоритной пыли, захваченной Солнцем путем «сбора» твердых частиц метеоритов. Шмидт полагал, что поверхность земли не была в раскаленном
состоянии, а имела температуру около 44° и с момента своего возникновения
получила тепло от Солнца.
По мнению В.Г. Фесенкова, Земля образовалась сразу во всей массе, а не
«собиралась» из отдельных частиц. Солнце, Земля и окружающие их планеты
образовались одновременно, это единый процесс происхождения звездной
системы из одной и той же исходной среды — некоторой газово-пылевой
туманности. Внутренние части этого уплотнения послужили материалом для
образования Солнца, внешние — других планет и Земли.
Фильмы «Образование солнечной системы», «Образование Земли, Луны и
воды».
Несколько миллиардов лет назад Солнце выделилось, подобно другим
звездам, из местного уплотнения в некоторой газово-пылевой среде,
находящейся в неустойчивом состоянии. Вначале оно представляло собой
довольно массивное тело с массой в 8 — 10 раз больше современной, с быстрым
вращением вокруг своей оси, значительно уплотненное, окруженное газовопылевой туманностью, сосредоточенной преимущественно экваториальной
плоскости. Это газовое облако обладало неправильной структурой, имело
вихреобразное движение, стремящееся выравнивать разности скоростей
вращения вокруг центрального вращения. Из вещества, оставленного Солнцем,
должны были образоваться различные планетные сгущения планеты и Земля.
Обладая достаточной плотностью, эти соединения оказались устойчивыми
против разлагающего приливного действия Солнца и могли продолжать
самостоятельное существование, двигаясь в более разреженной окружающей
среде и присоединяя ее части к своей массе.
Согласно Библии Землю создал Бог. Все на Земле Бог устроил за шесть
дней.
В первый день создал Бог свет и светило, светло сделалось на Земле, сразу
наступил ясный светлый день.
Во второй день создал Бог твердь, по сову Божию открылся обширный
небесный свод, который мы видим под собою.
В третий день Господь Бог повелел, чтобы вода на земле собралась в
особенные места и вдруг образовались ручейки, реки, озера, где же воды не
было, там выдалась сухая земля, на которой видим большие и малые горы. В
этот день Господь Бог сказал: «Пусть произростит земля травы, овощи и цветы.
Пусть на земле растут деревья и приносят плоды».
В четвертый день Бог сказал: «Пусть явятся на тверди небесной светила,
которые освещали бы землю и по которым люди могли бы отличать день от
ночи, считать месяцы и годы, и замечать весну, лето, осень и зиму». И на
небесном своде заблистали бесчисленные светила, между которыми два кажутся
больше всех. Творец повелел, чтобы одно из них светило днем, а другое ночью.
Это - светлое Солнце и бледная Луна.
В пятый день Бог сказал: «Пусть в воде живут рыбы, а по воздуху летают
птицы».
В шестой день Бог сотворил Животных и зверей.
В седьмой день Бог ничего не творил, заповедал и людям седьмой день
недели посвящать Богу: ходить в церковь и дома молиться посещать больных,
читать священные книги.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите отрасли геологии.
2. Какое положение занимает земля в мировом пространстве. Опишите
форму и размеры земли.
3. Опишите строение земной коры.
4. Назовите концепции происхождения земли.
Тема: «Минералы и их свойства»
1.
Общие сведения о минералах.
2.
Образование минералов.
3.
Свойства минералов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ
Минералы – это составные части горных пород, характеризующиеся тем
или иным химическим составом и структурой.
В настоящее время известно около 4000 минералов, из них около 50
являются породообразующими, т. е. входят в состав горных пород.
Большинство минералов это твердые или кристаллические вещества, но
встречаются и жидкие (самородная ртуть, нефть) и газообразные (метан).
Не стоит путать минерал и горную породу.
Кристаллами называют твердые тела, имеющие естественную форму
многогранников и отличающиеся закономерным расположением в пространстве
элементарных частиц. Кристаллические вещества обладают анизотропностью
(свойства кристаллов).
Кристаллы имеют различные формы тетраэдра, октаэдра, гексаэдра.
ОБРАЗОВАНИЕ МАНЕРАЛОВ:
Минералы образуются в основном в земной коре, в водной среде, на
поверхности земли и в атмосфере. Образование минералов связано со
следующими процессами:
Магматические, происходят в магме. Такие минералы тоже называются
магматическими.
Метаморфические, происходят в земной коре и глубже ее под влиянием
высоких давлений и температур. Такие минералы называют метаморфические.
СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ:
ЦВЕТ ЧЕРТЫ – цвет минерала в порошке. Часто цвет черты повторяет
цвет минерала, но бывают и отклонения. Например, минералы магнетит и
хромит имеют черный цвет, а их цвет в порошке или цвет черты отличаются: у
магнетита черта черная, а у хромита – темно-бурая.
ПРОЗРАЧНОСТЬ – способность минерала пропускать свет. По этому
признаку минералы разделяются на прозрачные, полупрозрачные и
непрозрачные.
БЛЕСК – способность отражать падающий свет. По отражательной
способности минералов блеск подразделяется на металлический и
неметаллический. Металлический блеск имеют минералы с высокой
отражательной способностью. Неметаллический блеск подразделяют на:
стеклянный, жирный, перламутровый и т.д.
СПАЙНОСТЬ – способность минералов раскалываться под ударом с
образованием ровных поверхностей параллельных граням, ребрам и др.
кристаллографическим направлениям. Выделяют спайность:
весьма совершенная, при которой минерал раскалывается или
расщепляется на тонкие пластинки или листы (минералы со слоистой
структурой: слюды, графит и пр.) без затруднений;
 совершенная, при которой кристаллы раскалываются на более толстые
пластинки, бруски с ровными поверхностями (кальцит, галенит, ортоклаз);
 средняя, при которой поверхность раскалывания не является ровной и
блестящей, легко заметна на сколе, но ее плоскости более грубые и
шероховатые;
 несовершенная, при которой поверхность скола неровная (апатит, нефелин,
аметист) и обнаруживается с трудом.
При этом ряд минералов не имеет спайности (например, магнетит).
– весьма несовершенная (золото, корунд). (скол характеризуется изломом)
ИЗЛОМ – вид поверхности при расколе минерала, не являющейся
плоскостями спайности. Бывает – неровный, ступенчатый, раковистый,
занозистый и т.д.

ПЛОТНОСТЬ – это соотношение между весом минерала и одинакового
количества воды. Это довольно важная для определения величина. Если мы примем
удельный вес воды за 1, то у большинства минералов он варьируется от 2,2 до 3,2. У
некоторых минералов (таких немного) очень высокий или очень низкий удельный вес.
Например, у графита он равен 1,9, а у золота от 15 до 20, в зависимости от чистоты. Зависит
от химического состава и структуры минерала. Все минералы по плотности
подразделяются на: легкие (1–3 г./см 3), тяжелые (3,5–9 г./см 3), очень тяжелые
(9–23 г./см3).
ТВЕРДОСТЬ – способность минерала сопротивляться механическому
воздействию. Выделяют абсолютную и относительную твердости. Она у
большинства минералов анизотропна.
Абсолютную твердость определяют прибором, называемым склерометр в
3
кг/мм .
Относительная твердость определяется сравнительным путем. Для этого
берут минерал с известной твердостью и воздействуют им или на него другим
минералом. Существует эталонная шкала для определения относительной
твердости минералов. Её разработал австрийский минералог Моос в 1824 г.,
поэтому названа его именем. В ней подобраны 10 минералов, которые
располагаются в порядке возрастания твердости и номер эталонного образца в
ней означает величину относительной твердости этого минерала.
1
Тальк
6
Ортоклаз
2
Гипс
7
Кварц
3
Кальцит
8
Топаз
4
Флюорит
9
Корунд
5
Апатит
10
Алмаз
2 —2,5
3
Ноготь большого пальца
Серебряная монета
3,5
Бронзовая монета
5,5—6
Лезвие перочинного ножа
5,5-6
Оконное стекло
6,5—7
Напильник
Кроме перечисленных свойств, которые проявляются у всех минералов,
существуют свойства присущие отдельным минералам или группе минералов.
Их называют особые свойства и к ним относятся:

Магнитность – определяется по отклонению минералом стрелки
компаса;

Люминесценция – любое излучение минералом света без
накаливания. Выделяют: флюоресценцию – свечение минерала происходит при
облучении ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, фосфоресценцию –
продолжение свечения минерала после прекращения облучения; люминесценция
наблюдается у минералов, содержащих в кристаллической решетке примеси
ионов. Так минерал шеелит светится бледно-голубым цветом за счет включений
МОЛИБДЕНА.

Пьезо- и пироэлектрические. Пьезоэлектричество – это явление,
когда под действием давления вдоль полярной оси кристалла на её концах
концентрируются положительные и отрицательные заряды. Пироэлектричество –
тоже явление (появление электрических зарядов) только под действием
температуры при нагревании.

Реакция с соляной кислотой – происходит выделение углекислого
газа, реакция хорошо наблюдается визуально.

Вкус и запах – некоторые минералы издают запах, при каком-либо
воздействии на них (при ударе и т.п.), другие минералы – соленые или горькосоленые на вкус (каменная соль).

Радиоактивность – ею обладают минералы, содержащие
радиоактивные элементы.
Контрольные вопросы:
1. Что понимают под минералом?
2. Как происходит образование минералов.
3. Что относится к основным свойствам минералов?
4. Как определяется твердость минералов?
Тема: Классификация. Магматические горные породы.
1.
Горные породы и их классификация.
2.
Магматические горные породы.
1. Горные породы и их классификация
Дадим определение, что такое горная порода.
Горные породы представляют собой минеральные агрегаты, образующие
геологические тела больших размеров. Горная порода, состоящая из одного
минерала, называется мономинеральной. Большинство горных пород состоит из
нескольких минералов.
Пример мономинеральной горной породы - это дуниты, кварцит,
известняк, каменная соль.
Пример сложной горной породы - гранит, обычная глина.
Так сложная горная порода гранит состоит из кварца, полевого шпата,
слюды и других минералов, а мономинеральная горная порода известняк
сложена кальцитом, другая мономинеральная горная порода кварцит - кварцем и
т.д.
Если породообразующий минерал занимает в горной породе <5% объема
горной породы он называется второстепенным , если больше 5% объема породы
(95%) - главные.
Все горные породы по происхождению делятся на 1) магматические, 2)
осадочные и 3) метаморфические.
2. Магматические горные породы
Магматические горные породы - это горные породы, образовавшиеся в
результате остывания магмы. Магма - это силикатный расплав, включающий
различные газы и водяной пар.
Понятие о магме
Вещество в недрах земли находится в состоянии термодинамического
равновесия. Любое его нарушение, связанное с нарушением температуры,
изменение давления, приводят к образованию движущегося расплава,
заполняющего то или иное пространство в недрах Земли (магматический очаг).
Особая роль в образовании мамы принадлежит газам, за счет которых резко
увеличивается ее объем и ее давление на вмещающие горные породы. Так
согласно Грейтону, при подъеме магмы на 40 км вследствие увеличения
количества газов объем ее увеличивается в 115 раз. Под термином, «магматизм»
понимается совокупность сложных процессов возникновения магмы в мантии
или земной коре и перемещения ее к поверхности Земли. Эти процессы
заканчиваются излиянием магмы на поверхность Земли или остывание ее в
различных слоях земной коры.
В недрах земли магма имеет температуру равную 1000-1300° С. При
излиянии на поверхность во время извержения вулканов магма теряет летучие
вещества и в таком состоянии называется лавой. Магматические горные породы
составляют около 95% массы горных пород. Химический состав характеризуется
главным образом содержанием в горных породах кремниевой кислоты Si02.
2.1 Классификация магматических горных пород по химсоставу
Химический состав всех горных пород обычно представляется в виде
процентного содержания окислов Si02, А1203, Fe203, FeO, MgO, CaO, Na2 О, К 2
О, Н 2 О, которые в сумме составляют более 98%.
В зависимости от процентного содержания Si02 магматические горные
породы подразделяются на следующие группы:
1. ультраосновные - до 45 % (менее 45 %)
2. основные - (45 - 52)%
3. средние - (52 - 65)%
4. кислые - (65 - 75)%
5. ультракислые >75%
6. щелочные
Минералогический состав магматических горных пород определяется их
химическим составом, особенностями магматического расплава и условиями его
кристаллизации, (по плакату рассказать)
По данным многочисленных анализов средний минералогический состав
магматических горных пород таков: Полевые шпаты - 60% Кварц - 12%
Силикаты - 17% Слюды - 4% Прочие силикаты - 6% Остальные минералы - 1%
Отличительные особенности каждой группы рассказать по плакату
2.2 Строение магматических горных пород
Магматические горные породы образовавшиеся в результате застывания
магмы в глубинах земли, называют интрузивными, а на поверхности излившимися или эффузивными. Промежуточное положение между ними
занимают гипабиссальные магматические горные породы.
Существенными признаками различия этих горных пород служат их
структура и текстура.
Структура - это особенность внутреннего строения горных пород, которая
определяется степенью кристаллизации, размером, формой и способом
срастания минералов, составляющих породу. Различают следующие структуры:
1. Зернистая - порода полностью сложена кристаллическими зернами.
2. Афанитовая - кристаллы в породе различимы только под
микроскопом.
3. Стекловатая - порода состоит из нераскристаллизовавшегося
стекловатого вещества.
4. Порфировая
порода
состоит
из
стекловатой
или
скрытокристаллической основной массы и отдельных кристаллов, называемых
порфировыми вкрапленниками.
5. Пегматитовая
- характеризуется присутствием закономерно
ориентированных врастаний кварца в крупных зернах полевого шпата.
Ввиду медленного застывания магмы при образовании интрузивных
горных пород полнокристаллическую равномернозернистую структуру с
полным развитием кристаллов всех минералов образующих породу.
Эффузивные породы, которые образовались в результате быстрого
остывания (магмы) лавы, имеют скрытокристаллическую, порфировую или
стекловатую структуру.
Гипабиссальные породы, образовавшиеся на небольшой глубине,
характеризуются порфировой или порфировидной структурой, в которой
крупные кристаллы одного минерала окружены скрытокристаллической массой
других минералов.
Текстура магматической горной породы - это особенность внешнего ее
строения, определяемая характером размещения минеральных зерен их
ориентировкой и окраской, плотностью породы. Различают текстуры:
1) массивную
2) волокнистую
3) миндалекаменную
4) сланцеватую и др.
Текстура магматических горных пород:
а) по особенностям взаимного расположения минералов:
1. массивная (однородна) - присуща интрузивным породам. Она не имеет
каких-либо закономерностей в ориентировке минералов (например у гранита).
2. шлировая или токситовая - называется текстура горных пород,
отдельные участки которых отличаются различным строением или составом.
3. шаровая - минералы, слагающие породу, образуют концентрические
зоны.
б)
направленные
текстуры
характеризуются
закономерной
ориентировкой минералов вдоль какой-нибудь линии или плоскости:
4. гнейсовидная (полосчатая) - имеет более или менее закономерную
ориентировку минералов в одной плоскости.
5. флюидальная - отражает особенности движения магматического
расплава, которые проявляются в ориентированном расположении минералов.
в)
по
особенностям
заполнения
пространства
текстуры
подразделяются на:
6.
плотные, отличающиеся плотным прилеганием минералов,
отсутствием пустот.
7. пористые - пример пемза.
8. миндалекаменные - при заполнении пустот вторичным минералом.
По текстуре горные породы делятся на: компактные и пористые. В
компактной породе нельзя заметить невооруженным глазом каверны и поры, а в
пористой эти поры ясно видны. Если пустоты в эффузивных породах заполнены
вторичными минералами, то возникает миндалекаменная текстура.
Контрольные вопросы:
1.
Что понимают под горной породой?
2.
По каким признакам классифицируются горные породы (ГП)?
3.
На какие типы подразделяются магматические ГП?
4.
Дать понятие и описать виды структур магматических ГП.
5.
Дать понятие и описать виды текстур магматических ГП.
Тема: Осадочные горные породы. Метаморфические горные породы. Их
классификация. Практическое использование.
1.
Осадочные горные породы.
2.
Структура и текстура осадочных горных пород.
3.
Формы залегания осадочных горных пород.
4.
Структура метаморфических горных пород.
5.
Классификация метаморфических горных пород.
1. Осадочные горные породы
Осадочные горные породы образовались во внешней зоне земной коры
при поверхностном давлении и температуре в результате разрушения других
пород, жизнедеятельности организмов.
Процесс образования осадочных горных пород включает 4 этапа:
2) разрушение ранее существовавших (материнских) горных пород;
3) перенос продукта разрушения;
4) отложение перенесенных продуктов в виде водного или воздушного
осадка;
5) преобразование осадка в породу, называемые диагенезом. Эта порода
не остается постоянной, а постоянно подвергается медленным изменениям.
В зависимости от происхождения исходного осадка осадочные горнвн
породы делят на 4 основные группы
1. обломочные;
2. глинистые;
3. химические;
4. органогенные.
Обломочные горные породы образовались из обломков горных пород,
подвергшихся физическому разрушению. Глинистые - в основном из продуктов
химического разложения магматических горных пород, химические — из солей,
выпавших в осадок при высыхании водоемов, органогенные - из остатков
растительных и животных организмов.
а) Обломочные породы. К ним относятся породы, образовавшиеся в
результате механического разрушения других пород. Они отличаются
неоднородностью состава, который определяется исходными породами.
Классификация структурных элементов осадочных горных пород приведена в
таблице Плакат. Обломочные горные породы бывают
раздельнозернистыми
и
сцементированными.
Сцементированные
галечники называют конгломерат, щебень - брекчией, сцементированный
гравий - гравелитом, песок - песчаником. Сцементированные пылеватые
частицы называют алевролитами, а глины - аргиллитами. В минеральном
составе обломочных горных пород резко преобладает кварц, в убывающем
порядке содержатся полевые шпаты, слюды и цветные минералы. Основные
характеристики обломочных горных пород — происхождение, структура,
минералогический состав, степень выветривания структурных элементов.
Хорошими строительными свойствами обладают конгломераты и брекчии из
обломков крепких преимущественно магматических пород с известковым,
кремнистым или кварцевым цементом.
Пески и песчаники состоят из устойчивых минералов и обломков горных
пород. Основными минералами являются кварц, полевые шпаты, слюды
магнетит и др. В зависимости от минералогического состава песчаного
материала выделяется несколько типов песчаных пород. Наибольшее значение
имеют кварцевые пески ( >95%). Они применяются в стекольном производстве,
для получения огнеупорного кирпича и кислотоупорного, формовочных смесей.
Они водопроницаемы, характеризуются слабой сжимаемостью и высокой
водоотдачей. Составляют (15-20)% осадочных пород.
Алевриты занимают промежуточное положение между обломочными и
глинистыми породами. Алевриты - это пылеватые породы, состоящие из
мельчайших пылеватых частиц, кварца, полевого шпата, слюды и кальцита
d=0505 - 0,005 мм.
Характерным представителем алевритов является лёсс. Для строителей
важно знать, что при увлажнении лёссы дают просадки. Это горные породы
невыясненного генезиса. Они широко развиты в Европе, Азии и Америке.
Имеют палево-желтый цвет. F - 13 млн.км2 в мире.
б) Глинистые или пелиты горные породы - составляют 60% от общего
объема. Они содержат не менее 50% частиц мельче 0,01 мм и более 25% частиц
мельче 0,001 мм. Далее рассказать по плакату классификацию механических
элементов почвы (из земледелия).
При содержании (5-25)% кальцита и доломита глины называют
мергелистыми, при (25-50)% - они переходят в мергель, и при (50-75)% - в
глинистый известняк.
Знания характера пород и их свойств имеют большое значение в
гидромелиоративном строительстве, например, при гидравлическом расчете
скорости на разлив оросительных каналов. Данные о гранулометрическом
составе необходимы для определения заложения откосов и многих других задач.
в) Химические породы - образовались в результате усыхания тех или
иных природных растворов в недрах или на поверхности земли.
По минеральному составу химические породы делят на 5 групп (это
плакат).
К ним относят иллиты, кремнистые породы (морские осадки),
карбонатные породы - доломиты, известняки, мергели. Представителем
мелкозернистых известняков является мел. К ним относят также соляные
породы (каменная соль).
Выделяют органогенные породы угли, торф, горючие сланцы, нефть и др.,
сапропели, янтарь.
Сапропель - современные осадки, образующиеся на дне озер. Это
полужидкие вязки, маслянистые горные породы, которые уплотняясь переходят
в озерные угли. Применяют в медицине (лечебные грязи) и в народном
хозяйстве (в качестве органических удобрений).
Янтарь - аморфное вещество желтого и желто-красного цвета, плавится и
горит, содержит включения растений и насекомых. Представляет смолу хвойных
деревьев палеогена и неогена.
2. Структура и текстура осадочных горных пород
Характеризуя структурно-текстурные особенности осадочных горных
пород, следует учитывать, что для них характерны те же признаки строения и
сложения пород, что и для пород любой другой генетической группы. Вместе с
тем специфика образования определяет наличие особых их разновидностей.
Структуры Обломочных горных пород
Структуры осадочных обломочных горных пород возникают в результате
механического нарушения исходного материала. Вследствие этого основной их
классификацией является размер зерен. Выделяют следующие структуры:
1. грубообломочную (с частицами более 2 мм в диаметре);
2. среднеобломочную или песчаную (с частицами от 2 до 0,05 мм);
3. мелкообломочную или пылеватую (d от 0,05 до 0,005 мм);
4. тонкообломочную или глинистую (d менее 0,005 мм)
5. смешанную (в породе представлены частицы различных размеров)
Структуры химических и органогенных пород
При характеристике структур химических и органогенных горных пород
следует обращать внимание на форму, а не на размер. Основные типы структур
этих пород следующие:
1.
кристаллически-зернистая;
2.
оолитовая;
3.
землистая;
4.
детритусовая (обломочная);
5.
скрытокристаллическая;
6.
волокнистая;
7.
ракушечниковая;
8.
коралловая
Текстуры осадочных горных пород:
А) по признаку ориентировки зерен обычно разделяют на беспорядочную
и слоистую;
Б) по отношению к пористости принято выделять плотную и пористую
(мелкопористая d менее 0,5 мм, крупнопористая - d от 0,5 до 2,5) текстуры.
Текстуру сыпучих горных пород называют рыхлой.
3. Формы залегания осадочных горных пород
Все осадочные горные породы характеризуются слоистостью. Нижнюю
поверхность слоя называют подошвой, а верхнюю - кровлей. Мощность слоя это расстояние по нормам между подошвой и кровлей. Местное уменьшение
мощности пласта называется пережимом. Уменьшение пласта до полного
выпадения его называется выклиниванием. Пласт, выклинивающийся в двух
концах на коротком расстоянии, называется линзой. Группа пластов осадочных
горных пород, расположенных один над другим называется толща, пачка, свита.
Если пласты залегают горизонтально, то такое залегание называется согласным.
4. Структура метаморфических горных пород
Метаморфические горные породы образуются в результате глубокого
изменения первичных магматических и осадочных пород. Эти изменения
происходят ниже зоны выветривания и, как правило, не сопровождаются
переплавлением пород.
Главными факторами метаморфизма являются повышение или понижение
температуры, давления, а также воздействие растворов и газовых эманации.
Метаморфические процессы происходят в твердом состоянии или при
весьма незначительном участии жидкой фазы. В зависимости от преобладания
того или иного фактора и типа возникающих пород выделяются следующие
типы метаморфизма:
Контактовый метаморфизм. Контактовые изменения возникают во
вмешающих породах в результате температурного воздействия магматических
масс.
Если при этом существенно меняется вещественный состав, изменения
называются контактово-метасоматическими.
Катакластический
метаморфизм,
или
динамометаморфизм,
проявляется в тектонических подвижных зонах, главным фактором его является
давление.
Региональный метаморфизм проявляется на огромных площадях под
действием высоких температур, давления и водно-газовых растворов.
Метасоматоз может сопровождать различные типы метаморфических
изменений, но в отличие от последних при метасоматозе происходит
существенное изменение минерального состава пород. Метасоматические
процессы протекают при активном участии эманации и водных растворов. В
результате метасоматических изменений возникают различные скарны,
пропилиты, грейзены и т.д.
Встречаются также такие типы метаморфизма, как авто- и
ультраметаморфизм.
При метаморфизме и метасоматозе происходит изменение как текстурноструктурных особенностей, так и вещественного состава пород.
Структура метаморфических пород
Среди
структур
метаморфических
пород
выделяются
кристаллобластические, катакластические, реликтовые и метасоматические.
Кристаллобластические
структуры
наблюдаются
в
полностью
перекристаллизованных породах (гнейсы, амфиболиты, сланцы и др.);
Катакластические - в породах, испытавших динамометаморфизм;
Реликтовые - характеризуются сохранением в реликтах первичной
магматической или осадочной структуры.
Текстуры метаморфических пород полосчатые, гнейсовидные, плойчатые,
брекчиевидные и др.
5. Классификация метаморфических горных пород
В минеральном составе метаморфических пород главными компонентами
являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены. К числу наиболее
распространенных разностей метаморфических пород относятся гнейсы,
амфиболиты, кварциты, мраморы, скарны (табл. 1).
Таблица 1. Классификация метаморфических пород
Породы, образованные при температуре
Исходные породы низкой и средней
высокой (400весьма высокой
(менее 400 °С)
600 °С)
(600-800 °С)
Региональный метаморфизм
Алюмосиликатные Метаморфизованн Кварциты,
Кварциты,
об­ломочные
ые песчаники,
гнейсы,
метамор­физованн
(песчаники,
кварцитометаморфизованн ые кварциты,
кремнистые
песчаники,
ые конгломераты гнейсы, гранитосланцы)
метаморфизованн
гнейсы,
ые конгломераты
метаморфизованн
ые конгломераты
Карбонатные
Кристаллические Мраморы,
Мраморы,
(известняки,
известняки и
доломитовые
известководоломиты и т.д.)
доломиты
мраморы,
силикатные
диопсидовые и
кристаллические
тремолитовые
породы
мраморы
(бескварцевые
гнейсы,
мигматиты,
диопсидкарбонатные,
диопсидскаполитовые,
диопсидамфиболовые
породы)
Глиноземистые
Филлиты
Кристаллические Инъецированные
(глины, аргиллиты,
сланцы, гнейсы
гнейсы и
алевролиты,
мигматиты,
мергели, кислые
гранито-гнейсы,
туфы и др.)
чарнокиты
ЖелезистоЗеленые сланцы
Амфиболиты,
Амфиболиты,
магнезиальные
амфиболиты
амфиболовые и
(глины
полевошпа­товые, пироксе-новые
монтмориллонитов
сланцы
мигматиты,
Породы, образованные при температуре
Исходные породы низкой и средней
высокой (400весьма высокой
(менее 400 °С)
600 °С)
(600-800 °С)
ые, туфы основные
кристаллические, гнейсы
и др.)
гнейсы
инъецированные
Эффузивные
Порфириты,
Кристаллические Ортогнейсы,
различного состава порфиритоиды,
ортосланцы и
мигматиты,
серици-товидные ортоамфиболиты гранито-гнейсы,
и зеленые сланцы
гнейсо-граниты
Ультраосновные и ТалькоОртоамфиболиты, Ортоамфиболиты,
основные
хлоритовые,
гранатовые
гранатовые
интрузивные
талькоамфиболиты
амфиболиты,
карбонатные
мигматиты
породы, зеленые
сланцы
Контактовый метаморфизм
Алюмосиликатные Ороговикованные Контактовые
Мигматиты,
обломочные
песчаники,
роговики
гранитизированны
алевролиты и др.
е породы
Карбонатные
Кристаллические Мраморы,
Мраморы и
известняки и
тремолитовые,
скарноиды
доломиты
волостонитовые,
диопсидовые
породы,
известковосиликатовые
роговики
Глинистые туфы и Пятнистые и
Контактовые
Мигматиты,
туффиты
узловатые сланцы роговики
гранитизированны
е породы
Эффузивные
Ороговикованные То же
Гранитизированн
различного состава эффузивы
ые породы или
мигматиты
Контрольные вопросы:
Какие ГП называются осадочными, на какие виды они подразделяются?
6.
Назовите виды структур и текстур осадочных горных пород.
7.
Охарактеризуйте формы залегания осадочных горных пород.
8.
Какие бывают структуры метаморфических горных пород.
9.
Дать классификацию метаморфических горных пород.
Тема: Общие сведения. Эндогенные геологические процессы
1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.
2. Тектонические движения земной коры.
3. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.
4. Выветривание. Элювий
1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.
Геологическими называют процессы, протекающие в недрах Земли или
на ее поверхности и связанные с образованием, перемещением или разрушением
горных пород. Эти процессы постоянно изменяют облик нашей планеты.
Различают эндогенные (внутренней динамики) и экзогенные (внешней
динамики) процессы.
Основной движущей силой эндогенных процессов является энергия,
которая выделяется за счет перераспределения вещества в недрах Земли,
радиоактивного превращения элементов, химических реакций.
К ним относятся: магматизм, метаморфизм, вулканизм, землетрясение и
породообразование.
Экзогенные процессы действуют под влиянием солнечной энергии. Они
проявляются во взаимодействии литосферы с атмосферой, гидросферой и
биосферой.
Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические
процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли.
Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в
глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные
физико-механические и физико - химические преобразования вещества, в
результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и
коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие
процессы и называются эндогенными процессами.
Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях
вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением
магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.
Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся в
глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом.
Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а
приурочены к определенным участкам земной коры, положение и площадь
которых изменялись в ходе геологической истории.
Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности,
а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные
породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения магмы в земную кору
получили название глубинного вулканизма, или плутонизма.
Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения,
проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде
кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же как и
вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки
приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству
значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т. д.
Кроме кратковременных и сильных колебаний типа землетрясений,
земная кора испытывает колебания, при которых одни участки ее опускаются, а
другие поднимаются. Движения совершаются очень медленно со скоростью
нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие, они недоступны
непосредственным наблюдениям без приборов. Но так как эта движения
совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет, то
конечные результаты их весьма существенны.
Вследствие этих колебательных движений, многие области, ранее
бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки земной
поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над
уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под водой.
Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних, участках
земной коры опускания или поднятия более значительны, на других менее
значительны.
Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые
и разрывные деформации земной коры. Эти явления в большинстве случаев
недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в
характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и
океанов, выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами.
Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты
оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными
или надвинутыми друг на друга.
Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию
возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали
явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что
породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют
возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза («орос» — погречески возвышенность, «генез» — образование). В настоящее время
установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не
меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин «орогенез», утратив свое
первоначальное значение, стал употребляться реже.
Складчатые деформации проявляются только в определенных, наиболее
подвижных и наиболее проницаемых для магмы участках земной коры,
именуемых геосинклиналями. В противоположность им устойчивые, со слабой
тектонической активностью, области называются платформами.
Складчатые деформации, землетрясения и особенно вулканизм
способствуют существенному изменению горных пород, слагающих земную
кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под
действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются. Действие
паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных
породах новых минералов. Все эти явления преобразования горных пород под
действием
эндогенных
процессов
носят
название
метаморфизма
(«метаморфизм» - по-гречески означает превращение) и также связаны с
глубинными силами.
К числу эндогенных процессов относятся, следовательно, вулканизм,
землетрясения, колебательные движения (или эпейрогенез), складчатые и
разрывные деформации и метаморфизм.
Из всех видов эндогенных явлений только колебательные движения, как
указывалось ранее, проявляются более или менее равномерно в пределах всей
земной коры; все же остальные явления сосредотачиваются главным образом в
подвижных геосинклинальных поясах Земли.
Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры
и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм
рельефа поверхности Земли — горных стран и отдельных возвышенностей,
огромных впадин — вместилищ океанической и морской воды и др.
Формы, созданные эндогенными силами, в свою очередь подвергаются
действию экзогенных сил. Возвышенности размываются реками, развеваются
ветрами; у подножия возвышенностей накапливаются мощные пролювиальноделювиальные шлейфы, впадины заполняются осадками, берега впадин
размываются волнами. Эндогенные силы стремятся к расчленению и
усложнению рельефа земной поверхности, а экзогенные силы денудируют, т. е.
