Основы общей геологии и гидрологии.

1. Общие сведения о строении земного шара и Земной коры.

В конце 17 века Ньютон и Гюйгенс доказали, что Земля из-за действия центробежной силы её вращения должна иметь форму сферойда, полярный диаметр которого короче экваториального. Геоид- тело, образованное поверхностью океанов, мысленно продолженный под материками. Средний радиус земного шара 6371 км. Поверхность Земли 510 млн км2 суша занимает 29,2%, вода 70,8%. Самая высокая точка- гора Эверест 8848 м, глубина Марианской впадины 10863 м.

Литосфера (Земная кора) имеет толщину 15-70 км и состоит из двух оболочек верхней (состоящей из осадочного чехла и кристаллического фундамента) и нижней.. Сверху ограничена атмосферой и гидросферой а снизу разделом Мохоровича. Мантия заполняет пространство от поверхности земной коры до ядра, продолжается до 2900км. Мантия подразделяется на верхнюю и нижнюю. Ядро. Давление в ядре 3-3,5 млн атм. Геотермический градиент - прирост температуры на 100м глубины. Рост температуры по мере погружения в недра увеличивается.

2. Горные породы и их главнейшие типы по условиям образования.

Горные породы - плотные или рыхлые, слагающие земную кору агрегаты тех или иных минералов, а так же обломков других пород. Каждая горная порода имеет относительно постоянный минералогический состав, свою структуру и текстуру.

Магматические горные породы. Формируются из магмы при её остывании. Магма – вязкий по консистенции природный расплав сложного силикатного состава, обогащенный парами воды и различными газами. Если магма попадает на поверхность Земли и теряет газовый компонент, то она называется лавой. По содержанию SiO2 все магматические породы подразделяются на : ультракислые и кислые (группа гранита) – более 65%, средние ( группы сиенита и диорита) от 55 до 65 %, основные (группа габбро) - от 45 до 55%, ультраосновные – менее 45%.По происхождению и условиям образования и залегания магматические горные породы подразделяются на глубинные ( когда все породы состоят из кристалликов разных химических соединений. Vохл<<Vроста кристаллов), излившиеся (Vохл>>Vроста кристаллов) и жильные.

Осадочные горные породы. Формируются в результате разрушения (выветривания) ранее существующих пород, переноса материала, накопления и преобразования в пароду. Следовательно все осадочные породы представляют из себя смеси элементов (обломков) разного размера и разной формы, содержащие цемент или без него.

Классификация элементов осадочных парод:

Диаметр, мм	Наименование фракций
Окатанные частицы	Неокатанные частицы
200<d	валуны	камни
40<d<=200	галька	щебень
2<d<=40	гравий	дресва
0.05<d<=2	Песчаные частички
0.005<d<=0.05	Пылеватые частички
d<0.005	Глинистые частички

Осадочные горные породы
обломочные	органогенные	Химически осадочные
-рыхлые-зернистые (песок, щебень, галька) -сцементированные (песчаники, конгломераты) -глинистые	Образуются в рез-те жизнедеятельности организмов. -зоогенные(мел, мергель и т.д.) -фитогенные образованные растительным веществом ( ил, торф и т.д.)	Твёрдые осадки выпавшие из концентрированных водных растворов солей.(гипс, каменная соль.)

Метаморфические горные породы.Формируются при воздействии на ранее существующие породы высоких температур и/или высоких давлений, которые приводят к деформации элементов исходных пород или полной перекристаллизации их. Виды воздействий: И температура и давление –региональный метаморфизм. Температура – контактный метаморфизм. Давление – динамометаморфизм.

3. Геохронология. Методы определения возраста горных пород. Эры, периоды и эпохи. Индексация. Влияние возраста горных пород на их инженерно-геологические свойства.

Геохронология – термин используется для обозначения времени и последовательности тех или иных событий в жизни Земли, а также процессов образования горных пород различного возраста, слагающих земную кору. Различают относительную и абсолютную геохронологию.

Относительная геохронология – определяет относительный возраст горной породы.

Методы определения возраста горных парод:

· Стратиграфический. Основан на том что каждый пласт осадочных пород образовался раньше того пласта, который его перекрывает т.е. чем выше залегает в геологическом разрезе пласт, тем он моложе.Применять стратиграфический метод можно лишь при наличии горизонтальнозалегающих или слабо нарушенных пластов осадочных пород.

· Палеонтологический. Установление производится по характеру обнаруживаемых в пластах различных органических остатков (окаменелые морские раковины, кости животных, отпечатки листьев и т.д.)

Абсолютная геохронология – определяет истинную продолжительности отдельных периодов и эпох в жизни Земли, а также её геологического возраста в целом.

Для определения абсолютного возраста горных парод было предложено использовать некоторые закономерности процесса распада радиоактивных элементов. Распад радиоактивных элементов приводит к образованию атомов устойчивых элементов, количество которых увеличивается с возрастом минерала.

Эра- крупнейший этап в истории развития Земли, в котором образовалась группа отложений.Эра охватывает несколько периодов. Период подразделяется на несколько эпох.

Архейская и протерозойская эры.Удалены от нас примерно на 1,5 млрд лет.Для подразделения этих эр существуют только местные деления, которые не имеют общего значения.

Палеозойская эра Удалённая от нас на 600 млн лет и продолжался 350 млн лет.Подразделяется на 6 периодов: кембрийский (Cm), ордовикский (О), силурийский (S), девонский (D), каменноугольный (C), пермский (P).

Мезозойская эра. Продолжительность 185 млн лет. Подразделяется на 3 периода: триасовый (T), юрский (J), меловой (Cr).

Кайнозойская эра-наиболее молодая примерно за 40-50 млн лет до н.э. Подразделяется на 3 периода: палеогеновый (Pg), неогеновый (N), антропогеновый (Ap) или четвертичный (Q).

Породы до четвертичного возраста- коренные, а континентальные четвертичного возраста- покровные. В пределах коренных пород, древние породы обладают большей, чем молодые, прочностью, а покровные образовывания четвертичного времени имеют прочность меньшую, чем коренные.Но прямой связи между возрастом пород и их прочностью не наблюдается.

