Что такое геологические процессы. Внешние геологические процессы

Экзогенные процессы — это внешние геологические процессы, происходящие под воздействием воздуха, воды, колебаний темпе-ратуры, льда и снега, живых организмов. Процессы, связанные с деятельностью человека, обычно называют инженерно-геологи-ческими.

Большинство экзогенных геологических процессов протекает по схеме: разрушение — перенос и накопление материала данного процесса на суше — снова разрушение, в том числе собственных отложений, — перенос, наконец, окончательная аккумуляция мате-риала в море.

Денудация и аккумуляция — понятия, широко используемые в геологии. Термином денудация называют всю сумму внешних процессов разрушения суши и переноса материала в море. Вре-менное накопление материала в составе континентальных отло-жений не учитывается, подразумевается конечная аккумуляция ма-териала в море.

Схема денудации и аккумуляции материала в море

Выветривание — разрушающее воздействие на горные породы и минералы многих факторов внешней среды, называемых аген-тами выветривания. К ним относятся солнечные лучи, механиче-ское и химическое воздействие воды, воздуха и живых организмов.

Термин «выветривание» происходит от немецкого weather — по-года, и сходство со словом ветер чисто случайное; выветривание и геологическая деятельность ветра — процессы разные.

Обычно имеет место суммарное воздействие внешней среды на горные породы, но в случае преобладания отдельных факторов над другими принято выделять механическое (физическое ), хими-ческое и биологическое (органическое ) выветривание.

Механическое выветривание. Главными агентами являются пере-пады температур, особенно скачки через 0°С. Днем солнечные лучи разогревают освещенную поверхность горной породы, в то время как внутренний объем остается холодным. Нагретая часть породы чуть увеличивается в объеме и на ее контакте с холодной породой возникает механическое напряжение.

Многократно повторяющиеся циклы температурных напря-жений приводят сначала к растрескиванию, а потом и к осыпанию обломков породы. Механическое выветривание распространено в районах с континентальным климатом — в полярных широтах, пустынях, высокогорьях.

Химическое и биологическое выветривание. Агенты — вода и воздух как химические материалы, растения с их выделениями и микроор-ганизмы. Процессу способствует влажный теплый климат, под его воздействием часть минералов растворяется, часть превращается в другие соединения. В этом и состоит главный результат процесса выветривания. Большинство минералов магматических и метамор-фических пород — полевые шпаты, слюды, пироксены, роговая об-манка, скрытокристаллические массы эффузивных пород — пре-вращается в глинистые минералы. Их подхватывают потоки воды, сначала они откладываются на склонах, образуя элювиально-делю-виальный el- dQ чехол, а потом переносятся ниже и включаются в общий круговорот глинистого вещества на поверхности земли. Не выветривается только кварц — он сохра-няется зернами, из которых потом образуются пески.

К результатам процесса выветривания стоит отнести и почвооб-разование — важнейшее условие существования богатой и разнооб-разной жизни на земле.

Кора выветривания(элювий — elQ ) — сохранившиеся на месте образования при горизонтальном рельефе продукты выветривания.

Геологическая деятельность ветра (эоловые процессы) протекает по схеме большинства внешних процессов: разрушение — пе-ренос — аккумуляция.

Разрушение пород возможно в условиях сухого климата при на-личии сильных постоянных ветров. Не защищенные дерново-растительным слоем песчано-глинистые породы перевеваются, из них выдувается песчаный (0,05-2 мм), пылеватый (0,002-0,05 мм) и агре-гированный глинистый материал — этот процесс называется дефля-цией.

Корразия — ударное воздействие на скальную породу песчаных частиц, переносимых ветром.

Эоловый перенос может осуществляться на сотни километров. Перенос отдельно взятой частицы происходит постепенно — ее то подхватывает, то опускает обратно на землю. Перенос сопровожда-ется сортировкой материала — первыми откладываются крупные частицы, последними — пылеватые. Ветровые пески откладыва-ются в виде барханов, лёссы — в виде сплошной толщи мощностью в несколько метров. Все ветровые отложения сильно пористые.

На площадях, подверженных дефляции, очень легко развивается ветровая эрозия, наносящая непоправимый ущерб почвенному покрову.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод. Струй-чатая эрозия осуществляется мельчайшими струями воды при слабых затяжных дождях или медленном таянии снега. В отличие от других видов эрозии оказывает на поверхность рельефа вырав-нивающее воздействие. Продукты переноса называются делювием, откладываются маломощным чехлом на склонах.

Чехол делювиальных отложений

Делювий является ценным почвообразующим материалом, на нем укореняется и держится растительный покров, в том числе и культурные растения. Ниже делювия

может залегать совершенно неплодородная коренная порода.

Водная (линейная) эрозия — процесс размыва и выноса текучими водами почв и горных пород. Выделяется много видов эрозии, суть которых всегда ясна из названия, — овражная, речная, донная, бо-ковая и др. При попятной эрозии происходит рост эрозионной промоины в сторону верховьев. Иногда в названиях отражается причина или провоцирующий фактор эрозии — транспортная, пастбищная, техногенная и т.п.