выравнивают поверхность Земли. Во взаимодействии экзогенных и эндогенных
процессов происходит развитие земной коры и ее поверхности.
2. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.
Тектоническими нарушениями называются перемещения вещества земной
коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли.
Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е. изменения первичного
залегания горных пород. Особенно отчетливо эти изменения наблюдаются на
примере осадочных пород, которые первично отлагаются в виде горизонтально
залегающих пластов, а вследствие тектонических нарушений оказываются
смятыми в складки или разорванными на отдельные чешуи и блоки.
Тектонические движения, в конечном счете создают наблюдаемую структуру
земной коры, т. е. они являются созидательными движениями («тектонос» погречески—созидательный). В результате этих движений возникают и основные
неровности рельефа поверхности Земли.
Тектонические движения можно разделить на два типа: радиальные –
колебательные, или эпейрогенические движения, и тангенциальные,
орогенические. В первом типе движении напряжения передаются в направлении,
близком к радиусу Земли, во втором — по касательной к поверхности оболочек
земной коры. Очень часто эти движения бывают, взаимосвязаны, или один тип
движений порождает другой. В результате этих типов движений создаются три
вида тектонических деформаций :1) деформации крупных прогибов и поднятий;
2) складчатые; 3) разрывные.
Первый тип тектонических деформаций, вызванный радиальными
движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах земной
коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие образование
подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний совершаются
относительно
медленно,
ощутимых
разрушений
не
приносят
и
непосредственным наблюдениям человека не поддаются.
Складчатые деформации вызываются тангенциальными движениями и
выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки, иногда
короткие, быстро затухающие моршины.
Третий тип тектонических деформаций характеризуется образованием
разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль трещин
этих разрывов. Разрывные нарушения очень часто являются производными от
первых двух типов, но в большей мере от складчатых. Установить причину той
или иной деформации не всегда удается, так как, кроме вышеуказанных типов
движений, деформации могут образоваться в связи с внедрением магмы и т.п
Тектонические процессы приводят к нарушениям в залегании Г.П. Эти
нарушения наз. дислокациями.
3. Формы залегания пластов, дислокаций.
1 антиклиналь
Основные виды разрывных дислокаций:
2 синклиналь
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ
Землетрясе́ния — подземные толчки и колебания поверхности Земли,
вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими
процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение
водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие
толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических
извержениях.
Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но
большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными.
Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные
разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть
приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими
последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).
Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они
способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются
колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами),
возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.
ИЗВЕРЖЕНИЯ
Везувианский тип. Назван по имени знаменитого вулкана Везувия,
расположенного в Италии близ Неаполя. Известен своим катастрофическим
извержением, разразившимся в 79 г. н. э., которое красочно описано
древнеримским ученым Плипием Младшим. Тогда под толщей вулканического
пепла и грязевых потоков были погребены три города — Геркуланум, Помпея,
Стабия. Для этого типа характерны сильные взрывные извержения
вследствие периодической закупорки жерла вулкана, а также последующее
излияние лавовых потоков.
Гавайский тип особенность его состоит в том, что базальтовые расплавы
здесь изливаются относительно спокойно, без взрывов; расплав слабо насыщен
газами и имеет небольшую вязкость, хотя иногда и возникают необыкновенно
эффектные лавовые фонтаны. В результате такого извержения вулкан имеет
очень пологие склоны, на которых расположено несколько кратеров.
Тип Пеле Которому свойственны раскаленные пепловые тучи и рост
купола в кратере вулкана. Впервые на этом вулкане был отмечен направленный
взрыв, охвативший большую площадь.
Тип Вулкано. Вулкан Вулкано, находящийся на Липарских островах,
также весьма знаменит — ведь отсюда происходит и сам термин «вулкан». Для
него характерно извержение относительно кислых вулканических продуктов
(андезито-дацитового состава). Вследствие большой вязкости расплава
происходит закупорка жерла вулкана; скопившиеся пары и газы взрывают эту
пробку, выбрасывая на большую высоту пепел и другие лавовые частицы
разнообразных форм и размеров.
4. Выветривание. Элювий.
К экзогенным процессам относят процессы выветривания,
Выветривание (а. weathering, degradation, disengagement; н. Verwitterung;
ф. alteration; и. meteorizacion) — процесс разрушения и изменения горной
породы в условиях земной поверхности под влиянием механического и
химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и
организмов. По характеру среды, в которой происходит выветривание,
различают атмосферное (или наземное) выветривание и подводное (или
гальмиролиз). Основные типы выветривания по роду воздействия на горные
породы; физическое, химическое и органическое (биологическое).
Физическое выветривание вызывает разрушение горной породы на
обломки и происходит вследствие быстрого изменения объёма поверхностных
частей пород и последующего их растрескивания под влиянием резких суточных
колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды в трещинах.
(высокогорные области, полярная и пустынные зоны, тундра, сухой климат).
Химическое выветривание ведёт к изменению химического состава
горной породы процессами окисления, гидратации и др. с образованием
минералов, более стойких в условиях земной поверхности. (влажные области,
тропики, субтропики).
Биологическое выветривание сводится к механическому и химическому
изменению
пород,
вызываемому
жизнедеятельностью
организмов.
Биологические факторы играют важную роль в своеобразном типе выветривания
— почвообразовании. (во многих климатических зонах).
Элювий – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте
своего образования.
Элювий накапливается там на горизонтальных или слабонаклонных
поверхностях, где ослаблена денудация. Он образует кору выветривания и
отличается отсутствием сортировки материала и слоистости. Размер кусков
эливия (механический состав) — от глыб до глин. Во многих районах в элювие
концентрируются россыпи тех полезных ископаемых, которые заключались в
коренных горных породах.
Контрольные вопросы:
1. Дать классификацию геологических процессов.
2. Что понимают под эндогенными процессы.
3. Назвать виды тектонических движений земной коры.
4. Перечислите тектонические процессы и явления.
5. Назовите формы тектонических дислокаций.
6. Что понимают под выветриванием.
7. Что понимают под элювием.
3
Тема: Геологическая деятельность поверхностных текущих вод, дождевых
и талых вод, ледников и льда.
1. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.
2. Геологическая деятельность ледников
3. Геологическая деятельность ветра
4. Типы речных террас
1. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.
Поверхностные воды разливают на своем пути породы, смывают со
склонов продукты размыва и смыва в местах замедления или прекращения
течения. Мы знаем, что процесс размыва горных пород водными потоками
называют эрозией. Места с наименьшими отметками рельефа, на уровне
которых прекращается эрозия, называется базисом эрозии. Для бассейна реки
в целом, базисом эрозии является уровень моря или озера, в которые впадает
данная река. Для притока базисом эрозии будет уровень воды в реке, в которую
он впадает. Подножие склона является базисом эрозии для водных потоков,
образующихся во время дождя или таяния снега.
а) работа осадков
Осадки, стекая по овражным водотокам смывают почву и размывают
пахотные земли.
Продукты выветривания пород, смываемые со склонов и
накапливающиеся у их подножия, называются делювием (d).
Эти отложения характеризуются неотсортированностью, различны
по хрупкости!
Делювием могут быть суглинки, щебень, пески и другие отложения.
б) работа рек (самостоятельная работа)
Реки могут быть дождевого, снегового, ледникового и смешанного
питания. В зависимости от рельефа водосборного бассейна реки делят на
горные и равнинные. Горным рекам свойственны: большие уклоны и скорости
течения; интенсивная глубинная эрозия и грубообломочный характер
переносимого и откладываемого материала. Равнинные реки отличаются
меньшими уклонами и скоростью течения; боковая эрозия преобладает над
глубинной; переносимый материал - мелкий и тонкообломочный (пески,
супеси, суглинки, глины). Ширина речных долин тесно связана с
особенностями их геологического строения. Речные долины суживаются в
местах пресечения рекой крепких пород и расширяются в легко разливаемых
породах (показать по плакату). Нередко, особенно в горных районах, долины
рек приурочены к линиям тектонических нарушений, представляющих собой
ослабленные и поэтому легко размываемые участки поверхности земли (по
плакату показать). Выходы крепких пород в русле реки придают ей
порожистый характер.
4
Для проектирования плотин важно учитывать тектонические типы
речных долин.
Наносы, откладываемые реками называют аллювиальными (а). Для
аллювия характерны косая слоистость, изменчивость крупности материала и
мощности слоев — по площади и вертикали.
Аллювий заполняет речные долины, образуя аккумулятивные террасы,
косы, отмели. Наносы, не отложившиеся в речной долине, выносятся в устье,
где из них формируются приморские дельты.
в) работа селевых потоков
Селевыми называют потоки, образующиеся в горных районах после
выпадения обильных осадков и быстро стекающие по руслам рек или оврагов.
Наносы, откладываемые временными водными потоками,
называют пролювиальными (р). Представлены плохо отсортированными
валунами, щебнем, галечниками и песчаноглинистыми отложениями.
Крупность которых уменьшается с отдалением горных хребтов.
Пролювиальные отложения образуют формы рельефа, называемые
конусами выноса.
2. Геологическая деятельность ледников
Ледниками называют скопления льда и фирна, медленно движущиеся в
сторону падения рельефа.
Выделяют 3 основные типа ледников:
1. горные;
2. материковые;
3. промежуточные.
Горные ледники расположены в долинах молодых высокогорных
районов. Материковые покрывают целые острова (Гренландия) или
континенты (Антарктида). Промежуточные покрывают плоскогорья полярных
областей и предгорные расширенные участки долин, занятые выше горными
ледниками.
Рост ледников составляет от 8-9 см (Антарктида) до 310 см в год
(Исландия). Движение ледников обусловлено давлением, которое испытывает
лед во всех частях ледника под действием собственной массы. Если мощность
ледника достигает 15-30 м, то благодаря пластичности этого своеобразного
материала масса льда начинает двигаться. Скорость движения ледников
изменяется от 0,01 до 20 м/сутки. Наблюдения советской экспедиции на
станции Молодежная с применением лазеров показали, что ледник постоянно
находится в напряженном состоянии. Временами массы льда вибрируют,
накапливая кинетическую энергию, после чего начинается сложное движение
до полной остановки.
Фирн - (от нем. Firm - прошлогодний старый), крупнозернистый
уплотненный снег, состоящий из связанных между собой ледяных зерен.
5
Является переходной стадией между снегом и льдом. Он образуется, где
атмосферные осадки выпадают в виде снега и за лето не успевают растаять.
На территории бывшего СССР ледники занимают 75 тыс.км2 (Новая
Земля, Земля Франца- Иосифа, Северная Земля) и содержат 10 тыс.км3 воды. В
настоящее время существуют 2 крупнейших ледниковых щита:
Антарктический (w = 13,5 млн.км2; hM= 1,86 км, hmax= 5 км) и Гренландский
(1,7 млн.км2, h = (1,53,3)км). Ледниковые щиты характеризуются постоянными отрицательными
температурами.
Часто ледники доходят до побережья и обрушиваются в море в виде
гигантских ледяных гор - айсбергов. Крупные айсберги существуют десятки
лет, достигают длины 565 км, надводная часть 87 м и подводная 500 м.
Геологическая работа ледников проявляются в разрушении
движущимся льдом ложа ледника, его склонов, а также в формировании
специфических форм рельефа и разнообразных типов отложений. Особенно
велика разрушительная работа древних ледников четвертичного времени.
При движении ледник отрывает, срезает и.уносит обломки пород своего
ложа - от глинистых и пылеватых частиц до очень крупных валунов. Этот
обломочный материал, попадающий в тело ледника и перемещаемый им,
называют мореной (q). Наиболее распространенный состав морен: глинистые
породы с включениями грубообломочного материала, грубообломочные
рыхлые породы. Рельеф территории распространения ледниковых отложений
имеет каменистый характер (по плакату). В результате таяния материковых
ледников появились мощные потоки вод, размывавшие морены и
переносившие продукты размыва в виде наносов. Отложения ледниковых
потоков этих наносов называются флювиогляциальными (f). Они представлены
песчано-гравелисто- галечниковыми отложениями (рисунок). Перед таявшими
ледниками эти потоки образовали озера, в которых откладывались озерноледниковые (lg) породы. Представленные тонкими слоями глин и мелких
песков и называемые ленточными глинами Область распространений
флювиогляциальных отложений имеет рельеф, существенно отличающийся от
моренного - волнистые равнины.
3. Геологическая деятельность ветра
Деятельность ветра проявляется в различных климатических зонах, но
особенно она продуктивна в областях сухого климата, характеризующиеся
следующими особенностями:
1) низкие суточные изменения температуры, обусловливающие
интенсивность физического выветривания;
2) незначительное количество осадков, выпадающих, в основном, в виде
ливней;
3) превышение испарения (5–15 раз) количество выпадения атмосферных
осадков;
4) разреженность растительного покрова или полное его отсутствие;
6
5) частые ветра большой силы;
6) наличие материала, способного перемещаться ветром.
Перечисленные особенности свойственны пустыням и отчасти
полупустыням.
Деятельность ветра проявляется также на низменных песчаных
побережьях морей, озер, рек (в различных климатических зонах) при условии
отсутствия и сильной разреженности растительности, и в ряде мест на
вершинах гор.
Геологическая деятельность ветра состоит из процессов дефляции
(выдувание и развеивание, от лат. «deflare» — сдувать), корразии (обтачивании
горных пород и их обломков при помощи переносимых ветром частиц
«corrasus» — обтачивать), переноса и аккумуляции (отложения).
Под ДЕФЛЯЦИЕЙ понимается процесс выдувания и развевания ветром
различных частиц горных пород (лат. «deflatio» — выдувание, развеивание).
Очень эффектно этот процесс действует в пустынных районах, где трещины в
горных породах не заполнены рыхлым материалом, как это наблюдается во
влажных местах. Интенсивность дефляции усиливается при длительных
ураганных ветрах — суховеях. Периодически она проявляется в степных
засушливых земледельческих районах на западе США (вспомните сказку
«Волшебник Изумрудного города»), южных республиках СНГ (Казахстане,
нижнем Поволжье, Предкавказье и на юге Украины).
Различают: «Черные бури» — в пределах черноземной полосы; «Красные
бури» — типичны для пустынь; «Белые бури» — редкое явление, характерное
для районов распространения солончаковых и загипсованных почв (Приаралье,
побережье Каспийского моря). Во время бурь скорость ветра достигает 15–20
м/с, а местами до 30–40 м/с. Пахотные слои иногда сдуваются до глубины 5–6
см, а местами и до 10–20 см. Это так называемая плоскостная дефляция.
В некоторых областях Китая существует бороздовая дефляция, которая
развивается в лессовых отложениях и образует вдоль колеи дорог борозды
глубиной до нескольких метров. КОРРАЗИЯ (лат. «Corrasus» — обтачивать,
«сorrado» — соскабливаю, соскребаю) представляет собой механическую
обработку обнаженных горных пород ветром при помощи переносимых им
твердых частиц — обтачивание, шлифование, высверливание.
Частицы песка поднимаются до 2–3 м, изредка до 8–10 м, но наибольшей
концентрации они достигают в нижних приземных частях воздушного потока
(до 1,0–2,0 м), где и происходит небольшая корразионная работа. Здесь песок
как бы подрезает нижние части скал, и они внизу утоняются.
Наглядный пример действия корразии можно наблюдать в степях, где
нижние части телеграфных столбов ничем не защищенные быстро подрезаются
и они падают. Часто встречаются скалы грибообразной формы. При
преобладании ветров одного направления в основании скал образуются ниши,
небольшие пещеры; в известняках возникают каменные полые сундуки; в
порфировидных гранитах — ячеистая поверхность, напоминающая пчелиные
соты и т. д.
7
ПЕРЕНОС частиц ветром , в основном, осуществляется двумя
способами: 1) во взвешенном состоянии и 2) волочением.
Способность ветра переносить песок зависит от его скорости и от
размеров песчинок.
При скорости ветра до 6,5 м/с переносятся частицы до 0,25 мм;
при скорости 10 м/с — до 1 мм;
при скорости 20 м/с — до 4–5 мм.
В течение 10 мин ветер способен перенести средний объем песка: при
скорости 4–5 м/сек — 105 куб.см, при скорости 9–10 — 879 куб.см и при
скорости 14–15 — 2805 куб.см.
Пыль африканских пустынь уносится сильными пассатными ветрами в
Атлантику до 2000–3500 км, а эоловая пыль Сахары иногда достигает стран
Западной Европы.
В результате АККУМУЛЯЦИИ формируются эоловые отложения пески
и лёссы.
Эоловые пески представляют собой, большей частью, продукты
перевеивания отложений рек, морей, озер и элювиальных образований,
возникших при физическом выветривании. Для них характерно:
1) относительно хорошая окатанность зерен, нередко с блестящей
полированной поверхностью (пленки пустынного загара из окиси железа);
2) хорошая отсортированность по размеру зерен. Это преимущественно
мелкозернистые и тонкозернистые пески (0,05 до 0,25 мм);
3) в составе песков преобладают устойчивые твердые минералы — кварц
и др. Менее стойкие уносятся и истираются;
4) цвет преимущественно желтый, желтовато-коричневый, а в
субтропиках и тропиках — красный;
5) косая, неправильная слоистость, то пологая, то крутонаклонная,
иногда перекрещивающаяся. Мощность отложений небольшая и достигает
нескольких десятков метров.
Лёсс — представляет собой своеобразный генетический тип
континентальных отложений. Это светло-желтая, палево-желтая неслоистая,
местами неясно слоистая горная порода, в составе которой преобладают
частицы пыли от 0,05 до 0,01 мм (более 50%). Для лесса характерно: 1) высокая
пористость (42–50%); 2) наличие системы коротких вертикальных канальцев
(следы растений, засыпанных пылью); 3) сильная карбонатность и присутствие
известковых стяжений, называемых журавчиками (нем. лессовые куколки); 4)
вертикальная отдельность и способность держать отвесные стенки в
естественных обнажениях и искусственных выработках; 5) покровный
характер; 6) значительные просадки при увлажнении.
8
Мощность лессовых отложений от нескольких метров до десятков и 100–
150 метров. Существует много гипотез о происхождении лесса: эоловая (В. А.
Обручева), пролювиальная, аллювиальная, делювиальная, почвенноэлювиальная и др.
4. Типы речных террас
Береговые ступени, наблюдаемые в поперечном разрезе речной долины
называют террасами. Образование их связано с изменением высотного
положения базиса эрозии, поднятием верховьев реки или периодическими
изменениями расходов воды. Различают пойменную, наиболее молодую и
затапливаемую рекой во время паводков, и надпойменную террасы. Чем выше
терраса, тем она древнее. Террасы имеют близкую к горизонтальной
поверхность., расположены параллельно руслу реки и имеют продольный
уклон. Они могут быть эрозионными и эрозионно- аккумулятивными.
Эрозионные террасы образованы в коренных породах, прикрыты
небольшим слоем аллювия и встречаются в горных районах. Число террас
может достигать 10 и более, причем верхние, наиболее древние террасы
нередко превышают современное русло реки на сотни метров.
Эрозионно-аккумулятивные террасы образуются в результате
заполнения речной долины, промытой в коренных породах, аллювием и
последующего размыва рекой этих отложений. Таких террас может быть 5,6 и
более. Эрозионно-аккумулятивные террасы бывают двух типов: вложенные и
наложенные.
Вложенные террасы формируются в результате неоднократного
частичного размыва аллювия. При этом в каждой фазе размыва река может
углубляться до коренных пород, а затем вновь заполнять аллювием долину,
промытую в ранее отложенных породах. Наложенные террасы отличаются от
вложенных тем, что при размыве река не достигает коренных пород. В
результате размыва могут возникнуть несколько эрозионных уступов и на
древний аллювий «наложатся» более молодые отложения. Эрозионноаккумулятивные террасы сложены материалом разной крупности в
зависимости от характера рек.
По месту образования аллювия различают русловые, пойменные и
старичные отложения.
Русловые отложения образуются в русле реки, где скорости течения
воды наибольшие. Здесь остается наиболее крупный материал - валуны,
галечники, гравий (в руслах горных рек), пески (на равнинных участках).
Пойменные отложения образуются в паводках
Контрольные вопросы
1. Какие виды экзогенных процессов существуют на Земле?
2. Что такое лесс и какие существуют гипотезы о его происхождении?
3. Охарактеризуйте геологическую работу ледников.
4. Назовите и охарактеризуйте типы речных террас.
9
10
Тема: Геологическая деятельность моря, воды в замкнутых водоемах.
Взаимосвязь эндогенных и экзогенных геологических процессов.
1. Общие сведения о замкнутых понижениях.
2. Геологическая деятельность моря.
3. Геологическая деятельность болот и озер.
4. Переработка берегов водохранилищ.
5. Сезонная и многолетняя мерзлота.
1. Общие сведения о замкнутых понижениях.
К замкнутым водоемам принадлежат озера, болота, водохранилища. По
характеру водообмена различают проточные озера, имеющие поверхностный
сток, осуществляемый реками, и бессточные, лишенные поверхностного стока.
Некоторые озера имеют не поверхностный, а подземный сток. Вода проточных
озер обычно пресная, а бессточных - пресная или соленая в зависимости от
климата.
Самое большое озеро на земном шаре - Каспийское, называемое обычно
морем за огромные размеры (420 тыс. км2). По происхождению впадины озера
делятся на: тектонические - образованы в результате тектонических дислокаций
( например, Байкал, Искандеркуль); эрозионные - возникли при экзогенных
разрушениях земной поверхности; карстовые - провально-карстового
происхождения; плотинные - расположены в долинах, запруженных
природными платинами, образованными в результате экзогенных (обвал,
ледниковые процессы и т.п.) или вулканических процессов. Плотинным озерам
вулканического происхождения является Севан в Армении; оно возникло после
преграждения лавовым потоком долины и русла р. Раздан.
2. Геологическая деятельность моря.
Площадь, занятая океанами и морями на земном шаре, почти в 2,5 раза
превышает площадь суши. Работа моря представляет собой сложный комплекс
взаимодействующих процессов — разрушение горных пород, перенос (разнос)
поступающего в водоемы обломочного и растворенного материала, накопление
или аккумуляция осадков.
Геологическая деятельность моря проявляется в двух направлениях разрушительном (абразия) и созидательном осадкообразование). Наибольшей
разрушительной силой обладает прибой.
Разрушительная деятельность моря связана с движением морской воды.
Наибольшее значение имеют волны, в меньшей степени — приливы и отливы.
Разрушительная работа моря называется АБРАЗИЕЙ. Разрушение берегов морем
производится в результате:
1) гидравлического удара морской волны;
2) ударов многочисленными обломками горных пород, захватываемыми
сильными волнами;
11
3) химического воздействия морской воды.
При подходящих условиях часть обломочного материала уносится за
пределы абразионной террасы и откладывается в виде постепенно растущей
подводной осыпи, так называемой ПОДВОДНОЙ АККУМУЛЯТИВНОЙ
ТЕРРАСЫ. Интенсивно подвергающиеся разрушению берега называются
АБРАЗИОННЫМИ, а берега, у которых происходит накопление обломочного
материала — АККУМУЛЯЦИОННЫМИ.
Морские осадочные горные породы делятся на обломочные, органогенные
и химические. Каждая из этих групп образуется на определенных глубинах.
К обломочным горным породам относят пески, глины, илы, гравий, галька,
глыбы и другие.
Органогенные горные породы представлены известняками, мелом, илами и
другие.
Химические представлены карбонатом кальция (известняки). Реже
встречаются осадки солей железа, марганца, алюминия.
3. Геологическая деятельность болот и озер.
К замкнутым водоемам принадлежат озера, болота, водохранилища.
Геологическая работа озер сходна с геологической работой морей. Они
разрушают берега и откладывают на дне обломочные, глинистые, химические и
органогенные осадки. Существенные отличия озер следующие:
1) меньшие масштабы явлений абразии и аккумуляции
2) интенсивное
развитие
влаголюбивой
растительности,
способствующей превращению мелководных участков озер в болото;
3) больший диапазон минерализации воды - от пресной до рассолов; в
некоторых озерах минерализация превышает минерализацию морской воды,
которая составляет обычно не более 3, 5%.
Из обломочных отложений в озерах встречаются все гранулометрические
разности, широко распространены ленточные глины.
Химические осадки представлены гипсом, галитом, содой, калийными
солями, мергелями, известковыми туфами, железными рудами, прочими
озерными отложениями.
Основные болотные отложения - торф, сапропель.
4. Переработка берегов водохранилищ.
Сущность переработки берегов заключается в том, что под
воздействием абразии, вызываемой ветровыми и судовыми волнами,
береговой склон водохранилища разрушается и вырабатывается новый
профиль равновесия. В результате переработки надводная часть берегового
склона водохранилища отступает и приобретает новые очертания, а в
подводной части склона, в пределах зоны сработки уровня водохранилища и
глубины абрадирующего действия волны, формируется абразионная
аккумулятивная отмель (показать по плакату). Формы и скорость переработки
12
берегов в различных горных породах различны. Наиболее интенсивно
переработка берегов протекает в первые 2-3 года эксплуатации
водохранилища, далее, как правило, она постепенно угасает по мере развития
отмели и выравнивания береговой линии. В первые годы эксплуатации
скорость отступания бровки берега, особенно в легко разливаемых породах,
составляет десятки метров, общая же ширина отступания зоны переработки
берега может достигнуть несколько сотен метров.
В связи с таким интенсивным развитием процесса переработки
береговых склонов создается угроза разрушения населенных пунктов,
промышленных объектов, расположенных по берегам водохранилищ. Перенос
или сохранение таких объектов предусматривается при проектировании
водохранилищ и определяется экономическими и другими соображениями с
учетом прогнозов скорости переработки.
Изучение процесса переработки берегов показало, что его характер и
скорость зависят от сочетания различных природных условий и факторов
устойчивости берегового склона от их изменений в связи с созданием
водохранилищ. Эти факторы необходимо учитывать при прогнозах
переработки берегов. Основные из них приведены в таблице (показать по
плакату).
Меры защиты берегов от переработки (по Е.В. Трепетцову).
Наименование
Характер мероприятий
мероприятий
Укрепление береговых
1. Каменная мостовая
склонов
Камень в плетеных ивовых корзинах
3. Габионы (камень в проволочных сетках)
4. Бетонные плиты
5. Асфальтовые покрытия
6. Фаминно-хворостяные покрытия
7. Лесомелиорация (посадка корнеотпрысковых
растений)
8. Мелиорация грунтов (цементация, обжиг,
силикатизация и др.)
9. Защитные дамбы и волноломы
10. Буны или шпоры
11. Уполаживание подводного склона
12. Намыв отмелей
2.
Гашение энергии
волнения
5. Сезонная и многолетняя мерзлота.
Сезонной мерзлотой или сезонным промерзанием называется
промерзание в холодный сезон года поверхностной зоны земной коры.
Глубина сезонного промерзания местами достигает 3 м. Она зависит от
климатических и погодных условий, состава, состояния и свойств горных
13
пород, состояния снегового и растительного покрова, а также от формы
хозяйственного использования территории. Промерзание начинается с
поверхности и постепенно распространяется в глубину. При этом во влажных
глинистых и пылеватых породах, а также в мелких песках происходит
подсасывание влаги к замерзшей породе с выделением льда и поднятием
поверхности земли, называемым пучением. В случае препятствия этому
поднятию в замерзшей породе возникает давление пучения. Вследствие
пучения в замерзшей породе может возникнуть бугристый микрорельеф и
произойти деформация сооружений. В период весеннего оттаивания породы
влажность ее возрастает за счет перемещенной влаги. Это резко снижает
механическую прочность породы и может вызвать ее разжижение.
Интенсивность пучения возрастает при подъеме УГВ. В сухих глинистых
породах подсасывания грунтовой воды и пучения не происходит. В твердых и
крупнообломочных породах, а также в крупных и средних песках замерзание
и оттаивание не оказывают вредного влияния на механическую прочность.
Многолетняя мерзлота - это многолетнее сохранение породой
отрицательной температуры; широко распространена в восточной и северовосточной частях России на площади около 49 % всей территории бывшего
СССР. Под доменами крупных рек многолетней мерзлоты нет. Максимальная
мощность многолетнемерзлых пород не установлена; в Якутске она
превышает 200 м. Температура пород в зоне сплошного распространения ниже
5°С. Самая верхняя часть земной коры в районах многолетней мерзлоты в
течение теплого сезона года и временных потеплений оттаивает; она
называется деятельным слоем.
Если в зимний сезон деятельный слой промерзает в пределах всей
мощности, то многолетняя мерзлота называется сливающейся, в противном
случае - несливающейся.
Если в пределах деятельного слоя находится вода, то при зимнем
промерзании этого слоя она оказывается зажатой между двумя мерзлыми
пластинами и в ней возникает гидростатический напор. Найдя выход на
поверхность, растекаясь и замерзая, вода образует наледи. Бугры образующиеся
в результате замерзание деятельного слоя и приподнимающие верхние слои
породы, называются гидролаколиты.
Переувлажнение при оттаивании деятельного слоя нередко вызывает
явление разжижения и оплывания поверхностного слоя глинистых пород с
образованием натечных террасообразных форм рельефа, объединяемые
названием солифлюкци.
Контрольные вопросы:
1. Что относится к замкнутым понижениям?
2. В чем заключается геологическая деятельность моря?
3. В чем заключается геологическая деятельность болот и озер?
4. Как происходит переработка берегов водохранилищ и какие меры борьбы
с ней?
5. Какие особенности сезонной и многолетней мерзлоты?
14
Тема: Геохронология. Элементы геотектоники и геоморфологии.
1. Геохронология ее виды и ее методы.
2. Элементы геотектоники и геоморфологии.
3. Главнейшие типы геоморфологических условий в районах орошения и
осушения.
1. Геохронология и ее методы.
ГЕОХРОНОЛОГИЯ – учение о последовательности формирования и
возрасте горных пород. Различаются методы относительной и методы
абсолютной геохронологии.
Относительная геохронология
Методы относительной геохронологии – методы определения
относительного возраста горных пород, которые лишь фиксируют
последовательность образования горных пород относительно друг друга.
Эти методы базируются на нескольких простых принципах. В 1669 г.
Николо Стено сформулировал принцип суперпозиции, гласящий, что в
ненарушенном залегании каждый вышележащий слой моложе нижележащего.
Обратим внимание, что в определении подчёркивается применимость принципа
только в условиях ненарушенного залегания.
Следующий важнейший принцип, известный как принцип пересечений,
сформулирован Джеймсом Хаттоном. Этот принцип гласит, что любое тело,
пересекающее толщу слоев, моложе этих слоев.
Ещё одна большая группа методов относительной геохронологии –
биостратиграфические методы. Эти методы основаны на изучении
окаменелостей - ископаемых остатков организмов, заключённых в слоях горных
пород: в разновозрастных слоях пород встречаются разные комплексы остатков
организмов, характеризующие развитие флоры и фауны в ту или иную
геологическую эпоху. В основе методов лежит принцип, сформулированный
Уильямом Смитом: одновозрастные осадки содержат одни и те же или близкие
остатки ископаемых организмов. Этот принцип дополняется ещё одним важным
положением, гласящим, что ископаемые флоры и фауны сменяют друг друга в
определённом порядке. Таким образом, в основе всех биостратиграфических
методов лежит положение о непрерывности и необратимости изменения
органического мира – закон эволюции Ч. Дарвина. Каждый отрезок
геологического времени характеризуется определёнными представителями
флоры и фауны. В качестве грубой аналогии сущности метода можно привести
всем известные методы определения возраста в археологии: если при раскопках
обнаружены только каменные орудия труда, то культура относится к каменному
веку, присутствие бронзовых орудий даёт основание для её отнесения к
бронзовому веку и т.п.
На сегодняшний день основным в биостратиграфии является метод
анализа органических комплексов. При применении этого метода вывод об
относительном возрасте строится на сведениях обо всём комплексе
15
окаменелостей, а не на находках единичных руководящих форм, что значительно
повышает точность.