4. Магматические горные породы. Условия образования, формы залегания. Классификация по условиям остывания и содержанию SiO2. Примеры.

Магматические горные породы. Формируются из магмы при её остывании. Магма- природный расплав сложного химического строения имеющий температуру 2200 и содержащий газы в своём составе. Если магма попадает на поверхность Земли и теряет газовый компонент, то она называется лавой. По содержанию SiO2 все магматические породы подразделяются на : ультракислые и кислые (группа гранита) – более 65%, средние ( группы сиенита и диорита) от 55 до 65 %, основные (группа габбро)- от 45 до 55%, ультраосновные – менее 45%.По происхождению и условиям образования и залегания магм. горные породы подразделяются на глубинные (интрузивные)( когда все породы состоят из кристалликов разных хим соединений. Vохл<<Vроста кристаллов), излившиеся (эффузивные) (Vохл>>Vроста кристаллов) и жильные.

Интрузивные породы образуются при силовом внедрении и остывании магмы в толще отложений горных пород земной коры без их выхода на поверхность земли. Магма затвердевает и образует различные по форме магматические тела- батолиты ( на больших глубинах) и лакколиты(меньше по размерам чем батолиты и на меньшей глубине).

Жильные образования- связаны с заполнением магмой трещин, образующихся обычно в толще осадочных пород при внедрении магмы. Жилы подразделяются на пластовые и секущие.

Эффузивные породы образуются при излиянии с последующим остыванием и затвердеванием магмы уже не в толще пород земной коры, а на поверхности земли.

Примеры: граниты, липариты, обсидиан, пемза, сиениты, трахиты, диориты, андезиты, габбро, базальты.

5. Осадочные горные породы. Стадии и условия (фации) образованияю Разновидности. Роль тектонических процессов.

Осадочные горные породы. Формируются в результате разрушения (выветривания) ранее существующих пород, переноса материала, накопления и преобразования в пароду. Следовательно все осадочные породы представляют из себя смеси элементов (обломков) разного размера и разной формы, содержащие цемент или без него.

Образование осадочных пород в общем случае происходит в четыре стадии: 1) физическое и химическое разрушение (выветривание) исходных горных пород. 2) перенос водой или воздухом продуктов разрушения в виде обломков пород различной крупности или раствора. 3) отложение продуктов. 4) формирование пород их рыхлого осадка.

Классификация элементов осадочных парод:

Диаметр, мм	Наименование фракций
Окатанные частицы	Неокатанные частицы
200<d	валуны	камни
40<d<=200	галька	щебень
2<d<=40	гравий	дресва
0.05<d<=2	Песчаные частички
0.005<d<=0.05	Пылеватые частички
d<0.005	Глинистые частички

Осадочные горные породы
обломочные	органогенные	Химически осадочные
-рыхлые-зернистые (песок, щебень, галька) -сцементированные (песчаники, конгломераты) -глинистые	Образуются в рез-те жизнедеятельности организмов. -зоогенные(мел, мергель и т.д.) -фитогенные образованные растительным веществом ( ил, торф и т.д.)	Твёрдые осадки выпавшие из концентрированных водных растворов солей.(гипс, каменная соль.)

Формирование осадочных горных пород — сложный природный процесс, происходящий в различных условиях, которые определяются раз­нообразными факторами и силами земной и космической природы. Среди них ведущую роль играют тектонические процессы. Огромное влияние на осадкообразование оказывают климат, рельеф, жизнедеятельность животных и растительных организмов, но все эти факторы в значительной степени регламентируются тектоникой.

6. Формы и элементы ненарушенного залегания осадочных горных пород. Чем обусловлена сменяемость пластов в толще континентальных и морских отложений осадочных пород?

Донные осадки в морях и озерах, представленные продуктами разрушения горных пород или останками живых организмов, как правило, накапливаются в виде горизонтальных или почти гори­зонтальных слоев. Если горизонтальное положение слоев не меняется даже в том случае, когда имеют место колебательные движения земной коры. Такое залегание пластов осадочных пород называется ненарушенным залеганием.

Часть толщи или пласта, выделившаяся вследствие изменив­шихся условий отложения осадка и ограниченная снизу и сверху поверхностью осаждения или размыва, называется слоем. Если этот слой имеет более или менее постоянную мощность и зани­мает сравнительно большую площадь, то он называется пластом. Комплекс слоев или один слой более или менее значительной мощности формирует толщу пород.

Если в слое горной породы проходит тонкий слой другой по­роды, то он называется прослоем, или пропластком. Если слой или прослоек уменьшает свою толщину в ту или дру­гую стороны, вплоть до полного исчезновения, то это явление называется выклиниванием. Если слой выклинивается в обе стороны на сравнительно небольшом расстоянии, то он на­зывается линзой.

Сменяемость пластов в толще осадочных пород происходит вследствие изменения условий накопления осадков (смена фаций). Когда происходит резкое изменение условий осадконакопления, границы между пластами получаются четкими и веществен­ный состав смежных пластов оказывается различным. При растя­нутом во времени изменении условий осадконакопления проис­ходит постепенное изменение вещественного состава пластов вследствие чего и границы между пластами становятся расплывчатыми, не четкими.

Сменяемость пластов континентальных отложений обусловли­вается преимущественно вековым или сезонным изменением кли­матической обстановки.

Для морских отложений изменение условий осадконакопления и, следовательно, сменяемость пластов являются следствием про­явления главным образом колебательных движений земной коры, приводящих к многократной смене поднятия и опускания, т. е. к периодическим изменениям положения береговой линии.

Сменяемость пластов морских отложений вызывается не толь­ко изменением глубины морского бассейна и положением бере­говой линии, но и эволюцией рельефа прибрежной полосы и из­менением теплового и солевого режима морской воды.

7. Условия формирования нарушенного залегания осадочных горных пород. Элементы пликативных и дизъюнктивных дислокаций.

