Геологический разрез и его построение по карте горных пород
Значение инженерной геологии для промышленного и гражданского строительства. Описание условий образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальных). Относительный и абсолютный возраст горных пород. Основной закон фильтрации подземных вод.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.06.2011 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра МДТТ, основания и фундаменты
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине "Инженерная геология"
на тему "Геологический разрез и его построение по карте горных пород"
Екатеринбург
2009
1. ЗНАЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
2. ОПИСАНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ПОРОД (ШИФР 08 ППГС 24)
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
3.1 Описание условий образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальных)
4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО И ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВОЗРАСТА ПОРОД
4.1 Относительный возраст горных пород и методы его определения
4.2 Абсолютный возраст горных пород и методы его определения
4.3 Исходные данные к вопросу определения возраста пород
5. СУЩНОСТЬ ЭНДОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ
6. СУЩНОСТЬ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ
6.1 Исходные данные к вопросу определения возраста пород
7. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ
И ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
7.1 Классификация подземных вод
7.2 Исходные данные к вопросу о состоянии и условиях залегания воды
в горных породах
7.2.1 Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений
7.2.2 Условия залегания и движения грунтовых вод
8. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ФИЛЬТРАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ И РАСХОДА ПЛОСКОГО ПОТОКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ТРЕБОВАНИЯ К ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ. ПРИЧИНЫ АГРЕССИВНОСТИ ВОДЫ К БЕТОНУ И МЕТАЛЛУ
9. МЕТОДЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ЗНАЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
Инженерная геология - наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженерно-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека. Инженерная геология - наука самостоятельная, и давно является необходимой частью строительного производства. Главная цель инженерной геологии - изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологической среде в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Задачи инженерной геологии:
> выбор благоприятного в геологическом отношении места под строительство 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 сооружений.
Ведение инженерно-геологических изысканий регламентируется основным нормативным документом в строительстве СНиП 11-02-96 "Инженерные изыскания для строительства". Данный документ определяет порядок, состав, объемы, виды выполняемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов, а также состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков).
2. ОПИСАНИЕ МАТЕРИАЛОВ И ПОРОД (ШИФР 08 ППГС 24)
Минерал Каолинит
|
Единицы шифра |
Минерал |
Описание минерала |
|
|
4 |
Каолинит |
Каолинит -- глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия. Химический состав Al4[Si4, O10](OH)8; содержит 39,5% Al2O3, 46,5% SiO2 и 14% H2O. Образует землистые массы, в которых при больших увеличениях под электронным микроскопом обнаруживаются мелкие шестигранные кристаллы. Кристаллизуется в моноклинной сингонии. В основе кристаллической структуры каолинита лежат бесконечные листы из тетраэдров Si--O4, имеющих три общих кислорода и связанных попарно через свободные вершины алюминием и гидроксилом. Эти листы соединены между собой слабыми связями, что обусловливает весьма совершенную спайность каолинита и возможность различного наложения одного слоя на другой, что, в свою очередь, ведет к некоторому изменению симметрии всей кристаллической постройки. Слоистая структура каолинита придает минералам на его основе (глинам и каолинам) свойство пластичности. Твердость по минералогической шкале 1; плотность 2540--2600 кг/м?; жирен на ощупь. При нагревании до 500--600 °С каолинит теряет воду, а при 1000--1200 °С разлагается с выделением тепла, давая вначале силлиманит, а затем муллит; реакция эта составляет основу керамического производства. Каолинит -- основной компонент многих глин. Образуется при каолинизации (выветривании и гидротермальном изменении полевошпатовых пород). |
Породы Диорит, Суглинок, Слюдяной сланец
|
Десятки шифра |
Порода |
Описание пород |
|
|
2 |
Диорит |
Диорит (фр. diorite, греч. diorizo -- разграничиваю, различаю) -- глубинная магматическая интрузивная горная порода, среднего состава, нормального ряда щелочности. Состоит из плагиоклаза (андезина, реже олигоклаза-андезина) и одного или несколько цветных минералов, чаще всего обыкновенной роговой обманки. Встречаются также биотит или пироксен. Цветных минералов около 30%. Иногда присутствует кварц, и тогда порода носит название кварцевого диорита. По содержанию кремнезема (SiO2 52-65 %) относится к породам среднего состава. По сумме щелочей (Na2O+K2O 3-7,5% к нормальному ряду).Главными минералами являются: кислый плагиоклаз (андезин или олигоклаз), роговая обманка, реже авгит и биотит, кварц, иногда присутствует калиевый полевой шпат. Акцессорные минералы представлены титанитом, апатитом, магнетитом, ильменитом, цирконом. Цвет. Обычно тёмно-зеленый или коричнево-зеленый. Структура. Полнокристаллическая, равномерно кристаллическая, от мелко- до гигантозернистой. Текстура. Массивная. Удельный вес. 2,7--2,9 Форма залегания. Штоки, жилы, лакколиты и др. интрузивные массивы. Диориты часто встречаются совместно с гранитами, слагая отдельные фазы внедрения сложнопостроенных батолитов. Отдельность. Пластовая, параллелепипедальная. Диагностика. Окраска диорита более светлая, чем у габбро, иногда имеют совершенно лейкократовый облик. Служит строительным материалом, используется для облицовки зданий, изготовления ваз, столешниц, постаментов и т. д. В Древнем Египте и древней Месопотамии использовался и как скульптурный материал .В связи с диоритами часто развиваются золотоносные кварцевые жилы. |
|
|
Десятки шифра |
Порода |
Описание пород |
|
|
2 |
Суглинок |
Суглимнок -- осадочная горная порода, глина низкой пластичности, содержащая до 30-40 % примеси песка (менее 0,01 мм). Существует 3 разновидности суглинка: валунный, лёссовидный, покровный. Валунный суглинок -- содержит в своей толще валуны -- окатанные обломки горной породы от 10 сантиметров до 10 метров в поперечнике. В суглинке более распространены мелкие валуны. Лёссовидный суглинок -- рыхлые породы различного происхождения, похожие на лёсс (неслоистая тонкозернистая и рыхлая осадочная горная порода). Покровный суглинок покрывает собой рельеф в области древнего материкового оледенения и в приледниковой полосе. Суглинок пластичен; применяется при изготовлении кирпича, черепицы и др. |
|
|
Единицы шифра |
Порода |
Описание пород |
|
|
4 |
Слюдяной сланец |
Слюдяной сланец - метаморфическая порода. Цвет. Окраска сланцев светлая, обусловленная присутствием мусковита, или же темная (при содержании в породе графита или биотита). Состав. Главными минералами породы являются кварц и слюда (чаще мусковит, чем биотит). Кроме них содержатся, как правило, в небольших количествах альбит или кислый олигоклаз, а иногда крупные зерна темных минералов (граната или ставролита), по которым и дается название сланцу. Строение. Сланцы имеют в большинстве случаев хорошо выраженную сланцеватую структуру (см. рис. 13), обычно полосчатую. Месторождения. Например, в Чехии слюдяные сланцы распространены в Чешском Лесе, в Рудных и Йизерских горах, в Крконоше, на Чешско-Моравской возвышенности, в Высоком Ёсенике и в Малых Карпатах. Сланцы легко выветриваются и поэтому не пригодны для использования в качестве строительного камня; при разрушении сланцев возникают бедные почвы, отличающиеся высоким содержанием слюды. |
3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ОПИСАНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ (АЛЛЮВИАЛЬНЫХ)
К основным физико-механическим свойствам г.п. отгосят: твердость, абразивность, упругость, пластичность, пористость, плотность, трещиноватость и др.