Более
универсальным
является
биостратиграфический
метод
сопоставления характера органических остатков в удалённых разрезах –
одновозрастные слои обладают одинаковым комплексом окаменелостей. Этот
метод позволяет проводить региональную и глобальную корреляцию разрезов.
АБСОЛЮТНАЯ ГЕОХРОНОЛОГИЯ
Методы абсолютной геохронологии позволяют определить возраст
геологических объектов и событий в единицах времени. Среди этих методов
наиболее распространены методы изотопной геохронологии, основанные на
подсчёте времени распада радиоактивных изотопов, заключенных в минералах
(или, например, в остатках древесины или в окаменелых костях животных).
Сущность метода заключена в следующем. В состав некоторых минералов
входят радиоактивные изотопы. С момента образования такого минерала в нём
протекает процесс радиоактивного распада изотопов, сопровождающийся
накоплением продуктов распада. Распад радиоактивных изотопов протекает
самопроизвольно, с постоянной скоростью, не зависящей от внешних факторов;
количество
радиоактивных
изотопов
убывает
в
соответствии
с
экспоненциальным законом. Принимая во внимания постоянство скорости
распада, для определения возраста достаточно установить количество
оставшегося в минерале радиоактивного изотопа и количество образовавшегося
при его распаде стабильного изотопа. Названия изотопно-геохронологических
методов обычно образуются из названий радиоактивных изотопов и конечных
продуктов их распада: уран-свинцовый, калий-аргоновый и т.д.
В настоящее время наиболее точным считается самарий – неодимовый
метод, принятый в качестве стандарта, с которым сравниваются данные других
методов. Это связано с тем, что в силу геохимических особенностей данные
элементы наименее подвержены влиянию наложенных процессов, часто
значительно искажающих или сводящих на нет результаты определений
возраста. Метод основан на распаде изотопа 147Sm с образованием в качестве
конечного продукта распада 144Nd.
Калий – аргоновый метод основан на распаде радиоактивного изотопа 40К.
Этот метод давно и широко используется для определения возраста всех
генетических типов горных пород. Он наиболее эффективен при определении
времени формирования осадочных пород и минералов, например, глауконита.
Применительно к магматическим и особенно метаморфическим породам,
затронутым наложенными изменениями, этот метод часто даёт «омоложенные»
датировки, что связано с потерей подвижного аргона.
Радиоуглеродный метод основан на распаде изотопа 14С, образующегося в
верхних слоях атмосферы в результате воздействия космического излучения на
атмосферные газы (азот, аргон, кислород). В последствии 14С, как и
нерадиоактивный изотоп углерода, образует углекислый газ СО2, и в его составе
вовлекается в фотосинтез, оказываясь таким образом в составе растений и, далее,
пищевой цепочке передается животным. В гидросферу 14С попадает в
результате обмена СО2 между атмосферой и Мировым океаном, далее он
16
оказывается в костях и карбонатных раковинах водных обитателей. Интенсивное
перемешивание воздушных масс в атмосфере и активное участие углерода в
глобальном круговороте химических элементов приводит к выравниванию
концентраций 14С в атмосфере, гидросфере и биосфере. Для живых организмов
равновесное состояние достигается при удельной активности 14С, составляющей
13,56 ± 0.07 распадов в минуту на 1 грамм углерода. Если организм умирает, то
прекращается поступление 14С; в результате радиоактивного распада (перехода
в нерадиоактивный 14N) удельная активность 14С уменьшается. Измерив
значение активности в пробе и сопоставив её со значением удельной активности
в живой ткани, несложно рассчитать время прекращения жизнедеятельности
организма.
Радиоуглеродного датирование позволяет определять возраст образцов,
содержащих углерод (кости, зубы, раковины, древесина, уголь и т.д.) возрастом
до 70 тыс. лет.
В завершение рассмотрения методов изотопной геологии следует
отметить, что, несмотря на получение «абсолютных», выраженных в годах,
датировок, мы имеет дело с модельным возрастом – полученные результаты
неизбежно содержат некоторую ошибку и, более того, продолжительность
астрономического года в ходе длительной геологической истории менялась.
Ещё одна группа методов абсолютной геохронологии представлена
сезонно-климатическими методами. Примером такого метода служит
варвохронология – метод абсолютной геохронологии, основанный на подсчёте
годичных слоёв в «ленточных» отложениях приледниковых озёр. Для
приледниковых озёр характерными отложениями служат так называемые
«ленточные глины» - чётко слоистые осадки, состоящие из большого числа
параллельных лент. Каждая лента – результат годичного цикла
осадконакопления в условиях озёр, находящихся большую часть года в
замерзшем состоянии. Она всегда состоит из двух слоёв. Верхний – зимний –
слой представлен глинами темного цвета (за счёт обогащения органикой),
образованного под ледяным покровом; нижний – летний – сложен более
грубозернистыми светлоокрашенными осадками (в основном тонкими песками
или алевро-глинистыми отложениями), образованными за счёт приносимого в
озеро талыми ледниковыми водами материала. Каждая пара таких слойков
соответствует 1 году.
Длительное изучение возраста горных пород позволило выявить основные
этапы развития земной коры. Результатом этого явилось составление
геохронологической шкалы. Геохронологическая шкала – шкала относительного
геологического времени, показывающая последовательность и соподчинённость
основных этапов геологической истории Земли и развития жизни на ней.
Объектом геохронологической шкалы является геологическое время. ( [1], 90-91)
группа (эра) – отложения, образовавшиеся в течение эры
системы
(периоды) – это отложения, образовавшиеся в течение периода; длительность
периодов составляет десятки миллионов лет
отдел (эпохи) - часть системы,
соответствующая отложениям, образовавшимся в течение одной эпохи,
длительность эпох обычно составляет первые десятки миллионов лет
ярус -
17
отложения, образовавшиеся в течение века; продолжительность веков составляет
несколько миллионов лет.
2. Элементы геотектоники и геоморфологии.
Геоморфология - наука о рельефе земной поверхности, его
происхождении и развитии.
Рельеф рассматривается как совокупность всех форм земной поверхности
- возвышений, равнин и углублений. Он играет огромную роль на Земле в
перераспределении тепла и влаги, подземных и поверхностных вод, накоплении
отложений различных наносов и т. д. Роль рельефа в строительстве
промышленных, гражданских зданий и сооружений трудно переоценить. Он
влияет на размещение и характер проектируемых зданий и сооружений,
трассирование авто- и железных дорог, прокладку оросительных и судоходных
каналов и т. д. При инженерно-геологическом картировании рельеф определяет
выделение инженерно-геологических областей в границах более крупных
единиц - регионов.
Одна из основных задач геоморфологии — установление и картирование
типов рельефа. Под типом рельефа понимают определенные сочетания форм
рельефа, закономерно повторяющиеся на поверхности литосферы, имеющие
сходное происхождение, геологическое строение и историю.
Типы рельефа по генезису объединяются в классы:
аккумулятивные равнины — образовались в результате отложения наносов
при деятельности рек и временных водных потоков, моря, ледников, озер, ветра;
денудационные равнины — возникли на участках с резко выраженным
рельефом в результате денудации (выветривания, эрозии, работы ледников,
дефляции и др.) и сноса продуктов разрушения горных пород; в настоящее время
имеют равнинный характер. Площадь развития этих равнин по сравнению с
аккумулятивными ограничена;
денудационно-тектонические горы — сформировались в результате
взаимодействия тектонических процессов с преобладанием поднятий
(складкообразования, сбросы, надвиги и др.) и денудации;
вулканические горы и плато — появились в результате вулканической
деятельности;
антропогенные образования—типы рельефа, образованные в результате
деятельности человека.
В геоморфологии, рассматривают элементы и формы рельефа.
Существующие формы его состоят из элементов, к которым относятся
поверхности, линии и точки.
Поверхности являются составной частью рельефа и подразделяются на
горизонтальные, наклонные, вогнутые, выпуклые и сложные. Пересечение
поверхностей рельефа определяют линии. Различаются линии водораздельные,
водосливные, подошвенные и бровки. Важным элементом рельефа являются
точки, которые разделяются на вершинные, перевальные и донные. Наибольшая
18
высота участка в данной местности называется вершиной, наиболее низкая точка
понижений рельефа называется донной. Дно понижения гребней хребтов носит
название перевальных точек.
Территория Беларуси расположена на западе древней ВосточноЕвропейской платформы. Платформа – это одна из главных глубинных структур
земной коры, характеризующаяся малой интенсивностью тектонических
движений и плоским рельефом. Геологическое строение платформы
двухъярусное.
Здесь
на
кристаллическом
фундаменте,
сложенном
метаморфическими и магматическими породами и имеющем архейскораннепротерозойский возраст (2600 млн.лет), залегает платформенный чехол.
Последний почти целиком состоит из осадочных пород, которые в ряде районов
прорываются магматическими образованиями или переслаиваются с ними.
Глубина залегания кристаллического фундамента на территории Беларуси
изменяется от нескольких десятков метров до 5-6 км, а на самом юге страны в
пределах Украинского кристаллического щита породы фундамента выходят на
поверхность.
Карты, на которых показывают площади развития различных генетических
типов и форм рельефа, называют геоморфологическими
Наибольшую ценность для орошения представляют равнинные
территории. Переувлажненные почвы, требующие осушения, как правило, тоже
расположены в условиях равнинного рельефа. Этим Обусловлено расположение
подавляющего большинства орошаемых и осушенных земель в пределах
аккумулятивных равнин различного генезиса.
3. Главнейшие типы геоморфологических условий в районах орошения и
осушения
Главнейшие типы геоморфологических условий в районах:
Орошения
Осушения
Аллювиальные (наносы откладыв. аллювиальные равнины (пойменные и
Реками) равнины (пойменные и надпойменные террасы, приморские
надпойменные террасы, приморские современные дельты);
современные и древние дельты,
субаэральные (или наземные, сухие)
дельты)
Пролювиальные (наносы от селевых равнины, образованные древними
потоков)
равнины
(совершенные, материковыми оледенениями:
несовершенные
конусы
выноса,
межконусные понижения, предгорные
шлейфы, предгорные полого-волнистые
равнины,
предгорные
наклонные
равнины)
морские равнины
котловины
моренного
рельефа,
плоские
или
слабоволнистые
моренные поверхности, зандровые
поля, водно-ледниковые ложбины;
19
водораздельные равнины смешанного морские равнины;
генезиса
(эолово-делювиальные
(отложения обр. ветром и склоновым
стоком),
эолово-пролювиальные
(ветром и селевых потоков) и др.)
Флювиогляциальные
(ледниковые пролювиальные равнины (конусы
отложения) равнины
выноса,
предгорные
наклонноволнистые равнины);
равнины
смешанного
генезиса водораздельные равнины смешанного
(аллювиально-пролювиальные,
генезиса.
аллювиально-озерные, пролювиальноделювиальные и др.)
зоны выклинивания подземных вод,
Наибольшая часть переувлажненных земель находится в пределах пойменных и
надпойменных террас (Припятское Полесье).
Контрольные вопросы:
1. Что понимают под геохронологией.
2. Назовите и охарактеризуйте виды геохронологии.
3. Какие методы геохронологии Вам известны?
4. Назовите элементы геотектоники и геоморфологии.
5. Какое геоморфологическое строение РБ?
6. Назовите главнейшие типы геоморфологических условий в районах
орошения и осушения.
20
Тема: Геологические карты. Геологические разрезы, их назначение.
1. Геологические карты.
2. Геологические разрезы.
3. Чтение карты четвертичных отложений
21
1. Геологические карты.
Геологической картой называется графическое изображение на
топографической или географической основе с помощью условных знаков
геологического строения какого-либо участка земной коры, континентов или
земного шара в целом. Геологическая карта показывает распространение на
земной поверхности выходов горных пород, различающихся по возрасту,
происхождению, составу и условиям залегания.
Геологическая карта с пояснительной запиской позволяет делать выводы о
формировании земной коры и закономерностях распространения полезных
ископаемых (ПИ). Она служит научной основой для поисков и разведки ПИ и их
разработки. Геологические карты строятся по результатам геологической
съемки, теоретического обобщения достижений геологических наук и
практического опыта (при составлении геологических карт ведущее значение
имеют такие разделы геологии как стратиграфия, геотектоника, структурная
геология, историческая геология, литология, геохимия, минералогия,
петрография, МПИ).
Геологические карты по содержанию и назначению делятся на следующие
типы: типы собственно геологических, карты четвертичных отложений,
геоморфологические, полезных ископаемых, прогнозные.
Собственно геологические карты - являются по содержанию
стратиграфическими картами до четвертичных пород. Континентальные
отложения на них не показываются, за исключением случаев, когда мощность их
велика или неизвестны подстилающие породы. Условные знаки показывают
возраст, состав, происхождение, условия залегания горных пород и характер
границ между ними.
Карты четвертичных отложений - показывают их с разделением по
генезису, возрасту и составу. Коренные - одним цветом.
Литологические карты - помимо возраста показывают в условных
обозначениях состав пород.
Геоморфологические карты показывают основные типы рельефа и его
отдельные элементы с учетом их происхождения и возраста.
Тектонические карты - формы залегания, время и условия образования
структурных элементов земной коры.
Гидрогеологические карты - на геологической основе; информация о
водоносных горизонтах, условиях залегания, распространения, составе и режиме
подземных вод.
Инженерно-геологические карты - показывают физико-механические
свойства горных пород и характеризуют современные геодинамические явления.
Карта ПИ - на геологической основе; отражает все сведения о МПИ,
делящиеся по направлениям использования, объему запасов и происхождению.
Прогнозные карты - отражают закономерности размещения известных
месторождений ПИ и указывают перспективные площади на различные виды
минерального сырья.
В зависимости от масштаба различают:
22
Обзорные (< 1: 100000) - на географической основе; геология больших
территорий, государств, материков.
Мелкомасштабные (1: 1000000 и 1: 500000) - упрощенная топографическая
основа; геологическое строение крупных регионов или государств.
Среднемасштабные (1: 200000 и 1: 100000) - топографическая основа
разреженной сетью горизонталей. Основные черты геологии территорий (Урал,
Кавказ).
Крупномасштабные (1:50000 и 1:25000) точная топооснова к горизонтали;
подробное геологическое строение района.
Детальные (1:10000, 1:5000, 1:2000 и >) подробная геологическая
характеристика отдельных МПИ, районов строительства.
2. Геологические разрезы.
Геологический разрез представляет собой графическое изображение на
вертикальной плоскости геологического строения участка. Его составляют по
геологическим картам или по данным геолоразведовательных выработок. Разрез
показывает последовательность и мощности слоев, формы их залегания,
расположения и формы залегания в вертикальной плоскости массивов
изверженных пород и тел ПИ. Составление, раскраска и индексация разрезов
осуществляется в соответствии с геологической картой и условными
обозначениями.
Для построения геологического разреза в начале вычерчивают
топографический профиль. Наносят на него с геологической карты границы
толщи пород, пересекаемые разрезом. По данным об условиях залегания пластов
показывают границы распространения толщи на глубину. Над разрезом название, числовые вертикальные и горизонтальные масштабы, по сторонам буквенные обозначения разреза (А-А; А-В; I-I), ориентировка по сторонам света.
Стратиграфическая колонка состоит в масштабе более крупном или карта.
Показывает последовательность пластования горных пород, характеристику
контактов между ними и вещественных составов. В центре - геологическая
колонка (без раскраски), слева - стратиграфические подразделения и индексы;
справа - мощность, затем характеристика пород.
При согласном залегании пород в стратиграфической колонке граница
прямая, при несогласном - волнистая.
3. Чтение карты четвертичных отложений
Цветом на карте показан генезис отложений, а не возраст, как на обычной
геологической карте. Генетический тип - отложения, накопившиеся в результате
деятельности какого-либо геологического процесса. Каждый генетический тип
отложений закрашивают "своим" цветом; возрастные отличия показывают
оттенками цвета - более древние слои темным оттенком, а молодые - светлым.
Названия основных генетических типов четвертичных отложений, их
обозначение в индексе на карте (в скобках курсивом расшифрован цвет).
Ряды
I.Элювиаль
ный
Генетические типы
Элювиальный
Индекс, цвет
е
Краткое описание
продукты выветривания, оставшиеся на месте
формирования
23
Почвенный
хемогенные
II.Биогенны
й
Торфяники
III.Коллюви
альный
коллювий
дерупций
десперсий
деляпсий
солифлюкционный
IV.Аквальн
ый
sl
делювиальный
d (оранжевый)
аллювиальный
А
(светлозеленый)
р
лимнический
VII.Эоловы
й
VIII.Субаэр
альноморской
IX.Морской
X.Вулканог
енный
XI.Техноген
ный
s
селевый
пролювиальный
V.Субтерра
льный
VI.Гляциал
ьный
ch
(серый)
b
(светлокоричневый)
С
(красный,
розовый)
l
(голубой)
пещерный
Гляциальный
флювиогляциальны
е
лимногляциальные
g (коричневый)
f (болотный)
Эоловый
v (желтый)
дельтовый
лагунный
приливный
гляциально-морской
m (синий)
морские
эффузивный
экструзивный
водновулканически
й
грязевулканический
Техногенный
дочетвертичные
lg (голубой)
gm
(коричневый с
синей
косой
штриховкой)
m (синий)
α-β*,
vl
(зеленый)
не обозначается
отложения химического происхождения
Торфяники
без разделения на типы
обвальный
осыпной
оползневой
образуется при медленном вязкопластичном
течении рыхлых сильно переувлажненных
отложений
образуется при сходе селевых лавинных
потоков
отложения, накопившиеся в нижней части
склонов при плоскостном стоке дождевых и
талых вод
отложения рек
отложения временных водных
(слагают конусы выноса в их устье)
отложения озер
потоков
отложения терра-росса и натечные карстовые
образования
отложения ледников, морена
водноледниковые: отложения потоков талых
ледниковых вод
озерноледниковые: отложения приледниковых
и внутриледниковых озер
отложения ветра
морские отложения
лавы, туфы и т.д.
отложения лахаров
π
t
(серокоричневый)
J2**
(фиолетовый)
отложения грязевых вулканов
связаный с воздействием человека: отвалы
карьеров, свалки и т.д.
Все отложения дочетвертичного возраста,
независимо от их генетических типов
** Индекс возраста согласно стратиграфической шкале.
Особенности стратиграфии четвертичной системы
Ведущая роль палеоклиматического метода, а не биостратиграфического,
как для более древних отложений. Различают отложения образовавшиеся в
теплые или холодные эпохи четвертичного периода (соответственно, в
межледниковые (или интергляциальные) и ледниковые (гляциальные)).
Особенности индексации четвертичных отложений на карте
24
Индекс состоит из двух частей - генетической и возрастной. Генезис чаще
всего обозначают первой буквой латинского названия генетического типа.
Возрастная часть индекса включает обозначение системы (буква Q), раздела и
подраздела (римские цифры от I до IV), а также горизонта (арабские цифры в
виде верхнего или нижнего индекса), например - gQII4 (= gII4). В конкретных
регионах горизонты имеют местные географические названия - их обозначают
вместо арабских цифр-индексов также первой буквой (буквами)
латинизированного названия, например - gQII4 (= gII4) = gIIm. Поскольку на карте
четвертичных отложений все отложения относятся к четвертичной системе, то
буквенное обозначение системы в индекс не включают. На мелкомасштабной
карте, следовательно, может быть индекс gII4 (g - обозначение генезиса, в
данном случае гляциальные, т.е. ледниковые отложения; II4 - возраста), который
читают так: "ледниковые отложения четвертого горизонта среднего
плейстоцена"
или
"ледниковые
отложения
четвертого
горизонта
среднечетвертичных отложений". На крупномасштабной карте центра
Европейской России те же отложения будут обозначены как gIIm - "ледниковые
отложения московского горизонта среднего плейстоцена" или "ледниковые
отложения московского горизонта среднечетвертичных отложений".
Контрольные вопросы:
1. Назовите и охарактеризуйте геологические карты.
2. Что представляет собой геологический разрез?
3. Назовите особенности построения геологического разреза.
4. Что представляют собой карты четвертичных отложений?
25
Тема: Гидрогеология как наука. Вода в природе.
1. Гидрогеология. Этапы развития гидрогеологии.
2. Вода в природе. Круговорот воды в природе.
3. Виды воды в минералах и горных породах.
4. Понятие о скважности и пористости.
1. Гидрогеология. Этапы развития гидрогеологии.
Вспомним определение науки гидрогеология. Гидрогеология - наука о
подземных водах, изучающая их происхождение, условия залегания и
распространения, законы движения, взаимодействие с водовмещающими
породами, формирование химсостава и др.
Рассмотрим кратко историю развития этой науки.
1.1 Этапы развития гидрогеологии
В истории изучения подземных вод в СССР выделяют 2 периода:
1) дореволюционный;
2) послереволюционный.
В дореволюционном периоде можно выделить 3 этапа изучения
подземных вод:
1. накопление опыта использования подземных вод (X - XVII в-в.)
2. первых научных обобщенных сведений о подземных водах (XVII середина XIX века)
3. становление гидрогеологии как науки (вторая половина XIX века и
начало XX века)
В
1914
г.
на
инженерном
факультете
Московского
сельскохозяйственного института (ныне Московский гидромелиоративный
институт) была организована первая в России кафедра гидрогеологии.
Период послереволюционный можно разделить на 2 этапа:
1. довоенный (1917- 1941 гг.)
2. послевоенный
Для подготовки инженеров гидрогеологов в 1920 году в Московской
горной академии была учреждена гидрогеологическая специальность: несколько
позже она была введена и в других институтах и университетах. В институтах
стали преподавать наиболее видные ученые гидрогеологи Ф.П. Саваренский,
Н.Ф. Погребов, А.Н. Семихатов, B.C. Ильин и др.
К началу первой пятилетки (1928г.), а также в течении последующих
пятилеток гидрогеологические исследования проводились в Донбассе, в
Восточном Закавказье, в Средней Азии, на Севере Украины, в Казахстане,
Туркмении и во многих других областях страны.
Для дальнейшего развития гидрогеологии огромное значение имел
Первый всесоюзный гидрогеологический съезд, проходивший в 1931г. в
Ленинграде.
В 30-х годах впервые были составлены сводные карты
(гидрогеологическая, минеральных вод, гидрогеологического районирования),
26
которые имели большое значение для планирования дальнейших
гидрогеологических исследований. В то же время под редакцией Н.И.
Толстихина начали издаваться тома «Гидрогеология СССР». До Велико
Отечественной войны было издано 12 выпусков этой многотомной работы.
Послевоенный этап характеризуется накоплением материалов по глубоко
залегающим водам.
Для более глубокого научного анализа и широко регионального
обобщения материалов по подземным водам было принято решение подготовить
к опубликованию 45 томов «Гидрогеология СССР», и кроме того, составить 5
сводных томов.
2. Вода в природе. Круговорот воды в природе.
На земном шаре вода находится в атмосфере, на поверхности земли и в
земной коре. В атмосфере вода находится в нижнем ее слое - тропосфере - в
различных состояниях:
1. парообразном;
2. капельножидком;
3. твердом.
Поверхностная вода находится в жидком и твердом состоянии. В
земной коре вода встречается в парообразном, жидком, твердом, а также в виде
гигроскопической и пленочной воды. В совокупности поверхностные и
подземные воды составляют водную оболочку — гидросферу.
Подземная гидросфера сверху ограничена поверхностью земли, нижняя
ее граница достоверно не изучена.
Различают большой, внутренний и малый круговороты. При большом
круговороте, влага испаряющаяся из поверхности океанов, переносится в форме
водяных паров воздушными течениями на сушу, выпадает здесь на поверхность
в виде осадков, а затем возвращается в моря и океаны поверхностным и
подземным стоком.
При малом круговороте влага, испаряющаяся из поверхностей океанов и
морей. Здесь же выпадает в виде осадков.
Процесс круговорота в природе в количественном выражении
характеризуется водным балансом, уравнение которого доля замкнутого
речного бассейна имеет вид для многолетнего периода:
X = y+Z-W (по Великанову),
где х - осадки на площадь водосбора, мм
у - речной сток, мм
Z - испарение за вычетом конденсации, мм
W - среднемноголетнее питание глубоких водоносных горизонтов за счет
осадков или поступления подземных вод на поверхность в пределах речного
бассейна.
Внутренний круговорот обеспечивается той частью воды, которая
испаряется в пределах материков - с водной поверхности рек и озер, с суши и
растительности и там же выпадает в виде осадков.
27
3. Виды воды в минералах и горных породах.
Одна из наиболее ранних классификаций видов воды в гонных породах
была предложена в 1936 году А.Ф. Лебедевым. В последующие годы предложен
ряд других классификаций. Исходя из классификации Лебедева большинство
ученых выделяют следующие виды воды:
1. Парообразная вода
Находится в форме водяного пара в воздухе, присутствующем в порах и
трещинах горных пород и в почве, передвигается вместе с токами воздуха. При
определенных условиях путем конденсации может переходить в жидкую форму.
Парообразная вода - единственный вид, способный передвигаться в
порах при незначительной их влажности.
2. Связанная вода
Присутствует главным образом в глинистых породах, удерживается на
поверхности частиц силами, значительно превышающими силу тяжести.
Различают прочно- и рыхлосвязанную воду.
а) прочносвязанная вода (гидроскапическая) она находится в виде
молекул в поглощенном состоянии, удерживается на поверхности частиц
молекулярными и электростатическими силами. Она имеет высокую плотность,
вязкость и упругость, свойственна тонкодисперсным породам, не способна
растворять соли, не доступна для растений.
б) рыхлосвязанная (пленочная) располагается над прочносвязанной
водой, удерживается молекулярными силами, более подвижна, плотность близка
к плотности свободной воды, способна передвигаться от частиц к частице под
влиянием сорбционных сил, способность растворять соли пониженная.
Содержание пленочной воды может достигать: в песках 1...7%, супесях 9-13%, суглинках - 15-23%, глинах - 35-40%.
3. Капиллярная вода
Находится в капиллярных порах горных пород, где удерживается и
передвигается под влиянием капиллярных (менисковых) сил, действующих на
границе воды и воздуха, находящихся в порах. Она подразделяется на 3 вида:
а) собственно капиллярная вода находится в порах в виде влаги
капиллярной поймы над УГВ. В зависимости от гранулометрического состава
зависит мощность капиллярной поймы. Она изменяется от нуля в галечнике до
4-5 м в глинистых породах. Собственно капиллярная вода доступна для
растений.
б) подвешенная капиллярная вода располагается преимущественно в
верхнем горизонте породы или в почве и не находится в непосредственной связи
с УГВ. При повышении влажности породы сверх наименьшей влагоемкости
вода стекает в нижележащие слои. Эта вода доступна для растений.
в) вода углов пор удерживается капиллярными силами в порах
песчаных и глинистых пород в местах соприкосновения их частиц. Эта вода
растениями не используется, при повышении влажности может переходить в
подвешенную или в собственно капиллярную.
4. Гравитационная вода
28
Подчиняется силе тяжести. Движение воды происходит под влиянием
этой силы и передает гидростатический напор. Она подразделяется на 2 вида:
а) просачивающаяся - свободная гравитационная вода, находящаяся в
состоянии нисходящего движения в виде отдельных струек в зоне аэрации.
Движение воды происходит под влиянием силы тяжести.
б) влага водоносных горизонтов, которая насыщает водоносные слои до
ПВ. Влага удерживается в следствие водонепроницаемости водоупорного слоя,
(дальнейшее изложение относится к теме «Гравитационная вода»).
5. Кристаллизационная вода
Входит в состав кристаллической решетки минерала, например гипса
(CaS04 2Н2 О), сохраняет молекулярную форму.
6. Вода в твердом состоянии в форме льда
Кроме вышеуказанных шести видов выделяют химически связанную
воду, которая участвует в строении кристаллической решетки минералов в
форме ионов Н +, ОН", т.е. не сохраняет молекулярной формы.
4. Понятие о скважности и пористости.
Одним из важнейших гидрогеологических показателей горных пород
служит их пористость. В песчаных породах выделяют паровую пористость, а в
крепких - трещинную.
Подземные воды заполняют поры и трещины в горных породах. Объем
всех пустот в горной породе называют скважностью. Естественно, чем больше
скважность, тем больше воды может вместить порода.
Для движения подземных вод в горных породах большое значение
имеют размеры пустот. В мелких порах и трещинах площадь соприкосновения
воды со стенками пустот больше. Эти стенки оказывают значительное
сопротивление движению воды, поэтому ее движение в мелких песках даже при
значительных напорах затруднено.
Различают скважность горных пород: капиллярную (пористость) и
некапиллярную.
К капиллярной скважности относят мелкие пустоты, где вода
передвигается главным образом под действием сил поверхностного натяжения и
электрических сил.
К некапиллярной скважности относят крупные, лишенные
капиллярных свойств пустоты, в которых вода передвигается только под
действием силы тяжести и разности напора.
Мелкие пустоты в горных породах называют пористостью.
Различают 3 вида пористости:
1. общую
2. открытую
3. динамическую
Общая пористость количественно определяется_отношением объема
всех мелких пустот (включая и несообщающиеся между собой) ко всему объему
образца. Выражается в долях единицы или в процентах.
29
n 
Vn
n 
Vn
 100 %
V
или
где Vn – объем пор в образце горных пород
V – объем образца
Общая пористость характеризуется коэффициентом пористости е.
Коэффициент пористости е выражается отношением объема всех в породе
пор к объему твердой части породы (скелета) Vc, выражается в долях единицы.
V
e 
Vn
Vc
Этот коэффициент широко используется особенно при исследовании
глинистых грунтов. Этот связано с тем, что глинистые грунты набухают при
увлажнении. Поэтому пористость глин предпочтительнее выражать через е.
Коэффициент пористости можно выразить следующим образом
n 
Vn
V
n 
e
1 e

Vn
Ve  Vn
, разделив числитель и знаменатель на Vc получим
e
n
1 n
, откуда
Величина общей пористости всегда меньше 1 (100%), а величина е может
быть равна 1 или быть больше 1. У пластичных глин е колеблется от 0,4 до 16.
Пористость зависит от характера сложения частиц (зерен).
К некапиллярной скважности относятся крупные поры в
грубообломочных породах, трещины, каналы, пещеры и другие крупные
пустоты. Трещины и поры могут сообщатся между собой или быть изорваны.
Открытая
пористость
характеризуется
отношением
объема
сообщающихся между собой открытых пор ко всему объему образца.
Для зернистых несцементированных пород открытая пористость по
величине близка к общей.
Динамическая пористость выражается отношением ко всему объему
образца только той части объема пор, через которую может передвигаться
жидкость (вода).
Исследования показали, что не по всему объему открытых пор
происходит движение воды. Часть открытых пор (особенно на стыке частиц) не
редко бывает занята тонкой пленкой воды, которая прочно-прочно удерживается
капиллярными и молекулярными силами и не участвует в движении.
Динамическая пористость в отличие от открытой не учитывает объем
пор, занятый капиллярно-связанной водой. Обычно по величине динамическая
пористость меньше открытой.
Таким образом, принципиальная разница между охарактеризованными
видами пористости заключается (количественно) в том, что в сцементированных
породах общая пористость больше открытой, а открытая - больше
динамической.
Контрольные вопросы:
30
1. Что изучает наука гидрогеология?
2. Как осуществляется круговорот воды в природе?
3. Назовите виды воды, встречающейся в минералах и горных породах.
4. Что называется пористостью? Назовите ее виды? Как определяется
пористость?
5. Что понимаю под скважностью? Назовите и охарактеризуйте ее виды.
Тема: Водные свойства горных пород.
1. Водные свойства горных пород и методы их определения.
2. Физические свойства подземных вод. Оценка физических свойств
подземных вод.
1. Водные свойства горных пород и методы их определения.
Для характеристики горных пород по отношению к воде необходимо
иметь представление о таких ее свойствах как гранулометрический состав,
плотность и объемная масса, кроме порозности и пористости.
Гранулометрический состав - процентное содержание в рыхлой горной
породе частиц различного размера. Гранулометрический состав служит
классификационным признаком, позволяющим установить название грунта.
Плотность - масса единицы объема твердой фазы (минеральных частиц),
породы, г/см3. Для большинства горных пород она изменяется от 2,6 до 2,7 г/см3.
Плотность входит в ряд расчетных формул для определения физических и
механических свойств пород.