Рис. З.П. Элементы залегания пласта: / — линия простирания; 2 — ли­ния падения; ос — угол паления пласта

Тектонические движения земной коры деформируют толщи горных пород, вследствие чего нарушаются начальные условия залегания горных пород, имевших место в процессе их образова­ния. Такие нарушения в залегании горных пород называются дис­локациями, а сами породы — дислоцированными.

Нарушения в залегании осадочных горных пород подразделя­ют на две группы: нарушения без разрыва сплошности пластов (пликативные дислокации) и нарушения с разрывом сплошно­сти слоев (дизъюнктивные дислокации).

Пликативные дислокации

Среди пликативных дислокации наиболее простым видом яв­ляется моноклинальное залегание — наклон слоев в одну сторону. Для определения положения пласта в пространстве необходимо знать элементы его залегания, т.е. простирание, падение и угол падения.

Простиранием пласта называется направление линии пересе­чения пласта с горизонтальной плоскостью. Положение линии простирания определяется горным компасом и выражается в гра­дусах.

Падение пласта — линия, перпендикулярная линии простира­ния, указывающая направление падения пласта. Гак же. как и линия простирания, положение линии падения относительно строи спета проще всего определяется в азимутах или румбах гор­ным компасом.

Угол падения пласта — наклон пласта к горизонтальной пло­скости (измеряется в градусах). Если пласты пород стоят вертикально или близко к вертикальному положению, то говорят, что они поставлены на голову.

Складки — волнообразные изгибы пластов горных порол, раз­личной формы и величины. В общем случае различают два типа складок: синклинальные (расположенные выпуклостью вниз) и антиклинальные (расположенные выпуклостью вверх).

В складках различают следующие части: крылья — боковые части складки; замок (или шарнир) — место перегиба складки; ядро — внутренняя часть складки, заключенная между замком и крыльями.

Дизъюнктивные дислокации

Разрывные нарушения возникают в различных природных ус­ловиях и имеют самые разнообразные формы, однако наиболее часто встречаются сбросы и надвиги.

Сброс — разрывное нарушение, сопровождающееся более или менее вертикальным перемещением масс горных пород по повер­хностям разрыва. Трещина, по которой происхо­дит перемещение, называется сбрасывателем. Пересечение сбра­сывателя с дневной поверхностью называется линией сброса. Пе­ремещенные по сбрасывателю части называются крыльями сброса.

Различают открытые и закрытые сбросы. У закрытых сбросов крылья прилегают друг к другу, у открытых — сбрасыватель имеет некоторую ширину (в этом случае обычно он заполнен обломка­ми боковых пород — брекчией трения или жильными образова­ниями — и лишь в очень редких случаях бывает зияющим).

При сочетании нескольких сбросов образуются ступенчатые сбросы: горст (выступ, ограниченный сбросами), грабен (впадина, ограниченная сбросами) и т.д. Примером грандиозного грабена является оз. Байкал с максимальной глубиной 1 741 м.

Надвиг — разрывное нарушение, сопровождающееся надвиганием одной части горных пород на другую по поверхно­сти надвига.

8. Метаморфические горные породы. Виды метаморфизма. Условия преобразования горных пород и их разновидности.

К метаморфическим относятся горные породы, образованные из пород магматического или осадочного происхождения под вли­янием высокой температуры и давления и сопровождающих их химических процессов.

В результате воздействия на указанные породы процессов метаморфизма первоначальная их структура и текстура, а во многих случаях и минералогический состав коренным образом изменя­ются.

Под действием высоких температур происходит перекристаллизация и обжиг пород. Высокие давления приводят к их уплотнению, а если это направленное давление, то породы приобретают, кроме того, сланцеватую структуру.

Химические процессы обычно сопутствуют указанным двум основным процессам метаморфизма, и их действие сводится в основном к изменению в той или иной мере вещественного со­става метаморфизуемой породы. Поэтому в зависимости от обста­новки метаморфизма не только степень метаморфизации одной и той же породы будет различной, но существенно различны могут быть и образующиеся при этом породы. Например, метаморфизация известняка, как правило, приводит к образованию мраморов. Однако при известных условиях из известняка в процессе мета­морфизма образуются известковистые сланцы, физико-механи­ческие свойства которых отличаются от свойств мраморов.

Метаморфизация магматических пород, как правило, ухудша­ет их строительные свойства. В процессе метаморфизма в них обычно происходит перекристаллизация и перегруппировка составляющих их минералов с образованием полосчатых текстур.

Процессы метаморфизма, кроме того, резко снижают прочность скальных массивов магматических пород за счет появления в них интенсивной трещиноватости.

Метаморфизация осадочных пород, наоборот, обычно улучшает их строительные свойства.

Вследствие пластичности минералов, входящих в состав скаль­ных пород осадочного происхождения (кальцит, каменная соль, гипс, доломит и др.), процессы метаморфизма не вызывают в них появления заметной рассланцованности и трещиноватости даже в том случае, если имеет место направленное давление. Поэтому при метаморфизме скальных пород осадочного происхождения обычно образуются породы массивной текстуры и равномерно-зернистой структуры (например, мрамор).

Породы регионально гометаморфизма. (и температура и давление) Это наиболее распрост­раненный тип метаморфических пород. Обычно они обладают очень большой мощностью, значительной протяженностью и вследствие того обусловливают однородность инженерно-геологической об­становки на обширных площадях.

Региональный метаморфизм развивается на больших глубинах, где давление от массы вышележащих пород очень велико. В про­цессе метаморфизма эти породы переходят в пластичное состоя­ние и обычно образуют сланцеватые структуры. Если одновремен­но сказывается и действие температуры, то образуются массив­ные текстуры метаморфических пород (например, гнейсы).

Породы регионального метаморфизма в условиях своего при­родного залегания располагаются очень глубоко от поверхности земли. Однако в результате горообразовательных процессов они могут быть выведены на поверхность земли и служить объектом строительной деятельности человека.

