Возраст горных пород. Геохронология.
Тема 2.1 Основные сведения о геологии
1. Цели и задачи инженерной геологии
2. Форма и строение Земли.
3. Состав земной коры.
4. Возраст горных пород. Геохронология.
5. Формы залегания горных пород.
6. Движение земной коры.
Предмет и задачи инженерной геологии
Инженерная геология — это наука геологического цикла, изучающая горные породы (грунты) как геологическую среду, строительный материал и основание инженерных сооружений; геологические и инженерно-геологические процессы и явления, отрицательно влияющие на здания и сооружения, а также геологические особенности территории строительства с целью рационального использования литосферы и разработки мероприятий ее сохранения.
Инженерная геология изучает природную геологическую обстановку территории строительства, а также изменения, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в горных породах (грунтах), в процессе строительства и при эксплуатации инженерного сооружения.
Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех измерений, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надёжно эксплуатироваться (в последствии может быть ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.
Всё это определяет основные задачи:
· Выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отношении района строительства данного объекта;
· Выявление инженерно-геологических условий в целях определения наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;
· Выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и сооружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.
Под влиянием инженерной деятельности человека изменяются минеральный состав, структура и текстура горных пород, содержание в них различных категорий воды и газов и вследствие этого — инженерно-геологические свойства пород. Эту группу вопросов изучает один из основных разделов инженерной геологии — грунтоведение.
Форма и строение Земли.
Первые представления о форме и размерах Земли появились в глубокой древности. Длительное время Земля рассматривалась как шарообразное тело. В ХVII–ХVШ вв., когда для изучения размеров Земли впервые стали применяться более точные методы измерения (триангуляция), было выяснено, что Земля не представляет собой идеального шара, так как полярный и экваториальный радиусы неодинаковы (разница между ними составляет немногим более 21 км).
В нашей стране с 1946 г. за форму Земли принимают эллипсоид Красовского с параметрами: экваториальный радиус — 6378,245 км; полярный радиус — 6356, 863 км; площадь поверхности Земли составляет около 510 млн. км2, ее объем — 1,083.1012 км3, масса — 5,976 .1027 г, длина Земли по полюсам ≈ 40 008 км, а по экватору ≈ 40 075 км.
Главной особенностью строения Земли является неоднородность физических свойств и дифференцированность состава вещества по радиусу с обособлением ряда оболочек.
Оболочки и ядро Земли.На основании сейсмических данных выделяют три главные оболочки Земли, отделенные друг от друга четко выраженными поверхностями раздела, где скорости сейсмических волн резко изменяются (рис. 1):
· Земная кора (слой А) — твердая верхняя оболочка Земли. Ее мощность изменяется от 5–10 (12) км под водами океанов до 30–40 км в равнинных областях, 50–75 км в горных районах (максимум под Андами и Гималаями) — литосфера.
· Мантия Земли распространяется ниже земной коры до глуби-
ны 2900 км от поверхности.
· Ядро Земли. В нем выделяют внешнее ядро — слой Е до глубин около 4980 км, переходной слой в интервале глубин 4980– 5120 км и внутреннее ядро ниже 5120 км.
Рис.1
Состав земной коры.
Земная кора слагается различными группами горных пород, отличающихся друг от друга условиями образования и составом.
Горные породы представляют собой минеральные агрегаты, т.е. состоят из определенного сочетания минералов, которые, в свою очередь, состоят из атомов химических элементов.
Минералы — это природные химические соединения или самородные химические элементы, возникшие в результате определенных физико-химических процессов, протекающих в земной коре и на ее поверхности.
Горные породы, слагающие земную кору, в большинстве своем представляют агрегат многих минералов, реже они состоят из зерен одного минерала. Породы, состоящие из многих минералов, называются полиминеральными (греч. «поли» — много), из одного минерала — мономинеральными (греч. «моно» — один). Минеральный состав, строение и формы залегания горной породы отражают условия ее образования. Строение породы определяется структурой и текстурой.