Объемная масса - масса единицы объема породы (г/см3, т/м3).
К основным водным свойствам горных пород относят: влажность,
влагоемкость, водопроницаемость, водоотдача и водоподъемная способность.
1. Влажность горных пород
Естественная влажность — отношение массы воды к массе минеральной
части грунта (массовая влажность Wa.) или отношение объема воды к объему
всей породы (объемная влажность W,) выражается в
процентах.
Объемная влажность равна
Wo = W *б
где б - объемная масса твердой фазы
Wd - массовая влажность в %.
Массовую влажность определяют взвешиванием образца до
высушивания и после него. Полученную разность делят на массу высушенного
образца. Для определения влажности применяют и другие методы - ядерные,
тензометрические и другие.
2. Влагоемкость – это способность горных пород вмещать и удерживать в
пустотах определенное количество воды. Выражается в процентах отношением
массы воды, заключенной в пустотах, к массе сухой породы, или отношением
объема воды, заключенной в пустотах, к общему объему породы.
Различают следующие виды влагоемкости:
1) гигроскопическую влагоемкость Wa - наибольшее количество прочносвязанной воды, которое порода может адсорбировать из воздуха, насыщенного
водяными парами;
2) максимальную молекулярную влагоемкость W,
количество связанной воды, которое может быть удержано породой под
воздействием поверхностных сил притяжения. Наибольшей максимальной
молекулярной влагоемкостью обладают глинистые породы;
3) W - капиллярную влагоемкость - это наибольшее количество
капиллярной влаги, которое может содержаться в породе при полном
заполнении только капилляров. Величина переменная, зависит от высоты слоя,
для которого она определяется над уровнем свободной воды.
4) W, (ПВ) - полная влагоемкость - наибольшее количество связанной,
капиллярной и гравитационной воды, которое может содержаться в породе при
заполнении всех пор и пустот.
5) W, - (НВ, 111 IB) - наименьшая или 111 1В - наибольшее
количество подвешенной воды, которое может прочно удерживаться
породой.
По степени влагоемкости выделяют 3 группы пород:
1. влагоемкие - торф, глина, суглинок;
2. слабовлагоемкие - глинистый песок, лёсс, мергель и др.;
3. невлагоемкие - песок, гравий, галечник, метаморфические горные
породы.
4. Водопроницаемость – это способность горных пород пропускать через
себя воду. Она обусловлена наличием в породе пустот.
Водопроницаемость зависит от особенностей структуры породы. Так у
лессов, отличающихся макропористостью, она значительно уменьшается при
разрушении естественной структуры и уплотнении при оптимальной влажности.
Водопроницаемость лессовых пород в естественном залегании по вертикали
выше, чем по горизонтали. Это объясняется тем, что поры ориентированы
преимущественно по вертикали. В других породах может быть наоборот. Это
характерно для глинистых, речных, озерных и морских отложений, если они
содержат песчаные пропластки. Обменные катионы, содержащиеся главным
образом в глинистых породах и в воде, также влияют на водопроницаемость. Са+
и Mg+2 повышают ее, Na+ и К+ - уменьшают. Это влияние обменных катионов
используется в мелиорации. Например для удаления из 1111К Na+ и замены его
кальцием проводят гипсование солонцов, что существенно повышает
водопроницаемость почв и соответственно улучшает их водный и солевой
режим. Коэффициент увеличивается с повышением температуры.
Показателем
водопроницаемости
пород
является
коэффициент
фильтрации. Коэффициент м/сут. Водопроницаемость скальных горных пород
зависит от их трещиноватости. Вот примерно какие коэффициенты фильтрации
м/сут:
Глина - менее 0,001 м/сут;
Лесс - 0,25 - 0,5 м/сут;
Песок пылеватый - 0,5 - 1 м/сут;
Песок крупнозернистый - 20 - 50 м/сут;
Гравий - 20 - 150 м/сут;
Галечник - 100 - 500 м/сут.
По-видимому водопроницаемость тем выше, чем больше площадь сечения
пустот. Поэтому галечники, гравий, крупные и средние пески, трещиноватые
скальные породы обладают хорошей водопроницаемостью. То есть горные
породы обладают водопроницаемостью:
1. водопроницаемые - галечник, гравий, песок;
2. полуводопроницаемые - глинистый песок, супесь, суглинок легкий,
лесс и т.д.;
3. практически водопроницаемые - глина, тяжелый суглинок, плотный
хорошо разложившийся торф, осадочные нетрещиноватые горные породы и др.
Абсолютно водопроницаемых горных пород нет.
5. Водоотдача – это способность водонасыщенных горных пород отдавать
воду путем свободного стекания под действием силы тяжести. Величина
водоотдачи определяется отношением объема свободно стекающей воды к
объему всей породы и выражается в долях единицы или в процентах.
Водоотдача м равна разности полной и максимальной молекулярной
влагоемкостями:
м = Wn – Wi .
Породы имеют различную водоотдачу. Такие, как глина и торф
практически водоотдачей не обладают. Отличаются высокой водоотдачей пески,
галечники и др.
6. Водоподъемная способность – это способность горных пород
поднимать воду по капиллярам.
В мелких порах горных пород над УГВ под влиянием сил
поверхностного натяжения образуется кайма капиллярной воды. Высота и
скорость поднятия капиллярной воды зависит от гранулометрического состава,
плотности, однородности сложения их, формы частиц, от температуры и
минерализации воды. С повышением температуры высота капиллярного
поднятия уменьшается, с увеличением минерализации - возрастает. Высоту
капиллярного поднятия Н^ определяют прямыми наблюдениями в шурфах,
углубленных до УГВ, а также в лабораторных условиях. Значение Н:
Например:
Глина - 500см;
Суглинок тяжелый - 300 - 400см;
Суглинок легкий - 200 - 300см;
Песок среднезернистый - 15 - 35см;
Песок мягкий - 35 - 100см;
Супесь - 100- 150см;
Суглинок легкий - 150 - 200см.
2. Физические свойства подземных вод. Оценка физических свойств
подземных вод.
К физическим свойствам подземных вод относятся температура,
прозрачность, цвет, запах, вкус и привкус, плотность, сжимаемость, вязкость,
электропроводность и радиоактивность. (ГОСТ 18963 - 73)
1. Температура изменяется в широких пределах и зависит от
геологического строения, физико-географических условий и режима питания их.
Например, температура воды в многолетних мерзлых породах имеет величину 5° С и ниже. Температура неглубоких вод в средних широтах изменяется от 5°С
до 15°С. В областях молодой вулканической деятельности, а так же на участках
выхода воды на поверхность из глубоких частей земной коры известны
источники с температурой воды более 100° С (гейзеры Камчатки, Исландии,
Японии, Америки и др.)
Питьевая вода наиболее вкусная, если ее температура 7 - 11 °С.
2. Прозрачность зависит от количества растворенных в них
минеральных веществ, содержания механических примесей, органических
веществ.
По степени прозрачности подземные воды подразделяются на 4
категории:
а) прозрачные;
б) мутные;
в) слегка мутные;
г) очень мутные.
Определяют прозрачность на глаз. Для этого в полевых условиях воду
наливают в цилиндр h = (30 - 40)см из бесцветного стекла с плоским дном.
Сравнивают эту воду с дистиллированной водой, заполняющей такой же
цилиндр. По ГОСТ 2874 - 73 мутность не должна превышать 1,5 мг/см.
3. Цвет зависит от химсостава и наличия примесей. Цвет воды
определяют так же как и прозрачность в стеклянном цилиндре h = 30 - 40см,
просматривая воду сверху. Полезно эту воду сравнить с дистиллированной
водой налитой в такой же сосуд. Согласно нормам ГОСТ 2874 - 73 цветность по
платинокобальтовой шкале допускается не более 200.
4. Запах обычно в подземных водах отсутствует, но иногда ощущается.
Так, например, сероводород придает запах тухлых яиц. Установлено, что запах
воды чаще связан с деятельностью бактерий, разлагающих органическое
вещество.
Для определения запаха воду подогревают до 40 - 60°, сильно
встряхивают, а затем производят определение.
Согласно ГОСТ 2874 - 73 запах при 20° С и при нагревании воды до 60°
С не более 2 баллов (всего 5 баллов), т.е. вода должна иметь слабый запах (с 1 по
5балл объясняется по книге).
5. Вкус и привкус придают воде растворенные в ней минеральные
соединения, газы и посторонние примеси (здесь добавить по книге).
По ГОСТу 2874 - 73 привкус при температуре 20° С не более 2 баллов.
Плотность количественно определяется отношением ее массы к
объему при определенной температуре. За единицу плотности принята
плотность дистиллированной воды при температуре 4° С. Плотность зависит от
температуры, количества солей, газов и взвешенных частиц. Изменяется от 1 до
1,4 г/см3. Изменяется с помощью ареометра или пикнометра.
7. Сжимаемость показывает изменение объема воды под действием
давления. Степень сжимаемости зависит от количества растворенного в ней газа,
температуры, химического состава. Число, показывающее на какую долю
первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления
на 105 Па, называется коэффициентом сжимаемости.
6.
P 
P
P
, где
- изменение объема, соответствующее изменению давления  P .
7. Вязкость характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости
ее движению. Она зависит от температуры и количества растворенных в ней
солей.
8. Электропроводность.
9. Радиоактивность.
V
Контрольные вопросы:
1.
Назовите водные свойства горных пород.
2.
Назовите физические свойства подземных вод.
Тема: Состав и свойства подземных вод. Их классификация.
1. Физические свойства подземных вод.
2. Химический состав подземных вод.
3. Классификация подземных вод.
1. Физические свойства подземных вод
К физическим свойствам подземных вод относятся: температура,
прозрачность, цвет, запах, вкус, плотность, вязкость. Некоторые из этих свойств,
такие как температура, прозрачность, цвет, запах, вкус, обладают
органолептическими свойствами, т.е. они воспринимаются органами чувств
человека.
2. Химический состав подземных вод.
Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие
свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма
растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию
(выражаемую в г/л или мг/л).
По степени минерализации подземные воды подразделяют (по
классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:
пресные - воды с минерализацией до 1 г/л,
солоноватые - от 1 до 10 г/л,
солёные - от 10 до 50 г/л,
подземные рассолы - более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение
36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).
В основу классификации подземных вод по химическому составу
положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов
(HCO-, SO42-, Cl-) и катионов (Ca2+, Mg2+, Na+). При описании химических
типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются
в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.
Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания
ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с
вмещающими породами, условий водообмена. Рассмотрим влияние этих
факторов.
Происхождение вод. Инфильтрационные воды, образующиеся за счет
поступления с поверхности, обычно имеют низкую минерализацию, по составу
преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, обогащённые
кислородом. Конденсационные воды пресные. Седиментационные воды,
образованные за счёт захоронения древних вод морского происхождения,
обычно наследуют особенности состава последних – они хлоридные натриевые
или хлоридные кальциево-натриевые; захороненные воды ледниковых
отложений ультрапресные. Состав эндогенных вод (и вод, развитых в зоне
влияния потоков эндогенных флюидов) обладает большим разнообразием.
Содержащиеся в их составе летучие компоненты (CO2, HCl, H2S и др.) придают
им высокую агрессивность, способствующую выщелачиванию вмещающих
пород и формированию сложного химического состава вод (например, известная
группа Кавказских минеральных вод - «Ессентуки», «Новотерская» и др.,
связанных с областью внедрения неогеновых магматических пород).
Взаимодействие с вмещающими породами. Воды, фильтруясь через толщи
пород, растворяют их, обогащаясь рядом элементов. Так при растворении
соленосных толщ сложенных галитом (NaCl) воды приобретают хлоридный
натриевый состав; при фильтрации через известняки - гидрокарбонатный
кальциевый и т.д.
Условия водообмена определяют интенсивность участия подземных вод в
гидрологическом цикле. В зоне интенсивного водообмена, где интенсивно
протекают процессы круговорота вод («разбавление» вновь поступающими
пресными инфильтрационными водами, разгрузка водоносных горизонтов
родниками, относительно недолгое время взаимодействия с вмещающими
породами) воды чаще гидрокарбонатные, богатые кислородом и азотом (газами
воздушного происхождения), с низкой минерализацией. Зоне замедленного
водообмена свойственны солоноватые воды многокомпонентного состава. Зона
весьма замедленного водообмена, соответствующая нижней части артезианских
бассейнов, представлена преимущественно солёными водами и рассолами (с
минерализацией до 600 г/л), содержащим углеводородные газы и сероводород. В
бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных
подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м,
рассолов — от 400 до 3000 м.
2. Классификация подземных вод
Подземные воды весьма разнообразны по химическому составу,
температуре, происхождению, назначению и т. д. По общему содержанию
растворенных солей они делятся на четыре группы: пресные, солоноватые,
соленые и рассолы. Пресные воды содержат менее 1 г/л растворенных солей;
солоноватые воды - от 1 до 10 г/л; соленые - от 10 до 50 г/л; рассолы - более 50
г/л.
По химическому составу растворенных солей подземные воды делятся на
гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава (сульфатные
гидрокарбонатные, хлоридные гидрокарбонатные и т.д.).
Воды, имеющие лечебное значение, называются минеральными.
Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на
поверхность искусственно с помощью буровых скважин. По химическому
составу, газоносности и температуре минеральные воды делят на углекислые,
сероводородные, радиоактивные и термальные.
Углекислые воды широко распространены на Кавказе, Памире, в
Забайкалье, на Камчатке. Содержание углекислого газа в углекислых водах
колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном
виде.
Сероводородные воды также распространены довольно широко и связаны
в основном с осадочными породами. Общее содержание сероводорода в воде
обычно невелико, однако лечебное действие сероводородных вод настолько
значительно, что содержание Н2 более 10 мг/л уже придает им лечебные
свойства. В отдельных случаях содержание сероводорода достигает 140-150 мг/л
(например, известные источники Мацесты на Кавказе).
Радиоактивные воды делятся на радоновые, содержащие радон, и
радиевые, содержащие соли радия. Лечебное действие радиоактивных вод очень
высоко.
По температуре термальные воды делятся на холодные (ниже 20°С),
теплые (20-30°С), горячие (37-42°С) и очень горячие (свыше 42°С). Они
распространены в областях молодого вулканизма (на Кавказе, Камчатке, в
Средней Азии).
Подземные воды формируются разными способами. Часть из них
образуется в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных
вод по порам и трещинам горных пород. Такие воды называются
инфильтрационными (слово "инфильтрация" обозначает просачивание).
Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить
инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и
полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются.
Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют
подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией
водяных паров в почве. Упругость водяного пара в теплое время года в
атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды
непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные
воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного
происхождения в знойное время является единственным источником влаги для
растительности.
Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних
морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками. Воды этих
древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем
просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли.
Такие подземные воды носят название седиментационных вод.
Часть подземных вод по происхождению может быть связана с
остыванием расплавленной магмы. Выделение водяных паров из магмы
подтверждается образованием облаков и ливней при извержениях вулканов.
Подземные воды магматического происхождения называются ювенильными (от
лат. "ювеналис" - девственный). Как считает океанолог X. Райт, обширные
водные пространства, которые существуют в настоящее время, "вырастали капля
за каплей на протяжении всей жизни нашей планеты за счет воды,
просачивающейся из недр Земли".
Контрольные вопросы:
1. Какими свойствами обладают подземные воды?
2. От чего зависит химический состав подземных вод?
3. Дайте классификацию подземных вод.
Тема: Бактериологический состав и радиоактивность подземных вод.
Оценка агрессивности, качества подземных вод.
1. Бактериологический состав подземных вод
2. Оценка агрессивности подземных вод
3. Оценка пригодности подземных вод для целей водоснабжения и
орошения
1. Бактериологический состав подземных вод
Бактериологический состав воды. Бактериологические исследования воды
проводятся с целью санитарной оценки питьевой воды. Санитарное состояние
воды определяется степенью фекальной загрязненности. Главным показателем
этого загрязнения воды служит кишечная палочка.
Классифицируют воду следующим образом: здоровая, достаточно
здоровая, сомнительная, нездоровая, совершенно нездоровая.
Ион калия содержится в подземных водах в значительно меньших
количествах, чем Na+; это обусловливается тем, что К+ входит в состав
вторичных нерастворимых в воде минералов, а также тем, что ионы К+ хорошо
сорбируются почвами, откуда они извлекаются наземными растениями. Наряду
со стабильным изотопом всегда присутствует радиоактивный изотоп К+,
обусловливающий естественную радиоактивность природных вод.
2. Оценка агрессивности подземных вод
Разрушающее действие воды на бетон проявляется в виде:
1) кристаллизации в бетоне новых соединений, образование которых
сопровождается увеличением его объема и влечет за собой ослабление или
разрушение бетона.
2) выщелачивание из бетона составных частей, растворимых в воде.
Рассмотрим различные виды агрессивности по отношению к бетону:
а) сульфатная агрессия наблюдается при наличии в воде сульфатов
2
SO " 4 свыше 250 мг/л и одновременном содержании иона СГ свыше 1000
мг/л. При этом в бетоне образуется гипс CaS04 2Н2 О (с увеличением объема в
2 - 3 раза) и сульфат-алюминат кальция - бетонная бацилла ЗСаОА12 033CaS04
(с увеличением объема в 2,5 раза), что приводит к разрушению бетона.
б) углекислая агрессия. При агрессивной агрессии (воздействие
агрессивной угольной кислоты) происходит растворение и выщелачивание
извести СаС03, составляющей основу цемента. Максимально допустимая СО 2
= 3 мг/л при наиболее опасных условиях и С02 = 8,3 мг/л при наименее
опасных.
Агрессивность подземных вод оценивают по временной жесткости
(агрессивность
выщелачивания),
содержанию
водородных
ионов
(агрессивность общекислотная), содержание ионов магния (агрессивность
магнезиальная).
в) агрессивность выщелачивания сводится к растворению карбоната
кальция в результате гидролиза и вымыванию из бетона гидрата окиси
кальция Са(ОН) 2. Вода считается агрессивной при минимальном содержании
НСО" з от 0,4 до 1,5 мг-экв/л.
г) магнезиальный вид агрессии возникает при высоком содержании
иона магния. Бетон при этом выпучивается и разрушается. Вода агрессивна при
содержании Mg+ более 1000 мг/л. Общекислотная агрессия обусловлена низким
значением рН, т.е. 3 - 4 = рН - вода агрессивна для изделий из железа, а менее 5 вода агрессивна.
3. Оценка пригодности подземных вод для целей водоснабжения и
орошения
Качество подземных вод оценивается по данным лабораторных
исследований отобранных проб. В результате исследований в подземных водах
должны быть определены: химический состав, органические, неорганические
соединения, содержание вредных компонентов, радиоактивных веществ и т. д.,
как это следует из требований ГОСТ.
Оценка качества воды для питьевых целей производится по ГОСТ 2874
- 82 определяющим пределы допустимых концентраций (ПДК) тех или иных
компонентов в воде.
Сухой остаток - 1 ООО мг/л
Общая жесткость - менее 7 мг-экв/л
Мутность - 1,5 мг/л
Цветность - 20 град
Количество бактерий - (6,5 - 8,5) бактерий 1мл неразбавленной воды
Количество кишечных палочек - 1 палочка в 300мл
Запах - 2 балла
рН-6,5-8,5
Оросительная вода по минерализации и по химсоставу должна быть
физиологически доступной растениям и не вызывать засоление и осолонцевание
почвы. По Костякову наиболее пригодна вода для орошения массовой
1  1,5 
концентрацией сухого остатка
/ё
 0 , 4 / ё
.
При минерализации вода считается хорошей для орошения. Кроме этого
надо учитывать рН, содержание натрия, соотношение последнего с кальцием и
магнием. Соли натрия не только токсичны: ион натрия N + , переходя вследствие
обменной адсорбции в ППК почв уменьшает их водопроницаемость. В случае
содовых вод (гидрокарбонатов и карбонатов натрия), опасность быстрого
осолонцевания почв возрастает, т.к. могут быть полностью осаждены обменные
ионы кальция и магния вытесняемые из почвы. Это наблюдается даже при очень
низкой минерализации оросительной воды. На песчаных и других почвах
обладающих высокой водопроницаемостью, с хорошим оттоком грунтовых вод,
можно применять воду с минерализацией до нескольких граммов на 1 л.
Для суглинистых почв пустынной зоны минерализация не должна
превышать до 2 г/л при обязательном промывном режиме, когда инфильтрация
превышает суммарное и искусственном усилении оттока грунтовых вод.
Для промывки засоленных земель на фоне дренажа пригодны воды с
минерализацией до 5г/л.
Контрольные вопросы:
1. С какой цель проводятся бактериологические исследования подземных
вод.
2. В чем проявляется разрушающее действие воды на бетон?
3. Как оцениваются пригодность подземных вод для целей водоснабжения и
орошения.
Тема: Фильтрация, виды движения подземных вод. Законы фильтрации
подземных вод. Гидроизогипсы и гидроизопьезы. Определение движения
подземных вод.
1. Законы фильтрации подземных вод.
2. Гидроизогипсы и гидроизопьезы.
3. Определение направления подземных вод.
1. Законы фильтрации подземных вод.
1.1 Общие понятия
Положение свободной или напорной поверхности подземных вод в данной
точке по отношению к любой плоскости сравнения получило название уровня
подземных вод.
Различают свободную ненапорную поверхность подземных вод, которую
называют гидростатическим уровнем, если после вскрытия подземных вод УВ в
скважине поднимается на некоторую высоту, то такую поверхность называют
напорной, а уровень пьезометрическим.
Часть геологического пласта или весь пласт, заполненный гравитационной
водой именуют водоносным горизонтом.
В водоносном горизонте выделяют область питания, область
распространения и область разгрузки (показать на плакате).
Части выхода горных пород различной проницаемости на дневную
поверхность, где атмосферные осадки просачиваются и пополняют запасы
подземных вод называются областями питания. Места, где возникают родники,
называют областями стока. Площадь, лежащая между этими областями
составляет область распространения.
Подземные воды движутся под влиянием силы тяжести от областей
питания, где уровень их имеет наибольшие отметки, к областям разгрузки, где
отметки уровня наименьшие.
Передвижение воды в поясе насыщения под действием силы тяжести
называют фильтрацией.
Если движение воды происходит в породах, не полностью насыщенных
водой, то его называют инфильтрацией.
Втекание осадков или поверхностных вод через трещины скальных пород
называется инфлюацией.
Ламинарное движение происходит без пульсации скоростей, турбулентное
характеризуется пульсацией скорости.
Установившееся движение характеризуется постоянным во времени
мощности скорости фильтрации, Q и напорного градиента (величина потерь
напора на единицу длины пути фильтрации.
При изменении во времени этих характеристик движение называется
неустановившимся.
1.2 Законы фильтрации подземных вод
Ламинарное движение подземных вод подчиняется линейному закону
фильтрации, т.е. закону Дарси:
Q = KIw ,
где К - коэффициент фильтрации породы, м/сут.
I - градиент напора
w - поперечное сечение потока, м2.
2. Гидроизогипсы и гидроизопьезы
За УГВ ведут постоянно наблюдения в специально оборудованных для
этого скважинах. Результатом наблюдений является составление карты
гидроизогипс.
Линии на плане, соединяющими точки с одинаково абсолютно высотами
УГВ получили название гидроизогипс. Гидроизопьезами называют линии на
карте, соединяющие точки с одинаковыми высотами установившегося уровня
напорных вод.
Карты гидроизогипс позволяют определять характер связи этих вод с
реками, найти уклон поверхности этих вод, установить характер потока
подземных вод. Гидроизогипсы дают возможность более точно построить карту
глубины залегания горных вод.
3. Определение направления подземных вод
Для выявления направления подземных вод на больших площадях
составляют карты гидроизогипс и гидроизопьез. Карта гидроизогипс позволяет
установить характер потока подземных вод. Для этого проводят
перпендикулярно гидроизогипсам линии, называемые линиями токов. Если они
параллельны между собой, поток подземных вод считается плоским. Возможны
радикально сходящиеся потоки. Примером может служить поток подземных
вод, направленный к скважине, из которой откачивают воду. Надо помнить, что
поток подземных вод движется в направлении, перпендикулярном
гидроизогипсам. Линии, перпендикулярные гидроизогипсам, называют линиями
токов.
Определение направления движения грунтовых вод по трем скважинам,
расположенным в вершинах равностороннего треугольника.
Для этого на местности закладывают 3 скважины, расположенные по
углам равностороннего треугольника и наносят их на план. На стороне
треугольника, соединяющей скважины с наибольшей и наименьшей отметкой,
равной отметке в третьей скважине.
Соединив эту точку с точкой третьей
скважины,
получают
гидроизогипсу.
Перпендикуляр к гидроизогипсе, стрелкой
направленной в сторону понижения
отметок, показывает направление движения
горных вод.
Градиент напора характеризует уклон свободной поверхности
H
2
 H1
L
I=
I – можно определять по гидроизогипсам
I может возрастать при усилении питания грунтовых вод и уменьшаться при
его ослаблении.
Разделим обе части уравнения Дарси на 
Q
  KI
= КI; или
 - скорость фильтрации.
Если I = 1, то
  K
откуда следует, что коэффициент фильтрации числено равен
скорости фильтрации при градинте напора =1. Поскольку движение воды
происходит не через все сечения потока, а лишь через часть его,

и 
Q
nw , где
сответствующую площади пор, то действительная скорость
n – пористость породы в долях единицы
следователь можно составить уравнение следующего вида  =nu
учитывая, что пористость всегда меньше 1, то скорость фильтрации
меньше действительной скорости движения воды, т.е. фиктивная скорость  <u
Вернемся к значению коэффициента фильтрации. Это важный показатель
проницаемости горных пород. Размерность его - м/сут, мм/сут.
Ориентировочные значения (м/сут) приведены ниже:
Глина - менее 0,001
Суглинок-0,001 -0,1
Супесь-0,1 -0,5
Песок - 0,5 - 50
Гравий - 20 – 150
Галечник - 100-500
Турбулентное движение, характерное для сильнотрещиноватых горных
пород подчиняется нелинейному закону фильтрации, который выражается
формулой Шези-Краснопольского υ=k*I½
Фильтрация в тонкодисперсных породах имеет свои особенности. Поры в
таких породах полностью заняты водой. Поэтому фильтрация может начаться
лишь при условии, если градиент напора превысит некоторый начальный
градиент,
определяемый
сдвиговой
прочностью
связанной
воды,
представляющей собой вязко-пластическую жидкость. Таким образом
фильтрация возможна сквозь водоупорные глины при определенных I.
Дебит скважины (расход) – количество воды, которое можно получить из
скважины в единицу времени при откачке или самоизливе. Скважины делятся на
совершенные и несовершенные.
Уровень ПВ в скважине до откачки называется статическим. Под влиянием
откачки происходит снижение УГВ (или пьезометрического УНВ) как в самой
скважине, так и вокруг нее. Уровень воды в скважине в процессе откачки
называется динамическим.
Влияние откачки постепенно распространяется на все большее расстояние
от скважины, в результате образуется депрессионная воронка параболического
очертания. Наибольшее понижение уровня наблюдается вблизи скважины.
При взаимодействии скважин образовавшиеся вокруг них депрессионные
воронки «пересекаются». В результате этого происходит снижение дебитов и
динамических уровне.
К взаимодействию скважин стремятся при искусственном понижение УГВ
для борьбы с заболачиванием и засолением земель при осушении строительных
котлованов и т.д.
Контрольные вопросы:
1. Назовите и опишите Законы фильтрации подземных вод.
2. Что понимают под понятиями гидроизогипсы и гидроизопьезы?
3. Как определить направление подземных вод?
Тема: Основные разновидности подземных вод. Условия формирования.
Геологическая деятельность подземных вод
1. Классификация подземных вод.
2. Основные типы подземных вод.
3. Условия образования грунтовых вод
4. Условия образования и залегания артезианских вод.
5. Геологическая деятельность подземных вод.
1. Классификация подземных вод.
Подземные воды весьма разнообразны по химическому составу, температуре,
происхождению, назначению и т. д. По общему содержанию растворенных
солей они делятся на четыре группы: пресные, солоноватые, соленые и рассолы.
Пресные воды содержат менее 1 г/л растворенных солей; солоноватые воды от 1 до 10 г/л; соленые - от 10 до 50 г/л; рассолы - более 50 г/л.
По химическому составу растворенных солей подземные воды делятся на
гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава (сульфатные
гидрокарбонатные, хлоридные гидрокарбонатные и т.д.).
Воды, имеющие лечебное значение, называются минеральными.
Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на
поверхность искусственно с помощью буровых скважин. По химическому
составу, газоносности и температуре минеральные воды делят на углекислые,
сероводородные, радиоактивные и термальные.
Углекислые воды широко распространены на Кавказе, Памире, в Забайкалье,
на Камчатке. Содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от
500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде.
Сероводородные воды также распространены довольно широко и связаны в
основном с осадочными породами. Общее содержание сероводорода в воде
обычно невелико, однако лечебное действие сероводородных вод настолько
значительно, что содержание Н2 более 10 мг/л уже придает им лечебные
свойства. В отдельных случаях содержание сероводорода достигает 140-150 мг/л
(например, известные источники Мацесты на Кавказе).
Радиоактивные воды делятся на радоновые, содержащие радон, и радиевые,
содержащие соли радия. Лечебное действие радиоактивных вод очень высоко.
По температуре термальные воды делятся на холодные (ниже 20°С), теплые
(20-30°С), горячие (37-42°С) и очень горячие (свыше 42°С). Они распространены
в областях молодого вулканизма (на Кавказе, Камчатке, в Средней Азии).
2. Основные типы подземных вод
По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод:
 почвенные;
 верховодка;
 грунтовые;
 межпластовые;
 карстовые;
 трещинные.
Почвенные воды располагаются у поверхности и заполняют пустоты в
почве. Влага, содержащаяся в почвенном слое, называется почвенными водами.
Передвигаются они под действием молекулярных, капиллярных сил и сил
тяжести.
В поясе аэрации выделяют 3 слоя почвенных вод:
1.
почвенный горизонт переменной влажности - корнеобитаемый слой.
В нем совершается обмен влагой между атмосферой, почвой и растениями.
2. подпочвенный горизонт, часто сюда «промокание» не доходит и он
остается «сухим».
горизонт капиллярной влаги - капиллярная кайма.
Верховодка - временное скопление подземных вод в близповерхностном
слое водоносных отложений в пределах зоны аэрации, лежащих на линзовидном,
выклинивающемся водоупоре.
Верховодка - безнапорные подземные воды, залегающие наиболее близко к
земной поверхности и не имеющие сплошного распространения. Образуются за
счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, задержанных
непроницаемыми или слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и
линзами, а также в результате конденсации водяных паров в горных породах.
Характеризуются сезонностью существования: в засушливое время они нередко
исчезают, а в периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь.
Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических
условий (количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и
др.). К верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных
образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка
возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов и
др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание
местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений. В области
распространения многолетнемёрзлых горных пород верховодка относится к
надмерзлотным
водам.
Воды
верховодке
обычно
пресные,
слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими
веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты.
Верховодка, как правило, не может служить хорошим источником
водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для
искусственного сохранения: устройство прудов; отводы из рек, обеспечивающие
постоянным питанием эксплуатируемые колодцы; насаждение растительности,
задерживающей снеготаяние; создание водоупорных перемычек и т.п. В
пустынных районах путём устройства канавок на глинистых участках - такырах,
атмосферные воды отводятся в прилегающий участок песков, где создаётся
линза верховодке, представляющая собой некоторый запас пресных вод.
Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на
первом от поверхности, более или менее выдержанном, водонепроницаемом
слое. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, которая называется
зеркалом, или уровнем, грунтовых вод.
Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластами).
Межпластовые воды, находящиеся под напором, называются напорными, или
артезианскими. При вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются
выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня
(пьезометрическая поверхность) превышает отметку поверхности Земли в
данном пункте, то вода будет изливаться (фонтанировать). Условная плоскость,
определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте (см. рис. 2),
называется пьезометрическим уровнем. Высота подъема воды выше
водоупорной кровли называется напором.