Твердость горной породы - параметр характеризующий сопротивляемость поверхностного слоя горной породы разрушению или деформированию.
Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.
Наиболее просто твердость минералов определяется по шкале Мооса, по которой в качестве эталонов твердости выбрано десять минералов, отличающихся тем, что каждый последующий минерал царапает предыдущий, более мягкий.
Таблица. Сравнительная твердость различных минералов и материалов (по шкалам Мооса и Кнупа)
|
Название минералов (материалов) |
Твердость горных пород |
||
|
по шкале Мооса |
по шкале Кнупа |
||
|
Тальк |
1 |
12 |
|
|
Гипс |
2 |
32 |
|
|
Известковый шпат |
3 |
135 |
|
|
Плавиковый шпат |
4 |
160 |
|
|
Апатит |
5 |
400 |
|
|
Стекло |
6 |
500 |
|
|
Кварц |
7 |
1250 |
|
|
Топаз |
8 |
1550 |
|
|
Корунд |
9 |
1900 |
|
|
Карбид вольфрама |
9,5 |
2800 |
|
|
Алмаз |
10 |
8300 |
Для измерения твердости горной породы используются также другие методы, в частности вдавливание специального пуансона (метод, разработанный Л. А. Шрейнером). Твердость породы по этому методу
определяется по нагрузке на пуансон в момент ее разрушения. Количественно твердость по штампу определяется отношением разрушающей силы к площади штампа. Во время нагружения штампа (пуансона) при определении твердости породы самопишущий прибор регистрирует нагрузку и вычерчивает диаграмму деформации. По диаграмме определяют твердость рш, условный предел текучести дт, коэффициент пластичности Кпл и удельную контактную работу разрушения As. Данные о механических свойствах некоторых горных пород, определенных по методу Л. А. Шрейнера, приведены в табл. 5.5. Сопротивление породы разрушению зависит от характера нагрузки на буровой инструмент, внедряющийся в нее. При динамической (ударной) нагрузке сопротивление породы внедрению резца много ниже, чем при статическом давлении.
Таблица. Механические свойства некоторых горных пород (данные Л. А. Шрейнера и др.)
|
Горная порода |
Твердость рш· 107Па |
Условный предел текучести, дт · 107Па , |
Коэффициент пластичности, Кпл |
Модуль упругости первого рода (модуль Юнга), Е · 1010Па |
Удельная контактная работа разрушения As · 105Дж/м2 |
|
|
Гипс |
25-40 |
15-35 |
1,8-3,7 |
0,6-1,4 |
0,2-0,5 |
|
|
Аргиллит и глинистые сланцы |
20-75 |
15-40 |
1.3-3,3 |
0,5-0,9 |
0,3-0,4 |
|
|
Алевролит с карбонатным ба зальным цементом |
||||||
|
70-90 |
40-50 |
2,2-3,3 |
0,4-1,2 |
0,8-1,3 |
||
|
Мрамор |
95-130 |
65-70 |
2,2-3,0 |
3,5 |
1,3 |
|
|
Ангидрит |
105-140 |
40-95 |
2,1-4,3 |
1,8-5,4 |
0,5-1,2 |
|
|
Известняк плотный |
110-200 |
50-110 |
1,7-2,8 |
2-5 |
0,7-2,8 |
|
|
Песчаник среднезернистый |
||||||
|
с карбонатным цементом |
170-300 |
140-210 |
1,7-2,8 |
1,8-2,5 |
2,2-2,8 |
|
|
Доломит плотный |
250-320 |
150-220 |
2,5-4,5 |
5-8 |
1,7-3,4 |
|
|
Гранит (уральский) |
300-370 |
220-300 |
1,4-1,9 |
4,1-5 |
2 |
|
|
Базальт |
390 |
140 |
4,2 |
3,3 |
16,9 |
|
|
Диорит кварцевый (Урал) . |
410 |
340 |
1,4 |
4,5 |
2,5 |
|
|
Сиенит (Урал) |
570 |
480 |
2,2 |
8,8 |
14,6 |
|
|
Диабаз (Кольский п-ов) |
630 |
500 |
1,5 |
10 |
5,1 |
|
|
Кварцит (Караганда) |
580-630 |
- |
1,0 |
6,9-7,3 |
4-6 |
|
|
Роговик эгириновый (Кривой Рог) |
800 |
580 |
2,5 |
10 |
Абразивность горной породы - горно-технологическое свойство, характеризующее способность горной породы изнашивать контактирующие с ней поверхности.
Абразивность горной породы зависит от твердости породообразующих минералов, от характера сцепления зерен друг с другом, от крупности и формы зерен, от плотности породы и степени ее трещиноватости. Наиболее абразивными являются крупнокристаллические породы, состоящие из зерен твердых минералов, слабо связанных между собой, и образующие при бурении крупный остроугольный шлам. Трещиноватые породы более абразивны, чем нетрещиноватые, монолитные.
Для оценки абразивности горных пород предложено много способов, однако в основании их положен один и тот же принцип: это истирание эталонного материала (коронка, стеклянный диск, стальной стержень и т.д.) испытуемой породой в полевых условиях. Наиболее часто применяются способы по потере веса шариков или стального стержня. Способ стержня, разработанный Л. И. Бароном и А. В. Кузнецовым, заключается в определении потери веса стержня из стали серебрянки при трении о горную породу. Стержень изготавливается из необработанной термической стали серебрянки. Диаметр стержня 8 мм. Способ пригоден для пород и минералов с твердостью 3 и выше по шкале Мооса.
Упругость горных пород - способность породы восстанавливать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних усилий.
Пластичность горных пород - способность породы необратимо изменять (без нарушения сплошности), свою форму и размеры под действием внешних усилий; чаще всего проявляется в условиях всестороннего сжатия породы.
Пористость г.п. - наличие в породе пустот (пор); оценивается коэффициентом пористости, представляющим собой отношение суммарного объема пор и пустот в породе к объему породы.
К основным физическим свойствам горных пород относятся плотность пород и плотность твердого компонента породы. Плотностью породы называется масса единицы объема породы с естественной влажностью и ненарушенным строением.
геология строительство аллювиальный фильтрация
Таблица. Плотность наиболее распространенных минералов и горных пород
|
Минерал, горная порода |
y . 103, кг/м3 |
Минерал, горная порода |
y . 103, кг/м3 |
|
|
Алмаз |
3,52 |
Магнетит |
5,17 |
|
|
Кварц |
2,65 |
Галенит |
7,50--7,15 |
|
|
Топаз |
3,40-,55 |
Ангидрит |
2,8-3,0 |
|
|
Корунд |
4,02 |
Апатит |
3,16-3,27 |
|
|
Пирит |
5,02-4,91 |
Барит |
4,3-4,7 |
|
|
Вольфрамит |
6,7-7,5 |
Сфалерит |
3,5-4,2 |
|
|
Галит |
2,17 |
Тальк |
2,7-2,8 |
|
|
Гипс |
2,3-2,4 |
Флюорит |
3,01-3,25 |
|
|
Глауконит |
2,2-2,9 |
Халцедон |
2,59-2,64 |
|
|
Графит |
2,09-2,25 |
Халькопирит |
4,1-4,3 |
|
|
Каолинит |
2,58-2,60 |
Хлорит |
2,6-3,0 |
|
|
Доломит |
1,80-3,15 |
Шеелит |
5,8-6,2 |
|
|
Кальцит |
2,6-2,8 |
Шпинель |
3,5-3,7 |
|
|
Магнезит |
2,9-3,1 |
Гранит |
2,55-2,67 |
|
|
Сидерит |
3,0-3,9 |
Гранодиорит |
2,62-2,78 |
|
|
Касситерит |
6,8-7,1 |
Сиенит |
2,57-2,65 |
|
|
Малахит |
3,9-4,03 |
Серпентинит |
2,48-3,60 |
|
|
Монтмориллонит |
2,04-2,52 |
Липарит |
2,14-2,59 |
|
|
Нефелин |
2,55-2,65 |
Порфир кварцевый |
2,54-2,66 |
|
|
Дунит серпентизированный |
2,66-3,20 |
Андезит |
2,17-2,68 |
|
|
Лабрадорит |
2,63-2,69 |
Базальт |
2,22-2,85 |
|
|
Габбро |
2,75-3,10 |
Диабаз |
2,62-2,95 |
|
|
Габбро-норит |
2,90-3,09 |
Перидотит |
2,88-3,29 |
|
|
Норит |
2,94-3,05 |
Песок |
1,3-2,0 |
|
|
Сланец слюдистый |
2,6-2,75 |
Алевролит |
1,8-2,8 |
|
|
Известняк |
||||
|
мраморизованный |
2,65-2,68 |
Песчаник |
2,0-2,9 |
|
|
Кварцит |
2,62-2,65 |
Песчаный сланец |
2,3-3,0 |
|
|
Мрамор |
2,68-2,72 |
Брекчия |
1,6-3,0 |
|
|
Глина |
1,2-2,4 |
Конгломерат |
2,1-3,0 |
|
|
Аргиллит |
1,7-2.9 |
Мергель |
1,5-2,8 |
|
|
Сланец глинистый |
2,3-3,0 |
Известняк |
1,8-2,9 |
|
|
Опал |
1,9-2,5 |
Доломит |
1,9-3,0 |
|
|
Пирротин |
4,58-4,7 |
Гипс |
2,1-2,5 |
|
|
Серпентин |
2,5-2,6 |
Ангидрит |
2,4-2,9 |
|
|
Биотит |
2,69-3,0 |
Соль каменная |
2,15-2,3 |
|
|
Мусковит |
2,5-3,0 |
Опока |
1,0-1,6 |
|
|
Флогопит |
2,7-3,0 |
Кремень |
2,52-2,6 |
Устойчивость - способность породы длительное время сохранять первоначальное положение при вскрытии ее в массиве (при бурении скважин, проходке шахт и других горных выработок); зависит от условий залегания, характера связи между частицами породы, трещиноватости и степени выветривания. При бурении в слабоустойчивых породах обрушаются стенки скважины, снижается выход керна, повышается износ буровых коронок и снижается скорость бурения за счет потери времени на борьбу с осложнениями.
Трещиноватость г.п. - совокупность в породе трещин различного происхождения и разных размеров. Наличие трещиноватости уменьшает прочность породы, но увеличивает ее абразивность.
Водопоглощение г.п. - способность сухой породы впитывать воду при выдерживании ее в воде при атмосферном давлении и комнатной температуре; определяется как отношение разности в массах свободнонасыщенного и сухого образца породы к массе сухого образца.
3.1 Описание условий образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальных)
Алювиальные отложения - отложения, которые содержатся на дне заводи (речной долины), которая периодически затапливается водой.
По характеру осадков и месту их накопления речные отложения делят на: дельтовые, русловые, пойменные и старичные. Пойменный аллювий откладывается в период паводка и представляет собой суглинки различного состава, глины и мелкозернистые пески. Отложения поймы обычно обогащены органическими материалами.
Речные долины служат местом активной производственной деятельности человека. В связи с этим аллювиальные отложения зачастую попадают в сферу строительных работ. В речных долинах, на поймах и надпойменных террасах часто приходится строить крупные здания и сооружения, передающие значительные нагрузки на грунт. Примером могут служить элеваторы, речные вокзалы, различные портовые сооружения и др. В качестве оснований для них принимают древний уплотненный аллювий аккумулятивных террас и русловые отложения, так как русловой аллювий, представленный крупными обломками и песком, способен выдерживать тяжелые сооружения. Русловые отложения в долинах крупных рек служат хорошим основанием для мостовых переходов. В случаях, когда русловой аллювий перекрывается пойменными и старичными отложениями, используют свайные фундаменты.
Древний пойменный аллювий в виде суглинков и глин твердой консистенции является хорошим основанием. Однако следует иметь в иду, что на древних террасах аллювиальные суглинки часто имеют лессовидный облик и могут обладать просадочными свойствами. В этом случае строительство следует вести как на лессовых просадочных грунтах. Современный пойменный аллювий обладает высокой влажностью, либо вообще находится в водонасыщенном состоянии с низкой несущей способностью. Суглинки и глины легко переходят в пластичное и даже текучее состояние.
Наиболее слабыми из аллювиальных отложений являются иловатые старичные. При строительстве между подошвой фундамента и иловатым грунтом применяют песчаные подушки или свайные фундаменты. Следует учитывать и такую характерную особенность аллювиальных отложений, как многослойность их толщ с наличием линз и пропластков. Слои и прослои под нагрузкой могут обладать различной сжимаемостью, что значительно усложняет расчет осадки сооружений. Особенно большая опасность угрожает зданию, если его фундамент в разных своих частях опирается на грунты с различной сжимаемостью. С аллювиальными отложениями связаны такие явления, как плывунность песчаных и набухание глинистых грунтов.
4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО И ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВОЗРАСТА ПОРОД
4.1 Относительный возраст горных пород и методы его определения
Определение относительного возраста пород- это установление, какие породы образовались раньше, а какие - позже.
Относительный возраст осадочных г.п. устанавливается с помощью геолого-стратиграфических (стратиграфического, литологического, тектонического, геофизических) и биостратиграфических методов.
Стратиграфический метод основан на том, что возраст слоя при нормальном залегании определяется - нижележащие их слои являются более древними, а вышележащие более молодыми. Этот метод может быть использован и при складчатом залегании слоев. Не может быть использован при опрокинутых складках.
Литологический метод основан на изучении и сравнении состава пород в разных обнажениях (естественных- в склонах рек, озер, морей, искусственных - карьерах, котлованах и т.д.). На ограниченной по площади территории, отложения одинакового вещественного состава (т.е. состоят из одинаковых минералов и горных пород) , могут быть одновозрастными. При сопоставлении разрезов различных обнажений используют маркирующие горизонты, которые отчетливо выделяются среди других пород и стратиграфически выдержаны на большой площади.
Тектонический метод основан на том, что мощные процессы деформации г.п. проявляются (как правило) одновременно на больших территориях, поэтому одновозрастные толщи имеют примерно одинаковую степень дислоцированности (смещения). В истории Земли осадконакопления периодически сменялись складчатостью и горообразованием.
Возникшие горные области разрушались, а на выровненную территорию вновь наступало море, на дне которого уже несогласно накапливались толщи новых осадочных г.п. в этом случае различные несогласия служат границами, подразделяющими разрезы на отдельные толщи.
Геофизические методы основаны на использовании физических характеристик отложений (удельного сопротивления, природной радиоактивности, остаточной намагниченности г.п. и т.д.) при их расчленении на слои и сопоставлении.
Расчленение пород в буровых скважинах на основании измерений удельного сопротивления г.п. и пористости называется электрокаротаж, на основании измерений их радиоактивности - гамма-каротаж.
Изучение остаточной намагниченности г.п. называют палеомагнитным методом; он основан на том, что магнитные минералы, выпадая в осадок, распластаются в соответствии с магнитным полем Земли той эпохи которая, как известно, постоянно менялась в течении геологического времени. Эта ориентировка сохраняется постоянно, если порода не подвергается нагреванию выше 500°С (т.н. точка Кюри) или интенсивной деформации и перекристаллизации. Следовательно, в различных слоях направление магнитного поля будет различным. Палеомагнитизм позволяет т.о. сопоставлять отложения значительно удаленные друг от друга (западное побережье Африки и восточное побережье Латинской Америки).
Биостратиграфические или палеонтологические методы состоят в определении возраста г.п. с помощью изучения ископаемых организмов (подробно палеонтологические методы будут рассмотрены в следующей лекции).
Определение относительного возраста магм. И метам. Г.п. (все выше охарактер. Методы - для определения возраста осадочных пород) осложнено отсутствием палеонтологических остатков. Возраст эффузивных пород, залегающих совместно с осадочными устанавливается по соотношению к осадочным породам.
Относительный возраст интрузивных пород определяется по соотношению магматических пород и вмещающих осадочных пород, возраст которых установлен.
Определение относительного возраста метармофических пород аналогично определению относительного возраста магматических пород.
4.2 Абсолютный возраст горных пород и методы его определения
Абсолютная геохронология устанавливает возраст г.п. в единицах времени. Определение абсолютного возраста необходимо для корреляции и сопоставления биостратиграфических подразделений различных участков Земли, а также установления возраста лищенных палеонтологических остатков фанерозойских и долембрийских пород.
К методам определения абсолютного возраста пород относятся методы ядерной (или изотопной геохронологии) и не радиологические методы
Методы ядерной геохронологии в наше время являются наиболее точными для определения абсолютного возраста г.п., в основе которых лежит явление самопроизвольного превращения радиоактивного изотопа одного элемента в стабильный изотоп другого. Суть методов состоит в определении соотношений между количеством радиоактивных элементов и количеством устойчивых продуктов их распада в горной породе. По скорости распада изотопа, которая для определенного радиоактивного изотопа есть величина постоянная, количеству радиоактивных и образовавшихся стабильных изотопов, рассчитывают время, прошедшее с начала образования минерала (соотв. И породы).
Разработано большое число радиоактивных методов определения абсолютного возраста: свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронциевый, радиоуглеродный и др. (выше установленный возраст Земли 4,6 млрд. лет не установлен с применением свинцового метода).
Нерадиологические методы уступают по точности ядерным.
Соляной метод был применен для определения возраста Мирового океана. Он основан на предположении, что воды океана были первоначально пресными, то, зная современное количество солей с континентов, можно определить время существования Мирового океана (~ 97 млн. лет).
Седиментационный метод основан на изучении осадочных пород в морях. Зная объем и мощность морских отложений в з.к. в отдельных системах и объем минерального вещества, ежегодно сносимого в моря с континентов можно вычислить продолжительность их наполнения.
Биологический метод базируется на представлении о сравнительно равномерном развитии орг. мира. Исходный параметр - продолжительность четвертичного периода 1,7 - 2 млн. лет.
Метод подсчета слоев ленточных глин, накапливающихся на периферии тающих ледников. Глинистые осадки откладываются зимой, а песчаные летом и весной, т.о. каждая пара таких слоев результат годичного накопления осадков (последний ледник на Балтийском море прекратил свое движение 12 тысяч лет назад).
4.3. Исходные данные к вопросу определения возраста пород
|
Десятки шифра |
Индексы |
Единицы шифра |
Индексы |
|
|
2 |
QII Эра кайнозойская KZ, период Четвертичный (антропогеновый), отдел Среднечетвертичный |
4 |
J2 Эра мезозойская, период Юрский, отдел Среднеюрский |
|
|
C2 Эра палеозойская PZ, Период каменноугольный, Отдел среднекаменноуг. |
QIII Эра кайнозойская KZ, период Четвертичный (антропогеновый), отдел Верхнечетвертичный |
5. СУЩНОСТЬ ЭНДОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ
От внутренних оболочек Земли поступают три вида энергии: термодинамическая, механическая и ядерного распада. Эта энергия вызывает процессы внутренней динамики, основанные на действии тектонических сил.
Например: землетрясения, вулканы, дрейф континентов, подъемы и опускания различных участков земной поверхности - это процессы внутренней динамики.
Эндогенные процессы - (греч. endon внутри и genes рожденный) разнообразные движения земных слоев, их метаморфизация и проявления вулканизма. Эндогенные процессы происходят при внезапных разрядках напряжений в ходе химических процессов и распада радиоактивных веществ в высокотемпературных недрах Земли (глубже земной коры), от силы тяжести, вызывающей прогибы участков земной коры, и от вращения Земли вокруг своей оси, способствующего горизонтальному смещению отдельных ее участков (тектоника плит). Эти силы вызывают землетрясения и вулканические извержения, метаморфизацию горных пород и образования складок в земных слоях, медленные подъемы и опускания платформ и щитов, прогибы на дне океанов и вдоль поднимающихся горных хребтов. Образуется структурный рельеф земной поверхности.
6. СУЩНОСТЬ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ
Энергия Солнца, воздействие космоса, силы притяжения, сложные физико-химические реакции, постоянно протекающие в недрах Земли - это факторы, изменяющие ее поверхность, климат, состав атмосферы, а вместе с тем и органический мир, который в свою очередь оказывает активное влияние на Землю.
Все воздействующие на планету Земля процессы подразделяются на: экзогенные (протекающие на поверхности Земли и в приповерхностных слоях земной коры) и эндогенные (протекающие в недрах Земли). К экзогенным процессам относятся: выветривание, действие наземных и подземных вод, деятельность живых организмов, в том числе человека. К эндогенным -- тектонические движения в земной коре, магматические процессы (образование магмы и магматических горных пород), метаморфические процессы (преобразование горных пород),
Процессы, протекающие на протяжении многих миллиардов лет развития Земли, формируют ее рельеф, климат, атмосферу.
Экзогенные процессы -- процессы, имеющие своим источником силы вне земли. Непосредственными геологическими агентами экзогенного характера являются -- солнечная теплота, атмосфера, вода, органическая жизнь. Деятельность экзогенных процессов сводится к тому, чтобы неуклонно разрушать части земной поверхности, расположенные выше, перемещать продукты такого разрушения и отлагать их в областях, расположенных гипсометрически ниже. Таким образом, в деятельности экзогенных агентов можно различить две стороны, взаимно противоположные -- отложение, разрушение и перемещение. Совокупность этих последних процессов называется денудацией, а самые явления получили название денудационных.
6.1 Исходные данные к вопросу определения возраста пород
Число единиц шифра - 4, Процесс - Почвообразование
Число десятков шифра - 2, Процесс - Плывуны
Почвообразование - превращение коры выветривания любых горных пород или верхнего слоя осадочной горной породы в почву под влиянием факторов почвообразования: материнская порода, климат, растительный и животный мир, рельеф, геологический возраст территории, хозяйственная деятельность человека. Изменчивость факторов почвообразования во времени и пространстве обусловила формирование разнообразных типов почв.
Процесс формирования почв. Все горные породы, покрывающие поверхность земного шара, с первых же моментов их образования под влиянием различных процессов начинали немедленно разрушаться. Сумма процессов преобразования горных пород на поверхности Земли называется выветриванием или гипергенезом. Совокупность продуктов выветривания называется корой выветривания. Процесс преобразования исходных пород в кору выветривания чрезвычайно сложен и включает в себя многочисленные процессы и явления. В зависимости от характера и причин разрушения горных пород различают физическое, химическое и биологическое выветривание, которое сводится обычно к физическому и химическому воздействию организмов на горные породы.
В процессе выветривания (гипергенеза) изменялся первоначальный облик горных пород, как и их элементный и минеральный состав. Первоначально массивные (т.е. плотные и твердые) горные породы постепенно переходили в раздробленное состояние. Примерами раздробленных в результате выветривания горных пород могут служить дресва, песок, глина. Становясь раздробленными, горные породы приобретали ряд новых свойств и особенностей: они становились более проницаемыми для воды и воздуха, в них увеличивалась общая поверхность их частиц, усиливавшая химическое выветривание, образовывались новые, в том числе и легко растворимые в воде соединения и, наконец, горные породы приобретали способность удерживать в себе влагу, имеющую большое значение для обеспечения растений водой.
Рыхлые и способные впитывать воду горные породы становились благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий и различных растительных организмов. Постепенно происходило обогащение верхнего слоя коры выветривания продуктами жизнедеятельности организмов и их отмирающими остатками. Разложение органических веществ и присутствие кислорода приводило к сложным химическим процессам, в результате которых происходило накопление в горной породе элементов зольной и азотной пищи. Таким образом, горные породы поверхностного слоя коры выветривания (их еще называют почвообразующими, коренными или материнскими породами) стали почвой. В состав почвы, таким образом, входит минеральная компонента, соответствующая составу коренных пород, и органическая компонента.
Поэтому началом процесса почвообразования можно считать тот момент, когда на продуктах выветривания горных пород поселились растительность и микроорганизмы. С этого момента раздробленная горная порода стала почвой, т.е. качественно новым телом, обладающим рядом качеств и свойств, самым существенным из которых является плодородие. В этом отношении все существующие почвы на земном шаре представляют собой естественно-историческое тело, образование и развитие которого связано с развитием всей органической жизни на земной поверхности. Один раз зародившись, почвообразовательный процесс никогда не прекращался.
Климат играет огромную роль в процессах почвообразования, его влияние очень многообразно. Основными метеорологическими элементами, определяющими характер и особенности климатических условий, являются температура и осадки. Годовое количество поступающего тепла и влаги, особенности их суточного и сезонного распределения обуславливают совершенно определенные процессы почвообразования. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы. Движение воздушных масс (ветер) влияет на газообмен почвы и захватывает мелкие частички почвы в виде пыли. Но климат оказывает влияние на почву не только непосредственно, но и косвенно, поскольку существование той или иной растительности, обитание тех или иных животных, а также интенсивность микробиологической деятельности обусловлена именно климатическими условиями.
Плывун -- насыщенный водой грунт, способный растекаться и оплывать под воздействием давления вышележащих пород или других механических воздействий. Плывунами могут быть грунты, содержащие очень мелкие частицы, которые начинают играть роль смазывающего вещества между крупными частицами грунта. Плывун, содержащий в большом количестве такие частицы, называют истинным, в отличие от ложного, свойства которого проявляются только под воздействием значительного давления воды. При промерзании истинный плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду. При высыхании приобретает связность. В образовании истинных плывунов большую роль играют микроорганизмы. По своему проявлению плывун - это загерметизированный самой природой объем, внутри которого находится под давлением водонасыщенный мельчайший песок, почти что ил. Наличие плывунов в значительной степени определяет характер взаимодействия инженерных сооружений с грунтом. Дом может стоять на плывуне и при этом не испытывать никаких неудобств. Неприятности начинаются, когда нарушается герметичность плывуна. Эффект при этом будет такой же, как если сидеть на надутой камере, которую вдруг кто-то проткнет. Плывун - наиболее часто произносимое слово при ведении строительных работ в С-Петербурге и Ленинградской области и некоторых других районах.
Рис.1. ССП -разрез по профилю, проходящему по набережной Обводного Канала город Санкт - Петербург
На рис.1. приведен участок ССП - разреза, полученного при профилировании вдоль Обводного канала, вблизи дома N 48 города Санкт - Петербурга. Здесь помечены три ореола, соответствующих выявленной системе плывунов. Один из этих соединенных между собой плывунов находится под домом №48. В результате проведения работ, направленных на расширение набережной Обводного канала, содержимое этих плывунов стало выходить непосредственно в Обводный канал. Потерявший при этом опору дом N 48 довольно быстро стал оседать и разрушаться. Как было отмечено выше, состояние повышенной нарушенности горных пород в ходе строительных работ и под воздействием уже функционирующего сооружения поднимается наверх. Как оказалось, верхняя граница плывуна также поднимается. В результате, зачастую получается так, что верхняя граница плывуна за время эксплуатации дома оказывается настолько близко к поверхности, что малейшее проникновение в грунт, например, при ремонте коммуникаций (которые при прокладке находились еще вне плывуна), может вызвать выход плывуна. В условиях, когда вероятность наличия плывуна достаточно велика, очень важно вести строительные работы так, чтобы не выпустить плывун, уходящий под дом. Это оказалось возможным соблюсти с помощью метода ССП. Поскольку плывуны контролируются зонами тектонических нарушений, то именно их и следует картировать. Эффективность такого прогноза влияния строительных работ на уже построенные дома проверялась многократно. Так, если под домом проходит ЗТН, то можно быть уверенным, что ведение строительных работ на продолжении этой зоны вызовет выпуск плывуна, находящегося под домом, и следовательно, развитие трещин в его несущих конструкциях. Последовательность событий следующая. Сначала начинается выход воды в только что сделанном котловане. Бывает, что ее приходится откачивать чуть ли не годами. При этом происходит выпуск плывуна из-под соседнего со строительной площадкой дома. Сначала это проявляется тем, что начинают садиться (уходить в грунт) те части дома, которые находятся непосредственно над плывуном. При этом начинает развиваться микронарушенность грунта в этих местах, и сквозь него тоже начинает выходить плывун. Начинается обводнение подвалов. Кажется, что поднимается почва в подвалах, но это опускается сам дом. Ну, а дальше идет развитие трещин в несущих конструкциях дома в зависимости от его конструкции.
7. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ И ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются подземными водами. Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки земного шара. Они встречаются а буровых скважинах на глубине до нескольких километров. По данным В.И. Вернандского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000о С диссоциированы всего на 2%. Приблизительные подсчёты запасов пресной воды в недрах Земли до глубины 16 километров дают величину 400 миллионов кубических километров, т.е. около 1/3 вод Мирового океана.
Гидрогеология (от гидро - вода и геология) наука о подземных водах, изучающая их состав и свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами.
Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией (в том числе и с инженерной геологией), метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле; опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.
7.1 Классификация подземных вод
Существует две главных классификации подземных вод:
1) Классификация по условиям залегания в земной коре
> Верховодка
Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабо- проницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление - временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.
К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя. Почвенные воды представлены почти связанной водой. Капельножидкая вода в почвах присутствует только в период избыточного увлажнения.
> Грунтовые
Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах - выше. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа.
Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое.
Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях - один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
> Межпластовые (артезианские)
Межпластовыми называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Если в центре такой чаши, или мульды, заложить артезианскую скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по закону сообщающихся сосудов.
Размеры артезианских бассейнов бывают весьма значительными - до сотен и даже тысячи километров. Области питания таких бассейнов зачастую значительно удалены от мест извлечения воды. Так, воду, выпавшую в виде осадков на территории Германии и Польши, получают в артезианских скважинах, пробуренных в Москве; в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.
Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её практического использования.
Рис.2 Классификация подземных вод по условиям залегания в земной коре
2) Классификация по характеру использования
> Хозяйственно-питьевые воды
Подземные воды широко используют для хозяйственно-питьевых целей. Пресные подземные воды - лучший источник питьевого водоснабжения, поэтому их использование для других целей не допускается.
Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подземные воды интенсивного водообмена. Глубина залегания пресных подземных вод от поверхности Земли обычно не превышает нескольких десятков метров. Однако в некоторых районах они могут залегать на глубине от 300 до 500 м.
В последние годы для хозяйственно-питьевого водоснабжения также стали использовать солоноватые и соленые подземные воды после их искусственного опреснения.
> Технические воды
Эти воды используют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требования к подземным техническим водам отражают специфику того или иного вида производства.
> Промышленные воды
Содержат в растворе большое количество полезных элементов (йод, бром и др.) в количестве, имеющем промышленное значение. Обычно они залегают в зоне замедленного водообмена, минерализация их высокая (от 20 до 600 г/л), состав хлоридно-натриевый, а температура достигает 60-80С.
Эксплуатация подземных вод с целью добычи йода и брома рентабельна лишь при глубине залегания вод не более 3 км, уровне воды в скважине не ниже 200 м, количестве извлекаемой воды в сутки не менее 200 куб.м.
> Минеральные воды
Подземные воды, имеющие повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных компонентов. Они выходят на поверхность земли источниками или вскрываются буровыми скважинами.
> Термальные воды
Имеют температуру более 37С и залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков и сотен метров (в горно - складчатых районах) до нескольких километров (на платформах).
По трещинам в земной коре термальные воды часто выходят на поверхность земли, образуя горячие источники с температурой до 100С (Камчатка, Кавказ). Запасы этих вод в земной коре очень большие и их активно используют для теплофикации городов и энергетических целей, например, Паужетская геотермальная станция на Камчатке.
7.2 Исходные данные к вопросу о состоянии и условиях залегания воды в горных породах
|
Число единиц шифра |
Состояние воды |
Число десятков шифра |
Условия залегания и движения воды |
|
|
4 |
В твердом состоянии |
2 |
Грунтовая |
7.2.1 Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества в различных интервалах температур и давлений
Основными агрегатными состояниями вещества считают: газообразное, жидкое и твердое состояния, переходы между которыми обычно сопровождаются скачкообразными изменениями плотности, энтропии и других физических свойств. Четвертым агрегатным состоянием вещества считают плазму.
Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул/атомов и в их взаимодействии.
Твердая фаза - агрегатное состояние вещества, характеризуемое жесткой молекулярной структурой. В этом состоянии молекулы вещества совершают малые колебания около фиксированных положений равновесия.
Фазовый переход - переход вещества из одной фазы в другую. Различают: - фазовые переходы первого рода, при которых скачкообразно изменяются плотность, внутренняя энергия и другие термодинамические характеристики, а также выделяется или поглощается определенное количество теплоты (теплоты фазового перехода); - фазовые переходы второго рода, при которых термодинамические функции изменяются непрерывно, а теплота не выделяется и не поглощается.
Горные породы содержат различные виды воды. Ее состояние и свойства в рыхлых песчаных и глинистых породах впервые были экспериментально изучены советским ученым А. Ф. Лебедевым, выделившим несколько видов воды в горных породах, отличающихся физическими свойствами. Позднее идеи А. Ф. Лебедева получили дальнейшее развитие в работах В. А. Приклонского, А. А. Роде, А. М. Васильева, В. Д. Ломтадзе, Е. М. Сергеева.
Вода в твердом состоянии находится в горных породах или в виде отдельных кристаллов, или в виде линз и прослоев чистого льда. Она образуется при сезонном промерзании водонасыщенных горных пород, но особенно широко развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород (в Сибири, Канаде и других районах).
Лед - вода в твердом состоянии. В природе лед представлен главным образом одной кристаллической разновидностью с плотностью 931 кг/куб.м. в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. Под действием собственного веса лед приобретает пластические свойства и текучесть.
Основные запасы льда на Земле составляют около 30 млн.куб.км. и сосредоточены в полярных странах.
Различают: - атмосферный лед: снег, иней, град; - водный лед, образующийся на поверхности воды (ледяной покров) и в массе воды на различной глубине (внутриводный, донный лед); - подземный лед; - ледниковый лед.
7.2.2 Условия залегания и движения грунтовых вод
Рис. 3. Условия залегания и питания подземных вод различного типа.
Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные) воды первого от поверхности Земли стабильного водоносного горизонта, заключенного в рыхлых отложениях или верхней трещиноватой части коренных пород, залегающего на первом от поверхности, выдержанном по площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью распространения водопроницаемых пород. Верхняя граница зоны насыщения называется уровнем или зеркалом грунтовых вод. Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом, мощность которого определяется расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. Она изменяется в пространстве и во времени. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет инфильтрации вод рек и других поверхностных водоемов.
По гидравлическим свойствам грунтовые воды безнапорные со свободной поверхностью. Уровень воды в буровых скважинах и колодцах, вскрывающих грунтовые воды, устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе их свободной поверхности. Выше уровня грунтовых вод располагается капиллярная кайма.
Движение грунтовых вод подчиняется силе тяжести и осуществляется в виде потоков по сообщающимся порам или трещинам. Зеркало грунтовых вод до известной степени повторяет рельеф поверхности, и грунтовые потоки движутся от повышенных участков (начиная от водораздела грунтовых вод) к пониженным участкам (оврагам, рекам, озерам, морям), где происходит их разгрузка в виде нисходящих источников (родников) или скрытым субаквальным рассредоточенным способом (например, под водами русел рек, дном озер и морей). Такие области называются областями разгрузки или дренирования (франц. "дренаж" - сток). Грунтовый поток, направленный к местам разгрузки, образует криволинейную поверхность, называемую депрессионной. Течение грунтовой воды называется фильтрацией. Она зависит от наклона зеркала грунтовых вод или от гидравлического (напорного) градиента, а также от водопроницаемости горных пород.
Движение грунтовых вод через относительно мелкие поры и неширокие трещины происходит в виде отдельных струек и называется ламинарным (параллельно-струйчатым) и только в галечниках, сильно трещиноватых и закарстованных породах приобретает местами турбулентный характер. Скорость движения воды V, по линейному закону А. Дарси, пропорциональна коэффициенту проницаемости (коэффициенту фильтрации) К и гидравлическому градиенту J: V=KJ, где J=h (разница высот) /е (пройденное расстояние).
Скорость движения воды в песках от 0,5 до 1-5 м/сут., в галечниках значительно увеличивается. Особенно большая скорость потока грунтовых вод местами наблюдается в крупных подземных карстовых каналах и пещерах. Расход грунтовых вод (Q) прямо пропорционален гидравлическому градиенту (J) и площади поперечного сечения (F): Q = KJF, или Q=VF.
Режим грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод, количество и качество их изменяются во времени. Это тесно связано с меняющимся количеством инфильтрующихся атмосферных осадков. В многоводные годы при большом количестве атмосферных осадков (включая и снеговой покров) уровень грунтовых вод повышается, а в маловодные годы понижается. При таких колебаниях некоторые слои пород то заполняются водой, то осушаются. В результате периодически появляется зона переменного насыщения, находящаяся над зоной постоянного насыщения. Вместе с колебанием уровня грунтовых вод изменяется дебит (франц. "дебит" - расход) источников, а иногда и химический состав. В режиме грунтовых вод определенное значение имеет также их взаимодействие с поверхностными водотоками и другими водоемами. Направленность процессов взаимодействия во всех случаях определяется соотношением уровней подземных и поверхностных вод, что связано с рядом факторов, среди которых важнейшее значение имеют климатические условия. В районах с влажным и умеренным климатом реки, как правило, дренируют подземные воды, уровень которых имеет наклон к реке, но во время половодья и паводков происходит отток воды из реки и повышение уровня грунтовых вод. В этом случае реки выступают в качестве временного дополнительного источника питания подземных вод, в результате происходит сокращение или полное прекращение разгрузки грунтовых вод в бортах долины реки. После спада паводка уровень грунтовых вод, стремясь к равновесию, постепенно снижается и приобретает свой обычный уклон к реке. При изучении режима грунтовых вод важно знать: 1) высотное положение их уровня и уменьшение его во времени и по площади; 2) дебит источников; 3) количество выпадающих атмосферных осадков; 4) изменение уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми связаны грунтовые воды.
8. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ФИЛЬТРАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ И РАСХОДА ПЛОСКОГО ПОТОКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД. ТРЕБОВАНИЯ К ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ. ПРИЧИНЫ АГРЕССИВНОСТИ ВОДЫ К БЕТОНУ И МЕТАЛЛУ
Движение подземных вод подчиняется определенным законам и им присущи определенные формы передвижения.
Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру движения и подчиняются двум законам. Если движение грунтового потока в водоносных слоях (песке, галечнике, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или ламинарный характер, то и он подчиняется закону Дарси. Ламинарный характер движения воды наблюдается также в трещиноватых породах, но при скорости движения не более 400 м/сутки.
Подобные документы
Значение инженерной геологии для строительства. Физико-механические свойства горных пород. Суть процессов внешней динамики Земли (экзогенных процессов). Классификация подземных вод, основной закон фильтрации. Методы инженерно-геологических исследований.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 26.07.2010Характеристики и свойства горных пород и их породообразующих минералов. Условия образования эоловых отложений. Составление инженерно-геологической характеристики грунтов. Описание подземных межмерзлотных вод, особенности их существования и движения.
контрольная работа [588,9 K], добавлен 31.01.2011Происхождение, минеральный состав, структура, текстура и практическое значение серпентинитов, габбро и супеси. Относительный возраст горных пород. Указание по построению карты гидроизогипс для выполнения изыскательских работ на строительной площадке.
контрольная работа [956,1 K], добавлен 10.01.2014Сущность понятия "инженерная геология". Минерал мусковит и порода сенит-порфит, супесь, мел. Условия образования и строительные свойства грунтовых отложений. Процесс просадки леса и обвала, возможные защитные мероприятия. Классификация подземных вод.
контрольная работа [59,7 K], добавлен 23.04.2010Методы определения возраста горных пород, слагающих Землю. Возраст пород слоя Базальт Карденас в восточной части Большого Каньона. Геологическая “блоковая" схема расположения пластов горных пород Большого Каньона. Ошибки радиологического датирования.
реферат [1,4 M], добавлен 03.06.2010Общее описание и характерные черты осадочных горных пород, их основные свойства и разновидности. Типы слоистости осадочных горных пород и структура. Содержание и элементы обломочных пород. Характеристика и пути образования химических, органогенных пород.
реферат [267,1 K], добавлен 21.10.2009Понятие о геологическом времени. Дегеологическая и геологическая стадии развития Земли. Возраст осадочных горных пород. Периодизация истории Земли. Общие геохронологическая и стратиграфическая шкалы. Методы определения изотопного возраста горных пород.
реферат [26,1 K], добавлен 16.06.2013Типы природных емкостей подземных вод, водоносность кристаллических и трещиноватых пород. Свойства порово-трещинного пространства, влагоемкость горных пород. Гидрогеологическая стратификация Прикаспийской впадины в пределах Астраханской области.
курсовая работа [333,5 K], добавлен 08.10.2014Составление инженерно-геологического разреза участка строительства и его интерпретация. Анализ рельефа, горных пород и их свойств, подземных вод, инженерно-геологических процессов. Оценка физико-механических свойств грунтов исследуемой территории.
курсовая работа [18,6 K], добавлен 26.01.2014Исторический образ, обзор первобытной обработки камня. Залегания горных пород и их внешний вид. Структура, текстура горных пород Южного Урала. Способы и оборудование для механической обработки природного камня. Физико-механические свойства горных пород.
курсовая работа [66,9 K], добавлен 26.03.2011