В результате водной эрозии происходит медленное, постоянное понижение всей поверхности суши и выработка эрозионных форм рельефа — промоин, долин, наполнение рек и других водных по-токов твердым стоком.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ГЕОЛОГИИ.

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

Методы геологии.

Различные направления геологической науки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.4.1. Экзогенные процессы и вызванные ими явления

Природные геологические процессы являются результатом геологической работы воды, льда, ветра, гравитации. Все геологические процессы, которые оказывают влияние на инженерные сооружения (на выбор конструкции и тип фундамента, на выбор способа производства работ) и, соответственно, влияние инженерных сооружений на существующую геологическую обстановку изучает наука геодинамика. Необходимо не только ознакомиться с ходом геологических процессов, но и акцентировать внимание на профилактике и экстренных мерах по борьбе с ними.

Особое внимание следует обратить на гравитационные явления на склонах (оползни, обвалы), имеющие, как правило, катастрофический характер. Необходимо иметь представление о классификации оползней, об основных факторах и поводах для их возникновения, мероприятиях по борьбе с ними. Эти знания могут правильно прогнозировать вероятность возникновения оползней в конкретных условиях природного склона или искусственного откоса.

Следует знать, что исключительную роль играют подземные воды в возникновении таких геологических процессов, как суффозия, карст, плывунность и просадки лессовых пород. Необходимо уяснить, что воздействие гидродинамического давления потока подземных вод на природные склоны, борта карьеров и откосы котлованов не только уменьшает их устойчивость, но и в определенных случаях приводит к суффозии – механическому выносу потоком подземных вод мелких частиц, образованию пустот, вследствие чего еще более нарушается устойчивость склона.

При изучении карста – процесса химического растворения горных пород и образования пустот – надо особое внимание обратить на условия, факторы и различную скорость развития этого процесса в карбонатных, сульфатных и соляных (галоидных) породах. Следует ознакомиться и с методами оценки устойчивости территорий в карстовых районах. Необходимо разобраться в природе плывучего состояния песчаных и глиняных грунтов. Важно уяснить роль гидродинамического давления в формировании ложных плывунов, состава грунта и биогенного фактора в образовании истинных плывунов. При изучении просадочных лессовых пород наряду с выяснением природы этого явления следует особое внимание обратить на их развитие при различных видах обводнения пород, возведения сооружений, строительных работах и хозяйственном использовании территорий. Необходимо ознакомиться с основными направлениями по борьбе с просадочностью лессовых пород (предварительное замачивание, обжиг, силикатизация, механическое уплотнение и другие).

Надо рассмотреть как процессы, связанные с сезонным промерзанием и оттаиванием, так и специфические процессы и явления (наледи, пучение, солифлюкция, термокарст, мари и другие), характерные для районов развития многолетней мерзлоты. Необходимо ознакомиться с особенностями строительства в этих районах.

Выветривание горных пород и строительных материалов. Геологическая деятельность ветра. Геологическая деятельность атмосферных осадков (образование наносов, оврагов, селей, снежных лавин). Геологическая деятельность рек, морей, озер, болот и водохранилищ. Классификация болот и их характеристика. Геологическая деятельность ледников. Движение горных пород на склонах рельефа местности (осыпи, обвалы, оползни, курумы). Карстовые и суффозионные процессы. Мерзлотные процессы. Прогноз, оценка и выбор мероприятий, устраняющих негативное влияние на строительство природных процессов и явлений.

1.4.2. Инженерно-геологические (антропогенные) процессы и явления

Инженерно-геологические (антропогенные) процессы связаны с инженерной деятельностью человека. Примером могут служить: деформации искусственных откосов, сдвижение горных пород над горными выработками, уплотнение пород в основании сооружений, просадочные явления в лессах, вследствие утечек воды из водопроводов и т.д. Следует четко усвоить, что для нормальной эксплуатации и сохранности сооружений необходим правильный количественный прогноз возможности развития инженерно-геологических процессов и что недоучет влияния этих процессов крайне опасен и очень часто вызывает разрушение сооружений. Студенту необходимо ознакомиться с существующими современными мероприятиями, исключающими или уменьшающими вредные воздействия инженерно-геологических процессов при строительстве и эксплуатации различных сооружений.

Процессы и явления в основании инженерных сооружений и искусственных склонах.Плывуны (истинные и ложные). Лессы и связанные с ними просадочные явления.Деформации над подземными горными выработками.

Вопросы для самопроверки:

1. Виды выветривания горных пород. Значение выветриваемых горных пород для практики строительства.

2. Охарактеризуйте мероприятия, необходимые для защиты горных пород от выветривания.

3. Как называются несмещенныепродукты выветривания, накапливающиеся на выровненных поверхностях и на водоразделах?

4. Как называются рыхлые отложения на склонах долин гор и их подножий, образующихся в результате перемещения и отложения продуктов выветривания горных пород на более низкие участки под влиянием силы тяжести и смыва дождевыми водами?

5. Как называется ветровой снос рыхлых продуктов в результате механической силы ветра?