Артезианские воды залегают в водопроницаемых отложениях, заключенных
между водонепроницаемыми, полностью заполняют пустоты в пласте и
находятся под напором. Установившийся в скважине УВ называют
пьезометрическим,
который
выражается
в
абсолютных
отметках.
Самоизливающиеся напорные воды имеют локальное распространение и больше
известны у садоводов как «ключи». Геологические структуры, к которым
приурочены артезианские водоносные горизонты, называются артезианскими
бассейнами.
Рис. 1. Типы подземных вод: 1 - почвенные; 2 - верховодка; 3 - грунтовые; 4
~ межпластовые; 5 - водонепроницаемый горизонт; 6 - водопроницаемый
горизонт
Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна:
1 - водонепроницаемые породы; 2 - водопроницаемые породы с напорной
водой; 4 - направление стока подземных вод; 5 – скважина.
Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, образовавшихся за счет
растворения и выщелачивания горных пород.
Трещинные воды заполняют трещины горных пород и могут быть как
напорными, так и безнапорными.
3. Условия образования грунтовых вод
Грунтовые воды являются первым от поверхности земли постоянным
водоносным горизонтом. Около 80% сельских населенных пунктов используют
для водоснабжения грунтовые воды. ГВ издавна используются для орошения.
Если воды пресные, то при глубине залегания 1- 3 м они служат источником
увлажнения почв. При высоте 1-1,2 м они могут вызывать заболачивание. Если
грунтовые воды сильно минерализованы, то при высоте 2,5 - 3,0 м они могут
вызвать вторичное засоление почв. Наконец, грунтовые воды могут затруднять
проходку строительных котлованов, подпаливать застроенные территории,
агрессивно воздействовать на подземные части сооружений и т.д.
Подземные воды формируются разными способами. Часть из них образуется
в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод по порам
и трещинам горных пород. Такие воды называются инфильтрационными (слово
"инфильтрация" обозначает просачивание).
Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить
инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и
полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются.
Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют
подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией
водяных паров в почве. Упругость водяного пара в теплое время года в
атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды
непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные
воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного
происхождения в знойное время является единственным источником влаги для
растительности.
Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних
морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками. Воды этих
древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем
просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли.
Такие подземные воды носят название седиментационных вод.
Часть подземных вод по происхождению может быть связана с остыванием
расплавленной магмы. Выделение водяных паров из магмы подтверждается
образованием облаков и ливней при извержениях вулканов. Подземные воды
магматического происхождения называются ювенильными (от лат. "ювеналис" девственный). Как считает океанолог X. Райт, обширные водные пространства,
которые существуют в настоящее время, "вырастали капля за каплей на
протяжении всей жизни нашей планеты за счет воды, просачивающейся из недр
Земли".
Условия залегания, распространения и образования ГВ зависят от климата,
рельефа, геологического строения, влияния рек, почвенного и растительного
покрова, от хозяйственных факторов.
а) Связь ГВ с климатом.
В образовании горных вод важная роль принадлежит осадкам и
испаряемости.
Чтобы проанализировать изменение этого соотношения, целесообразно
воспользоваться картой обеспеченности растений влагой. По отношению
осадков к испаряемости выделены 3 зоны (области):
1.
достаточного увлажнения
2.
недостаточного
3.
незначительного увлажнения
В первой зоне сосредоточены основные площади переувлажненных земель,
требующие осушения (в отдельные периоды здесь необходимо увлажнение).
Области недостаточного и незначительного увлажнения нуждаются в
искусственном увлажнении.
В трех областях питания ГВ осадками и теплоты их в зону аэрации различны.
В области достаточного увлажнения инфильтрационное питание грунтовых
вод при глубине залегания более 0,5 - 0,7 м преобладает над тепловым их в зону
аэрации. Эта закономерность наблюдается в невегетационный и в
вегетационный периоды, за исключением сильно засушливых лет.
В области недостаточного увлажнения соотношение инфильтрации осадков с
испарением ГВ при неглубоком залегании их различно в лесостепной и степной
зонах.
В лесостепях в суглинистых породах во влажные годы инфильтрация
преобладает над тепловым ГВ в зону аэрации, в засушливые годы - соотношение
обратное. В степной зоне в суглинистых породах в невегетационый период
инфильтрационное питание преобладает над тепловым ГВ, а в вегетационный
период - меньше расхода. В целом за год инфильтрационное питание начинает
преобладать над тепловым грунтовых вод.
В области незначительного увлажнения - в полупустынях и пустынях инфильтрация в суглинистых породах при неглубоком залегании УГВ
несоизмеримо мала по сравнению с расходом в зону аэрации. В песчаных
породах инфильтрация начинает увеличиваться.
Таким образом, питание ГВ за счет осадков уменьшается, а расход в зону
аэрации возрастает с переходом от области достаточного к области
незначительного увлажнения.
б) Связь грунтовых вод с реками.
Формы связи грунтовых вод с реками определяются рельефом и
геоморфологическими условиями.
Глубоко врезанные речные долины служат приемником грунтовых вод,
дренируя прилегающие земли. Напротив при небольшом врезе, свойственном
низовьям рек, реки питают грунтовые воды.
Различные случаи соотношения поверхностных и грунтовых вод показаны на
схеме.
Принципиальная расчетная схема взаимодействия подземных и
поверхностных вод в условиях изменчивости поверхностного стока.
а - межень; б - восходящая фаза половодья; в - нисходящая фаза половодья.
в) Связь грунтовых вод с напорными.
Если между грунтовыми водами и нижележащим напорным горизонтом нет
абсолютноводонепроницаемого слоя, то между ними возможны следующие
формы гидравлической связи:
1) УГВ выше уровня напорных вод, вследствие чего возможно перетекание
ГВ в напорные.
2) Уровни практически совпадают. При снижении УГВ, например,
дренами, будет происходить подпитывание ГВ напорными.
3) УГВ периодически превышают уровень напорных вод (во время
поливов, осадков), в остальное время ГВ подпитываются осадками.
4) УГВ постоянно ниже УНВ, поэтому последние подпитывают грунтовые
воды.
Грунтовые воды могут получать питание из артезианских вод и через так
называемые гидрогеологические окна - участки, где нарушается сплошность
водоупорного пласта.
Возможно подпитывание УВ напорными через тектонические разломы.
Гидродинамические зоны ГВ, определяемые рельефом и геологическим
строением, тесно связаны с геоструктурными условиями территории. Зоны
высокой дренированности свойственны горным и предгорным областям. Зоны
низкой дренированности характерны для прогибов и впадин платформенных
равнин.
Зональность питания ГВ наиболее отчетливо проявляется в зоне низкой
дренированности аридных областей. Она заключается в последовательном
увеличении минерализации ГВ с удалением от источника питания реки, канала и
др. Поэтому в засушливых районах колодцы для водоснабжения обычно
размещают вдоль каналов, рек.
4. Условия образования и залегания артезианских вод.
Артезианские воды образуются при определенном геологическом
строении - чередовании водопроницаемых пластов водоупорными. Они
приурочены в основном к синклинально или моноклинально залегающим
свитам пластов.
Площадь развития одного или нескольких артезианских пластов
называется артезианским бассейном. АБ могут занимать от нескольких десятков
до сотен тысяч км2.
Источники питания напорных вод - осадки, фильтрационные воды рек,
водохранилищ, оросительных каналов и др. Напорные воды в определенных
условиях пополняются грунтовыми водами.
Расходование их возможно путем разгрузки их в речные долины, выхода
на поверхность в форме родников, медленного высачивания через пласты,
заключающие напорный слой, с перетеканием в грунтовые воды. Отбор АВ для
водоснабжения и орошения также составляют статьи их расходования.
В артезианских бассейнах различают области питания, напора и
разгрузки.
Область питания - площадь выхода артезианского пласта на поверхность
земли, где происходит его питание. Она располагается на самых высоких
отметках рельефа артезианского бассейна в горных областях и водоразделах и
т.д.
Область напора - основная площадь распространения артезианского
бассейна. В ее пределах подземные воды обладают напором.
Область разгрузки - площадь выхода напорных вод на поверхность открытая разгрузка (в форме восходящих родников или площадь скрытой
разгрузки, например в русле рек и т.д.)
Скважины, вскрывающие АВ фонтанируют, это пример искусственной
разгрузки напорных вод.
В пластах, содержащих гипсы, ангидриды, соли, артезианские воды
имеют повышенную минерализацию.
Типы и зональность артезианских вод
Артезианские бассейны обычно типизируют по геоструктуре
водовмещающих и водоупорных пород.
По этому признаку выделяют два типа артезианских бассейнов (по Н.И.
Толстихину):
1. артезианские бассейны платформ, характеризующиеся обычно весьма
значительной площадью развития и наличием нескольких напорных водоносных
горизонтов (это Московский, Прибалтийский, Днепро-Донецкий и др.)
2. артезианские бассейны складчатых областей, приуроченные к
интенсивно дислоцированным осадочным, магматическим и метаморфическим
породам. Отличаются меньшей площадью развития. Примеры - Ферганский,
Чуйский и др. бассейны.
5. Геологическая деятельность подземных вод.
Подземные воды проводят разрушительную и созидательную работу.
Разрушительная деятельность подземных вод проявляется главным образом в
растворении водорастворимых горных пород, чему способствует содержание в
воде растворенных солей и газов. Среди геологических процессов,
обусловленных деятельностью ПВ, прежде всего следует называть карстовые
явления.
Карст.
Карстом
называется
процесс
растворения
горных
пород
передвигающимся в них подземным и просачивающимся поверхностными
водами. В результате карста в породах образуются пещеры и пустоты различной
формы и размера. Протяженность их может достигать многих километров.
Из карстовых систем наибольшую протяженность имеет Мамонтова
пещера (США), общая длина ходов которой составляет около 200 км.
Далее по книге Каца стр. 77 пояснить о пещерах.
Карсту подвержены соленосные породы, гипсы, ангидриды и
карбонатные породы. Соответственно и различают карст: соляной, гипсовый,
карбонатный. Развитие карста начинается с расширения (под влиянием
выщелачивания) трещин. Карст обуславливает специфические формы рельефа.
Главная особенность его - наличие карстовых воронок диаметром от нескольких
до сотен метров и глубиной до 20 - 30 м. Карст развивается тем интенсивнее,
чем больше выпадает осадков и чем больше скорость движения подземных
потоков.
Районы, подверженные карсту, характеризуются быстрым поглощением
осадков.
В пределах массивов закарстованных пород выделяют зоны нисходящего
движения воды и горизонтального - в сторону речных долин, моря и т.д.
В
карстовых
пещерах
наблюдаются
натечные
образования
преимущественного карбонатного состава - сталактиты (нарастающие вниз) и
сталагмиты (растущие снизу). Карст ослабляет горные породы, снижает их
количество как основание для ГТС. По карстовым пустотам возможна
значительная утечка воды из водохранилищ и каналов. И в то же время
подземные воды, заключенные в закарстованных породах, могут быть ценным
источником для водоснабжения и орошения.
К разрушительной деятельности подземных вод относится суффозия
(подкапывание) - это механический вынос мелких частиц из рыхлых пород,
который приводит к образованию пустот. Такие процессы могут наблюдаться в
лессах и лессовидных породах. Кроме механической различают химическую
суффозию, примером которой является карст.
Созидательная работа подземных вод проявляется в отложении ими различных
соединений, цементирующих трещины в горных породах.
Контрольные вопросы:
1 Дайте классификацию подземных вод.
2. При каких условиях образуются грунтовые воды?
3. При каких условиях образуются артезианские грунтовые воды?
4. В чем проявляется геологическая деятельность подземных вод?
5. Назовите основные типы подземных вод.
6. Как влияет верховодка на строительство?
Тема: Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование.
1. Основные режимообразующие факторы подземных вод
2. Основные типы режимов и их характеристика.
3. Родники.
4. Классификация родников
5. Режим источников
1. Основные режимообразующие факторы подземных вод
Общие понятия
Под режимом подземных вод понимается процесс, характеризующийся
изменением уровня, расхода, гидравлического уклона, скорости температуры,
вязкости и химического и газового состава подземных вод во времени и
пространстве под влиянием естественных и искусственных факторов.
Балансом подземных вод называется соотношение между их поступлением
(приходная часть) и расходованием (расходная часть) в количественном
выражении (в л или м3 на 1 га) за определенный период (декаду, месяц, год и
т.д.)
Изменения уровня, температуры и химического состава подземных вод тесно
связаны между собой и в большинстве случаев происходят одновременно.
Для наблюдения за УПВ устраивают специальные скважины. Замеры
проводят гидрогеологическими рулетами, к которым прикреплены «хлопушки»,
падающие звуковой сигнал при соприкосновении с поверхностью воды, а также
электрическими уровнемерами и самописцами. Напор воды фонтанирующих
скважин и родников - водомерами, водосливами, объемным методом и другие.
Пробы берут специальными пробоотборниками.
Показателями режима являются: время установления высокого и низкого
уровня, дебита скважин и родников, скорость подъема и спада уровня и дебита,
амплитуда колебаний, характер и пределы изменений общей минерализации и
темпов химического состава, связь режима с различными факторами.
Колебания уровня и изменения химического состава подземных вод
оказывают большое влияние на условия водоснабжения, мелиоративное
состояние земель и инженерно-геологическую обстановку территории.
Напримерб снижение УПВ уменьшает дебит водозаборов. Подъем горных вод
выше допустимых глубин вызывает заболачивание и засоление земель,
подтопление сооружений и т.д.
Факторы, обуславливающие режим подземных вод.
Режим подземных вод формируется под воздействием рада факторов
природных и хозяйственных. К природным относятся:
1.
климатические (изменчивость температуры, осадков, испарения);
2.
гидрологические (колебания водоносности рек, уровня озер и болот,
морские приливы и отливы);
3.
биологические (транспирация);
4.
геологические (сейсмические и другие явления) факторы.
Хозяйственные факторы - это искусственные орошения и осушения земель,
отбор подземных вод, строительство водохранилищ, осушение месторождений
полезных ископаемых и др.
Влияние всех этих факторов на режим подземных вод чрезвычайно различно
по силе и механизму воздействия, по направленности и интенсивности
процессов, по продолжительности воздействия. Влияние одних факторов
измеряется длительностью геологических эпох, другие оказывают влияние в
течение многолетнего периода, а ряд факторов действуют на подземные воды в
течение года, сезона, суток или эпизодически. Одни факторы действуют
постоянно и непрерывно, а другие - временно.
Разумеется, не все факторы воздействуют на режим подземных вод в равной
степени. В определенных природных условиях либо один из факторов, либо
группа факторов является ведущим, оказывающим решающее влияние на
формирование отличительных черт режима подземных вод, в то время как
другие факторы играют вспомогательную роль, иногда даже малозаметную по
интенсивности воздействия.
Режимы подземных вод, определяемые только природными факторами,
называют естественными или природными, а режимы, обусловленные
одновременно только хозяйственными и природными факторами называют
нарушенными или искусственными.
Наиболее многообразны режимы грунтовых вод, поскольку они тесно
связаны и с хозяйственными и с природными факторами. Напорные же воды,
которые отделены от поверхности водонепроницаемыми породами, связаны в
большинстве и с искусственными факторами. Вне влияния этих факторов
пьезометрический уровень напорных вод почти не колеблется. Исключение
составляют напорные воды, находящиеся на небольшой глубине (до 50-80 м) в
отложениях конусов выноса и предгорных равнин. Здесь заметно сказывается
водоносность рек, питающих напорные воды.
По времени проявления изменений уровня и других элементов режима
подземных вод различают:
1)
суточный;
2)
сезонный;
3)
годовой;
4)
многолетний режимы.
Суточный режим выражается главным образом в колебаниях поверхности
неглубоко залегающих горных вод, вызванных чаще всего суточными
изменениями испарения и транспирации, которая прекращается ночью. Это
приводит при подземном притоке к ночному повышению уровня и дневному
спаду его. Амплитуда суточных колебаний может достигнуть 10 -15 см.
Сезонный режим обусловлен сезонной ритмичностью метеорологических
факторов (температура, испарение) и изменением водоносности рек. Сезонный
характер имеют и некоторые хозяйственные факторы. Например, в большинстве
орошаемых районов основные поливы проводят в летний период. Амплитуды
сезонных колебаний УГВ изменяются в широких пределах (от нескольких
сантиметров в пустынных районах с глубоким залеганием УГВ) до 10 - 15 м в
галечниках горных рек и в предгорных шлейфах. Чаще она изменяется в
пределах от нескольких сантиметров до 2 - 3 м.
Годовой режим проявляется в течение нескольких лет. Известно, что
влажные и многоводные годы, как и засушливые и маловодные часть
повторяются 2-3 раза подряд. Это отражается на режиме горных вод и неглубоко
залегающих напорных вод. Амплитуды колебания, годовые, и изменение
химического состава более значительны, чем сезонные.
Многолетний режим проявляется в периоды продолжительностью более 1015 лет. Он обусловлен многолетними ритмическими изменениями осадков,
испарения, водоносности рек, а также влиянием хозяйственных факторов.
Амплитуда многолетних колебаний УГВ и изменение химического состава их
значительно превышают сезонные и годовые.
2. Основные типы режимов и их характеристика.
Режим подземных вод, в частности грунтовых, изучается с помощью сети
наблюдательных пунктов (скважин, колодцев).
Определенный режим подземных вод формируется под влиянием на них
природных или вызванных деятельностью человека факторов. К природным
факторам следует отнести климат, геоморфологические условия, геологию и
гидрологию изучаемой территории, почву растительность.
В зависимости от периодичности изучения выделяют многолетний, годовой,
сезонный, месячный и суточный режимы подземных вод. Многолетний режим
обусловлен изменениями климатических условий, связанных с внеземными
процессами. Многолетние наблюдения за колебаниями климата выявили
определенную цикличность: периоды повторения максимальных и минимальных
количеств осадков в 32 - 36 лет выявляются довольно четко. Менее четко
выделяются одиннадцатилетние и еще менее четко трехлетние периоды в
колебании атмосферных осадков.
Годовой, сезонный режим и суточный режим подземных вод могут
определятся разными факторами и при различном их сочетании. В зависимости
от главного фактора влияющего на режим грунтовых вод, определяется тип их
режима.
Основываясь на существующих классификациях режимов горных вод
(Ланге, Каменского Т.Н. М.А. Шмидта и др.) выделяют следующие режимы
подземных вод:
1.Климатический тип. Главными факторами режима являются атмосферные
осадки, температура и дефицит влажности воздуха. Наблюдается на участках,
удаленных от водотоков и водоемов при небольшой глубине залегания УГВ. Для
условий республики Беларусь питание грунтовых вод атмосферными осадками
происходит в весеннее время - УГВ поднимается. Величина питания
уменьшается к югу и зависит, кроме того, от геоморфологии участка, глубины
УГВ и металогического состава пород в зоне аэрации. Весенний подъем
сменяется летним спадом уровня в результате подземного оттока и испарения
при отсутствии питания. Иногда может наблюдаться небольшой подъём уровня
при выпадении большого количества осадков осенью. Минерализация горных
вод к осени обычно повышается.
2. Гидрологический тип режима наблюдается на участках, прилегающих к
водоемам и водотокам (озерам, рекам, морям). Главный фактор - поверхностные
воды водотоков и водоемов. Колебания уровней горных вод следуют с
некоторым отстаиванием за колебанием УВ в реке, озере или море. В период
паводков на реке происходит подпор и питание горных вод речными водами.
3. Гидрогеологический тип режима распространен на участках с глубоким
залеганием УГВ (более 7 - 10 м) удаленных от водоемов и водотоков. Такой же
тип режима имеет место в напорных и безнапорных межпластовых водах.
Колебание уровня обычно в течение года незначительны и обусловливаются
разностью между подземными притокам и оттоком в ненапорных водах и
изменением разности в пьезометрических уровнях области питания и области
наблюдения в напорных водах.
4. Смешанный тип режима имеет место на участках, где в равной степени на
режим подземных вод влияют несколько отмеченных выше природных
факторов.
3. Родники.
Источником (родником, ключом) называются естественный выход
подземной воды на земную поверхность.
Термин «источник» употребляется для выхода любой подземной воды
(пресно, минеральной, термальной), родник - преимущественно для
естественных выходов пресной воды.
Выход подземных вод на поверхность воды обусловливается тремя, часто
связанными между собой факторами:
1) расчленением местности, т.е. пересечением водоносных горизонтов
эрозионными и другими отрицательными формами современного рельефа речными долинами, балками, оврагами, озерными котловинами и т.п.
2) структурно-геологическим строением местности, т.е. наличием
открытых тектонических трещин, антиклинальных складок с нарушенными
крыльями и прочее.
3) наличием в районе интрузий и даек, в зонах контактов которых с
осадочными горными породами могут образоваться открытые трещины,
выводящие на поверхность подземные воды.
Кроме того, в осадочных горных породах, в самих интрузиях и дайках по
трещинам могут выходить на поверхность подземные воды.
4. Классификация родников
а)
По связи с безнапорными и напорными водами различают: 1)
нисходящие 2) восходящие источники;
б)
По продолжительности действия (т.е. режим) различают: 1) постоянно
действующие родники, существующие многие годы. Дебит изменчив по сезонам
года и по годам. 2) сезонно-действующие родники, возникающие только в
определенное время года. К этой группе относятся родники: пересыхающие,
действующие только после весеннего снеготаяния или выпадения обильных
осадков; переливающиеся, перемежающиеся, свойственные закарстованным
породам, родники оттаивания, выводящие подмерзлотные воды на поверхность
и
др.
3)
ритмически-действующие
родники,
характеризующиеся
периодичностью изменений дебита и напора. Примером их служат гейзеры.
Особое место занимает группа родников, образование которых связано
с деятельностью человека. Это родники, выходящие в нижнем бьефе плотин,
образованные в результате фильтрации из оросительных каналов и
выклинивающихся на орошаемых массивах (возвратные воды) и др.
в)
По степени изменчивости дебита в зависимости от отношения
минимального дебита к максимальному. (Плакат, стр. 216 таблица).
Причины колебаний дебита родников различны. Дебит нисходящих
родников связан в основном с сезонными и годовыми изменениями осадков. Чем
глубже залегает водоносный горизонт, меньше его водопроницаемость , слабее
связь его с атмосферой и чем больше область питания, чем с большим
опозданием отражается влияние выпадения осадков на дебите родников. Оно
может сказаться и через несколько дней и через много месяцев. Дебит
восходящих родников отличается большим постоянством, чем нисходящих.
г) По приуроченности к отдельным типам подземных вод выделяют
источники:
1.
питающиеся верховодкой;
2.
грунтовых поровых вод;
3.
трещинных вод;
4.
карстовых вод;
5.
артезианских вод;
6.
подземных вод в области многолетней мерзлоты.
Источники,
питающиеся
верховодкой,
характеризуются
резкими
эпизодическими колебаниями дебита, температуры и состава, зависящим в
основном от изменения метеорологических условий района распространения
этих источников.
Источники грунтовых поровых вод являются нисходящими; дебит,
температура и состав их подвержены сезонным и в меньшей мере
эпизодическим колебаниям, которые обусловлены также в основном
изменением метеорологических условий района.
Источники грунтовых и напорных трещинных вод бывают нисходящие и
восходящие. Первые связаны с трещинами зоны выветривания магматических,
метаморфических и осадочных гонных пород. От источников грунтовых
паровых вод они отличаются тем, что обычно имеют более концентрированные
сосредоточенные выходы. Восходящие источники приурочены к отдельным
тектоническим трещинам и зонам тектонических нарушений, пересекающих и
дренирующих систему трещин зоны выветривания. Эти источники питаются
напорными трещинными водами, причем напор в них обуславливается
гидростатическим давлением, давлением газов (нарзаны) или водяных паров
(гейзеры). К этой группе относятся большинство выходов минеральных вод, а
также термальные источники.
Источники грунтовых и напорных карстовых вод встречаются как
нисходящие, так и восходящие. Они отличаются большим разнообразием
условий выхода на поверхность. Питаются карстовыми водами, широко
распространенными в районах развития карбонатных (известняки, доломиты,
мергели), сульфатных (гипсы, ангидриды) и соленосных горных пород.
Из большого количества разнообразных карстовых источников можно
выделить 3 подгруппы:
1.
перемежающиеся;
2.
постоянные;
3.
субмаринные.
Перемежающиеся_источники характеризуются резким непостоянством
дебита во времени; действуя по принципу сифона, они дают то большие дебиты,
то очень малые, вплоть до прекращения выхода воды. Связаны подобные
источники с зоной, залегающей выше уровня карстовых вод.
Постоянные источники связаны с крупными трещинами, подземными
каналами, горизонтальными пещерами, развитыми в зоне распространения
основных карстовых водоносных горизонтов. Дебит этих источников иногда
достигает несколько м3/с, причем часто имеет резкие колебания по сезонам года.
Субмаринные источники приурочены к подземным карстовым каналам,
залегающим ниже уровня моря. Характерной особенностью этих источников
является периодичность их выхода под водой в зависимости от соотношения
давлений в канале и над головками источников. Если давление в канале
превышает давление столба воды над головкой источника, то последний
функционирует; при обратном соотношении давлений происходит засасывание
морской воды вглубь карстующегося массива (морская мельница). Иногда при
соответствующей взаимосвязи трещин и каналов в карстующемся массиве
засасывание сопровождается выходом морской воды выше уровня моря.
Источники артезианских вод являются восходящими, связаны они с
напорными водами артезианских бассейнов и склонов. На территории
артезианских бассейнов источники выходят в долинах рек, оврагах, озерных
котловинах, складках и др.
В областях вечной мерзлоты выделяются надмерзлотные - нисходящие,
межмерзлотные - восходящие и подмерзлотные - восходящие.
К особой группе источников, встречаемых в районах молодой вулканической
деятельности, относятся гейзеры, получившие свое название от района Гейзер в
Исландии, где они впервые были исследованы.
5. Режим источников
Под режимом источника понимают изменение его во времени его дебита,
состава и температуры.
По особенностям режима все источники можно подразделить:
1) постоянно действующие – действуют постоянно в течение очень многих
лет, имея годовые и многолетние изменения режима;
2) сезонно действующие – вследствие каких-либо специфических условий
питания или особых гидрогеологических условий выхода действуют только в
определенное время года;
3)
ритмически действующие – те источники, которые имеют более или менее
неправильную периодичность или ритмические колебания дебита и напора.
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные режимообразующие факторы подземных вод
2. Назовите и охарактеризуйте основные типы режимов.
3. Что понимают под родниками?
4. Дайте классификацию родников.
5. Что понимают под режимом источника? На какие типы можно
подразделить все источники?
Тема: Элементы мелиоративной гидрогеологии.
1. Мелиоративная гидрогеология, ее содержание и задачи.
2. Основные схемы геологического строения переувлажненных земель.
3. Типы водного питания переувлажненных земель.
4 Осушаемые районы.
1. Мелиоративная гидрогеология, ее содержание и задачи.
Мелиоративная гидрогеология — занимается гидрогеологическим
обоснованием сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций. В ее задачи
входит изучение и оценка гидрогеолого-мелиоративных условий объектов
мелиорации, прогноз изменения этих условий под влиянием орошения и
осушения земель, разработка совместно с мелиоратором необходимых
мелиоративных мероприятий, а также разработка методов гидрогеологомелиоративных исследований и прогнозов.
Переувлажнение земель связано с влиянием климата, рельефа,
геологического строения, гидрологических и гидрогеологических условий.
Наиболее крупные болотные массивы приурочены к областям молодых
тектонических опусканий – прогибам и впадинам платформ и межгорных
низменностей, примером является Припятская низменность.
Свойственный им низинный рельеф обусловливают слабую естественную
дренированность территории, что в совокупности с климатом способствует
заболачиванию пониженных элементов рельефа.
2. Основные схемы геологического строения переувлажненных земель.
Основные схемы геологического строения переувлажненных земель
показаны на рисунке 1 ([1] с 93). Они в значительной мере определяют условия
залегания ГВ и выбор рациональных способов осушения.
Рисунок 1. Основные схемы геологического строения осушаемых земель
(на схемах I и IV показаны корни растений). I – однородные породы до 2…3м и
более; II – двухслойные породы с менее проницаемым нижним слоем; III –
двухслойные породы с более проницаемым нижним слоем; IV – однородные
породы малой мощности (менее 1,0…1,5 м), подстилаемые скальными
породами; V – многослойные породы; 1 – торф; 2 – суглинок; 3 – глина; 4 –
песок; 5 – гравий, галечник; 6 – скальные породы; 7 – известняки.
3. Типы водного питания переувлажненных земель
Источники водного питания переувлажненных земель различны в разных
геоморфологических и гидрогеологических условиях. По К. Е. Иванову,
выделяют две основные группы: болота водораздельные плакорного залегания,
склоновые плакорного залегания и котловинного залегания; болота речных
долин – пойменные, притеррасовые и староречий.
Болота водораздельные плакорного залегания занимают наиболее высокие
точки водоразделов и питаются только осадками.
Болота водораздельно-склоновые плакорного залегания расположены на
пологих склонах междуречных территорий. Основной источник питания –
осадки, но местами (в понижениях на склонах) возможно выклинивание
грунтовых вод.
Болота водораздельные котловинного залегания питаются осадками,
выпадающими над котловинами, а также стекающими со склонов котловин. В
глубоких котловинах в питании болот могут принимать участие
выклинивающиеся грунтовые воды.
Болота пойменные находятся в поймах. Источники питания – речные воды
(при разливах), осадки, грунтовые и напорные воды.
Болота притеррасовые располагаются на террасах разного возраста и
могут иметь те же источники питания, что и пойменные болота, кроме речных
вод, так как не подвергаются затоплению.
Болота староречий образуются в результате зарастания староречий и
имеют те же источники питания, что и пойменные.
Особое положение по источникам водного питания занимают
переувлажненные земли в зоне влияния водохранилищ и каналов, а также в
зонах выклинивания подземных вод на конусах выноса.
Водохранилища могут вызывать переувлажнение прилегающих земель в
результате фильтрации воды, а также создавая подпор грунтовых вод. В
наибольшей мере эти явления наблюдаются на нижних речных террасах.
Заболачивание земель за счет фильтрации из оросительных каналов происходит
при низкой дренированности.
В общем случае возможны следующие типы водного питания
переувлажненных земель (по А. Д. Брудастову): атмосферный; делювиальный
(склоновый), аллювиальный (намывной); грунтовый и грунтово-напорный.
Очень часто болота имеют несколько источников питания.
Рисунок 2. Формы связи болотных вод с грунтовыми водами и грунтовых
вод с напорными:
а – связи между болотными и подземными водами нет; б – болотные воды
с грунтовыми составляют единый водоносный горизонт; в – грунтовые воды,
вызывающие переувлажнение почв, связаны с напорными; г –связь грунтовых
вод с напорными происходит через «окна» в водоупоре; 1 – торф; 2– песок; 3 –
глина; 4 – известняк.
Возможная роль подземных вод в питании болот поясняется следующими
схемами (рис. 2 [1] c. 258); связи между болотными и подземными водами нет;
болотные воды с грунтовыми составляют единый водоносный горизонт, что
наблюдается, когда переувлажненные породы залегают на водопроницаемых;
грунтовые
воды,
вызывающие
переувлажнение
почв,
связаны
с
напорными вследствие фильтрации через
разделяющие
их
относительно
водоупорные отложения; связь грунтовых
вод с напорными происходит через «окна»
в водоупоре.
По химическому составу грунтовые
воды
переувлажненных
земель
преимущественна
пресные
и
ультрапресные. Минерализованные воды
могут встречаться на переувлажненных
землях в аридных областях, а также в
гумидной зоне при разгрузке соленых
артезианских вод или вторжении морских вод при осушении приморских земель.
4 Осушаемые районы
Из факторов, определяющих типы гидрогеологических и инженерногеологических условий осушаемых районов, основное значение имеют
геологическое строение, геоморфологические условия и характер водного
питания, при наличии напорного питания – интенсивность его. Различия в
естественной дренированности осушаемых земель, играющие большую роль при
типизации орошаемых земель, отступают на второй план, так как практически
все переувлажненные земли приурочены к районам низкой (но в то же время
неодинаковой) естественной дренированности. Запасы солей в породах зоны
аэрации в гумидных областях незначительны, что позволяет исключить этот
фактор из числа определяющих.