Породы динамометаморфизма.(давление) Под динамометаморфизмом по­нимают изменение структуры породы под действием давления, чаще всего в результате проявления горообразовательных процес­сов без участия высоких температур и магмы. Преимущественное распространение процессов динамометаморфизма получили гор­ные складчатые сооружения (Кавказ, Урал и др.). Вне складчатых горных сооружений динамометаморфизм проявляется главным образом вдоль линий разломов, где образуются своеобразные по­роды, состоящие из раздробленных и затем сцементированных обломков (тектониты) пород.

Наиболее распространенным типом пород динамометаморфизма в складчатых горных сооружениях являются глинистые сланцы — продукт различной степени метаморфизации глин. Сланцеватость сообщает такой породе способность раскалываться на тонкие слои, хотя это свойство выражено не у всех сланцев в одинаковой сте­пени.

Породы контактного метаморфизма. (температура) Контактный метаморфизм проявляется на контакте магмы с вмещающими ее породами.

В процессе внедрения магмы во вмещающие породы она прогре­вает их, а непосредственно вблизи контакта — обжигает и пере­плавляет. Зона измененных пород при этом оказывается не очень большой, так как интрузия с течением времени остывает, и про­цесс метаморфизма вмещающих пород прекращается. Максималь­ная ширина пояса контактного метаморфизма в редких случаях достигает 10 км.

При контактном метаморфизме характер пород определяется не только интенсивностью процессов метаморфизма, но и соста­вом магмы. Отличительным признаком контактного метаморфиз­ма является также уменьшение степени метаморфизации и соот­ветствующая смена пород по мере удаления от поверхности кон­такта.

9. Виды тектонических движений и их роль в образовании осадочных и метаморфических горных пород (морских и континентальных).

Под тектоническими явлениями подразумеваются всякого рода перемещения материала земной коры, вызванные внутренними (эндогенными) силами, возникающими в недрах Земли. Такого рода перемещения земной коры, приводящие к ее деформации и изме­нению ее строения, называются тектоническими движениями.

Различают два основных вида тектонических движений: ради­альные и тангенциальные перемещения.

Радиальные перемещения — это поднятия или опускания (по­гружения) отдельных участков земной коры. Радиальные переме­щения захватывают в первую очередь наиболее жесткие участки земной коры, которыми, как было отмечено ранее, являются континентальные плиты, или платформы.

Тангенциальные перемещения в отличие от радиальных представ­ляют собой горизонтальные движения отдельных участков зем­ной коры, развивающиеся по касательной к поверхности земного шара. Тангенциальные перемещения обычно связаны с процесса­ми растяжения или сжатия земной коры. В первом случае дефор­мации сопровождаются разрывами земной коры (разрывные дви­жения), во втором — происходит ее смятие. Смятие земной коры приводит, в свою очередь, к складкообразованию. Поэтому тан­генциальные перемещения нередко называют складчатыми, или горообразовательными (орогеническими), движениями, ведущи­ми к возникновению складчатых горных систем в первую очередь в геосинклинальных областях как наиболее слабых и податливых зон земной коры.

Землетрясения как сейсмические явления также относятся к тектоническим явлениям. Тектонические явления находят свое выражение на протяжении всей геологической истории Земли. О масштабах и характере тектонических движений, происходив­ших в Земли, мы можем судить на основании высотного положе­ния более древних по геологическому возрасту пластов горных пород, выведенных в результате тектонических движений на бо­лее высокие горизонты, а также по формам и условиям их залега­ния.

Влияние тектонических явлений на условия осадконакопления.

Глобальное влияние геотектоники на изменение условий на­копления осадочных пород находит свое проявление в изменении конфигурации континентов и их рельефа. Как уже отмечалось, опускание участков суши вызывало затопление (трансгрессия) континентальных плит морем, а при последующих поднятиях эти территории снова выступали из-под уровня моря, и происходило отступление (регрессия) моря. Эти процессы в течение геологической истории Земли повторялись неоднократно: там, где рань­ше было море, возникала суша, а по прошествии миллионов лет эти участки снова скрывались под водными просторами более или менее глубоких морей.

С изменением конфигурации континентов неизбежно изменя­ется режим морских течений и приносимые в море с суши обло­мочные продукты разрушения могут откладываться уже на иных территориях, захватывая более или менее широкие зоны и про­никая в глубь морского бассейна на большие или меньшие рас­стояния. Это обстоятельство ведет к изменению условий суще­ствования и развития тех или иных морских организмов, которым обязаны своим происхождением органогенные породы, в первую очередь известняки.

Изменения конфигурации и высотного положения континен­тов не могли не сказываться на их климатическом режиме, кото­рый в значительной мере влияет на условия образования и состав осадочных пород. Поэтому всякое значительное повышение вы­сотного уровня континентов должно было вести к усилению кон­тинентального режима. В умеренных и северных широтах это об­стоятельство ведет к повышению роли снежного покрова в зим­ний период и, следовательно, к более интенсивным весенним паводкам.

В южных широтах континентальный режим характеризуется широким развитием степных и пустынных условий, имеющих большое значение для накопления эоловых песчаных отложений и формирования мощных толщ лёсса.

Рег­рессия морей, связанная с повышением континентов, ведет к преобладанию деятельности агентов физического выветривания.

При опускании континентов и трансгрессии морей мы стал­киваемся с преобладающим воздействием мягкого морского кли­мата, обычно богатого атмосферными осадками, что способствует в южных областях мощному развитию растительности и широ­кому распространению деятельности агентов химического вы­ветривания.

С подобными явлениями мы встречаемся при формировании горных складчатых сооружений в областях геосинклиналей. При длительных опусканиях в областях геосинклиналей накаплива­лись огромные массы отложений, преимущественно морской фации.

10. Эндогенные и экзогенные геодинамические процессы. Их суть и роль в формировании рельефа и горных пород.

Действие эндогенных и экзогенных процессов на земную поверхность взаимно противоположно. Эндогенные процессы (в основном тектонического движения) создают прежде всего крупные неровности, от которых зависят распределение суши и моря и возможность перемещение вещества под действием силы тяжести. Экзогенные процессы расчленяют и разрушают поднятые участки, заполняя продуктами разрушения пониженные места, т.е. в целом имеют тенденцию выравнивать поверхность. При взаимодействии внутренних и внешних процессов на земной поверхности образуются различного рода неровности, совокупность которых называется рельефом. При различном соотношении внутренних и внешних сил формируются либо горные, сильно расчлененные типы рельефа, либо мало расчлененные, равнинны. Под влиянием совокупного действия эндогенных и экзогенных процессов происходит медленный, протекающий миллионы и миллиарды лет кругооборот вещества, сопровождаемый перестройкой и обновлением структуры земной коры.

11. Виды тектонических движений Земной коры и их роль в формировании горных пород и рельефа Земной поверхности.

Наблюдаемые в настоящее время достаточно частые землетря­сения, выходы на земную поверхность расплавленных каменных масс — магмы во время вулканических извержений, наличие по­стоянно действующих горячих источников указывают на то, что недра Земли не пребывают в мертвом, застывшем состоянии. В них непрерывно идут глубинные динамические процессы, при­рода которых до сих пор не совсем ясна. Вся совокупность подоб­ного рода процессов в геологии относится к эндогенным процес­сам. А процессы, которые связаны с деятельностью атмосферных факторов, ледников, рек и морей, т.е. факторов внешней дина­мики Земли, относятся к экзогенным.

Земная кора по степени податливости и склонности к разли­чного рода деформациям не однородна. К жестким участкам зем­ной коры относятся так называемые платформы, или континен­тальные плиты. К платформам относятся, в частности, Русская равнина, Западно-Сибирская низменность и почти вся Африка. К менее жестким, т.е. более гибким участкам земной коры, отно­сятся области геосинклиналей. Из-за пониженной жесткости геосинклиналей деформация земной коры в от их областях проявлялась с наибольшей силой, благодаря чему возникли торные склад­чатые системы Альп, Урала, Кавказа, Гималаев и др.

Под тектоническими явлениями подразумеваются всякого рода перемещения материала земной коры, вызванные внутренними (эндогенными) силами, возникающими в недрах Земли. Такого рода перемещения земной коры, приводящие к ее деформации и изме­нению ее строения, называются тектоническими движениями.

Различают два основных вида тектонических движений: ради­альные и тангенциальные перемещения.

Радиальные перемещения — это поднятия или опускания (по­гружения) отдельных участков земной коры. Радиальные переме­щения захватывают в первую очередь наиболее жесткие участки земной коры, которыми, как было отмечено ранее, являются континентальные плиты, или платформы.

При развитии деформаций поднятия происходит вывод тех или иных участков платформы из-под уровня моря, что создает эф­фект отступления, отхода (регрессия) моря от суши и увеличивает площадь суши. Этот вид перемещения участков земной коры на­зывается колебательными движениями. Процессы опускания и подъема платформ чередуются во времени, сменяя друг друга. Протекают они обычно весьма медленно в режиме «вековых» ко­лебаний.

Тангенциальные перемещения в отличие от радиальных представ­ляют собой горизонтальные движения отдельных участков зем­ной коры, развивающиеся по касательной к поверхности земного шара. Тангенциальные перемещения обычно связаны с процесса­ми растяжения или сжатия земной коры. В первом случае дефор­мации сопровождаются разрывами земной коры (разрывные дви­жения), во втором — происходит ее смятие. Смятие земной коры приводит, в свою очередь, к складкообразованию. Поэтому тан­генциальные перемещения нередко называют складчатыми, или горообразовательными (орогеническими), движениями, ведущи­ми к возникновению складчатых горных систем в первую очередь в геосинклинальных областях как наиболее слабых и податливых зон земной коры.

Для геосинклинальных областей характерной является следую­щая схема их развития:

1)длительное погружение с накоплением мощных толщ осадочных пород (стадия аккумуляции, фаза литогенеза);

2)деформация смятия и подъема пород, заполняющих гео­синклиналь, с появлением складчатых горных образований (тектоническая стадия, фаза орогенеза);

3)проявление процессов выветривания, разрушения и сноса на породы горного образования в период континентальной стадии его развития.

Приведенная схема является достаточно упрощенной, так как общее поднятие в области геосинклинали могло неоднократно прерываться и сменяться стадией временного погружения, и на­оборот.

12. Трещиноватость горных пород. Классификация трещин. Значение в строительной практике.

Трещиноватость – совокупность трещин разных размеров и разного направления, которые разделяют массив на блоки – отдельности.

Трещина – разрыв сплошности массива горной породы.

Трещины бывают пустые и заполненные водой, мелким несвязным раздроблением, либо монолитным сцементированным материалом, имеющим свойства, отличающиеся от свойств окружающих трещину пород. Так же трещины бывают выдержанные по направлению или могут иметь различную направленность.

По происхождению трещины в массиве разделяются на:

- эндогенные, являющиеся результатом усадки вещества и разрыва его сплошности в процессе диагенеза

- экзогенные, образующиеся в результате нарушения естественного равновесного состояния массива на более поздних стадиях его сложения в результате воздействия тектонических процессов

- тектонические трещины – от воздействия горного давления, обусловленные выполнением технологических процессов по добыче полезного ископаемого.

Трещиноватость руды и вмещающих пород встречается различная

- отдельные трещины

- сплошная сеть мелких трещин

- сплошная сеть густых трещин

На рудниках трещиноватость чаще всего оценивают по показателю удельной терщиноватости N – числу трещин, приходящихся на 1 м длины. Удельную трещиноватость измеряют с помощью специального прибора, вводимого в шпур на глубину до 5 м и позволяющего осматривать и фиксировать состояние, размеры и положение каждой трещины на стенках шпура.

Вызванное трещиноватостью снижение прочности руды или вмещающей породы в массиве оценивают коэффициентом структурного ослабления, равным отношению сцепления отдельного куска руды (породы) при отрыве от массива к сцеплению ее в образце. Сцепление по трещинам и тектоническим нарушениям в изверженных и метаморфических породах, а также по контактам слоев осадочных пород обычно составляют 0,05-0,1 МПа. Зацепление же отдельностей, образуемых трещинами и солаблениями, из-за неровностей и изменения направления последних может быть и более значительным.