6. В чем заключается геологическая деятельность рек? Как образуются речные долины? Виды аллювиальных отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

7. В чем заключается геологическая работа волн, возникающих на поверхности воды? Виды морских отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

8. Объясните геологическую деятельность ледников. Как образуются ледниковые отложения? Виды ледниковых отложений, их состав и инженерно-геологическая характеристика.

9. Причины возникновения болот, условия строительства.

10. Назовите причины возникновения карстового процесса, какие проявления карста вы знаете?

11. Что такое суффозия, ее проявления и меры борьбы.

12. Назовите причины возникновений оползней.

13. Как называется явление, связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения?

14. Как называется участок земной поверхности, подвергшийся деформации горных пород, залегающих непосредственно над горной выработкой?

15. Строительство в районах распространения многолетнемерзлых пород регламентируется специальными СНиП и СН. По каким принципам осуществляется строительство в этих районах?

16. Уплотнение пород в основании сооружений. Мероприятия по улучшению прочностных свойств слабых грунтов.

Эндогенные процессы

Земная кора подвержена, постоянным воздействиям внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) сил, изменивших ее состав, строение и форму поверхности.

Внутренние силы Земли, обусловленные, главным образом, колоссальным давлением и высокой температурой глубинных толщ вызывают нарушения первоначального залегания пластов горных пород, в связи, с чем образуются складки, трещины, сбросы, сдвиги.

С деятельностью внутренних сил связаны землетрясения и магматизм.

Магматизм - сложный геологический процесс, включающий, в себя явления зарождения магмы в подкорковой области, перемещение ее в верхние горизонты земной коры и образование магматических горных пород.

Движение магмы к поверхности обусловлено, во-первых, гидростатическим давлением и во вторых, значительным увеличением объема, которым сопровождается переход твердых горных пород в состояние расплава.

Результатом деятельности внутренних сил является образование на земной поверхности гор и глубоких впадин.

Внутренние силы вызывают вековые колебания - медленные поднятая и опускания отдельных частей земной коры. Море при этом надвигается на сушу (трансгрессия) или отступает (регрессия). Кроме медленных вертикальных движений происходят также и горизонтальные смещения земной коры.

Раздел геологии, занимающийся изучением движений земной коры, изменяющих ее строение и формы залегания горных пород (складки, сбросы и др.), получил название тектоники. Тектонические процессы проявлялись на протяжении всей геологической истории Земли, менялась только их интенсивность.

Современные движения поверхности земной коры изучаются неотектоникой (наукой о новейших движениях земной коры).

Скандинавия медленно поднимается, а горное сооружение Большого Кавказа каждый год «вырастает» почти на 1 см. Очень медленные поднятия и опускания испытывают и равнинные участки Восточно-Европейской равнины, Западно-Сибирской низменности, Восточной Сибири и многих других районов.

Земная кора испытывает не только вертикальные, но и горизонтальные перемещения, причем их скорость составляет несколько сантиметров в год. Иными словами, земная кора как бы «дышит», постоянно находясь в замедленном движении.

Этот вопрос очень серьезный и в первую очередь имеет большое значение при строительстве крупных сооружений, а также при их эксплуатации. Поднятия и опускания, несомненно, имеют влияние на их сохранность, особенно на сооружения, имеющие линейно-удлиненные формы (например, плотины, каналы), а также водохранилища и др. объекты.

При разработке каменных карьеров и оценке прочности оснований сооружений необходимо также учитывать наличие в земной коре трещин, разломов, возникающих также в результате движений земной коры.

Следовательно, сведения о геологических процессах необходимы для того, чтобы заранее предвидеть возможность их появления, результаты изменений, происходящих в природе под влиянием естественных причин и деятельности человека.

При оценке какой-либо территории в связи со строительством объектов инженерная геология дает планирующим органам сведения о возможности и характере геологических процессов данного района. Прогноз должен даваться как во времени, так и в пространстве. Это позволит правильно и рационально проектировать сооружение с учетом всех инженерных мероприятий и нормальной эксплуатации.

В этой связи инженерная геология изучает также и те процессы, которых раньше не было на данной территории, но они могут возникнуть в результате деятельности человека. Эти процессы называются инженерно-геологическими. У них много общего есть с природными геологическими процессами, но есть и отличия.

Разница заключается в том, что инженерно- геологические процессы отличаются большой интенсивностью, более быстрым протеканием во времени, более ограниченной площадью своего проявления. Особенно большое воздействие сказывается на состоянии и свойствах пород.

Кора Земли обладает различной подвижностью, отсюда характерное для нее образование и сочетание платформ и геосинклиналей.

Платформы - это наиболее жесткие части земли, для них характерны сравнительно спокойные колебательные движения вертикального характера. Они занимают огромные пространства. К ним относятся Восточно Европейская, Сибирская платформы, Австралийская, Северо-Африканская и др.

Области, залегающие между платформами, называются складчатыми и являются их подвижными сочленениями.

В начале своего развития зоны складчатостей представляют собой морской бассейн, куда сносился обломочный материал. Накапливаются многокилометровые толщи осадков. В результате эндогенных процессов тектонические силы сминают накопившиеся осадочные толщи, происходит горообразовательный процесс. Так образовались Альпы, Карпаты, Крымские, Кавказские горы и другие.

Для районов геосинклиналей характерны разнообразные движения, но в основном складчатого и разрывного характера, что вызывает изменения первоначального положения пород и образование разломов.

Разломы на Земле могут быть скрытые под чехлом пород и могут быть хорошо выражены на поверхности.

Разломы - это зоны дробления коры, участки ослабленные, которые в свою очередь помогают ученым изучать различные явления, например землетрясения, изучать самые корни этого явления. В земной коре в результате вертикальных и боковых давлений происходит нарушение первоначального залегания пластов горных пород, с образованием складок сбросов, сдвигов и других тектонических форм.

Горами принято называть возвышенности, имеющие высоту более 500 м над уровнем моря, характеризующимся расчлененным рельефом.

Различают формы - хребты, горные цепи, горы массивные и даже глыбы.

5-7 млн. лет назад образовались Жигулевские горы - единственное в пределах Русской платформы уникальное тектоническое сооружение. По разлому в фундаменте поднялся блок. Движения осадочной толщи были плавными, без разрывов и смещения слоев относительно друг друга.

Образовавшаяся дислокация имеет форму складки с крутым северным крылом и пологим южным. Разлом в фундаменте проходит от города Кузнецка через город Сызрань, поселок Зольное и переходит на левый берег р.Волги. Сокольи горы являются продолжением Жигулей. Самарская Лука и Сокольи горы - часть общего куполообразного тектонического поднятия, которое постепенно становится пологим на восток, юг и запад. На южном крыле флексуры располагается г.Самара.

Горные породы, слагающие горы залегают обычно в виде пластов (слоев). Если пласты расположены горизонтально или немного под уклоном, носят название нормального залегания. Параллельное залегание нескольких пластов называется согласным залеганием.

Простейшей тектонической структурой служит моноклиналь (рис.2), где пласты имеют общий наклон в ту или другую сторону.

Рис.3 Антиклиналь (А) и синклиналь (С): 1 -1 оси складки, 2 складки, 3 - крыло складки, 4 - ядро складки

Выделяют два главных типа складок: антиклиналь- повернутую выпуклой частью вверх и синклиналь - обратную форму.

Первая складка характеризуется тем, что в ее центральной части или в ядре, залегают более древние породы, во второй - более молодые. Эти определения не меняются, даже если складки наклонить, положить на бок или перевернуть.

У каждой складки существуют определенные элементы: крыло складки, ядро, свод, осевая поверхность, ось и шарнир складки.

Характер наклона осевой поверхности складки позволяет выделять следующие виды складок: прямые, наклонные, опрокинутые, лежачие, ныряющие (рис. 4).

В зависимости от положения осевой плоскости складки делятся на

Рис.4 . Классификация складок по наклону осевой поверхности и крыльев (складки изображены в поперечном разрезе): а - прямая; б- наклонная; в - опрокинутая; г - лежачая; д - ныряющая

При определенных условиях возникает разновидность этого типа дислокаций - флексура - коленоподобная складка (рис.5), образовавшаяся при смещении одной толщи пород относительно другой без разрыва сплошности.

Необходимо запомнить, что при выборе площадок для строительства в районе со складчатым характером залегания пород всегда в вершинах складок породы более трещиноватые, даже иногда раздроблены, что естественно ухудшает их технические свойства.

При горизонтальном движении горных пород возникают тектонические напряжения.

Если тектонические напряжения увеличиваются, то в какое-то время может быть превышен предел прочности горных пород и тогда эти напряжения могут разрушиться или разорваться - образуется разрывное нарушение, разрыв и разлом, а вдоль этой плоскости разрыва происходит смещение одного массива относительно другого.

Тектонические разрывы, как и складки, чрезвычайно разнообразны по своей форме, размерам, величине смещения и т. д.

Основные формы разрывных дислокаций - сброс и взброс. Эти формы характеризуются возникновением разрывов пластов и последующим относительным перемещением разорванных частей. Они возникают по месту разрыва перемещения пластов вверх (взброс) или вниз (сброс) (рис. 6).

Рис.6 Сброс. Взброс

(Красное море)(рис.7).

Рис. 7 Грабен. Горст.

Знаменитое озеро Байкал, крупнейшее в мире хранилище пресной воды, как раз и приурочено к асимметричному грабену, в котором наибольшая глубина озера достигает 1620 м, а глубина днища грабена по осадкам плиоценового возраста (4 млн лет) составляет - 5км. Байкальский грабен многоступенчатый и является частью сложной рифтовой системы молодых грабенов, имеющей протяженность 2500 км

Горст – это, когда участок поднимается между двумя неподвижными крыльями.

Сдвиг и надвиг – это горизонтальное смещение слоев (рис.8). В результате этих процессов более молодые породы могут оказаться погребенными под более древними.

Сдвиги и надвиги интересны тем, что под ними могут залегать важные полезные ископаемые, особенно нефть и газ. Но на поверхности никаких признаков нефти нет, и чтобы добраться до нее, надо пробурить 3 - 4-километровую толщу совсем других пород.

Виды залегания слоев, их мощность, состав необходимо учитывать при строительстве.

Так, с инженерно - геологической точки зрения наиболее благоприятным является горизонтальное залегание слоев, большая их мощность и однородный состав, В этом случае созданы условия для предпосылок равномерной сжимаемости пластов под весом сооружений, наибольшей устойчивости (рис.9).

Наличие дислокаций, геологических нарушений резко изменяет и усложняет инженерно- геологические условия строительных площадок.

Например, строительство на пластах с крутым падением может оказаться очень неблагоприятным.

При наличии, например, сбросом, надвигов расположенных на больших пространствах, следует выбирать место для сооружений в удалении от линии разлома.

Сейсмические явления

Землетрясения - резкие сотрясения земной коры, обычно вызванные естественными причинами.

Изучаются землетрясения наукой - сейсмологией (от греч. сейсмос - сотрясаю).

По происхождениюземлетрясения подразделяют на:

Тектонические, вулканические, обвальные(денудационные), ударные

(метеоритные) и антропогенные (искусственные, вызванные человеком).

Тектонические - обусловленные перемещением пород в глубинных недрах земли.

Вулканические- вызваны процессами извержения вулканов.

Ударные- вызванные ударами метеоритов.

Антропогенные- искусственные, вызванные человеком.

Слабые сотрясения этого типа регистрируются приборами непрерывно. За год их насчитывается более миллиона. Большинство их не ощущается. Почти каждую минуту на Земле происходит 2 - 3 макросейсмических удара, а мегасейсмические - катастрофические землетрясения наблюдаются 1-2 раза в год. Обычно происходит несколько сот, приносящих минимальный ущерб и oт 20 крупных.

Вулканические землетрясения происходят при вулканических извержениях, могут достигать большой силы, но ощущают только в непосредственной близости от вулкана.

Ударные (метеоритные, космогенные) землетрясения в настоящий период отмечались только при падении очень крупных метеоритов (в 1908году. Тунгусским метеорит и в 1947 г. Сихотэ-Алиньский).

Антропогенныеземлетрясения не принято описывать в разделах, посвященных описанию землетрясений, возникающих под действием природных факторов. Однако деятельность человека, часто приводит к возникновению таких сотрясений, которые вполне соизмеримы с обвальными землетрясениями.

В центре очага условно выделяется точка, называемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на поверхность Земли называется эпицентром.

Из гипоцентра во все стороны расходятся сейсмические волны. Различают два типа волн; продольные и поперечные.

Первые вызывают колебания частиц горных пород вдоль, вторые -перпендикулярно к направлениям сейсмических лучей.

Продольные волны обладают наибольшим запасом энергии. Разрушение зданий и сооружений обусловлено воздействием главным образом продольных волн.

Поперечные волны несут меньший запас энергии, скорость их в 1,7 раза меньше. Они не распространяются в жидких и газообразных средах.

При оценке разрушительного воздействия сейсмической волны большое значение имеет угол, под которым она проходит из гипоцентра к поверхности земли. Его величина может быть различной.

Степень разрушительности землетрясений оценивается по величине ускорения горизонтальной составляющей (λ).

Максимальная величина ее вычисляется по формуле:

где: Т - период, сек.

А - амплитуда сейсмической волны, мм.

Для оценке силы землетрясения употребляется коэффициент сейсмичности

где g- ускорение силы тяжести.

При расчете сооружений, а также определении устойчивости откосов курьеров величина горизонтальной составляющей сейсмической волны (сейсмической инерционной силы) определяется по формуле:

где Р - вес сооружения или оползневого массива, т.

Угол подходасейсмических волн к поверхности земли тоже влияет на силу землетрясения.

Наибольшую опасность вызывают те очаги, из которых сейсмические волны подойдут к поверхности под углом 30-6Оградусов, В этом случае особенно большую роль в проявлении силы сейсмического толчка будут играть инженерно- геологические условия.

На увеличение балльности землетрясения влияют обводненные грунты. Отмечено, что в пределах верхней 10- метровой толщи повышение грунтовых вод влечет постоянное приращение балльности.

Анализ сейсмических геологических и геофизических данных позволяет заранее наметить те области, где следует ожидать в будущем землетрясение и оценить их максимальную интенсивность.

В этом сущность сейсмического районирования.

Карта сейсмического районирования - официальный документ,

который обязаны принимать в расчет проектирующие организации в сейсмических районах. Строгое соблюдение норм сейсмостойкого строительства позволяет значительно снизить разрушительное воздействие землетрясения.

Сила землетрясений оценивается по ряду признаков; смещению грунтов, степени повреждения зданий, изменению режима грунтовых вод, остаточным явлениям в грунтах и т.д.

В России для определения силы землетрясения принята 12-балльная шкала, по которой самое слабое землетрясение оценивается в 1 балл, самое сильное - в 12 баллов.

Строительство сооружений и проектирование карьеров в сейсмических районах

В районах, подверженных землетрясениям (от 7 баллов и выше) , ведется антисейсмическое строительство, при котором осуществляются мероприятия, направленные на повышение сейсмостойкости зданий и сооружений,

В сейсмических районах, в которых максимальная сейсмичность не превосходит 5 баллов, никаких особых мероприятий не предусматривается.

При 6 баллах строительство ведется с применением соответствующих строительных материалов, а также предъявляются более высокие требования к качеству строительных работ:

При проектировании сооружений в районах с возможным 7 -9-балльным землетрясением необходимо применение специальных мероприятий, предусмотренных в особых нормативах.

В этих районах при выборе места, для сооружений необходимо стремиться размещать их на участках, сложенных массивными породами или мощными толщами рыхлых отложений с глубоким залеганием уровня грунтовых вод.

Опасно размещение сооружений в зонах, разбитых сбросами.

Конструкции зданий делаются по возможности более жесткими. Для этой цели предпочтительно применять железобетонные монолитные конструкции.

Как правило, устраиваются один-два и более железобетонных поясов.

Избегают тяжеловесные архитектурные украшения.

Контуры здания в плане предусматриваются возможно более простыми, без входящих углов.

Ограничивается высота зданий.

Большое значение при проектировании сооружений имеет соблюдение следующего принципа: период собственных свободных колебаний сооружения не должен резко отличаться от периода сейсмических колебаний, характерных для данной местности.

Соблюдение этого условия помогает избежать возникновения резонанса (сложение однозначных, совпадающих по фазе колебаний), который может привести к полному разрушению зданий.

Если периоды колебаний оказываются близкими, то изменяется жесткость сооружения или способ устройства фундаментов и оснований.

При проектирования в сейсмических районах карьеров строительных материалов и различных выемок необходимо помнить, что при землетрясениях устойчивость откосов резко снижается.

Это заставляет ограничивать высоту я крутизну стенок выемок. При несоблюдении этих требований при землетрясениях неизбежны обвалы и оползни. При расчетной величине землетрясений в 7 баллов глубина выемки должна быть не более 15-16м. В районах с 8-балльным землетрясением -14-15м.

Экзогенные процессы

Коренные породы возникли на некоторой, иногда значительной глубине в недрах Земли или на дне морей и океанов.

На земной поверхности эти горные породы находятся в условиях тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и биосферой и под их воздействием начинают разрушаться и преобразовываться

Этот процесс носит название выветривания.

Выветривание - это изменение горных пород и слагающих их минералов, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов.

В процессе выветривания возникают образования, которые носят название коры выветривания.

Сам процесс выветривания довольно сложен и протекает весьма медленно. Он зависит от климата, рельефа местности, наличия разрывных нарушений, состава организмов, участвующих в процессе выветривания, а также от минерального состава: пород, их структурно-текстурных особенностей.

Из совокупности климатических элементов наибольшее значение имеет общее количество солнечной энергий, выраженной в температурном факторе и степени увлажненности.

В зависимости от действующих факторов различаются три главных типа выветривания: а) физическое, или механическое, б) химическое и в)органическое.

Физическое выветривание

В этом типе выветривания особенно большое значение имеет температурный фактор , кристаллизация воды и солей и в меньшей биологический фактор. Температурный фактор вызывает изменение объема составных частей породы. В других случаях горные породы разрушаются механическим воздействием кристаллов и роющими животными.

В результате этого в горных породах возникают трещины и происходит дезинтеграция породы. Целые блоки некогда плотных и твердых пород распадаются на отдельные обломки разных размеров (глыбы, щебень, песок, алевриты).

Все перечисленные процессы физического выветривания воздействуют и на искусственные строительные материалы.

Так, в результате кристаллизации солей в капиллярах бетона, составляющего опору одного из мостов в Ростовской области, прочность бетона упала настолько, что он легко растирался руками. Особенно интенсивному физическому выветриванию подвержены фасады зданий и наружные части сооружений.

Химическое выветривание

Основную роль в химическом выветривании играет влага, особенно насыщенная газами и химическими соединениями, под действием которых начинают видоизменяться физико-химические особенности пород.

Главными факторами химического выветривания являются вода, кислород, углекислота и органические кислоты.

Под их влиянием существенно изменяются структура и вещественный состав горных пород и образуются новые минералы, которые оказываются устойчивыми в поверхностных условиях.

Происходит процесс окисления, гидратации, растворения.

Окисление. Устойчивый в поверхностных условиях гематит возникает и при выветривании таких минералов, как оливин, пироксены, амфиболы под действием воды, кислорода и углекислоты.

Гидратация. Данный процесс заключается в присоединении воды к веществу. В результате этого осуществляется закрепление молекул воды на поверхности некоторых участков кристаллической решетки. Хорошим примером гидратации является переход ангидрита в гипс:

СаS0 4 + 2Н 2 О -> СаS0 4 *2Н 2 О

При изменении условий реакция обратима и гидратация превращается в дегидратацию.

Растворение. Горные породы растворяются водами, содержащими углекислоту или органические кислоты. Под действием такой воды, стекающей по трещиноватой поверхности горных пород и просачивающейся сквозь трещины и поры, этот процесс распространяется на глубину.

Особенно интенсивно он проявляется в осадочных горных породах, которые представлены хлоридами, сульфатами и карбонатами.

Наибольшей растворимостью обладают хлориды - соли натрия (галит или поваренная соль) и калия (сильвин), Далее по степени растворимости следуют сульфаты - ангидрит и гипс, затем карбонаты - известняки и доломиты. В процессе растворения среди монолитных толщ осадочных пород возникают различные полости.

Гидролиз. Особенно хорошо этот процесс проявляется при вы-ветривании силикатов и алюмосиликатов.

Сущность этого процесса заключается в разложении минералов и выносе отдельных элементов и соединений и присоединении к оставшимся соединениям других элементов и гидратации.

При выветривании магматических и метаморфических горных пород, богатых алюмосиликатами (граниты, гранодиориты, сиениты, гранито-гнейсы), во влажном теплом климате возникают мощные толщи каолинита.

Биологическое выветривание

В процессе жизнедеятельности организмы и растения воздействуют на горные породы, разрушая их механически и биохимически.

Особенно значительно их биохимическое воздействие на породы.

Механическое воздействие корней и самой растительности весьма велико. Можно наблюдать, как прорастающие растения приподнимают и пробивают асфальт на улицах городов. Известны случаи, когда растение верблюжья колючка пробивала двадцатисантиметровые железобетонные плиты.

Велика роль различных бактерий, которые в процессе: жизнедеятельности поглощают из пород одни вещества и выделяют другие.

Биохимическое воздействие на горные породы начинается с момента первого появления на скальных породах микроорганизмов, лишайников и мхов.

Роль организмов в выветривании заключается в том, что они в процессе своего роста извлекают из породы необходимые для своей жизнедеятельности элементы, но одновременно своими корнями разрушают саму породу.

В процессе преобразования отмершего органического вещества образуются углекислота и органические кислоты, которые значительно усиливают растворение и гидролиз породобразующих минералов. Интенсивность биохимического выветривания зависит от величины биомассы.

Продукты выветривания могут накапливаться на месте образования либо переноситься на те или иные расстояния действием силы тяжести, потоков, воды, ветра.

Элювий и делювий

Элювий. Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия (лат. - выносить).

Если под действием силы тяжести и дождевых струек они перемещаются вниз по склонам, накапливаясь у подошвенной части на склонах холмов или гор, то подобные скопления материала называют делювием (лат. - смывать).

Отличительная черта элювия - его связь с коренной породой, подвергшейся выветриванию. Можно всегда проследить, как элювий постепенно переходит в коренную породу.

Элювий представляет собой смесь обломков и глинистого материала. Мощность разрушенного слоя на различных породах и в разных физико-географических условиях колеблется от нескольких миллиметров до многих метров.

Контрольные вопросы:

1. Дать характеристику внутренним процессам Земли.

2. Перечислить виды складчатых дислокаций.

3. Характер разрывных нарушений и их виды.

4. Сейсмические явления. Гипоцент, эпицентр и сила землетрясений.

5. Процессы внешней динамики Земли.

6. Виды выветривания.

ГИДРОГЕОЛОГИЯ

Воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие нижеповерхности земли , называют подземными . Исследованием подземных вод занимается гидрогеология .

Однако подземные воды не только ценнейший источник водоснабжения, но и фактор, осложняющий строительство.

Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут быть агрессивной средой для металлических и бетонных сооружений, способствуют образованию неблагоприятных инженерно-геологических процессов и т. д.

Круговорот воды в природе

В природе распространены атмосферные (дождь, облака, туман), поверхностные (океан, моря, реки) и подземные воды . Единство вод на Земле проявляется в ходе их круговорота.

Различают большой, малый я внутренний (местный) круговорот воды.

При большом круговороте испарившаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Малый круговорот характеризуется, испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность.

В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков.

Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного баланса

Qa.o = Qподз + Q пов + Qисп

где Qa.o - количество атмосферных осадков;

Qподз - подземный сток;

Q пов - поверхностный сток;

Qисп - испарение.

Основные расходные(Qподз; Q пов; Qисп) и приходные (Qa.o,) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом от климата, рельефа и геологического строения изучаемого района.

Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразования круговорота воды, в частности для увеличения запасов пресных подземных вод, используемых для водоснабжения.

Происхождение подземных вод

Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.

Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием (инфильтрацией) в глубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод.

Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях и дает начало подземным водам. Процесс инфильтрации атмосферных осадков весьма сложный.

Питание подземных вод инфильтрационным путем изменчиво во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.

При понижении уровня подземных вод испарение с их поверхности уменьшается, а на некоторой глубине становится равной нулю . В этих условиях величина инфильтрационного питания подземных вод возрастает .

Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые проникают в поры и трещины из атмосферы .

Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена , в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков .

В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи ) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает.

Аналогичный процесс конденсации может происходить внутри горной породы, если в ее отдельных частях упругость водяного пара различна. В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными грунтовыми водами.

Седиментогенные подземные воды (лат. «седиментум» - осадок ) морского происхождения, образовавшиеся одновременно с накоплением морских осадков.

В ходе последующего геологического развития такие воды могут претерпевать значительные изменения в процессе диагенеза (преобразования осадка в горную породу), тектонических движений и действия других факторов.

В ряде случаев происходит смешение вод различного генезиса. Особенно большие изменения претерпевают воды морского генезиса при значительном тектоническом погружении и захоронении их мощными слоями более молодых отложений. Они попадают в условия повышенных давлений и температуры. Многие исследователи так и считают, что глубинные высокоминерализованные (соленые и рассолы) подземные воды представляют собой воды морского генезиса , сильно измененные при повышенных температурах и давлении и весьма затрудненном водообмене . Нередко такие воды называют погребенными.

Ювенильные подземные воды (лат. «ювенилис» - юный ). Многие источники подземных вод в областях современной или недавнейвулканической деятельности обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты .

Эти воды могли образоваться из паров , выделяющихся из магмы при ееостывании . Поднимаясь по глубоким тектоническим трещинам и разломам , водяные пары попадают в области с более низкими температурами. Они конденсируются и переходят в капельножидкое состояние , создавая особый генетический тип подземных вод.

Возможность образования некоторого количества воды магматогенным путем признается большинством исследователей. Вместе с тем отмечается, что выделившиеся из магмы на глубине пары воды и другие газообразные компоненты, проникая вверх в земную кору, смешиваются с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и поступают на поверхность в мешанном виде. С другой стороны установлено, что термальные источники полностью связаны с подземными ин-фильтрационными водами верхней зоны земной коры, испытавшими в процессе глубинной циркуляции нагревание и обогащение растворенными минеральными веществами и газами.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

процессы образования и изменения земной коры. Изучение результатов Г. п. при изысканиях и постройке жел.-дор. линий совершенно необходимо, т. к., только зная строение района трассы и отдельных участков линии, можно безошибочно проектировать и основания сооружений. При проекте жел.-дор. линий представление геологической записки, так же как и продольного геологического профиля линии и геологических разрезов в местах сложных и опасных напластований пород, является обязательным.

Технический железнодорожный словарь. - М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .

Смотреть что такое "ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ" в других словарях:

Геологические и и явления - – эндогенные и экзогенные геологические процессы, возникающие под воздействием разных природных факторов (и их сочетаний) как вне влияния деятельности человека (геологические), так и под ее влиянием (инженерно геологические).… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ - 9. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ эндогенные и экзогенные геологические процессы, возникающие под воздействием разных природных факторов (их сочетаний) как вне влияния деятельности человека, так и под ее влиянием.… …

Эндогенные и экзогенные геологические процессы (см. таблицу приложения), возникающие под воздействием разных природных факторов (и их сочетаний) как вне влияния деятельности человека (геологические), так и под ее влиянием (инженерно… … Строительный словарь

Геологические процессы экзогенные - Экзогенные геологические процессы: обусловлены экзодинамическим преобразованием горных пород, происходящим на поверхности Земли и в приповерхностном слое в зоне действия факторов выветривания, эрозии, склоновых и береговых деформаций, вызванные в … Официальная терминология

Геологические процессы эндогенные - Эндогенные геологические процессы: обусловлены эндодинамическим преобразованием горных пород, происходящие главным образом внутри Земли, в зоне действия сейсмотектонических и термодинамических факторов и вызванные в основном внутренними силами… … Официальная терминология

Геологические и инженерно геологические процессы и гидрометеорологические явления, которые оказывают отрицательное воздействие на территории, народнохозяйственные объекты и жизнедеятельность людей (оползни, обвалы, карст, селевые потоки, снежные… … Строительный словарь

Современные быстротекущие геологические процессы и явления, наносящие значительный материальный ущерб обществу, народному хозяйству и создающие угрозу жизни для людей при нарушении устойчивости природной (геологической среды). Максимальную… … Словарь черезвычайных ситуаций

Инженерно-геологические процессы - геологические процессы в грунтовом основании здания (сооружения), обусловленные влиянием природных и техногенных факторов... Источник: ПОСТАНОВЛЕНИЕ Ростехнадзора от 23.11.2006 N 5 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ И ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ РУКОВОДСТВА ПО БЕЗОПАСНОСТИ… … Официальная терминология

Инженерно-геологические процессы - геологические процессы в грунтовом основании здания (сооружения), обусловленные влиянием природных и техногенных факторов. Источник: РБ 036 06: Мониторинг инженерно геологических условий размещения объектов ядерного топливного цикла … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

- (a. geological engineering processes; н. ingenieurgeologische Vorgange; ф. processus geotechniques; и. procesos geotecnicos) современ. геол. процессы, возникшие или активизирующиеся под влиянием техногенных факторов. К И. г. п. относятся … Геологическая энциклопедия

Книги

• Инженерная геология. Учебник , В. П. Ананьев, А. Д. Потапов, А. Н. Юлин. Рассмотрены главные принципы и законы инженерной геологии как науки о рациональном использовании геологической среды при строительстве. Изложены необходимые сведения из общей геологии,…