В части влияния геологического строения следует указать на
специфическую особенность переувлажненных земель, большую роль строения,
состава и фильтрационных свойств самого верхнего слоя отложения – до 2...3 м.
Возможные схемы его строения были приведены на рисунке 1.
Важное значение при типизации гидрогеологических условий осушаемых
земель имеют также граничные условия фильтрационных потоков в плане. По Б.
С. Маслову, в зависимости от этого фактора выделяют следующие расчетные
схемы: А – приток грунтовых вод со стороны отсутствует; Б – приток со стороны
имеется. При этом возможны следующие случаи; Б1 –массив ограничен
гидрографической сетью с постоянным или переменным во времени напором; Б2
– водораздел грунтовых вод расположен на ближайшей периферии массива; Б3 –
поток неограниченный.
В зависимости от указанных факторов осушаемые районы по степени
сложности мелиоративного освоения подразделяются, по Б. С. Маслову, на
следующие три группы (рис. 3 [1] c.343).
Первая группа включает районы с простыми гидрогеологическими
условиями. Они характерны для заболоченных земель и болот на водоразделах и
склонах озерных, морских, аллювиальных, флювиогляциальных и других равнин
(районы 1…6 на рисунке 3). Породы преимущественно однородные. Развиты
верховодка, болотные и грунтовые воды. Основными источниками
переувлажнения являются осадки и поверхностный сток или эти источники в
сочетании с верховодкой или грунтовыми водами.
Вторая группа отличается гидрогеологическими условиями средней
сложности – заболоченные земли и болота в понижениях аллювиальных террас,
моренных равнин, на конусах выноса и др. (районы 7...11 на рисунке 3).
Преимущественно двухслойные породы. Развиты грунтовые воды. Основные
источники переувлажнения почв: грунтовые воды, осадки, поверхностный сток.
Третья группа характеризуется смешанными гидрогеологическими
условиями. Свойственны болотам в глубоких понижениях пойм и дельт рек, в
притеррасных частях речных долин, в понижениях озерных и озерноледниковых равнин и др. (районы 12... 16 на рисунке 105). Породы
многослойные. Единые комплексы болотных, грунтовых и напорных вод; в
отдельных районах эти воды взаимосвязаны с озерными водами. Основные
источники переувлажнения почв: грунтовые и напорные воды, а также осадки и
поверхностный сток.
В связи с усложнением геологического строения и гидрогеологических
условий от первой группы к третьей соответственно усложняются и инженерногеологические условия осушаемых районов. Наибольшие трудности вызывает
осушение тяжелых переувлажненных почв, отличающихся низкой и весьма
низкой водопроницаемостью. Методы и способы осушения этих почв в
гумидной и аридной зонах при орошении земель представляют глобальную
проблему сельскохозяйственных мелиорации.
Особенности проектирования орошения и осушения с учетом различий
гидрогеологических и инженерно-геологических условий земель рассматривают
в курсе «Сельскохозяйственные мелиорации», особенности эксплуатации
оросительных и осушительных систем – в курсе «Эксплуатация мелиоративных
систем».
Контрольные вопросы:
1. Цели и содержание мелиоративной гидрогеологии.
2. Назовите основные схемы геологического строения переувлажненных
земель.
3. Назовите типы водного питания переувлажненных земель.
4 назовите группы осушаемых районов и охарактеризуйте их.
Тема: Грунты их минеральный и гранулометрический состав. Основные
свойства грунтов и их показатели.
1. Понятие грунтов. Состав грунтов.
2. Гранулометрический состав грунта.
3. Основные инженерно-геологические свойства грунтов.
1. Понятие грунтов. Состав грунтов.
Грунт - любая горная порода или почва (а также твердые отходы
производственной и хозяйственной деятельности человека) представляющие
собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и
используемые как основание, среда или материал для возведения зданий и
инженерных сооружений.
Грунты могут быть искусственные и естественные.
Грунты искусственные - грунты природного происхождения, закрепленные
и уплотненные различными методами, насыпные и намывные грунты, а также
твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека.
а) Состав минеральной части грунта
Различные горные породы и почвы, используемые в строительных целях
состоят из множества минералов (их более 3000 видов). Из них не более (25 - 30)
являются породообразующими.
Минералогический состав оказывает весьма значительное влияние на
многие физические свойства и на степень устойчивости грунта в инженерных
сооружениях. Он резко меняется в зависимости от исходного состава горных
пород, степени ее раздробления, условий формирования и залегания.
Физические химические и механические свойства кристаллических минералов
определяются в основном природой связи между атомами, ионами и молекулами
в кристаллической решетке.
Наибольшее распространение и значение имеют следующие минералы:
1. полевые шпаты - сравнительно прочные минералы, они практически не
растворимы в воде, при их выветривании могут образоваться гидрослюды.
2. роговая обманка и авгит.
3. слюды (биотит - черная слюда, мусковит - белая слюда).
4. кальцит (известковый шпат).
5. доломит
6. кварц
7. пирит (серный колчедан)
8. гипс
9. глинистые минералы - продукт химического изменения первичных
минералов (полевых шпатов, слюд и др.). По совокупности признаков
многочисленные глинистые минералы разделяют на три основные группы:
а) каолинита
б) монтмориллонита
в) гидрослюд.
О них мы еще будем говорить,
Каолинит — основной компонент многих глин. Образуется при
каолинизации (выветривании и гидротермальном изменении полевошпатовых
пород). При увлажнении подвижности кристаллической решетки ввиду ее
жесткости не наблюдается. Сравнительно с другими глинистыми минералами
каолинит обладает небольшой набухаемостью и малой обменной способностью.
б) Монтмориллонит
Весьма типичный трехслойный глинистый минерал. Данный минерал
обладает способностью к сильному набуханию благодаря своему строению и
имеет ярко выраженные сорбционные свойства.
Наличие в грунтах большого количества монтмориллонита (например в
солонцеватых грунтах) придает им при увлажнении резко выраженные
отрицательные свойства: чрезмерную липкость, сильное набухание, отсюда
быструю потерю несущей способности.
в)гидрослюды.
( это иллит и др.) - трехслойные глинистые минералы, элементарные пакеты
которых построены также, как и у монтмориллонита.
Однако по своим свойствам эта группа глинистых минералов существенно
отличается от групп монтмориллонита и каолинита. ГИДРОСЛЮДА, слоистый
дисперсный минерал, водный алюмосиликат калия, кальция и др. В природе
ГИДРОСЛЮДА находится в виде мономинеральных гидрослюдистых глин и
смесей гидрослюды с каолинитом, монтмориллонитом, палыгорскитом.
Минералы группы гидрослюд по своим свойствам занимают промежуточное
положение по сравнению со свойствами минералов групп монтмориллонита и
каолинита.
Состав органической части грунта.
Органическая часть грунтов очень разнообразна по своему физическому
состоянию и по химическому составу.
В зависимости от того состояния, в котором находятся органические
вещества, они носят название торфа или гумуса. Торф представляет собой
грубую полуразложившуюся массу растительных осадков, в которых еще можно
различать строение веществ сложивших продуктами его образовании.
Гумусом принято называть сложный комплекс органических соединений
почвы, образовавшийся в результате сложных биохимических превращений.
2. Гранулометрический состав грунта.
Горные породы (грунты) состоят либо из отдельных кристаллов или
обломков горных пород, сцементированных в прочную монолитную массу,
(скальные, магматические и часть осадочных горных пород), либо из частиц, не
связанных друг с другом прочными кристаллизационными связями. Размер
обломков в этих породах изменяется в широких пределах - от десятков
сантиметров до долей микрона.
Изменение размеров частиц или обломков, слагающих различные грунты, в
очень сильной степени сказываются на физических, механических и других
свойствах грунтов.
Далее по плакату пояснить эту классификацию и дать пояснение по
каждому виду обломков (Бобков, стр. 41 - 43).
В зависимости от размеров частицы грунта разделяют на отдельные группы,
называемые гранулометрическими фракциями. Гранулометрическим составом
грунта называют относительное содержание по весу частиц грунта различной
крупности (гранулометрических фракций), выраженные в процентах к общему
весу сухого грунта.
Название видов и разновидностей грунта устанавливают в зависимости от
количественного содержания в грунте глинистых (менее 0,401 мм), пылеватых
(0,001 - 0,05 мм) и песчаных (0,05 - 2,0 мм) частиц. (Далее по плакату пояснить
различные виды грунтов, т.е. классификацию по гранулометрическому составу).
Результаты гранулометрического анализа для наглядности изображаются
графически в виде суммарных, в полулогаметрическом масштабе. Эта кривая
гранулометрического
состава
позволяет
определить
коэффициент
неоднородности
d
K i  60
d 10
, где
d60 и d10 - диаметры частиц, меньше которых в данном грунте содержится
соответственно 60 и 10% частиц по весу. Чем больше Кi, тем более разнородным
по гранулометрическому составу является грунт, тем он устойчивее и плотнее.
Пески с Кi; более 3 - разнозернистые, неоднородные, а с Кi, менее 3 одноразмерные.
Характеристику этих грунтов мы рассмотрим в последнем вопросе.
3. Основные инженерно-геологические свойства грунтов.
Для оценки поведения грунтов при взаимодействии с сооружениями, при их
разработке при строительстве мелиоративных и других объектов надо знать
главнейшие инженерно-геологические свойства их:
1. Угол естественного откоса рыхлых пород - предельный угол наклона
поверхности к горизонту, при котором сохраняется устойчивость откоса. Этот
угол определяется силами трения между частицами и зависит от
гранулометрического состава, формы зерен, влажности и др.
2. Пластичность. Это способность глинистых пород изменять форму без
разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия, и
после прекращения его сохранять форму. Пластичность тесно связана с
влажностью. Влажность при которой грунт переходит из твердого состояния в
пластичное называется нижним пределом пластичности Wp, а влажность грунта,
при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется
верхним пределом пластичности WL.
Диапазон влажности пластичного состояния грунта определяется числом
пластичности М р
Iр= WL -Wр.
где WL – влажность на границе текучести, %; Wp – влажность на границе
раскатывания, %.
Для каждого типа грунта характерны свои пределы пластичности. Несущая
способность и допускаемая нагрузка при использовании их в строительстве
определяется в значительной степени их консистенцией, т.е. состоянием
пластичного грунта в зависимости от влажности. Изменение состояния глин при
увлажнении называется изменением консистенции. Под консистенцией
понимается степень подвижности частиц грунта.
Таблица 1. Консистенция грунтов.
Количественно консинстенция характеризуется показателем консинстенции
В.
W Wp
B=
Wn
,
где Ip – число пластичности
Wp – нижний предел пластичности
W – влажность грунта
3. Набухание. Свойство грунта увеличиваться в объеме при увлажнении.
Оно зависит от гранулометрического состава, минерального состава, состава
обменных катионов и др. свойств. Набухание объясняется образованием вокруг
частицы связанной воды. Монтмориллонитовые глины обладают большей
степенью набухания, чем глины из минерала группы каолинита и т.д.
4. Усадка - процесс уменьшения объема грунта при высыхании.
5. Липкость - способность грунтов при определенном содержании воды
прилипать к различным предметам.
Растворимость. Некоторые грунты, как известняки, доломиты, гипс,
соли и т.п., частично растворяются подземными водами. В результате
растворения пустоты в грунтах увеличиваются, физико-механические свойства
ухудшаются.
7. Размягчимость - это свойство грунта снижать свою прочность при
увлажнении без видимых признаков разрушения. Она ведет к снижению
прочности.
8. Размокаемость - способность глинистых грунтов при увлажнении
терять связанность и превращаться в рыхлую бесформенную массу с полной
потерей несущей способности.
6.
Контрольные вопросы:
1. Что называется грунтом?
2. Назовите состав органической части грунта.
3. Перечислить основные свойства грунтов.
4. Как определить число пластичности?
5. По какой формуле определяется показатель консистенции грунта?
Тема: Характеристика грунтов. Классификация. Физико-механические
свойства грунтов.
1. Характеристика грунтов.
2. Влияние состава, структуры, текстуры и состояния грунтов на их
свойства.
3. Инженерно-геологическая классификация грунтов.
4. Механические свойства грунтов.
1. Характеристика грунтов.
а) Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются хорошей
водопроницаемостью,
отсутствием
капиллярности.
Применяют
как
дренирующий материал, как заполнитель в бетоне. Не обладают связностью и не
набухают. Усадка, пластичность и липкость отсутствуют. Имеют высокий Кб,
поэтому, если оросительные каналы проходят в таких грунтах,
обязательно предусматривают противофильтрационные устройства.
Применяют гравийно-песчаную подготовку при устройстве ж/б сооружений.
б) Песчаные пылеватые грунты в сухом состоянии также не связны. При
увлажнении переходят в плывунное состояние. Как дренирующий материал
мало пригодны.
в) Супесчаные
легкие
грунты
характеризуются
относительно
благоприятными свойствами при использовании в качестве материла проезжей
части грунтовых дорог и в основании дорожных покрытий. Они не пластичны
или мало пластичны. В сухом состоянии обладают достаточной связностью;
пылеобразование не значительно, быстро просыхают, не набухают и не
обладают липкостью. Эти грунты устойчивы в сухом и во влажном состоянии,
т.к. сочетают положительные стороны песчаных (большое внутреннее трение и
хорошую водопроницаемость) и глинистых (связность в сухом состоянии)
частиц.
г) Супесчаные пылеватые грунты характеризуются преобладанием
пылеватых частиц. В сухом состоянии мало связны, сильно пылят. Довольно
быстро и на большую высоту поднимают воду капилляром (до 3 м), что в ряде
случаев способствует образованию пучин на дорогах. Обладают малой
пластичностью и плохой водопроницаемостью. В дорожном отношении весьма
не благоприятны.
д) Суглинистые.
Отличаются
связностью
и
незначительной
водопроницаемостью. Для них характерны пластичность, липкость, набухание,
влагоемкость и капиллярность. Тяжелосуглинистые трудно поддаются
разработке. Медленно просыхают после увлажнения.
е) Глины. Характеризуются большой плотностью и связностью.
Практически водопроницаемы и трудно поддаются разработке. Обладают
большой пластичностью, липкостью и набуханием. Капиллярные свойства
выражены в меньшей степени, чем в суглинистых и пылеватых грунтах.
Недостаточно устойчивы под нагрузкой. При насыщении водой она ее
удерживает длительное время.
Гранулометрический состав грунтов является хотя и очень важным, но не
единственным признаком по которому можно судить об устойчивости грунтов
под сооружениями или о применении ее как стройматериала. Для более полной и
правильной оценки свойств грунтов необходимо учитывать их генезис,
минералогический и химический состав, физическое состояние и другие
особенности.
2. Влияние состава, структуры, текстуры и состояния грунтов на их
свойства.
При визуальном осмотре, а особенно при разработке грунтов очень часто
можно обнаружить, что они распадаются на разные по форме и величине
отдельности, называемые структурными агрегатами. Понятие о структуре и
структурных связях существенно дополняет представление о грунтах, как
дисперсных системах.
Под термином «структура грунта» Е.М. Сергеев предлагает понимать
размер, форму, характер поверхности, количественное соотношение слагающих
грунт элементов (отдельных частиц и агрегатов цемента). Пространственное
расположение элементов, слагающих грунт, независимо от их размера принято
называть текстурой грунта.
Применительно к грунта в понятие «структура» включен еще и такой
фактор, определяющий свойства грунтов, как способ взаимосвязи элементов,
слагающих грунт, или так называемые структурные связи.
По современным представлениям структурные связи в грунтах имеют
преимущественно электрическую природу. Они формируются в течение всего
периода образования грунта и последующего периода его существования в
земной коре. Те связи, которые формируются при формировании самого грунта,
называются первичными. В магматических породах они возникают в результате
остывания магмы, в метаморфических - перекристаллизации исходных пород, в
осадочных - в результате процессов диагенеза осадков.
По прочности структурные связи могут быть самыми различными: от очень
прочных, соизмеримых по прочности с ионными и ковалентными связями (в
минералах), до очень слабых, существование которых почти не влияет на
свойства грунтов.
В магматических, большей части метаморфических и части осадочных
горных пород имеет место химическая связь. Она является наиболее прочным
типом структурной связи. В основе ее лежат электрические силы
взаимодействия между атомами. Химические структурные связи могу быть
кристаллизационными и твердыми аморфными. Кристаллизационные связи
являются наиболее прочными. Грунты с химическими структурными связями
отличаются высокой прочностью, слабой сжимаемостью и упругостью в
определенном диапазоне нагрузок. При больших определенных для каждого
грунта нагрузках грунты разрушаются и химические связи в них не
восстанавливаются.
В грунтах тонкодисперсных осадочного происхождения (глинистых и
пылеватых)
проявляется
молекулярная
и
молекулярно-ионноэлектростатическая связь. Молекулярная связь существует между твердыми
телами, молекулами атомами и ионами, т.е. является универсальной. Она
значительно слабее химической, но проявляется при значительно большем
расстоянии между частицами. Количество молекулярных взаимодействий
возрастает с увеличением в грунте отдельных поверхностей, т.е. степени
дисперсности. Лучше всего молекулярная связь проявляется в высушенных
глинистых грунтах.
При увлажнении глинистых грунтов вокруг частиц и между частицами
образуется гидратная оболочка и диффузный слой ионов. Вследствие этого
между дисперсными частицами проявляются с одной стороны, молекулярные
силы притяжения, а с другой - ионно- электростатические силы отталкивания.
Результирующая этих сил и будет определять прочность структурных связей в
дисперсных грунтах. Такие структурные связи называют молекулярно-ионностатическими, или водноколлоидные. Водноколлоидные связи характерны для
глинистых грунтов. Прочность этих связей уменьшается с увеличением
влажности грунта. Водноколлоидные связи менее прочные в сравнении с
кристаллизационными и твердыми аморфными.
В одних и тех же грунтах может быть один тип связей, а может быть два и
более (смешанные связи). Разделение грунтов по структурным связям не всегда
можно четко провести: ряд грунтов, имея смешанный состав, обладают и
некоторыми промежуточными свойствами. Например, такие породы как
суглинки, лесс и др. имеют смешанные связи.
Прочность связей в одних грунтах во всех направлениях одинакова
(изотропные грунты), а в других она изменяется по отдельным направлениям
(анизотропные грунты).
Структура грунтов кристаллизационными связями при одинаковом
минеральном составе определяет степень устойчивости их при выветривании;
мелкокристаллические грунты разрушаются в меньшей степени, чем
крупнокристаллические. Осадочные крупнообломочные грунты на сжатие более
прочны, чем мелкозернистые.
Применительно к пылеватым (лессы) и глинистым грунтам в грунтоведении
структура породы делится на макро-, мезо- и микроструктуру. Макроструктур
характеризует особенности структуры грунта по структурным элементам,
видимым невооруженным глазом (зернам, чешуйкам). Размер структурных
элементов может изменяться от метра и более до долей сантиметра.
Мезоструктура определяется структурными элементами от нескольких мм до
тысячных его долей. Она может изучаться или с помощью лупы или под
микроскопом с увеличением до 500 - 600 раз. Микроструктура характеризуется
элементарными частицами размером менее 1-5 микронов. Поэтому она изучается
с помощью электронного микроскопа при увеличении в несколько тысяч раз.
Текстура грунтов характеризует пространственное расположение
элементов-частиц, кристаллов, цемента, и плотность их сложения. Текстура
грунтов оказывает большое влияние на их свойства. Наиболее прочные грунты
обычно имеют плотную массивную текстуру (большая часть магматических
горных пород, некоторые метаморфические и осадочные горные породы).
Пористые грунты обычно наименее прочны.
3. Инженерно-геологи ческая классификация грунтов.
Общепринятым признаком подразделения горных пород является характер
внутренних связей между частицами в породах. По классификации Н.Н.
Маслова, отчасти сходной с классификациями Ф.П. Саваренского и В.А.
Приклонского выделяют 4 класса пород:
1. Породы с превалирующей ролью жестких структурных
связей - скальные (жестки) породы (магматические и метаморфические) и
осадочные (сцементированные и отвердевшие).
2. Глинистые породы с внутренними связями, главным образом
молекулярного, ионно-электростатического и капиллярного характера аргиллиты, алевриты, мергелистые и оконовидные глины, суглинки и супеси.
3. Породы без внутренних связей - рыхлые, обломочные и песчаные
породы.
4. Породы, отличающиеся по своим связям особыми свойствами - особые
породы. Каждый из первых трех классов пород делится на 2 категории: 1)
водостойкие, 2) водонестойкие. Водостойкость скальных и сыпучих пород
определяется их стойкостью против растворения (выщелачивания), степень
гидростойкости глинистых пород той или иной способностью размягчаться в
воде. Дальнейшее деление категорий пород сделано по их происхождению и
другим признакам. Породы первого класса характеризуются высокой
механической прочностью, практически несжимаемы, водопроницаемы по
трещинам, невлагоемкие, держат вертикальные откосы. Второй класс глинистым породам свойственна слабая водопроницаемость, влагоемкость,
сжимаемость под нагрузкой, причем сжатие нередко происходи в течение
длительного периода. Прочность повышается с увеличением влажности. В сухом
состоянии могут держать вертикальные откосы. Породы 3 класса хорошо
водопроницаемые,
невлагоемкие,
несжимаемые,
за
исключением
слабоуплотненных разностей, причем сжатие под нагрузкой происходит быстро.
Угол устойчивого откоса, зависящий от сил трения, обычно равен 30° - 40°.
Форма откоса прямолинейная.
5. К особым породам отнесены торф, почвы, многолетне- мерзлые
породы, «культурные» отложения, илы, плывуны, пески и др. При
использовании этих пород в качестве оснований в каждом отдельном случае
требуется особый подход. Особенности плывунов мы будем рассматривать
отдельным вопросом на следующих уроках.
4. Механические свойства грунтов.
Под действием внешних сил (давление от веса сооружений и т.п.) в рыхлых
нескальных горных породах возникают как общие деформации, присущие всем
сплошным телам, так и деформации, обусловленные перемещением
минеральных частичек, слагающих эти породы. Если под действием внешних
сил структурное сцепление между минеральными частицами не будет
разрушено, то грунты будут деформироваться как сплошные тела, минеральные
частицы будут только сближаться, уплотняться без взаимного перемещения, что
обусловит изменение объема грунта, поэтому эти деформации называют
объемными. Если же структурное сцепление будет разрушено, то деформации в
грунтах будут определяться перемещением отдельных минеральных частиц или
агрегатов. Такие деформации называют сдвигом. Отсюда механические свойства
рыхлых горных пород при воздействии на них внешних воздействий
характеризуются показателями сопротивления их сжатию и сдвигу, которые
являются основными количественными показателями при оценке сжимаемости,
прочности к устойчивости пород в основании сооружений, в откосах выемок и
других сооружениях.
Сопротивление грунтов к сжатию.
Сжимаемость - способность грунтов уменьшаться в объеме.
При одноосном сжатии скальных грунтов возникают как упругие
деформации, которые восстанавливаются после окончания сжатия, так и
остаточные деформации из-за наличия в грунтах не очень плотного примыкания
частиц друг к другу и микротрещин.
Сжатие песков происходит быстро и мало связано с их влажностью. В
отличии от песков сжимаемость глинистых пород зависит от их влажности,
минералогического состава, характера структурных связей между частицами
грунта и др. факторов. Неравномерная сжимаемость глинистых пород может
быть причиной их неравномерной осадки и деформации.
Сжимаемость мягкого связного или рыхлого несвязного грунта можно
охарактеризовать зависимостью коэффициента пористости от давления при
сжатии образца в компрессионных приборах - компрессионной кривой и двумя
показателями: коэффициентом уплотнения (а) и модулем осадки (/).
Компрессионные кривые носят характер логарифмической зависимости
коэффициента пористости Е от нагрузки Р. С увеличением давления грунт
сжимается и коэффициент пористости уменьшается (ветвь нагрузки). При
снятии нагрузки некоторые грунты частично (при упругой деформации)
восстанавливают свою пористость. Поэтому кривая разгрузки, располагаясь
ниже кривой нагрузки, поднимается по оси ординат при нагрузках от
максимальной до нулевой. В качестве рассчитанных показателей при
проектировании сооружений используется коэффициент уплотнения (а) и
модуль осадки ( lp ).
Коэффициент уплотнения представляет собой отношение уменьшения
E
коэффициента пористости к величине повышения давления а =  P . Он
определяется на компрессионной кривой для определенного интервала давлений
(в см 2/кгс).
E1  E 2
а = P2  P1 .
Модулем сжатия называется величина, обратная коэффициенту уплотнения.
1
E=
а
.
Модулем осадки l p показывает величину сжатия грунта (мм)
приходящуюся на 1м толщи грунта при определенной нагрузке Р (кгс/см2).
Если l 2 , 0 = 25 мм/м, то это значит, что метровый слой грунта при давлении Р
= 2 кгс/см сжимается на 25 мм.
Зная мощность грунта в активной зоне h можно определить сжатие всего
слоя в см  h .

h=
lp * h
Задача
Определить модуль сжатия грунта Е, если нагрузка изменилась в пределах
от Р1 = 2 кгс/см2 до Р2 = 6 кгс/см2. Результаты компрессионных испытаний см
(рис. 1)
Решение:
E1  E 2
а=
P1  P2
1

1

0 , 25  0 ,1
62
 25 кгс / см
 0 , 04 см
2
/ кгс .
(значит грунт среднесжимаем).
2
Е = а 0 ,04
При значительных нагрузках (20 – 30 кгс/см2) частицы могут раскалываться,
в результате чего образуется более мелкозернистый грунт.
Сопротивление грунтов сдвигу.
Сопротивление грунтов сдвигающим нагрузкам зависит в общем случае от
сцепления и трения. Сцепление проявляется в основном в грунтах связных. В
скальных грунтах сцепление наибольшее и обусловлено химическими связями.
В мягких связных грунтах (глина, суглинок, лесс, супесь) связность обусловлена
цементирующим, склеивающим действием коллоидов и молекулярным
сцеплением при непосредственном контакте частиц. Сопротивление сдвигу в
этих грунтах оказывают в начале силы сцепления, а затем при сдвигающих
нагрузках, их превышающих, силы трения между частицами. В рыхлых
несвязных грунтах сопротивление сдвигающим усилиям оказывают только силы
трения.
Для рыхлых грунтов на графике получается прямая, проходящая через
начало координат. T = P*f=Ptg 
Т - сопротивление сдвигу, кгс/см2;
Р - нормальная нагрузка, кгс/см2;
f - коэффициент внутреннего трения;
 - угол внутреннего трения.
Для связных грунтов сопротивление их сдвигу выражается следующей
зависимостью:
T = P*f+C
С - сцепление грунта, а остальные аналогичны таковым в предыдущей
формуле.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Назовите характеристики грунтов.
В чем заключается разница в структуре грунта и текстуре?
Что понимают под структурными связями?
Дать инженерно-геологическую классификацию грунтов.
Что понимают под сжимаемостью грунта?
Что понимают под модулем сжатия грунта?
От чего зависит сопротивление грунтов сжимающим нагрузкам?
Тема: Инженерно-геологические процессы и явления.
возникновения, меры предупреждения и борьбы с ними.
Причины
1. Гравитационное смещение пород на склонах и откосах.
2. Инженерно-геологичесие процессы на дне и откосах котлованов.
3. Плывуны и меры борьбы с ними.
1. Гравитационное смещение пород на склонах и откосах.
В разделе «Геология» мы рассматривали сейсмические явления,
процессы выветривания, эрозии, дефляции и другие геологические явления.
А сейчас мы рассмотрим ряд явлений, связанных с деятельностью
поверхностных и подземных во на склонах.
Под совокупным действием различных факторов на естественных
склонах и откосах проявляются различные деформации, из которых наиболее
распространены осыпи, обвалы, курумы, оплывины и оползни.
Обвалы - смещение пород с отрывом от коренного склона. Происходят
обычно на крутых склонах, сложенных преимущественно скальными или
твердыми глинистыми породами; они подготавливаются процессами
выветривания. Обвалы часто возникают при землетрясениях. Для борьбы с
обвалами применяют различные сооружения (Плакат № ).
Осыпи - накопление продуктов выветривания горных пород у подножия
склонов (обычно обломки не отсортированы, остроугольны) - одна из форм
делювиальных отложений. Они смещаются к основанию склона под действием
собственной массы, что вызывается осадками.
Оплывины - смещение глинистых пород на склонах, насыщенных водой
после выпадения обильных осадков ли быстрого таяния снега.
Курумы - скопления крупных обломков скальных пород, образованные в
результате выветривания у подножия склонов; представляют поля каменных
глыб.
Оползни - смещение вниз по склону глинистых пород с покрывающими
отложениями.
Они происходят на берегах рек, морей, оврагов, озер, а также на откосах
искусственных выемок. Оползневые явления представляют большую угрозу
ГТС, очень опасны на склонах речных долин в местах берегового примыкания
плотин.
Причины образования оползней, помимо благоприятного для этого
геологического строения, в общем случае могут быть следующими:
1. гидродинамическое действие подземных вод на породы склона и
выветривания горных пород.
2. подмыв склона рекой или морем.
3. подрезка склонов при строительстве каналов, дорого и др.
сооружений.
4. застройка склона различными сооружениями.
Особенно опасно воздействие на породы динамических нагрузок,
например от массы проходящих поездов, землетрясение и др.
Поверхность, по которой происходит движение оползня, называется
поверхностью скольжения или поверхностью смещения. Линию пересечения
поверхности скольжения со склоном ниже оползня называют подошвой оползня.
Она может быть на уровне основания склона, выше или ниже его.
По структуре оползневого склона и положению поверхности скольжения
по Ф.П. Соваренскому различают следующие оползни: (показать по плакату)
1. оползень в однородных породах
2. оползание делювия по коренным породам
3. оползание по поверхности раздела пластов
4. оползни суффузионно-динамического происхождения
5. ступенчатый оползень.
Для оценки возможности возникновения оползня пользуются
коэффициентом устойчивоти откоса, который показывает соотношение сил
сопротивление оползневому смещению и активных двигающих сил.
Оползни возможны, когда коэффициент устойчивости склона,
уменьшаясь становится равным единице.
А сейчас я приведу один из многочисленных примеров прохождения
оползней (т.е. природы оползня).
Участок Черноморского побережья, интенсивно разрушаемый
оползнями, район Сухуми.
В геологическом строении береговой полосы этой территории
принимают большое участие своеобразные темно-синие глины. Они довольно
прочные в сухом состоянии, а при увлажнении теряют свою прочность.
Интересно, что эти глины способны поглотить воды в 2 - 3 раза больше своего
объема. Подобное явление довольно легко объяснить. Минералогический анализ
этих глин показал, что в их составе содержится много монтмориллонита. После
сильных дождей эти глины сильно увлажняются и на склонах возникают
сильные оползни. Они разрушают дороги, мосты, ГТС, дома и др. сооружения.
Меры борьбы с оползнями.
Можно ли сделать так, чтобы даже сравнительно крутые склоны стояли
прочно и не оползали?
Ученым и инженерам удалось добиться больших успехов в решении этой
проблемы. Наукой создано много оригинальных и эффективных способов
борьбы с разрушением берегов морей и рек.
Если вам приходилось побывать на черноморском побережье Кавказа в
районе Туапсе - Сочи, то вы, несомненно запомнили сотни больших,
перпендикулярных к берегу бетонных массивов длиной в 10 - 20 м, уходящих в
море. Это буны. Такие массивы тормозят движение морской волны, понижают
скорость потока, вызывают осаждение на дно крупных взвешенных частиц:
гравия, гальки и крупного песка. В результате между бунами постепенно
накапливается большое количество подобного материала и образуется пляж. Его
зона расширяется, а береговая линия перемещается, оттесняя море. Не менее
часто для защиты берегов от размыва применяют волноломы. Они представляют
собой бетонные или каменные массивы, располагаемые параллельно морскому
берегу. Волноломы сооружают на расстоянии примерно 12-4- метров от берега.
Морская волна, ударяясь о волнолом, теряет значительную часть энергии.