Под структурой понимается особенность внутреннего строения горной породы, связанная со степенью ее кристалличности, абсолютными и относительными размерами зерен разных минералов, составляющих горную породу, их формой и способом сочетания;
Под текстурой — сложение породы, т.е. взаимное расположение в пространстве слагающих ее частиц.
По происхождению горные породы подразделяются на три группы:
1) магматические, образующиеся в результате внедрения (интрузии) в земную кору или извержения на поверхность магмы — флюидально-силикатного расплава; излившаяся на поверхность магма называется лавой;
2) осадочные горные породы, образующиеся путем механического или химического осаждения продуктов разрушения (экзогенные процессы) ранее существовавших горных пород, а также благодаря жизнедеятельности и вымирания организмов;
3) метаморфические породы, образующиеся из любых горных пород при воздействии на них высоких температур и давления, а также различных газообразных и жидких растворов, проникающих с глубины.
Магматические горные породы слагаются в основном силикатами. По содержанию SiO2 (кремнекислоты) они подразделяются на 5 групп; в каждой из них на первом месте указывается интрузивная порода, на втором — эффузивная (вулканическая), т.е. излившийся аналог.
1. Ультракислые породы содержат более 75% SiO2 — это различные пегматиты.
2. Кислые породы содержат более 65% SiO2. К ним относится группа гранита-липарита. Это кварц-полевошпатовые горные породы.
3. Средние породы, содержащие 65–55% SiO2. Группа диорита-андезита — это бескварцевые горные породы, состоящие из натрово-кальциевых плагиоклазов и содержащие до 15–30% темноцветных минералов (роговая обманка, часто присутствует авгит и биотит).
4. Основные породы содержат 55–45 (40)% SiO2. Группа габбро-базальта, состоящая из основных плагиоклазов и цветных минералов (до 30–50%), среди которых наиболее типичны пироксены.
5. Ультраосновные породы с минимальным (< 45%) содержани-
ем SiO2. Группа перидотита (бесполевошпатовые горные породы).
Осадочные горные породы покрывают около 75% поверхности континентов, и преобладающая часть их образовалась из осадков морских водоемов. По генетическим признакам среди осадочных горных пород выделяются 3 главные группы:
• обломочные породы;
• глинистые породы;
• химические и биохимические (органогенные) породы.
Обломочные породы подразделяются по величине обломков:
1) на грубообломочные рыхлые (валуны, щебень, галька, гра-
вий) и сцементированные (конгломераты, брекчии, гравелиты);
2) среднеобломочные — пески и песчаники;
3) мелкообломочные — алевриты и алевролиты.
Глинистые породы имеют наибольшее распространение (около 50%) среди осадочных горных пород и состоят из мельчайших — 0,05–0,0005 мм (пылеватые) и менее 0,0005 мм (глинистые) частиц.
Уплотненные глины называют аргиллитом. Помимо глин существуют суглинки различного генезиса с меньшим содержанием глинистых частиц и особый тип — лессовидные пылеватые суглинки.
Химические и органогенные породы. Среди них наиболее широко распространены карбонатные породы — известняки, доломиты, мергели, в меньшей степени кремнистые — яшмы, диатомиты, трепелы, опоки. К породам химического происхождения относятся каменная соль, гипс и др.
Метаморфические породы. По мере нарастания интенсивности метаморфизма (повышение температуры и давления) среди них могут быть выделены глинистые сланцы, кристаллические сланцы и гнейсы (парагнейсы из осадочных пород и ортогнейсы — из магматических). При метаморфизме кварцевых песчаников образуются кварциты, а из известняков и доломитов — мраморы. К контактно-метаморфическим породам относятся роговики и скарны.
Возраст горных пород. Геохронология.
Наука, изучающая слои земной коры, их взаиморасположение и последовательность возникновения, называется стратиграфией.
Из стратиграфического анализа вытекает стратиграфический метод относительной геохронологии. Он позволяет сопоставлять и прослеживать отдельные слои, сходные по литологии, т.е. по составу породы, на значительные расстояния.
Различные отрезки геологической истории называются (в порядке уменьшения их продолжительности) эонами, эрами, периодами, эпохами, веками. И хотя некоторые названия взяты из исторической школы времени (век, эра), они не тождественны последним.