Руды и породы по степени трещиноватости классифицируют следующим образом:

- чрезвычайно трещиноватые

- сильнотрещиноватые

- среднетрещиноваты

- малотрещиноватые

- монолитные

Помимо того, что трещиноватость имеет, подчас, решающее значение для устойчивости, она оказывает влияние на дробимость руды и вмещающих пород при отбойке. Така, густая сеть трещин часто способствует хорошему взрывному дроблению руды и вмещающих пород, тогда как редкие трещины увеличивают выход негабаритных кусков.

13. Подземные воды. Происхождение и разновидности.

К подземным относятся воды, которые находятся в порах, тре­щинах или пустотах горных пород, обладающих способностью отдавать воду при ее откачке.

По своему происхождению подземные воды подразделяются на остаточные (погребенные или реликтовые), ювенильные и инфильтрационные. С остаточными и ювениальными подземными подами в строительной практике обычно никогда не встречаются.

Остаточными называются воды бывших морских водоемов. Эти поды находятся в морских донных осадках и сохраняются в них после отступления моря. Их отличительными особенностями яв­ляются повышенная минерализация (часто представляют собой рассолы) и залегание на очень больших глубинах.

Ювинильными называются воды, проникающие в поверхност­ные горизонты земной коры из недр Земли в результате конден­сации паров воды, выделяемых магмой. Вчистом виде ювениль­ные воды не встречаются. Смешиваясь с пресными подземными водами, они дают начало минеральным водам, отличающимся (обычно) повышенной температурой.

Инфильтрационные воды образуются в результате инфильтра­ции (просачивания) выпадающих на поверхность земли атмо­сферных осадков в глубь земной коры.

Выпадение атмосферных осадков, нагревание солнцем земной поверхности ведут к образованию процесса непрерывного круго­ворота воды в природе (рис. 4.1). Испаряющаяся с поверхностей океанов, морей и рек, а также с поверхностей суши и раститель­ного покрова влага в виде водяного пара поднимается в атмосфе­ру, где конденсируется и вновь возвращается на землю в виде атмосферных осадков. Часть осадков, выпавших на землю, испа­ряется и возвращается в атмосферу, часть осадков (поверхност­ный сток) стекает в водотоки и водоемы, часть осадков инфильтруется в землю и образует скопления подземных вод. Подземные поды, в свою очередь, в виде источников и ключей питают открытые водотоки и водоемы.

Рис. 4.1. Схема круговорота воды в природе

Парообразная вода (водяной пар) находится в зоне аэрации в порах, не занятых водой. Несмотря на ее малое содержание в фунтах (около 0,1 % от массы сухого грунта) она играет очень большую роль во влажностном режиме почвенных и лежащих ниже (в зоне аэрации) горизонтов грунтов, особенно в районах степей и пус­тынь.

Гигроскопическая вода прочно связана с поверхностью частиц. При связывании ее с породой выделяется теплота (теплота сма­чивания), что является основным формальным признаком, отли­чающим гигроскопическую воду от других видов связанной воды. Она не может передвигаться с частицы на частицу, а лишь, отры­ваясь от частицы, переходит в пар. Гигроскопическая вода может быть образована либо за счет простого смачивания частицы грун­та водой, либо за счет поглощения сухим грунтом паров воды, находящихся в порах грунта. Независимо от способа образования гигроскопическая вода всегда находится в равновесии с упруго­стью водяного пара порового воздуха, уменьшаясь или увеличи­ваясь в зависимости от уменьшения или увеличения влажности воздуха.

Максимальное количество воды, поглощаемое грунтом с вы­делением теплоты, называется максимальной гигроскопической влаж­ностью. Для чистых песков она составляет доли процента, для гли­нистых грунтов может достигать 18% (лёсс — 7,9%, чернозем —7,4%).

Пленочная вода образует на поверхности частиц пленку, тол­щина которой зависит от вещественного состава и крупности ча­стиц. В отличие от гигроскопической пленочная вода передвигает­ся в породе с частицы на частицу, из участков с большей толщи­ной пленки в участки с меньшей ее толщиной.

Движение пленочной воды не зависит от силы тяжести, совер­шается в различных направлениях, играет важную роль в форми­ровании свойств и состояния глинистых грунтов. Миграция пле­ночной влаги в конструкциях земляного полотна из зон избыто­чного увлажнения в зоны промерзания является главной причи­ной образования морозных пучин. Максимальное количество пленочной воды (включая и гигроскопическую воду), удерживаемое грунтом, называется максимальной молекулярной влагоемкостыо. Для чистых песков она составляет 3...4%, для глинистых грунтов — до 39...41 %. В глинистых грунтах большая часть воды находится в связан ном состоянии.

Свободная (гравитационная) вода в зоне аэрации либо нахо­дится в виде капиллярно-подвешенной воды, как это указывалось ранее, либо медленно продвигается (просачивается) вниз и дохо­дит до уровня грунтовых вод. Если при своем движении вниз сво­бодная вода в зоне аэрации встречает небольшие линзы глини­стых пород, являющихся водоупором, то она начинает здесь скап­ливаться и образует так называемую верховодку.

14. Грунтовые воды и их связь с атмосферными осадками, испарением, стоком и рельефом местности.

Грунтовыми водами называются води первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного го­ризонта в различных водопроницаемых пористых породах (песок, гравий, галька). Снизу он ограничен слоем водоупорных пород (см. рис. 4.1), сверху — уровнем грунтовых вод (зеркало грунтовых вод). Термин «уровень грунтовых вод» обозначает уровень, до которого вода поднимается в скважинах или любых горных выработ­ках.

Непосредственно над уровнем грунтовых вод возникает гори­зонт капиллярной оболочки, или капиллярной каймы. Ее макси­мальная мощность, наблюдавшаяся в природных условиях С.В.Астаповым, Н. А. Качинским, С. В. Роде и другими, не пре­вышала 9 м. В целом мощность зоны капиллярного поднятия опре­деляется размерами пор грунта. Чем меньше размер пор, тем выше капиллярное поднятие над уровнем грунтовых вод. В глинистых грунтах, особенно при сильном их уплотнении, когда имеет мес­то наиболее тонкая (полосная) пористость, теоретически капиллярное поднятие может осуществляться на очень большую высоту 6... 12 м. В действительности же только самая нижняя часть (обычно на высоту до 1,5...2,0 м) глинистой толщи, находящаяся непосредственно над уровнем грунтовых вод, оказывается полно­стью насыщенной водой. Это объясняется сильным набуханием глинистых частиц, повышением вязкости воды в тонких порах, наличием в них защемленного воздуха и др.

Грунтовые воды имеют следующие особенности.

Во-первых, они безнапорны, т.е. имеют свободную поверхность воды.

Во-вторых, область их питания за счет инфильтрующихся в грунт атмосферных осадков совпадает с областью их распространения. Этот фактор имеет важное практическое значение, особенно при проектировании дренажных устройств, как с точки зрения определения величины возможного понижения уровня грунтовых вод, так и с точки зрения расчета их водопропускной способности.

Рис. 4.3. Схемы взаимосвязи поверхностных и подземных вод: а — грунтовые воды питают реку; 6 — инфильтрация речных вод в грунтовые; 1,3— соответственно уровень грунтовых вод и реки в межень; 2, 4 — соответ­ственно уровень грунтовых вод и реки в половодье

В-третьих, режим грунтовых вод зависит от географических условий местности, в первую очередь от метеорологических факторов. Поэтому колебания уровня грунтовых вод, их дебит и химический состав воды носят сезонный характер. При этом, чем глубже располагаются грунтовые воды и чем менее благоприятны условия инфильтрации атмосферных осадков грунта, тем слабее сказываются они на режиме грунтовых вод. По мере движения с севера на юг грунтовые воды залегают все глубже от поверхности земли и все более минерализуются.

В-четвертых, грунтовые воды связаны с поверхностными во­дами, поскольку они либо питают поверхностные воды, либо, наоборот, питаются за счет инфильтрации в грунт поверхностных вод.

В средней полосе России грунтовые воды обычно стекают в открытые водоемы и водотоки, составляя значительную часть за­паса воды водоемов или расхода рек (особенно в зимнее время). Лишь в весенние паводковые периоды высокого стояния уровня воды в водоемах или в водотоках наблюдается обратный процесс, т.е. подпор грунтовых вод.

Для строителей взаимосвязь поверхностных и грунтовых вод важна потому, что эрозионная сеть (овраги, долины рек) являет­ся природной дренажной сетью, определяющей высотное поло­жение уровня грунтовых вод. Степень дренирования территории при этом будет тем больше, чем глубже врез эрозионной сети в толщу пород.

Если поверхность грунтовых вод изобразить в виде гидроизогипсов, представляющих собой линии равных отметок поверхно­сти грунтовых вод (точно также, как горизонтали земной поверхно­сти на топографических картах), то направление течения грунто­вых вод будет определяться нормалями к гидроизогипсам в дан­ной точке.

15. Напорные (артезианские) воды. Условия образования. Зоны питания и разгрузки. Влияние на строительство.

Напорными, или артезианскими называются напорные воды, приуроченные к водоносному пласту, залегающему между двумя водоупорными пластами. Арте­зианские бассейны обычно связаны с различного рода тектоническими структурами, но чаще всего с тектоническими впадина- 1 и платформ — синеклизами (рис. 4.4) и разрывными нарушением горных пород. Если вскрыть такой водоносный горизонт, пробурив скважину, то вода поднимется выше кровли пласта, а при большом напоре будет изливаться на поверхность земли.

Артезианские воды

1 – пьезометрический уровень

В каждом водоносном горизонте артезианского типа различают следующие элементы:

область питания — зона, в пределах которой происходит инфильтрация атмосферных осадков в грунт. Просочившаяся вода идет на формирование или на пополнение запаса воды артезиан­ского водоносного горизонта; часто артезианские воды формиру­ются за счет грунтовых вод;

область разгрузки, где артезианская вода выходит (излива­ется) на поверхность земли в виде восходящих ключей.

Артезианские воды залегают, как правило, на больших глуби­нах и имеют колоссальные площади распространения. При этом область их питания не совпадает с областью их распространения.

16. Сейсмические явления. Область распространения. Чем определяется сила землетрясения. Учет при проектировании сооружений.

Непосредственным источником колебаний, возникающих в очаге при тектонических землетрясениях, является механический процесс внезапного смещения земных масс под влиянием сил упругости при напряжениях, превышающих предел прочности пород. При этом тектонические напряжения накапливаются по­степенно и постоянно, прерываясь внезапными изменениями в распределении сил в момент освобождения энергии, т.е. непос­редственно в момент землетрясения. Эта энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага земле­трясения), достигает поверхности земли, где ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы.

При достижении предела прочности горных пород происходит разрыв земной коры или ее локальной зоны. Образуются разло­мы, блоки земной коры перемещаются, освобождая накоплен­ную энергию, которая и обусловливает резкие внезапные колеба­тельные движения земной коры — ее сотрясения. Область разрыва в глубине Земли, являющуюся непосредственным источником возникающих колебательных движений, принято называть обла­стью очага землетрясения, а его фокус — гипоцентром.

Разрушительная сила землетрясений зависит от количества ос­вобождаемой энергии и глубины расположения очага. Очаги землетрясений, как правило, залегают до глубины 700 км от поверхно­сти земли. Все землетрясения по глубине очагов подразделяются на нормальные (с глубиной очага до 70 км), промежуточные (с глу­биной очага от 70 до 300 км) и глубокие, или глубокофокусные (с глубиной очага более 300 км). Очаги большинства землетрясений располагаются в пределах литосферы, из которых в 72 % случаев они лежат в пределах земной коры, т.е. в верхней части литосферы, где находятся осадочный, гранитный и базальтовый слои.

Проекция очага землетрясения на земную поверхность называ­ется эпицентром. По мере удаления от эпицентра сила сейсмиче­ских колебательных толчков постепенно уменьшается до едва за­метных. Сильные землетрясения в ряде случаев могут повлечь за собой перераспределение упругих напряжений в очаге и прилега­ющих к нему толщах горных пород земной коры, что, в свою очередь, может привести к возникновению повторных подземных толчков — афтершоков.

Землетрясение в 1 балл — неощутимое. Интенсивность колеба­ний находится ниже предела чувствительности людей; сотрясе­ния почвы обнаруживаются и регистрируются только сейсмогра­фами.

Землетрясение в 2 балла — едва ощутимое. Колебания ощуща­ются только отдельными людьми, находящимися в покое внутри помещений, особенно на верхних этажах.

Землетрясение в 3 балла — слабое. Ощущается немногими людь­ми. находящимися внутри помещений; под открытым небом —- только в благоприятных условиях. Колебания похожи на сотрясе­ния, создаваемые проезжающим легким грузовиком. Вниматель­ные наблюдатели замечают легкое раскачивание висячих прсдме- 1ов, которое несколько сильнее проявляется на верхних этажах ; таний.

Землетрясение в 4 балла — заметное. Ощущается внутри зданий многими людьми, пол открытым небом — немногими. Снятие просыпаются, но никто не пугается. Колебания похожи на сотря­сения, создаваемые проезжающим тяжело нагруженным грузови­ком. Дребезжание окон, дверей, посуды. Скрип полов и стен. На­чинается дрожание мебели. Висячие предметы слегка раскачива­ются. Жидкость в открытых сосудах слегка колеблется. В стоящих на месте автомашинах толчок чувствуется

Землетрясение в 5 баллов — пробуждение. Ощущается всеми людьми внутри помещения; под открытым небом — немногими. Многие спящие просыпаются. Немногие люди выбегают из по­мещений. Животные беспокоятся. Происходит сотрясение зданий в целом. Висячие предметы сильно качаются. Картины сдвигают­ся с места. В редких случаях останавливаются маятниковые часы. Некоторые неустойчивые предметы опрокидываются или сдви­гаются. Незапертые двери и окна распахиваются и снова захло­пываются. Из неполных открытых сосудов в небольших количе­ствах выплескивается жидкость. Ощущаемые колебания похожи на колебания, создаваемые падением тяжелых предметов внутри здания.

Землетрясение в 6 баллов — испуг. Ощущается большинством людей как внутри помещений, так и под открытым небом. Мно­гие люди, находящиеся в зданиях, пугаются и выбегают на улицу. Немногие люди теряют равновесие. Домашние животные выбега­ют из укрытий. В некоторых случаях могут разбиться посуда и дру­гие стеклянные изделия, падают книги. Возможно движение тя­желой мебели; может быть слышен звон малых колоколов на ко­локольнях.

Землетрясение в 7баллов — повреждение зданий. Большинство людей испуганы и выбегают из помещений. Многие люди с тру­дом удерживаются на ногах. Колебания ощущают водители, нахо­дящиеся за рулем. Звонят большие колокола.

Землетрясение в 8 баллов — сильные повреждения зданий. Все­общий испуг и паника; испытывают беспокойство водители, на­ходящиеся за рулем. Кое-где обламываются ветви деревьев. Сдви­гается и иногда опрокидывается тяжелая мебель. Часть висячих ламп повреждается.

Землетрясение в 9 баллов — повсеместное повреждение зданий. Всеобщая паника; сильные повреждения мебели. Животные ме­чутся и кричат.

Землетрясение в 10 баллов — всеобщее разрушение зданий.

Землетрясение в 11 баллов — катастрофа.

Землетрясение в 12 баллов — изменение рельефа местности.

Влияние инженерно-геологических условий на интенсивность землетрясений

В результате многочисленных сейсмометрических наблюдений установлено, что на интенсивность землетрясений существенное влияние оказывают состав и физическое состояние горных по­род, их обводненность, характер рельефа, наличие тектоничес­ких нарушений и т.п.

Чем выше плотность горных пород и соответственно скорость распространения продольных сейсмических волн, тем выше со­противление горных пород распространению деформаций, поэтому породы рыхлые, насыпные не являются сейсмоустойчивыми, со­трясения в них проявляются с наибольшей интенсивностью. Воз­ведение сооружения на таких породах всегда опасно, а в сейсми­ческих районах особенно.

Оценка сейсмичности конкретной площадки строительства выполняется на основании карт сейсмического микрорайониро­вания. Если такие данные отсутствуют, то допускается определять сейсмичность площадки строительства согласно требованиям СНиП 11-7-81*.

Согласно требованиям СНиП 11-7-81*, при проектировании особо ответственных сооружений в районах с сейсмичностью 6 бал­лов на грунтах категории 111 расчетная сейсмичность принимает­ся, равной 7 баллам. Если отсутствуют данные по консистенции и влажности глинистых и песчаных грунтов, то при уровне грунто­вых вод выше 5 м их следует относить к категории3 по сейсми­ческим свойствам.

К сейсмически неблагоприятным относятся площадки строи­тельства, расположенные на основаниях, представленных насы­щенными водой тонкими и пылеватыми песками, торфами и гли­нами. Участки с резко пересеченным горным рельефом, высокие и крутые склоны, на которых устойчивость горных пород даже в обычных условиях недостаточна, особенно опасны в отношении возникновения различных геологических явлений, связанных с землетрясениями. К этим площадкам также относятся природные склоны крутизной более 15°, особенно при опасности активиза­ции проявления на них селей, обвалов, осыпей и оползней; близ­ко расположенные плоскости сбросов; основания, нарушенные просадочными процессами, плывунами, карстом и горными вы­работками. При трассировании дорог в районах с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов (зоны возможных обвалов, оползней и лавин) рекомендуется (СНиП II-7-81*) обходить или принимать допол­нительные меры к обеспечению их устойчивости.