Следствием является снижение скорости движения воды. Результат - выпадение
на дно взвешенных частиц. Постепенно на участке между волноломом и берегом
накапливаются песчано-галечниковые отложения, образующие, в конечном
счете, широкий пляж.
Брега морей для защиты от удара штормовых волн нередко одевают в
бетонный или ж/б панцирь, устраивая набережные и волнобойные стенки.
Во многих случаях приходится применять комплексное укрепление
берегов, используя несколько типов сооружений. Блестящим примером такого
подхода борьбы с морем являются берегоукрепительные работы в районе города
Сочи. Здесь сооружены и набережные, и волнобойные стенки, и волноломы и
система бун, и подпорные стенки.
Можно ли удержать оползень?
Почти вековой опыт показывает, что при возникновении крупных
оползней, когда приходят в движение миллионы тонн грунта, попытки удержать
их силой в большинстве случаев оказываются неэффективными.
Более успешным оказалось применение механического удержания
средних и небольших оползней. Так, чтобы удержать оползание небольших по
мощности слоев грунта, на их пути ставится каменная или ж/б стенка. Такие
стенки получили название подпорных. В некоторых случаях, стремясь удержать
грунты оползающего массива, скрепляют их жесткими элементами - бетонными
или ж/б сваями шпильками, располагая их в шахматном порядке. Длина сваи
выбирается такой, чтобы свая выходила в лежащий под оползнем слой
прочного, неползущего грунта.
Чтобы избежать нарушение естественного сложения пород, шпильки не
забиваются, а погружаются в предварительно пробуренные скважины. Это лишь
некоторые метры.
Методы борьбы с оползнями:
1. одерновка
2. древонасаждение
3. перехватывающие сооружение для атмосферных осадков (лотки,
кюветы и др.) и подземных вод (горизонтальный или вертикальный дренаж),
4. подпорные сооружения
5. буны
6. волноломы
7. набережные и волнобойные стенки
8. организация свай и др.
2. Инженерно-геологичесие процессы на дне и откосах котлованов.
Явления и процессы обусловленные совместным взаимодействием
геологической среды и инженерными сооружениями называют инженерногеологическими. К инженерно-геологическим процессам на дне и откосах
котлованов относятся: размыв откосов, выдавливание, обвалы, осыпи, пучение и
выпирание дна котлованов.
а) Обвалы - это смещение горных пород с отрывом от коренного склона
(определение вообще). Обвалы характеризуются быстротой смещения и
отсутствием ясно выраженной поверхности скольжения. Наблюдаются при
чрезмерной высоте или крупизне склона, не соответствующей прочности
разрабатываемых пород.
б) Осыпи представляют собой перемещение по откосу масс
несвязанных грунтов. Наблюдаются на склонах свеженасыпанных обвалов.
в) выдавливание откоса наблюдается при отсыпке пород на
торфянистый грунт, а также при наличии в откосе глинистых пород,
находящихся в пластичном или текущем состоянии. В результате выдавливания
грунта отвалы оседают и смещаются.
г) Размыв откосов может быть обусловлен неорганизованным отводом
ливневых и талых вод, в результате чего на откосах образуются промоины, что
приводит потом к деформации стенок.
д) Пучение, выветривание дна котлована и прорыв подземных вод в
котлован возможны, когда в котлованах вскрываются глинистые водоупорные
породы, перекрывающий нижележащий водоносный горизонт с напорной
водой. На дне котлована возможно горообразное вздутие дна траншеи и даже
выпор дна с прорывом подземных вод. Основным мероприятием , устраняющим
пучение и выпор дна котлованов и прорыв воды в него, является снижение
напора в водоносном горизонте, что устанавливается соответствующими
гидрогеологическими расчетами.
3. Плывуны и меры борьбы с ними.
Что же такое плывуны и как они образуются?
Плывунами называют насыщенные водой горные породы приходящие в
движение при определенных условиях.
Различают псевдоплывуны и истинные.
Псевдоплывуны - породы, переходящие в плывунное состояние только
под действием гидродинамического давления. Ими могут быть даже крупные и
гравелистые пески.
Истинные плывуны - породы, приходящие в движение не только под
действием гидродинамического давления, но и при наличии в породе
коллоидно-дисперсных частиц. Это тонко и мелкозернистые пески, илы, глины
и другие породы.
Коллоидные системы, напоминают густые студни, которые в физической
химии называют гелями.
В определенных условиях коллоиды могут находится в жидких
растворах, тогда их называют золями. Явление перехода при встряхивании геля
в жидкий золь получило название тиксотропии. Основная мера борьбы с
плывунами при строительных работах - предварительное осушение их с
помощью иглофильтров, замораживание и др.
К коллоидным системам относят истинные плывуны. В обычных
условиях плывуны находятся в состоянии геля. При встряхивании они переходят
в золь. Если оставить жидкий грунт в покое, он превращается в гель. Это
явление объясняется так: в гелях образуется сетка из раздробленных тонких
частиц, в ячейках которой заключается вода. При встряхивании сетка
разрушается и коллоидная система разжижается. В покое она опять
восстанавливается. Тайна истинного плывуна заложена в своеобразной
структуре. Для плывунов характерна высокая подвижность, большая влажность
(до 50%) высокая пористость (40 - 60%).
Контрольные вопросы:
1. Назовите виды гравитационного смещения пород на склонах и откосах.
2. Назовите инженерно-геологичесие процессы, проходящие на дне и
откосах котлованов.
3. Что понимают под плывунами и какие существуют меры борьбы с ними?
Тема: Суффозия, эрозия и карст.
1. Просадочность лессовых грунтов.
2. Ирригационная эрозия.
3. Суффозия и карст.
1. Просадочность лессовых грунтов.
Под лессами и лессовидными грунтами понимают породы,
сформировавшиеся в условиях засушливого климата и обладающие одним
общим свойством - недоуплоиненной структурой, неотвечающей напряженному
состоянию, в котором эти грунты находятся в условиях их естественного
залегания. Недоуплотненность обусловливает значительную пористость этих
пород, иногда более 50 %. Помимо обычной пористости лессам присуще также
наличие крупных пор - макропор - размером иногда более 1мм, хорошо
видимых невооруженным глазом, обычно в виде вертикальных трубочек.
Состоят лессы и лессовидные грунты преимущественно из фракций пыли и
имеют характерную палево-желтую или желто-бурую окраску. В пределах СНГ
эти породы распространены на большей части Украины, на юго-востоке
европейской части страны, в Закавказье, Средней Азии, Сибири и на Дальнем
Востоке. Залегают лессы на водоразделах в виде покрова, плащеобразно,
перекрывая более древние образования. Мощность их обычно составляет 15 - 20
м, иногда достигает многих десятков метров. Ввиду значительной
распространенности лессы во многих случаях служат основанием самых
различных сооружений или средой для строительства.
В естественных условиях лессы при малой влажности обладают
значительной механической прочностью и устойчивостью в откосах, сохраняя
почти вертикальное положение при высоте откоса иногда более 10 м. При
увлажнении их прочность существенно уменьшается и они доуплотняются; это
свойство называется просадочностью и сопровождается необратимым
изменениям структуры грунтов.
Просадки лессовых грунтов в основании сооружений обычно
неравномерны, что обуславливает неравномерную осадку сооружений, величина
которой колеблется от нескольких десятков сантиметров до 1,5 - 2,0 м и более.
Чтобы предохранить сооружения, возводимые на просадочных грунтах, от
различных деформаций, необходимо заранее знать степень их просадочности, в
соответствии с чем осуществляются различные защитные мероприятия,
обеспечивающие устойчивость сооружений на весь срок их эксплуатации.
Методика определения степени просадочности лессовых грунтов изложена в
СНиП 11 - 15 - 74 «Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений».
Просадочные явления
а) Почему лессы дают просадки?
Большую роль в разрушении лессовых пород играют коллоидные
явления. Основными структурными элементами лесса являются агрегаты
пылеватых и песчаных зерен. Значительная часть из них соединена между собой
коллоидно-дисперсными минеральными частицами. Вода разрушает эти
частицы и переводит в состояние жидкого коллоидного раствора. Такой
переход твердых коллоидных частиц в жидкий раствор называют пептизацией.
Пептизация является одной из причин разрушения агрегатов. Отдельные
пылеватые и песчаные зернышки перемещаются и заполняют поры, чем создают
условия для механического уплотнения. На процесс осадки оказывает
воздействие растворения солей, цементирующих частицы.
б) Меры борьбы с просадками.
1. Обжиг горных пород. Такие лессы становятся неразмокаемыми. Резко
возрастает прочность породы. Она может выдержать нагрузку в 100 - 1 ООО
тонн на 1 м2. Интересно, что при обжиге сохраняется высокая пористость и
водопроницаемость лессов.
2. Силикатизирование лессов. В породу нагнетается жидкое стекло,
которое превращает ее в камень. Силикат натрия в течение 30 суток твердеет.
3. Предварительное замачивание.
4. Уплотнение.
2. Ирригационная эрозия.
Ирригационной эрозией называют размыв горных пород при утечки
воды из неисправных оросительных каналов и сооружений, а также размыв
сбросными водами при неупорядоченном отводе их. Этот инженерногеологический процесс возникает на косогорных участках при пересеченном
рельефе и больших уклонах его. В результате на склонах образуются глубокие
промоины, происходит смыв почвы, сокращается площадь пашни.
Ирригационная эрозия вблизи сооружений грозит их устойчивости. Наибольшей
интенсивности эрозия достигает в легкоразмываемых отложениях, в частности в
лессовых породах, особенно в предгорных районах. Для предупреждения
ирригационной эрозии почв область применения поверхностных способов
полива ограничивается площадями с i<0,05. При больших уклонах необходимо
дождевание пониженной интенсивности или другие совершенные способы
полива. Например, для полива кормовых культур сплошного сева на склоновых
землях целесообразно применение синхронного импульсного дождевания,
которое обеспечивает интенсивность дождя всего 0,005 - 0,01 мм/мин. Сбросы
воды с полей, если их нельзя избежать, должны быть упорядочены с помощью
специальных сооружений.
Ирригационная суффозия (механическая и химическая) возникает в
породах в результате фильтрации воды из оросительных каналов. Это явление
обуславливает последующее развитие ирригационной эрозии. Суффозия
интенсивно развивается в лессовых породах, отличающихся значительной
микропористостью и повышенной гипсоносностью. Фильтрационные воды из
каналов устремляются в ходы землероев, в пустоты, оставленные корнями
растений, размывают их, удаляя частицы породы и образуют крупные
промоины. В дальнейшем возможно обрушение их кровли, нередко являющееся
причиной большой утечки воды из каналов.
Опасность ирригационной суффозии особенно возрастает, когда канал проходит
в полунасыпи-полувыемки.
Борьба с фильтрацией каналов и избыточной водоподачей - один из
методов предупреждения суффозных процессов.
3. Суффозия и карст.
Различают механическую и химическую суффозию.
Механическая суффозия - процесс выноса мелких частиц породы
движущейся подземной водой, является следствием гидродинамического
давление, которое оказывает на породу фильтрующая вода.
Суффозия обычно происходит в песчаных породах, которым
свойственна большая скорость фильтрации. Вынос частиц начинается, когда
напорный градиент достигает критического значения. Критический градиент
равен:
I ед  (  1)(1  n )  0 ,5 n
, где
у - плотность песка
n- пористость песка в долях единицы.
Суффозия
обуславливает
разрыхление
породы,
нередко
сопровождающееся осадкой поверхности земли. Суффозия может наблюдаться в
естественных склонах (берегах рек, оврагов и др.), при проходке туннелей,
строительных котлованов и других подземных работах. Суффозия в основании
сооружений может привести к неравномерной осадке и даже к аварии. Известны
примеры разрушения плотин.
Рациональным методом предупреждения суффозии при проходке
строительных котлованов считается предварительное понижение УГВ откачкой
с помощью иглофильтров, закладываемых по периметру котлована.
Предупреждение
суффозии
в
основании
сооружений
достигается
мероприятиями,
уменьшающими
напорный
градиент
фильтрации,
искусственным закреплением песчаных пород и др.
Суффозия может вызвать заиление и нарушить работу закрытых дрен,
уложенных в песчаные породы. Чтобы избежать этого, дренажные трубы
покрывают стеклотканью, обсыпают торфокрошкой, устраивают гравийные
фильтры и т.д.
Химической суффозией называют процесс растворения или
выщелачивания водой горных пород. Химическая суффозия может развиваться,
в частности, в гипсоносных породах при фильтрации воды из каналов. На
осушенных землях вследствие химической суффозии может происходить вынос
грунтовой водой химических элементов и питательных веществ, необходимых
для растений. Примером химической суффозии является карст. Карсту наиболее
подвержены отложения каменной соли, гипса, известняка. Площадь развития
этих пород различна и на территории суши земного шара достигает: соленосных
пород 4 млн.км2, гипсов и ангидридов 7 млн.км2 и карбонатных пород около 40
млн.км2. В бывшем союзе карбонатные породы составляют около 40%
территории страны. Наиболее распространен карст в карбонатных породах.
Однако скорость карстообразования в соленосных отложениях и сульфатах
выше, чем в карбонатах.
В результате карста в породах образуются пустоты и пещеры различных
размеров. Для рельефа характерны карстовые воронки.
Карст опасен в основании сооружений, т.к. возможны провалы сводовой
части пустот, значительная фильтрация из водохранилищ и каналов.
Контрольные вопросы:
1. Почему лессы являются просадочными грунтами?
2. Объясните понятие ирригационная эрозия.
3. Назовите и объясните виды суффозии.
4. Что понимают под таким явлением как карст?
Тема: Топографические изыскания.
1. Инженерные изыскания для строительства.
2. Назначение и краткая характеристика топографических карт
3. Топографические планы
Топографическая съемка - комплекс работ, выполняемых с целью
получения съемочного оригинала топографической карты или плана, а также
получение топографической информации в другой форме. Конечным продуктом
при производстве топографической съемки является топографический план
местности
1. Инженерные изыскания для строительства.
Под инженерными изысканиями для строительства следует понимать
комплексный производственный процесс, в результате которого строительное
проектирование обеспечивается исходными данными о природных условиях
района или отдельного участка предполагаемого строительства. После
выполнения изысканий проектировщик получает:
– топографический план, дающий представление о рельефе территории и
существующих коммуникациях;
– инженерно-геологический отчет, включающий геологическое строение
района, геоморфологические и гидрогеологические условия площади, состав,
состояние и свойства грунтов, прогноз возможных инженерно-геологических и
гидрогеологических процессов;
– отчет с экологической оценкой природной среды (почв, атмосферного
воздуха, подземных и поверхностных вод, геофизических полей) на участке
расположения проектируемого объекта.
Выполнение инженерных изысканий необходимо в первую очередь для
проектировщиков, которые будут проектировать здания, сооружения. От типов
грунтов, представляющих геологический разрез на объекте, выбирается тип
фундамента. Если вы не хотите, чтобы сооружение через год не
деформировалось и не затоплялось очень важно провести исследования грунтов.
Проектировщик, имея на руках результаты изысканий, правильно выберет тип
фундамента, учтет характеристики грунтов. В зависимости от вида
производимых строительных и мелиоративных работ выбирается тот или иной
вид инженерных изысканий.
Сохранение окружающей среды должно быть одним из основных
факторов, которые должна предусматривать программа изысканий. Нельзя
допускать, чтобы сами изыскания и последующее строительство каким либо
образом наносили ущерб природе.
Под комплексом технических изысканий подразумевается изучение
геологических, топографических, экологических и гидрологических условий
зоны строительства. В ходе работ также проводится обследование
месторождений стройматериалов, которые можно добыть непосредственно в
данной местности. Кроме того, собираются исходные данные для составления
смет и проектов организации строительства, проводятся все необходимые
согласования. Некоторыми особенностями обладают железнодорожные и
автодорожные изыскания, а также изыскания, без которых невозможна
прокладка нефте- и газопроводов, линий электропередачи и связи (линейные
изыскания). Наличие этих особенностей объясняется большой протяженностью
исследуемой зоны. Обычно исследования состоят из одного этапа, на
протяжении которого получают исходные данные, необходимые для разработки
рабочих чертежей и технического проекта. Изыскания для сложных в
инженерном плане объектов проводят в два этапа. Они основываются на
технических заданиях, в которых оговариваются основной состав, порядок
проведения и детальность проведения инженерных изысканий. Лишь
специализированные организации, у которых есть соответствующая лицензия,
имеют право выполнять изыскательские работы.
Инженерные изыскания позволяют получить исходные данные,
необходимые для принятия наиболее оптимальных технико-экономических
решений в ходе проектирования, строительства и реконструкции сооружений и
зданий. Характер изысканий зависит от степени изученности района, в котором
проводятся исследования, и от вида строительства. Прежде чем проводить
изыскания, следует провести экономические исследования, необходимые для
экономического обоснования будущего строительства и выбора района
размещения объекта.
Проведение изыскательских работ состоит из трех периодов. В течение
первого, полевого, периода осуществляется сбор и изучение необходимых
данных по объекту, уточняется задание для изыскательской партии. В течение
второго, полевого, периода выполняются топографические, геодезические,
буровые и другие работы. Во время камерального периода систематизируются
полевые материалы, составляются топографические планы, геологические
разрезы, гидрологические, климатические и прочие характеристики района и
стройплощадки. Если проводить инженерные изыскания по единой методологии,
используя современные достижения техники, можно ускорить процесс, повысить
его качество и снизить стоимость.
2. Назначение и краткая характеристика топографических карт
Топографическая карта—основной графический документ о местности,
содержащий точное, подробное и наглядное изображение местных предметов и
рельефа. На топографических картах местные предметы изображаются
условными общепринятыми знаками, а рельеф— горизонталями.
По ним изучают и оценивают местность, решают различные расчетные
задачи, связанные с определением расстояний, углов и площадей, высот,
превышений и взаимной видимости точек местности, крутизны и видов скатов и
т. п.
Карты позволяют точно определить не только местонахождение, но и
координаты точек местности.
Полнота, подробность и точность изображения местности на карте зависят,
прежде всего от ее масштаба.
Масштаб карты показывает, во сколько раз длина линии на карте меньше
соответствующей ей длины на местности.
Чем крупнее масштаб карты, тем подробнее на ней изображена местность.
С уменьшением масштаба карты уменьшается и количество наносимых на нее
деталей местности. Так, при сравнении изображений одного и того же участка
местности на картах различных масштабов (рис. 26) видно, что на картах
масштабов 1:100000 и 1:200 000 нельзя было показать незначительные по
величине озера, полевые и некоторые грунтовые дороги, а также другие местные
предметы и детали рельефа, показанные на картах масштабов 1:25000 и 1:50000.
Подробность изображения местности на топографических картах зависит
от ее характера: чем меньше деталей содержит местность, тем полнее они
отображаются на картах более мелких масштабов. Так, например, на карте
масштаба 1:200 000 на малообжитую пустынную местность могут показываться
все отдельно расположенные строения, колодцы, грунтовые дороги и даже
тропы.
Большое
значение
для
проектирования
и
осуществления
гидротехнических мероприятий имеют топографо-геодезические изыскания, в
процессе и в результате которых изучают рельеф и ситуацию местности,
получают планово-картографические материалы.
В зависимости от размера территории, подлежащей обустройству, и
сложности решения технических задач проектирование выполняют в одну или в
две стадии. В одну стадию проекты составляют с 0 до 1500 га с простыми
природными условиями или для реконструкции отдельных частей крупных
систем.
Для составления одностадийного проекта выполняются следующие
топографические работы:
1. топографическую съемку в масштабе 1:10000 или 1:5000 с сечением
рельефа горизонталями через 1 или 0,5 м.
2. трассирование МК;
3. геометрическое нивелирование под вертикальную планировку в
масштабе 1:2000 с высотой сечения 0,25 м.
4. съемку существующих на сети каналов, озер, прудов;
5. топографическую съемку под платины в масштабе 1:500 и 1: 2000 с
высотой сечения h = 0,5 м.
В две стадии - технический проект и рабочие чертежи - проекты
составляют для объектов с мелиорируемой площадью более 2000 га с
достаточно сложными природными условиями.
Для стадии технического проекта выполняют следующие работы:
1. топографические съемки для проектирования систем в
масштабе 1:10000, 1:5000 с высотой сечения соответственно 1,0 и 0,5 м;
2. топографические съемки под плотины в масштабе 1:2000, 1:5000 с
высотой 0,5 м;
3. топографические
съемки под водохранилища в масштабах
1:10000,1:5000 и 1:2000 с высотой сечения соответственно 2, 1, 0,5 м
4. Полевое
корректирование устаревших топографических планов,
используемых при проектировании;
5. Трассирование МК;
6. Съемка рек, каналов, озер, прудов;
Реки, каналы, озера (водохранилища) следует снимать поперечными
профилями с магистральных планово-высотных ходов, прокладываемых вдоль
берегов. Длина поперечных профилей в обе стороны от бровок устанавливается
техническим заданием. При ширине водного объекта свыше 800 м теодолитные
ходы прокладывают по обоим берегам.
Расстояние между поперечными профилями при съемке рек и
реконструируемых каналов применяют 200…300 м на стадии «Проект» и
30…100 м на стадии «Рабочая документация». При съемке озер и водохранилищ
расстояния между промерными профилями не должны превышать 2 см
масштаба составляемого плана.
Промеры глубины производятся по вертикалям от уреза воды с точностью
0,1 м рейкой, штангой или эхолотом. Расстояние между вертикалям по
промерному створу в зависимости от ширины реки (канала) принимается 2…10
м так, чтобы количество вертикалей было не менее 6. Условия топосъемок для
проектирования водохранилищ приведены в таблице.
Для определения уклона реки или канала на снимаемом участке
выполняют одновременную связку уровней воды. Одновременную связку
проводят в период устойчивых уровней (в межень). Расстояние между точками
одновременной связки уровней зависит от характера реки (канала) и
устанавливается техническим заданием.
7. обозначение на местности границ затопления;
8. рекогностировочные работы по трассам линий электропередач.
Для стадии рабочих чертежей топографические изыскания выполняют
главным образом с целью уточнения расположения каналов, коллекторов,
трубопроводов, дорог, инженерных сооружений и вертикальной планировки.
Состав этих работ может быть следующим:
1. топографические съемки площадок под ГТС, производственные и
жилые здания в масштабах 1:2000, 1: 1000 и 1:500 с высотой 0,5 м.
2. геоморфологическое нивелирование для вертикальной планировки.
3. Определение зон затопления, съемка существующих каналов, прудов,
озер, рек, если эти работы не были выполнены на стадии технического проекта.
Изображение местных предметов на топографических картах
Виды условных знаков топографических карт. Местные предметы на
топографических картах изображаются условными знаками.
Для удобства чтения и запоминания многие условные знаки имеют
начертания, напоминающие вид изображаемых ими местных предметов сверху
или сбоку. Условные знаки, изображающие одни и те же элементы местности на
топографических картах различных масштабов, одинаковы по своему
начертанию и различаются лишь размерами.
Рельеф на топографических картах изображается горизонталями, а
некоторые его детали (обрывы, овраги, промоины и т. п.) — соответствующими
условными обозначениями.
На картах помещаются подписи собственных названий населенных
пунктов, рек, озер, гор, лесов и других объектов, а также пояснительные подписи
в виде буквенных и цифровых обозначений. Они позволяют получить
дополнительные сведения о количественной и качественной характеристике
местных предметов и рельефа.
Гидрография (водные объекты). На топографических картах показывают
прибрежную часть морей, озера, реки, каналы (канавы), ручьи, колодцы,
источники, пруды и другие водоемы. Рядом с ними подписывают их названия.
Чем крупнее масштаб карты, тем подробнее изображаются водные объекты.
Озера, пруды и другие водоемы показывают на картах, если их площадь
составляет 1 мм2 и более в масштабе карты. Водоемы меньших размеров
показывают лишь в засушливых и пустынных районах, а также в тех случаях,
когда они имеют значение надежных ориентиров.
Реки, ручьи, каналы и магистральные канавы на топографических картах
показывают все.
Ширину и глубину рек (каналов) в метрах подписывают в виде дроби: в
числителе—ширина, в знаменателе—глубина и характер грунта дна. Такие
подписи помещаются в нескольких местах на протяжении реки (канала).
Скорость течения рек (м/с), изображаемых двумя линиями, указывают в
середине стрелки, показывающей направление течения. На реках и озерах
подписывают также высоту уровня воды в межень по отношению к уровню моря
(отметки урезов воды).
На реках и каналах показывают плотины, шлюзы, паромы (перевозы),
броды и дают соответствующие им характеристики.
Колодцы обозначают кружками синего цвета, рядом с которыми
помещается буква К или подпись арт. к. (артезианский колодец).
Наземные водопроводы показывают сплошными линиями синего цвета с
точками (через 8 мм), а подземные — прерывистыми линиями.
Почвенно-растительный покров изображается на картах обычно
масштабными условными знаками. К ним относятся условные знаки лесов,
кустарников, садов, парков, лугов, болот и солончаков, а также условные знаки,
изображающие характер почвенного покрова: пески, каменистая поверхность,
галечники и т. п.
При обозначении почвенно-растительного покрова часто применяют
сочетание условных знаков. Например, для того чтобы показать заболоченный
луг с кустами, контуром обозначают участок, занимаемый лугом, внутри
которого помещают условные знаки болота, луга и кустов.
Контуры участков местности, покрытых лесом, кустарником, а также
контуры болот, лугов обозначают на картах точечным пунктиром. Если границей
леса, сада или другого угодья служит линейный местный предмет (канава, забор,
дорога), то в этом случае условный знак линейного местного предмета заменяет
собой пунктир.
Лес, кустарники. Площадь леса внутри контура закрашивают зеленой
краской. Породу дерева показывают значком лиственного, хвойного дерева или
их сочетанием, когда лес смешанный. При наличии данных о высоте, толщине
деревьев и густоте леса указывается его характеристика пояснительными
подписями и цифрами.
Площади, покрытые порослью леса (высота до 4 м), сплошным
кустарником, лесные питомники внутри контура на карте заполняются
соответствующими условными знаками и закрашиваются бледно-зеленой
краской. На участках сплошных кустарников при наличии данных
специальными значками показывается порода кустарника и подписывается его
средняя высота в метрах.
Болота изображают на картах горизонтальной штриховкой синего цвета с
разделением их по степени проходимости в пешем порядке на проходимые
(прерывистая штриховка), труднопроходимые и непроходимые (сплошная
штриховка). Проходимыми принято считать болота глубиной не более 0,6 м;
глубину их на картах обычно не подписывают. Глубина труднопроходимых и
непроходимых болот подписывается рядом с вертикальной стрелкой,
указывающей место промера. Труднопроходимые и непроходимые болота
показываются на картах одинаковым условным знаком.
Солончаки на картах показывают вертикальной штриховкой синего цвета с
разделением их на проходимые (прерывистая штриховка) и непроходимые
(сплошная штриховка).
Изображение рельефа на топографических картах
Рельеф на топографических картах изображается кривыми замкнутыми линиями,
соединяющими точки местности, имеющие одинаковую высоту над уровенной
поверхностью, принятой за начало отсчета высот. Такие линии называются
горизонталями. Изображение рельефа горизонталями дополняется подписями
абсолютных высот, характерных точек местности, некоторых горизонталей, а
также числовых характеристик деталей рельефа—высоты или глубины, ширины.
3. Топографические планы
На крупные населенные пункты и другие объекты, имеющие важное
значение, могут создаваться топографические планы. Они являются
разновидностью топографических карт и отличаются от них тем, что издаются
отдельными листами, размеры которых определяются границами изображаемого
участка местности (населенного пункта, объекта). Планы имеют некоторые
особенности в оформлении.
Чаще всего составляются планы масштабов 1:10000—1:25000, которые
позволяют с большой подробностью показать характер изображаемого объекта и
дать подробные сведения о качественной и количественной характеристике
местных предметов и деталей рельефа, находящихся как на самом объекте, так и
на ближайших подступах к нему. Соответственно изображаемому участку
(объекту) местности подписывается название плана.
Контрольные вопросы:
1. Назовите виды инженерных изысканий для строительства.
2. Каково назначение топографических карт?
3. Что представляют собой топографические планы?
Тема: Почвенно-мелиоративные изыскания.
1. Почвенно-мелиоративные изыскания
2. Почвенно-мелиоративные карты для обоснования проектов мелиорации
крупных массивов
1. Почвенно-мелиоративные изыскания
Для составления адекватного природной среде проекта мелиорации на
малых площадях необходимо в ходе почвенно-мелиоративных изысканий
установить следующие параметры:
1.гранулометрический состав почв;
2. тип почв;
3. причины переувлажнения и заболачивания;
4. степень заболоченности;
5. наличие вторичных плотных водоупорных горизонтов;
6. наличие близкого залегания плит из камня известняка, доломита,
гранита и других пород;
7. присутствие в профиле почв железистых новообразований - ортзанда,
дерновой руды, аккумуляций аморфной гидроокиси железа, железистых кор и
др.
8. присутствие на массиве ожелезнённых грунтовых вод, контуров их
распространения, содержание железа в воде;
9. каменистость почв, размер камней, глубина залегания;
10. тип торфа, мощность, степень разложения и зольность;
11 степень деградации почв в результате водной и ветровой эрозии;
12.засоленность и солонцеватость почв;
13. загрязнённость почв тяжёлыми металлами и радионуклидами;
14.ботанико-культуртехнической характеристика объекта мелиорации.
Оформление материалов почвенно-мелиоративных изысканий для
обоснования проектов мелиорации почв.
При оформлении материалов почвенно-мелиоративных изысканий
необходимо исходить из следующих положений.
На простых малых по площади объектах (до 5 га) территория может быть
образована одними и теми же по генезису и составу почвообразующими
породами и относительно однородными почвами. В этом случае информация в
объёме перечисленных 14 пунктов может быть оформлена в виде пояснительной
записки и картосхемы в М 1:500 или 1:1000 , на которой должна быть отражены
контуры распространения почв, местоположение разрезов и других выработок,
культуртехнические особенности участка. На таких однородных по рельефу,
геоморфологии, почвообразующих породах и почвенному покрову малых
участках эта информация достаточна для разработки проекта мелиорации по
улучшению свойств и режимов почв.
2. Почвенно-мелиоративные карты для обоснования проектов мелиорации
крупных массивов
Для обоснования проекта мелиорации таких участков предусматривают
составление двух типов карт в зависимости от конкретных природных условий.
Для простых природных условий, признаки которых перечислены выше,
составляют «Почвенно-литологическую мелиоративную карту» в М 1: 2000 или
в М 1 5000. Карта отражает структуру почвенного покрова территории,
почвообразующие породы, причины и степень заболоченности почв,
Для сложных объектов мелиорации приуроченных к разным
геоморфологическим элементам, образованных разными по генезису и составу
почвообразующими породами и разными причинами заболачивания, составляют
«Комплексную почвенно-мелиоративную и инженерно-гидрогеологическую
карту» в том же масштабе, что и «Почвенно-литологическую мелиоративную
карту». Особенностью этой карты является то, что она содержит не только
сведения о почвах, почвообразующих породах, структуре почвенного покрова,
причинах и степени заболоченности почв, но и ряд важных дополнительных
данных - литологию до 6м. причины заболачивания почв, глубины грунтовых
вод направление их потоков (гидроизогипсы).
«Почвенно-литологическая мелиоративная» и «Комплексная почвенномелиоративная и инженерно-геологическая» карты при необходимости
дополняют
«Ботанико-культуртехнической
картой».
Она
отражает
распространение на территории объектов мелиорации закустаренности,
залесённости, каменистости, пнистости, закочкаренности, погребённой
древесины в торфяных почвах, древесных валов, фунтовых выемок.
Топографической основой для всех видов карт и схем являются контактные
неотбеленные аэрофотоснимки, которые дополняются горизонталями с сечением
рельефа через 0,5 и полугоризонталями -через 0,25 м.
Контрольные вопросы:
1. Что входит в состав почвенно-мелиоративных изысканий?
2. Что показывается на почвенно-мелиоративной карте?
Тема: Ботанико-культуртехнические изыскания
1. Ботанико-культуртехнические изыскания. Определение
каменистости, закочкаренности, закустаренности, лесистости.
2. Категории сложности природных условий.
3. Ботанико-культуртехническая съемка.
4. Камеральные работы, оформление материалов.
пнистости,
1. Ботанико-культуртехнические изыскания. Определение пнистости,
каменистости, закочкаренности, закустаренности, лесистости.
Цель культуртехнических мелиорации — придать мелиорируемой
территории такие технические особенности, которые обеспечат возможность
ведения культурного сельскохозяйственного производства. Это важный вид
мелиоративных работ, который по своей стоимости может быть равен или
превышать стоимость гидротехнических работ по созданию современных
мелиоративных систем. В состав культуртехнических работ входят корчевка
леса, срезка кустарника, удаление пней на поверхности почвы или их извлечение
из торфяной залежи (погребенная древесина), срезка кочкарника. Кроме того, в
цикле культуртехнических работ предусматривается уборка камней (с
поверхности, полуногребенных и погребенных), раскорчевка, сбор и удаление с
поверхности древесины, а также засыпка ям, карьеров, выгоревших или
выработанных торфяников, разделка целинного пласта (первичная обработка
почвы).
Для выполнения культуртехнических работ производят специальные
изыскания, которые должны выявить следующие показатели:
Лес — породный состав; густота на 1 га (округлено до сотен); диаметр в
сантиметрах (на высоте 1,3 м) — 12—15, 16—23, 24—32, более 33; средняя
высота.
Кустарник и мелколесье (до 11 см в диаметре) — густота в % покрытия по
группам: до 30, 31-60 и более 60; высота (до 2,0 м и более); ивовый кустарник
выделяют отдельно.
Пни на поверхности — преобладающая порода; густота на 1 га (округлено
до сотен); диаметр в сантиметрах (до 15, 16-23, 24—32, 33 и более); давность
рубки (до 5 лет и более).
Пни и погребенная стволовая древесина в торфяной залежи — глубина
залегания в метрах (0,0—0,4 и 0,4—1,2); число на 1 га (округлено до 50).
Кочкарник — высота кочек в сантиметрах (до 25, 26—50, более 50 см); тип
кочек (землистые, растительные и др.); покрытие до 30% и более.
Засоренность камнями — объем камней (м3/га) по группам (до 50, 50—
100, более 100); диаметр отдельных камней в метрах по группам (до 0,1; 0,1-0,3;
0,3-0,6; 0,6-1,0, 1,0); характер залегания (на поверхности, в полупогребенном
состоянии, полностью в земле).
Раскорчеванная и неубранная древесина — характер залегания (отдельные
деревья, валы, перемешанные с землей); объем древесины (м3/га) с точностью до
50 м3; срок корчевки (до 5 лет и более); площадь, с которой сдвинут гумусовый
слой при образовании вала, и общая площадь раскорчевки.
Ямы, карьеры, горелые торфяники — глубина в метрах; объем в
кубических метрах.
Культуртехнические свойства территории определяют на площадках
размером 10x10, 10x20 м для учета леса и 10x10 или 20x5 м для учета объема
камней и числа пней.
Для оценки наличия и количества погребенных деревьев, камней и пней
торфяную залежь зондируют на полосе длиной 50 (25) м с двумя рядами
зондировочных точек, расположенных на расстоянии 1 м.
Площадки по учету погребенной древесины закладывают в тех случаях,
когда необходимость этого мероприятия установлена территориальной
почвенно-мелиоративной съемкой.
Результаты ботанических и культуртехнических изысканий оформляют в
виде специальной ботанико-культуртехни-ческой карты. На эту карту наносят
угодья, контуры культуртехнических особенностей территории, а также луга,
требующие поверхностного улучшения — боронования, известкования, подсева
трав. На карте показывают контуры распространения сорняков. Луга,
подлежащие коренной переделке, на карте не показывают. На таких лугах не
выполняют работы по картированию естественной растительности. Легенду
ботанико-культуртехнической карты оформляют в виде поконтурной ведомости,
в которую вносят исчерпывающие данные о культуртехнических особенностях
территории. Ботанические описания составляют только для таких луговых
ценозов, состав которых может быть улучшен с помощью поверхностных
мелиоративных мероприятий.
2. Категории сложности природных условий.
I категория
Суходольные и пойменные луга с малоценными в кормовом отношении
травостоями, залежи, легкопроходимые болота чистые от культурнотехнических
особенностей или территории с редкими кустами, одиночными деревьями,
мелкими рощами (колками) или слабой каменистостью на поверхности и в 40сантиметровом слое почвы (до 10 м3/га); пашня с легкими минеральными
почвами в середине вегетации.
Количество геоботанических и культуртехнических контуров на 1 дм2
карты в масштабе специальной съемки не более 5.
II категория
а) Леса, густые кустарники и лесные и кустарниковые болота с
однообразными насаждениями, состоящими из 1-3 пород, при различии
толщины стволов до 15 см;
б) территории с поверхностной или полускрытой каменистостью свыше
10 до 50 м3/га или количеством геоботанических и культуртехнических
контуров на 1 дм2 карты в масштабе специальной съемки свыше 5 до 15;
в) долголетние культурные пастбища, культурные сенокосы.
III категория
а) Леса со сложными насаждениями, состоящими из 4 и более пород или с
однообразными насаждениями при различии толщины стволов свыше 15 см;
б) пойменные луга с ценными в кормовом отношении травостоями;
в) территории с поверхностной или полускрытой каменистостью свыше 50
м3/га или наличием геоботанических или культуртехнических контуров на 1 дм2
карты в масштабе специальной съемки свыше 15;
г) труднопроходимые территории: болота с частыми кочками высотой
более 30 см, с наличием на поверхности более 30 см воды; зыбуны с плавучей
дерниной; топи, лишенные дернины; сплошные заросли кустарников, тростника
и камыша; торфяные гари и старые торфоразработки с перемычками шириной до
1,5 м; сыпучие пески, овраги; пашня с тяжелыми и торфяными почвами при
выполнении работ в весеннюю и осеннюю распутицу.
Кроме того, к сложной категории относят также площадки со структурно
неустойчивыми грунтами.
3. Ботанико-культуртехническая съемка.
Почвенная съемка проводится в масштабе 1 : 100 000. В этом же масштабе
составляются ботанико-культур-техническая и гидрологическая карты.
Изучается не только характер почвенного покрова, но и распространение
основных растительных группировок, их видовой состав, определяется
продуктивность лугов и пастбищ, уточняются границы, размеры и типы
торфяных болот. Определяется степень залесенности, закустаренности,
кочковатости, каменистости, объем промышленных выработок на торфяных
залежах и другие характерные признаки. Гидрогеологи составляют карту
залегания уровня грунтовых вод, выявляют основные источники заболачивания,
определяют коррелятивную зависимость между характером материнских и
подстилающих пород (водоупор) и степенью заболачивания почв и т. д.
На минеральных почвах, сезонно или длительно избыточно увлажненных,
почвенная съемка ведется по методике, принятой для составления среднемасштабных карт. Разрезы закладываются в соответствии с принятой нормой. На
болотных и торфяных массивах изыскания проводятся путем зондирования с
помощью бура Гиллера или Инсторфа, отбираются образцы почв, торфов и
грунтовых вод для предварительной аналитической обработки.
Для определения продуктивности лугов и пастбищных угодий берутся
укосы трав с площади 1 м2 не менее чем в тройной повторности. Если
невозможно достаточно точно определить видовой состав травянистой
растительности, на месте собирается гербарий. После предварительных полевых
и камеральных работ создаются оригиналы среднемасштабных карт —
почвенной,
ботанико-культуртехнической
и
гидрогеологической.
Целесообразность проведения предварительного экспертного осмотра
территории не вызывает сомнений, так как он снимает в дальнейшем
необходимость весьма трудоемкой сплошной крупномасштабной съемки на
площади всего района.
После выявления площади и границ массивов, нуждающихся в осушении,
и подтверждения целесообразности осушительных мелиорации приступают к
выполнению второй фазы работы — составлению крупномасштабных и
детальных почвенных карт, необходимых для разработки и обоснования
технического проекта. На этой стадии проводится всестороннее изучение воднофизических свойств почв в соответствии с программой работ, а также изучение
водного и газового режима.
4. Камеральные работы, оформление материалов.
Камеральные работы. Изготовление топографической основы для полевых
работ. Определение загербаризированных растений, исправление в полевых
описаниях названий загербаризированных растений, уточнение типов лугов
болот и других угодий, составление их систематического списка, составление
списка видов растений ценных кормовых угодий. Перенесение закартированных
в поле границ растительных сообществ и распространения культуртехнических
особенностей на чистую топооснову. Согласование границ болот и
заболоченных земель с контурами почвенно-мелиоративной карты.
Вычерчивание, окраска и индексировка карты (плана). Изготовление копий.
Составление поконтурной ведомости культуртехнических особенностей.
Составление культуртехнического и ботанико-мелиоративного описания.
Зондирование слоя торфяной залежи на глубину до 0,5 м с определением
процента пнистости
Камеральные работы. Обработка и оформление полевого журнала.
Вычисление процента пнистости полуметрового слоя торфа и общего объема
погребенной в нем древесины. Составление ведомости.
Контрольные вопросы:
1. Какова цель ботанико-культуртехнических изысканий.
2. На какие категории сложности подразделяются природные условия.
3. Что входит в состав ботанико-культуртехнической съемки.
4. Для какой цели необходимы камеральные работы?
Тема: Гидрологические изыскания. Комплексные изыскания для разработки
раздела «Охрана природной среды» в проектах мелиорации.
1. Гидрологические изыскания.
2. Комплексные изыскания для разработки раздела «Охрана природной среды» в
проектах мелиорации.
1. Гидрологические изыскания
Инженерно-гидрологические изыскания проводятся с целью изучения основных
гидрологических характеристик и свойств поверхностных вод и донных отложений. В
ходе данных мероприятий проводится исследование наземных и подземных вод, а
также измерение скоростей их течения. Инженерно-гидрологические изыскания
можно условно разделить на три части: сбор сведений, проведение анализов,
формирование основных выводов. Полученные обобщенные сведения позволяют
грамотно подобрать технологии строительства и проектирования для объекта.
Инженерно-гидрологические изыскания
На основе инженерно-гидрологических изысканий определяются условия, при
которых выполняются главные требования, предъявляемые к объекту строительства,
его устойчивость и долговечность. Данные факторы, прежде всего, зависят от
правильного выбора размеров строительной конструкции, обеспечивающих
нормальное давление на грунт, а также строительных материалов для закладывания
фундамента и укрепления основания сооружения. Использование оптимальных
материалов, в зависимости от гидрологических характеристик района строительства, и
соблюдение приемлемых размеров конструкций являются основными задачами
инженерно-гидрологических изысканий.
С целью выявления оптимальных технологий строительства гидрологические
изыскания предусматривают изучение основных гидрологических характеристик:
наличия подземных и надземных вод;
влияния вод на строительные объекты данного участка;
глубины и мощности водоносного горизонта;
происхождения грунтовых вод;
качество, агрессивность, пригодность вод для питья и технических нужд.
Все перечисленные гидрологические характеристики имеют довольно широкую
область применения, что делает проведение инженерно-гидрологических изысканий
приемлемым для всех видов объектов, начиная от промышленных сооружений и
заканчивая объектами гражданского и иного назначения. Кроме того, большое
количество факторов использования результатов гидрологических изысканий и
выявленных в ходе исследования гидрологических характеристик местности
обуславливают важность применения инженерно-гидрологических изысканий при
грамотном проектировании строительства. Это делает проведение гидрологических
изысканий значимым не только на этапах разработки объекта и выполнения
строительных работ, но и во время эксплуатации сооружения.
Таким образом, универсальность применения результатов гидрологических
изысканий и важность их проведения в области строительных объектов для
предотвращения и ликвидации неблагоприятных гидрологических условий
обеспечивает необходимость их организации для надежного, качественного и
экономичного выполнения работ в ходе строительства, реконструкции и эксплуатации
зданий и сооружений.
2. Комплексные изыскания для разработки вопроса в проектах мелиорации
«Охрана природы».
Общие положения
Одним из основных вопросов изысканий является выявление редких и
исчезающих видов растений и животных, занесенных в Красную книгу и
региональные списки.
Сбор достоверных фондовых материалов позволяет получит сведения на основе
многолетних наблюдений об источниках загрязнения, качестве воды, видовом составе
млекопитающих, птиц и рыб и характере использования ими осушаемых
прилегающих территорий.
Фондовые материалы собираются в комитетах по охране природы, министерства
лесного хозяйства, в их областных управлениях, Белорусском республиканском
управлении
по
гидрометеорологии,
Белорусском
филиале
института
«Союзиспролесхоз в НИИ-тах», Белгипроземе и его областных филиалах,
Государственной инспекции по охране памятников истории и культуры.
Полевые изыскания на проектируемой и прилегающей территории проводятся в
течение одного года с целью уточнения видов растений, млекопитающих, птиц и рыб
и характера использования ими этих площадей.
В связи с тем, что охранная зона для редких и исчезающих видов и птиц
составляет вокруг мест гнездования от 500 до 1000 м, рекомендуется наличие
гнездовий этих птиц определять на расстоянии не менее 500 м от границ объекта.
Лексотаксационные,
почвенные
гидрогеологические
и
инженерногеологические изыскания на прилегающих к объекту лесных территориях
производятся в полосе, где УГВ понижается на глубину более 0,5 метра. Время от
начала снижения УГВ до достижения рассчитанного положения дипрессионной
кривой, при условии ее ежегодного восстановления до первоначального уровня,
рекомендуется принимать равным 90 - 180 суткам при расчете на положение УГВ
соответственно на середину сезона вегетации и на предпосевной период, а ширину
зоны снижения УГВ - до точки снижения уровня на 0,1 м. Ширина полосы изысканий
зависит от коэффициента фильтрации грунтов и рассчитывается по специальной
методике (ЦНИИКИВР. Методические рекомендации по определению размеров зоны
влияния мелиоративных систем на УГВ прилегающих земель, Минск, 1980).
При определении объема экологических изысканий следует учитывать
следующее:
1. на объектах атмосферного питания мелиоративные
мероприятия практически не оказывают влияния на прилегающие леса и с/х
угодия;
2. при залегании ГВ на критической глубине и больше
влияние мелиоративных мероприятий не сказывается на прилегающих с/х
угодиях;
Если геолого-методологический профиль прилегающих территорий представлен
тяжелыми супесями, суглинками и глинами и отсутствуют водоносные горизонты, то
мелиоративные мероприятия не скажут влияния на прилегающие территории.
2.1. Охрана земель.
1. Выявить участки земель с мощностью гумусированного слоя до 15 см, не
подлежащие осушению и освоению (если они не освоены). Согласовать с
землепользователями дальнейшее использование этих земель.
2. Установить наличие участков, эродированные и эрозионноопасные участки.
Указать в записке по каждому из них группу (по степени проявления эрозионного
процесса) и тип эрозии (ветровая, водная). Дать рекомендации по
наиболее
эффективным противоэрозионным мероприятиям.
3. Показать на плане участки размываемых оврагов, их параметры (глубину,
ширину по верху и по дну, высоту, крутизну ската, длину размытых участков).
Охарактеризовать растительный и почвенный покров на площадях, примыкающим к
размытым участкам (в полосе шириной 50 - 100 м в зависимости от уклона
местности).
4. Выявит участки, на которых целесообразно провести облесение.
Согласовать с землепользователями места для
складирования убираемых камней (желательно вблизи дорог, у оврагов и
промоин, подлежащих укреплению).
6. Произвести комплексное изыскание участков, сработанных
торфяников, выработанных карьеров, нерудных и других ископаемых, развалин,
хуторов, старых неиспользуемых дорог и каналов в соответствии с действующими
инструкциями.
7. Выделить на почвенно-мелиоративной карте участки
земель, требующих окультуривания (доведения плодородия до среднего
уровня), и дать их агрохимическую характеристику.
2.2. Охрана водных ресурсов.
1. Обследовать существующие водоемы, указанные в задании на изыскания. По
ним:
а) Определить площадь зеркала и режим колебания уровня в течении
года;
б) замерить характерные поперечные сечения с указанием уровня воды,
заиления и твердого дна, по заилению определить механический, ботанический состав
и химический состав, влажность, объемный вес;
в) произвести гидрогеологические и инженерно-геологические изыскания
прибрежной полосы водоема для определения влияния осушительной сети на
уровневый режим водоема, охарактеризовать флору по зеркалу водоема и в
прибрежной зоне (до 200 м), а также - фауну водоема (по опросу местных жителей, по
данным Белрыбвода).
2. Отобрать пробы воды из водоприемника и выполнить по ним анализы воды в
соответствии с приложением 1.
Содержание ионов, мг/л
Период
рН
+2
Са
+2
Mg
+
Na
+
к
+
+
-2 SO
NH НСО
4
4
з
CI
180
40
120
50
0,5
300
NO з NO 2
Перманганатная
БПКБ,
Сумма
Фосфаты Fe общ окисляе- ХПК, мг
мг
ионов,
, мг/л
мг/л мость, мг О 2 /л
мг/л
02/л,
О 2 /л
Весеннее
половодье
Лето
осень
ПДК
6,5 8,5
для рыбхоз
-
100
40
0,08
Приложение 1. Фоновый химсостав воды водоприемника (Л-9 стр.17).
1000
0,5
0,5
-
-
>=3,0
(отбор пробы воды выше и ниже объекта в весенний, летний и осенний
периоды).
3. Определить зону влияния мелиоративной системы на прилегающую
территорию и представить по ней данные.
а) по родникам и ключам - (тип питания, дебит, рекомендации по
использованию).
б) по водоемам - параметры, рекомендации по их реконструкции и
дальнейшему использованию, наличие и состав отложений и их мощность,
степень и характер зарастания берегов, уровневый режим, гидрохимическое и
гидробиологическое состояние, предложения по строительству новых прудов копаний в замкнутых понижениях.
4. Установить водоемы и участки водоприемников, в которые
запрещается сброс вод с мелиоративных систем (наличие зимовальных ям,
растений, занесенных в Красную книгу).
5. Установить в охранной зоне водотока и водоемов источников
загрязнения поверхностных вод: животноводческих комплексов механических
мастерских, навозохранилищ, складов минеральных удобрений, свалок мусора и
отходов производства, складов горючесмазочных материалов, сбросов сточных
вод
населенных
пунктов,
дать
их
объемы,
гидротехнические,
бактериологические и другие характеристики.
Установить наличие вынесенных в натуру водоохранных зон и
прибрежных полос, определить их ширину и нанести на плановый материал
(схему современного состояния)
2.3.Охрана источников водоснабжения.
1. Дать прогноз понижения УВ после осушения в колодцах НП,
находящихся в зоне влияния осушительных мелиораций.
2. В соответствии с прогнозом выполнить обследование земли колодцев
определив:
- их глубину, диаметр, материал стенок, отметки поверхности и
колодцев, высоту срубов;
- глубину воды на момент обследования, колебание в течение года и в
зависимости от водозабора.
- число водопотребителей по каждому обследованному колодцу,
количество КРС у водопотребителей.
- составить список владельцев.
Контрольные вопросы:
1. Что входит в состав гидрологических изысканий?
2. Что входит в состав комплексных изысканий для разработки раздела
«Охрана природной среды» в проектах мелиорации?
Тема: Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания.
1. Инженерно-геологические исследования
2. Геологические карты и разрезы. Инженерно-геологические заключения
3. Гидрогеологические изыскания
1. Инженерно-геологические исследования
Проводятся для обоснования проектирования, этапов строительства,
разведки месторождений полезных ископаемых. В зависимости от назначения
инженерно-геологические исследования выполняют: до проектирования, в
период строительства, в период эксплуатации.
На уровне "допроектного" исследования изучают участок для
строительства, свойства грунтов, наличие строительных материалов. Делают
выводы о глубине заложения фундаментов, допустимое давление на грунт,
прогнозируют устойчивость сооружения. В период строительства при отрывке
котлованов производят сверку наблюдаемых геологических данных с
геологическим материалом, полученным в "допроектный" период. При
эксплуатации сооружений проводятся наблюдения за характером и величиной
режима грунтовых вод, устойчивостью склонов. Устанавливают причины
возникновения деформации зданий. Инженерно-геологические работы,
проводимые на всех этапах, разделяют на три группы.
1. Подготовительные работы – это изучение архивов данного района.
2. Полевые работы – это съёмка участка, исследование грунтов, изучение
подземных вод.
3. Камеральные работы – это обработка полевых материалов, составление
отчетов, составление карт и разрезов.
2. Геологические карты и разрезы. Инженерно-геологические заключения
Геологические карты представляют собой проекцию геологических
структур на горизонтальную плоскость. По картам можно судить о площади
распространения и условий залегания горных пород. Все карты подразделяются:
на карты коренных пород и четвертичных отложений.
Четвертичные отложения покрывают поверхность земли, скрывая
коренные породы.
Геологические карты бывают:
Стратиграфическими – указывают границы распространения пород
различного возраста. Породы одного и того же возраста на карте обозначают
условными буквенными индексами.
Литологическими – отражают состав пород. Каждую породу обозначают
типовым условным знаком.
Инженерно-геологическими – отражают сведения о важнейших
инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой территории.
Инженерно-геологические карты классифицируются на 3 вида: 1) инженерно-
геологические карты;; 2) карты инженерно-геологического районирования; 3)
инженерно-геологические карты специфического назначения.
Инженерно-геологические карты отражают оценку природных условий
места строительства.
Карты инженерно-геологического районирования отражают разделение
территории на части.
Инженерно-геологические карты специфического назначения составляют
применительно к конкретным видам строительства или сооружения.
Геологические разрезы – это проекция геологического разреза на
вертикальную плоскость. На разрезе указывают состав и мощность слоев,
гидрогеологические условия. Строятся по данным разведочных выработок и
геологическим картам. По выбранной линии разреза строят топографический
профиль поверхности. На профиль переносят точки, отражающие места
заложения разведочных выработок. Далее на профиль переносят все
геологические и гидрогеологические данные. Разрез оформляется в масштабе с
указанием всех условных обозначений
Составление отчета является заключительным этапом изысканий. Он
состоит из общей части, специальной, графического приложения, инженерногеологической записки. Общая часть – указывает объем, место исследований,
характеристику выполненных работ. Описываются все имеющиеся
месторождения, их влияние на строительство, дается оценка качества основания.
3. Гидрогеологические изыскания
Не менее двух третей биосферы планеты составляет вода, а в целом вода
на Земле занимает объём свыше полутора миллиардов кубических километров.
То есть с водой как с основным природным богатством и в то же время стихией
внушительной силы следует считаться, поскольку она пронизывает практически
все пласты грунта, составляя таким образом грунтовые воды немалой мощности.
Изучением и освоением водных ресурсов занимается гидрогеология, цель
которой сохранить это природное вещество и использовать все полезные
качества, свести на нет её разрушительные свойства. Изучение и систематизация
всех характеристик воды, поиск и учёт новых месторождений пресной воды,
помощь при инженерном строительстве и организация грамотной мелиорации —
вот основные задачи, стоящие перед гидрогеологией как перед наукой.
Вода несёт жизнь, но ей по силам и разрушительная деятельность, даже
самые твёрдые породы не в состоянии устоять перед непрерывным напором
воды. Что уж говорить об искусственных сооружениях, возводимых человеком –
при неправильной оценке воздействия на ту или иную наземную конструкцию
(фундамент или подземное сооружение) можно ожидать негативного
воздействия со стороны грунтовых и поверхностных вод.
Всё это говорит о том, что необходимо проводить инженерногеологические изыскания. Гидрогеологические исследования в составе
инженерно-геологических
изысканий
выполняются
для
выявления
взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой, определения
залегания подземных вод, их свойств и состояния, прогноза процесса
подтопления, изучения влияния подземных вод на интенсивность развития
геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни,
пучение и др.), изменения свойств грунтов под воздействием подземных вод.
На этапе проектирования необходимо изучить гидрогеологические условия
на площадке строительства. Влияние подземных вод может быть настолько
значимым, что изменит в корне проект здания или сооружения. Недооценка или
неверный прогноз такого воздействия могут привести к плачевным результатам:
затоплению подземной части здания, разрушению части фундамента и потере
здания целиком, в связи с невозможностью его эксплуатации. Методы
определения гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов
устанавливаются, исходя из условий их применимости, с учетом стадии
разработки документации, характера и уровня ответственности проектируемых
зданий и сооружений, а также сложности гидрогеологических условий.
Необходимо определять агрессивность подземных вод для выбора
материалов, используемых при строительстве (бетона, арматуры, трубопроводов
и газопроводов). Из-за своего химического состава вода может больше или
меньше влиять на разрушение тех или иных типов материалов. Правильные
решения при выборе материалов обеспечивают долговечность сооружения.
Опытно-фильтрационные работы на площадке строительства выполняются
с целью получения гидрогеологических параметров и характеристик для расчета
дренажей, водопонизительных систем, противофильтрационных завес,
водопритока в строительные котлованы, коллекторы, тоннели, фильтрационных
утечек из водохранилищ и накопителей, а также для составления прогноза
изменения гидрогеологических условий. При обнаружении горизонтов
подземных вод скважинным методом производятся опытные откачки для
выяснения направления движения подземных вод и изменениями их уровня в
точках наблюдения в различные или определённые промежутки времени.
Параллельно изучению подземных вод возникает необходимость защиты
от них, и в этом случае основную роль играют дренажные системы. Особенно
они важны при планировании и организации строительных работ, когда
результаты предшествующей им гидрогеологической разведки территории
указывают на необходимость применения дренажа. Основной задачей
дренажной системы является непрерывное понижение уровня подземных вод до
приемлемого показателя для предотвращения негативного воздействия влаги на
подземные части сооружений, в частности, фундаменты. Во избежание
подтопления строений уровень подземных вод должен быть ниже основания
постройки не менее чем на полметра, оптимальной же величиной будет 1 метр.
Однако для крупных построек глубина подземных вод от основания строения
должна быть не менее 3-4 метров для более высокого уровня защиты от
разрушительного воздействия влаги. Исходя из масштабов строительства и
показаний разведки, собственно, и производятся гидрогеологические расчёты
наиболее оптимального расположения дренажных систем относительно
поземных вод.
При
проектировании
особо
сложных
объектов
выполняется
моделирование, специальные гидрогеологические работы и исследования.
Опытно-эксплуатационные
откачки
выполняются
для
установления
закономерностей изменения уровня и химического состава подземных вод в
сложных
гидрогеологических
условиях.
Опытно-производственные
водопонижения - для обоснования разработки проекта водопонижения
(постоянного или временного). Возводятся сооружения и проводятся испытания
опытного участка дренажа. Также изучаются процессы соле- и влагопереноса в
зоне аэрации, сезонного промерзания и пучения грунтов, водный и солевой
баланс подземных вод. Среди опасных геологических процессов встречаются
карст, оползни, обвалы, солифлюкция, сели, каменные глетчеры,
геодинамические и криогенные процессы, переработка берегов рек, озер, морей
и водохранилищ, выветривание пород. Чтобы изучить динамику развития
опасных геологических процессов ведутся стационарные наблюдения.
стационарные наблюдения выполняются для прогноза подтопления, контроля за
деформацией подработанных территорий, осадкой и просадкой территории, в
том числе вследствие сейсмической активности, определения состояния и
свойств грунтов, уровненного, температурного и гидрохимического режимов
подземных вод, глубин сезонного промерзания и протаивания грунтов, изучения
осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания
фундаментов зданий и сооружений, слежения за состоянием сооружений
инженерной защиты.
Стационарные наблюдения проводятся в сложных инженерногеологических условиях для ответственных сооружений, начиная их при
изысканиях для предпроектной документации или проекта и продолжая при
последующих изысканиях. Если возможно развитие опасных геологических и
инженерно-геологических процессов, наблюдения продолжают в процессе
строительства и эксплуатации объектов (локальный мониторинг компонентов
геологической среды).
При
стационарных
наблюдениях
обеспечивается
получение
количественных
характеристик
изменения
отдельных
компонентов
геологической среды во времени и в пространстве, которые должны быть
достаточными для оценки и прогноза возможных изменений инженерногеологических условий исследуемой территории, выбора проектных решений и
обоснования защитных мероприятий и сооружений.
Стационарные наблюдения проводятся на специально оборудованных
пунктах наблюдательной сети, часть из которых рекомендуется использовать для
наблюдений после завершения строительства объекта.
В качестве наиболее эффективных средств проведения стационарных
наблюдений используются режимные геофизические исследования - измерения,
осуществляемые периодически в одних и тех же точках или по одним и тем же
профилям, измерения с закрепленными датчиками и приемниками, а также
режимные наблюдения на специально оборудованных гидрогеологических
скважинах.
Состав наблюдений (виды, размещение пунктов наблюдательной сети),
объемы работ (количество пунктов, периодичность и продолжительность
наблюдений), методы проведения стационарных наблюдений (визуальные и
инструментальные), точность измерений следует обосновываются в программе
изысканий в зависимости от природных и техногенных условий, размера
исследуемой территории, уровней ответственности зданий и сооружений и этапа
(стадии) проектирования.
При наличии наблюдательной сети, созданной на предшествующих этапах
изысканий, используется она же и при необходимости осуществляется её
развитие, уточняется частота наблюдений, точность измерений и другие
параметры в соответствии с результатами измерений, полученными в процессе
функционирования сети.
Продолжительность наблюдений выбирается не менее одного
гидрологического года или сезона проявления процесса, а частота наблюдений
обеспечивается регистрацией экстремальных (максимальных и минимальных)
значений изменения компонентов геологической среды за период наблюдений.
Контрольные вопросы:
1. Назовите цели инженерно-геологических исследований.
2. Что показывают на геологических картах и разрезах?
3. Назовите цели гидрогеологических изысканий.
Тема: Мелиоративно-гидротехнические изыскания
1. Мелиоративно-гидротехнические изыскания.
2. Проведение работ по мелиоративно-гидротехническим изысканиям.
1. Мелиоративно-гидротехнические изыскания.
Мелиоративно-гидротехнические изыскания для проектов нового
строительства включают в себя: обследования источников водного питания
изыскиваемого массива и установление причин заболачивания; обследование
водоприемников, прудов и водохранилищ; инвентаризация ранее построенных
на объекте мелиоративных сетей и сооружений на ней; обследование
водозаборных и водоотводных сооружений; уточнение мест произрастания
редких, уникальных и ценных растений, гнездования диких птиц, мест обитания
животных; характеристика торфяной залежи и подстилающих пород;
обследование старых торфоразработок, карьеров и ям; оценка питьевых и
хозяйственных качеств воды в водоисточниках, расположенных на объектах
изысканий и в питьевых колодцах; характеристика имеющихся на объекте и в
вблизи его скотомогильников, кладбищ, свалок, полей фильтрации и т.п.;
обследование источников загрязнения воды (фермы, отстойники и т.п.);
выявление наличия гравия, песка, дерна, глины и других местных материалов,
их запасов, условий получения, дальности перевозки, состояния подъездных
путей; экологические обследования на объекте и прилегающей территории;
прогноз влияния понижения уровня грунтовых вод на прилегающую
территорию.
2. Проведение работ по мелиоративно-гидротехническим изысканиям.
Работы проводятся в масштабах от 1:500 до 1:2000. Для привязки скважин,
почвенных выработок, точек зондирования на объекте задаются поперечники
через 400-600м на минеральных и 150-200 м на торфяно-болотных почвах.
Поперечники задаются от хода, проложенного вдоль водоприемника и
привязываются к опорной сети объекта, выносятся на 0,5-1,0 км за пределы
объекта и отмечаются реперами. В границы съемки включаются суходолы,
отметки которых на 1 м выше периферийных точек массива. Вдоль основных
водотоков через 100 м разбивается береговой пикетаж с ведением абриса,
взятием урезов воды и зондированием торфяной залежи. В реалиях современной
жизни для мониторинга территорий гидрогеологической сети все чаще
используются новейшее оборудование и программные комплексы. Системы
видеонаблюдения позволяют производить исследования удаленно, что очень
ускоряет процесс получения данных.
Контрольные вопросы:
1. Для каких производятся мелиоративно-гидротехнические изыскания?
2. Как проводятся работы по мелиоративно-гидротехническим
изысканиям?
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа