Виды геологических процессов. Геология — наука о Земле. Формы рельефа, геологические структуры и карты

Как уже отмечалось, геологические процессы принято делить на эндогенные (глубинные) и экзогенные (поверхностные).

К эндогенным процессам относятся тектонические движения, сейсмические процессы , магматизм , вулканизм и метаморфизм. Данные вопросы были рассмотрены ранее в параграфах 2.1, 2.3, 3.3, 3.7.

Список экзогенных геологических процессов значительно более длинный. К ним относятся выветривание, процессы, связанные с геологической деятельностью подземных и поверхностных текучих вод, морей и озер, с деятельностью ветра и ледников, живых организмов, человека, склоновые и многие другие процессы. Часть из них, получила название инженерно-геологических процессов. Это процессы, связанные с деятельностью человека, а также естественные процессы, активно разрушающие окружающую среду, негативно влияющие на строительство и уже построенные сооружения (Карпенко, Дроздов, Ломакин, 2014).

Эндогенные геологические процессы

К эндогенным процессам относятся тектонические движения и сейсмические процессы, магматизм, вулканизм и метаморфизм.

Тектонические движения и сейсмические явления рассмотрены в параграфах 2.1 и 2.3. Тектонические движения бывают горизонтальными (тангенциальными, складчатыми) и вертикальными (эпейрогеническими, разрывными).

Горизонтальные движения длятся многие миллионы и миллиарды лет и совершаются на многие тысячи километров - перемещаются океаны и континенты. В архее и протерозое все современные континенты представляли собой единую площадь - Пангею, располагавшуюся в Южном полушарии. Далее она раскололась сначала на две части, а потом - на шесть. Еще в мезозое (200 млн лет назад) Африка отделялась от Евразии океаном Тетис. Остатки его - это Средиземное море.

В сам факт таких масштабных горизонтальных перемещений поначалу трудно поверить, но среди ученых-геологов он считается неоспоримо доказанным. Неясным остается механизм, осуществляющий горизонтальные движения. Предполагается, что его источником является конвективное движение вещества в астеносфере - в подкоровом объеме верхней мантии, в то время как геофизические данные указывают на это вещество как на твердое.

Горизонтальные тектонические движения выполняют колоссальную геологическую работу. Они сминают в складки пласты горных пород и заставляют их подняться в рельефе высокими горами или опуститься глубоко вниз, образуя океанические впадины. Они формируют разломы земной коры, многие из которых потом превращаются в моря и озера. По разломам земной коры внедряется магма, и формируются вулканы. Причиной землетрясений тоже являются горизонтальные движения.

Вертикальные движения имеют небольшую амплитуду - в десятки и несколько сотен метров, они постоянно то поднимают, то опускают поверхность континентов. В итоге на одной и той же территории поочередно образуется то неглубокое шельфовое море, то суша - низменность, равнина или невысокое плоскогорье.

Главным результатом вертикальных движений является накопление осадочного чехла. В то время, когда некая территория опускается ниже уровня океана, на ней происходит интенсивное накопление осадочного материала, приносимого реками с окружающей суши (см. рис. 2.6). Дополнительный материал дает само море за счет разрушения береговой линии. Отложенные на дне осадки постепенно уплотняются и каменеют. Через некоторое время данная территория вновь испытывает поднятие, превращается в сушу, на которой в разрезе горизонтально залегают морские осадочные породы.

Сейсмические явления - это землетрясения - мгновенные перемещения земной поверхности, вызванные перемещениями масс земной коры. Источник перемещений - горизонтальные движения земной коры, сталкивающие, тангенциальные, растягивающие (см. рис. 2.12). Землетрясения, как правило, приурочены к определенным участкам земной коры - геосинклинальным и складчатым поясам. Проявляются землетрясения в основном на границах тектонических структур, где происходит накопление значительных напряжений, готовых реализоваться в виде сейсмического толчка. Эти территории носят название сейсмических зон, обычно они совпадают с районами интенсивной вулканической деятельности.

Для оценки силы землетрясений используется несколько сходных между собой шкал. Первой была шкала Рихтера. В нашей стране использовалась близкая к ней шкала Медведева. В настоящее время часто используется шкала магнитуд. Относительная энергетическая характеристика землетрясения (магнитуда М) определяется так :

где Л - максимальная амплитуда смещения частиц почвы на удалении от эпицентра в 100 км; Л э - эталонная амплитуда слабого землетрясения.

В реальных случаях магнитуда составляет 9,5 баллов при очень сильных землетрясениях.

Сейсмические воздействия могут иметь различные проявления на инженерных объектах в зависимости от балльности землетрясений.

Воздействия землетрясений различной балльности опасны для всех гидротехнических сооружений, поэтому необходимо уделять внимание сейсмостойкости строительства плотин. Опыт показывает, что гидротехнические сооружения, построенные без учета сейсмического фактора, нередко подвергались частичному или полному разрушению.

При землетрясениях частицы грунта движутся в пространстве по сложной траектории, при этом возникают инерционные силы, величина и направление действия которых резко меняется во времени. В этом случае деформации сооружений и его элементов могут иметь сложный характер с преобладанием деформаций осевого растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и кручения, которые действуют динамически, приводя к волновым и колебательным движениям всего сооружения в целом. На рис. 4.7 показаны серьезные разрушения автомобильной трассы при землетрясении.

Рис. 4.7.

Землетрясения вызывают серьезные разрушения зданий, при которых возможны большие человеческие жертвы. Различный характер разрушений, интенсивность которых оценивается в пределах от 6 до 12 баллов по шкале Медведева - Спонейера - Карника, показан на рис. 4.8.

Рис. 4.8.

Наиболее крупными сейсмическими областями являются Тихоокеанский и Средиземноморский пояса. К первому приурочено 68% всех землетрясений, ко второму - свыше 20%. На территории России к сейсмическим областям относятся: Кавказ, Прибайкалье, Южное Приморье, Сахалин, Курильские острова.

В настоящее время техногенное воздействие на геологическую среду достигло такой силы, что стали возможными землетрясения, которые провоцирует деятельность человека.

Понятие «наведенная сейсмичность» включает в себя как возбужденные, так и инициированные сейсмические явления. В качестве основных техногенных причин выступают такие, которые создают избыточную нагрузку или, наоборот, недостаток давления. В качестве первых особенно характерны крупные водохранилища, создание которых провоцирует вероятность возбужденного землетрясения .

Магматизм и вулканизм - это совокупность геологических процессов, которые обусловлены движением магмы из недр Земли. Магма представляет собой природное высокотемпературное расправленное вязкое вещество земной коры, находящееся преимущественно в астеносфере и верхней мантии. Основной причиной плавления вещества и возникновения магматических очагов в литосфере является повышение температуры, а подъем магмы и ее прорыв в вышележащие горизонты происходят вследствие инверсии плотностей, при которых образуются очаги менее плотного и мобильного расплава. Движение магмы вверх происходит преимущественно по ослабленным тектоническим зонам - границам тектонических структур, разломам, осям складок.

Магма зарождается на различных глубинах и, поднимаясь вверх, разогревает и расплавляет горные породы, по которым происходит ее движение. В зависимости от характера продвижения магмы выделяют глубинный (интрузивный) магматизм и излившийся (эффузивный) магматизм (рис. 2.7).

С точки зрения химического состава магма представляет собой сложную многокомпонентную систему, образованную в основном кремнеземом Si0 2 и веществами, химически эквивалентными силикатам, - Al, Na, К, Са. В магме содержатся и летучие компоненты (пары воды и газы H 2 S, Н 2 , НС1, С0 2), которые химически очень активны, а их содержание при высоком давлении и высоких температурах может достигать 12%.

Внедряясь в толщу горных пород, магма распадается на две фазы - расплав и летучие компоненты, температура ее снижается, летучие компоненты проникаются вверх по трещинам горных пород, магма затвердевает и дает начало магматическим горным породам (габбро, граниты, лабрадориты и т.д.). Процессы магматизма играют исключительно важную роль в формировании земной коры, поставляя в нее материал из мантии и наращивая ее. Магматические горные породы составляют основную часть земной коры и занимают более 90% ее объема.

Вулканизм - это совокупность явлений, связанных с перемещением магмы и излиянием ее на поверхность. Вулканизм представляет собой природный геологический процесс, связанный с извержением (выбросом) на поверхность Земли, в атмосферу и гидросферу твердых и газообразных продуктов расплавленной магмы.

В настоящее время на континентах и островах Земли насчитывается в общей сложности около 500 действующих вулканов. Наземные вулканы образуются вблизи глубоководных желобов - там, где океаническая литосферная плита подвигается под другую литосферную плиту. Трение литосферных плит в этих зонах сопровождается выделением значительного тепла, что обеспечивает плавление базальтов и затянутых вместе с подвигаемой вниз плитой осадочных горных пород, где температура составляет около 1000°С. Расплавленные массы выжимаются наверх вместе с выделяющимся из базальтовых пород перегретым водяным паром и в результате этого происходят не только формирование континентальной коры, но и образование вулканов.

В расплавленной магме растворены водяные пары и различные газы (С0 2 , СО, НС1, HF, S0 2 , СН 4), которые давят на магму и под давлением поднимают ее по жерлу вулкана. Главный продукт вулканических извержений - это эффузивные магматические породы (риолиты, андезиты, базальты). Кроме них, из вулканических жерл выбрасываются газы и водяные пары, а также различные рыхлые твердые продукты (вулканический пепел, вулканический песок, вулканические бомбы, имеющие серо-черный цвет).

Вулканический пепел составляет главную массу твердых вулканических выбросов и представляет собой мелкие (от долей до миллиметра) остроугольные частицы, состоящие из вулканического стекла и различных минералов. Пепел часто выбрасывается вместе с мелкими частицами пемзы, которая представляет собой пористое вулканическое стекло, образованное в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав.

Облако вулканического пепла представляет собой опасную преграду для летящих самолетов. Острые частички пепла выводят из строя систему снабжения воздухом двигателя. Проблема проявляется даже при небольшой концентрации пепла.

Вулканический песок - это частицы лавы размером от 1 до 5 мм, практически всегда содержащие пепловые частицы.

Вулканические бомбы являются самым грубым твердым материалом, который выбрасывается вулканами при извержениях. Они могут иметь в поперечнике от нескольких сантиметров до метра. Это куски извергаемой лавы, выброшенные в пластическом состоянии и принявшие разнообразную форму (шарообразную, грушевидную, лепешкообразную и др.).

Самым высоким в Европе действующим стратовулканом является вулкан Этна (3340 м), расположенный на восточном побережье Сицилии и имеющий много боковых кратеров и кальдер, через которые периодически происходят выбросы лавы и вулканические извержения. На рис. 4.9 показаны спящие кальдеры вулкана Этна на о. Сицилия.

Рис. 4.9.

Продукты вулканического происхождения на потухших боковых кратерах вулкана Этна (о. Сицилия) в виде серо-черного вулканического песка и базальтовых отложений показаны на рис. 4.10.

Рис. 4.10.

Выпавшие на землю при извержении массы пепла вместе с вулканическим песком и частицами пемзы с течением времени уплотняются и подвергаются цементированию под действием различных природных факторов, в результате чего формируются горные породы, называемые вулканическими туфами.

Современные вулканы расположены на земном шаре поясами, вдоль крупных разломов и тектонически активных областей - Тихоокеанской, Средиземноморско-Индонезийской, Атлантической и Индийско-Африканской.

Ежегодно на земле происходит в среднем 20-30 вулканических извержений, которые, к сожалению, не обходятся без человеческих жертв. На территории России наиболее подвижная в тектоническом отношении зона - это полуостров Камчатка и Курильские острова, где активно наблюдаются проявления вулканизма. Извержения активно действующего вулкана Шивелуч происходят достаточно часто, последнее мощное извержение произошло в июне 2013 г., в результате чего произошел выброс вулканического пепла на 10 км.

Не менее ярким примером мощного проявления вулканизма может служить вулкан Эйяфьятлайокудль (Исландия), который 14 апреля 2010 г. начал свое извержение, продолжавшееся несколько недель (рис. 4.11). Столб пепла этого вулкана на несколько месяцев нарушил воздушное сообщение между Европой и Америкой.

Рис. 4.11.

С поствулканической деятельностью современных вулканов связаны гейзеры - источники, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды; фумаролы - небольшие отверстия и трещинки, по которым поднимаются струи водяных паров и горячих газов (Н 2 0, HF, S0 2 , С0 2 , H 2 S, Н 2 и др.), выделяющихся из магмы и из еще не остывших лавовых потоков и находящихся в кратере, на склонах и подножиях вулканов.

Распространены гейзеры на Камчатке в долине реки Гейзерной, в Исландии, Новой Зеландии, США (Йеллостоунский национальный парк), Чили.

Выбросы водяных паров и газов в боковых кратерах вулкана Этна наблюдались в течение 2012 г. и показаны на рис. 4.12.

Рис. 4.12.

В России явления поствулканической деятельности сосредото чены в Долине гейзеров на Камчатке (рис. 4.13). Гейзеры периоди чески выбрасывают вверх столбы горячей воды (рис. 4.14).

Рис. 4.13.

Рис. 4.14.

Вулканизм имеет и положительные черты. Излияние магмы из кратера вулкана, выбрасывание из него пепла и прочих твердых продуктов извержения, фумарольные струи - все это способствует выносу на земную поверхность различных химических элементов, находящихся в земных недрах. Поэтому районы активной тектонической деятельности изобилуют месторождениями различных полезных ископаемых.

Метаморфизм (от греч. metamorphomai - подвергаюсь изменению, превращению) - это процесс глубокого изменения и перекристаллизации исходных пород за счет высоких температур, давлений и переноса вещества подземными растворами и газами. Процесс протекает постепенно и на начальных стадиях речь идет только о некоторой метаморфизации исходной породы - о появлении в ней небольшого количества новых минералов, частичном изменении структуры и текстуры. Далее изменения нарастают.

Действию метаморфизма могут подвергаться любые горные породы: осадочные, метаморфические, магматические. Процессы метаморфизма происходят при температуре от 250 до 900°С. Повышение температуры на 10°С увеличивает скорость химических реакций в 2 раза, а на 100°С - примерно в 1000 раз. Химически активные вещества (вода, углекислота, водород, соединения хлора, серы и т.д.) являются катализаторами протекания различных химических реакций.

Различается много видов метаморфизма, наиболее распространенный среди которых региональный. Он развивается на больших глубинах по всей территории земного шара и прежде всего просто за счет повышения там давления и температуры. Упоминавшиеся уже гнейсы, кварциты, мраморы, многие кристаллические сланцы - породы регионального метаморфизма.

Представление, что чем старше порода, тем сильнее она мета- морфизована, верно лишь отчасти; прямой такой зависимости нет. В природе имеются очень древние породы, совершенно не затронутые метаморфизмом, и наоборот, совсем молодые сильно мета- морфизованные. Можно говорить о другой зависимости (опять же выполняющейся не всегда): чем глубже залегает порода, тем вероятнее, что она будет метаморфизована.

Почему происходит метаморфизм? Любые химические соединения (минералы) устойчивы в довольно узких рамках температур и давлений. Если условия изменяются, то исходные минералы будут превращаться в другие, соответствующие новым условиям. Список химических элементов с их процентным содержанием останется прежним.

Прочие виды метаморфизма - метасоматоз , контактовый , гидротермальный, пневматолитовый, инъекционный преимущественно связаны с взаимодействием внедряющейся магмы и вмещающих ее пород. Происходит интенсивный обмен химического материала за счет переноса растворами и летучими компонентами. Названные разновидности выделяются в зависимости от преобладающих условий, факторов метаморфизма и вновь образующихся пород. Объем развития процесса - несколько километров в стороны от магматического расплава. Динамометаморфизм развивается в результате повышенного давления в тектонических зонах.

Физико-геологические и инженерно-геологические процессы и явления

Инженерная геодинамика и ее задачи

Геологическими процессами и явлениями – называют процессы, возникающие в земной коре под действием естественных факторов, и порождающие явления изменяющие природную обстановку и окружающую среду.

Процессы, связанные с производственной и строительной деятельностью человека, называются инженерно-геологическими.

Инженерная геодинамика изучает геологические и инженерно-геологические процессы и явления с целью их количественного прогноза, установления интенсивности их развития, выявления степени угрозы окружающим территориям или возводимым сооружениям.

Инженерная геодинамика занимается вопросами охраны и использования геологической среды, как неотъемлемой части внешней среды.

п.п.

Процессы и определяющие факторы

Виды явлений

Действие климатических факторов: выветривание, мерзлотные процессы

Выветривание, криогенные и пост криогенные явления

Деятельность ветра (эоловые пр-сы)

Развевание, навевание

Деятельность поверхностных вод

Струйчатая эрозия, оврагообразование, геологическая деятельность рек, абразия, сели

Деятельность подземных вод

Суффозия, плывуны

Деятельность поверхностных и подземных вод

Карст, просадки

Действие силы тяжести на склонах (склоновые или гравитационные процессы)

Оползни, обвалы, осыпи, курумы, лавины.

Проявление внутренней энергии Земли

Сейсмические явления, вулканизм.

Действие производственной и строительной деятельности человека

Деформация основания сооружений, сдвижение горных работ при подземных работах, оседание земной поверхности при эксплуатации полезных ископаемых, усиление сейсмической активности в связи с устройством водохранилищ.

1. 1. Процессы, связанные с деятельностью факторов выветривания

Выветриванием называется процесс непрерывного изменения и разрушения горных пород под действием ряда внешних факторов. Процесс выветривания начинается с поверхности и распространяется на глубину, постепенно изменяя материнскую породу. В результате процессов выветривания образуется кора выветривания или элювий, которая разделяется на (снизу вверх): монолитную, глыбовую, мелкообломочную зоны и зону тонкого дробления.

Различают три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое.

Физическое выветривание проявляется в механическом разрушении пород, которое приводит к изменению их гранулометрического состава и образованию обломочных грунтов.

Химическое выветривание проявляется в изменении химического состава горных пород в результате растворения, окисления, гидратации и дегидратации минералов, входящих в состав горной породы.

Биологическое выветривание – разрушение пород в процессе жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.

Наиболее интенсивно химическое и биологическое выветривание проявляется в теплом влажном климате, тогда как физическое выветривание преобладает в засушливом с резкой сменой дневных и ночных температур.

Мероприятия по борьбе с выветриванием: съем элювия, покрывающего чехлом склон и грозящего обвалами, оползнями, недобор грунтов до проектной отметки в случае, если эти грунты подвержены быстрому выветриванию.

Контрольные вопросы:

Какие процессы и явления называются геологическими, а какие – инженерно-геологическими? Что такое процесс и явление?

Что такое определяющий фактор и на какие виды делятся геологические процессы в зависимости от этого фактора?

Охарактеризуйте виды выветривания и строение выветрелой зоны.

1. Эоловые процессы

Геологическая роль ветра определяется его энергией и заключается в двух процессах: разрушительном (скальных пород) и переносном (дефляции рыхлых отложений).

Данные процессы приводят к выбиванию частиц породы из массива скальных пород и переносу большого количества мелкообломочного материала в пониженные части рельефа, что формирует пустынные ландшафт.

Формы эоловы отложений:

Барханы – это песчаные холмы, которые медленно перемещаются в направлении ветра (скорость 30 м/год).

Дюны – песчаные грядообразные, вытянутые вдоль побережья холмы, движущиеся внутрь материка.

Грядовые пески – представляют собой вытянутые в форме гряд или валов отложения эоловых песков в районах полупустынь.

Бугристые пески – это более низкие, чем грядовые, холмообразные образования с пологими склонами, покрытые растительностью.

Мероприятия по борьбе с эоловыми процессами

Угроза заключается в том, что при движении барханов или дюн премещаются громадные массы песка, которые засыпают дороги, ирригационные каналы и сооружения, населенные пункты.

Строительство и эксплуатация требуют постоянной борьбы с движущимися песками.

Для этой цели применяются следующие мероприятия:

Устройство щитовых ограждений вдоль дорог и каналов для задержки движения песков;

Закрепление песков различного вида эмульсиями и растворами;

Фитомелиорация – посадка растений, создание лесополос, посев трав и пр.

Контрольные вопросы:

Перечислите виды ветровой деятельности и районы ее проявления в РК.

Назовите формы эоловых отложений.

Назовите мероприятия по борьбе с эоловыми процессами.

1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных вод

Здесь рассматриваются следующие процессы: речная эрозия, морская (озерная) абразия, оврагообразование, сели.

Речная эрозия

Эрозионная деятельность реки осуществляется различными несколькими способами:

при помощи переносимых речным потоком осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал;

за счёт растворения пород ложа (важную роль в этом играют растворённые в воде органические кислоты);

за счёт гидравлического воздействия воды на рыхлый материал ложа (вымывание рыхлых частиц);

дополнительными факторами могут служить разрушение берегов во время ледохода, темроэрозионные процессы и др.

Эрозия может быть направлена на углубление дна долины – донная (или глубинная) эрозия, или на размыв берегов и расширение долины – боковая эрозия. Эти два вида эрозии действуют совместно.

Развитие глубинной (а) и боковой (б) эрозии

Интенсивность глубинной эрозии определяется в первую очередь уклоном русла (и, соответственно, энергией потока). При преобладании глубинной эрозии формируются глубокие врезы с крутыми берегами и V-образным сечением речной долины, пойма развита фрагментарно (на островах и небольших участках у выпуклых берегов излучин). В рельефе такие участки нередко представлены глубокими каньонами.

Интенсивность боковой эрозии зависит от угла подхода стрежени потока к берегу. Стрежень - линия, соединяющая точки наибольших скоростей на поверхности воды. На прямых участках стрежень обычно располагается близ середины водотока, в таких условиях боковая эрозия не проявляется. На извилистых участках происходит отклонение стрежени к одному из берегов, что приводит к сжатию потока и его «набеганию» на этот берег, сопровождающемуся размывом последнего. «Прижимание» потока к берегу обуславливает образование циркуляционного течения, донная ветвь которого направлена к противоположному берегу. Поскольку придонные слои наиболее насыщены обломочным материалом (в том числе и образованным за счёт эрозии берега), то происходит перемещение материала от размываемого берега к противоположному, где происходит его аккумуляция в форме прирусловой отмели. Формирование прирусловой отмели приводит к ещё большему искривлению русла и отклонению стрежени к размываемому берегу, определяя направление боковой и глубинной эрозии. Наибольшая скорость размыва берега отмечается там, где к нему прижимается стрежень потока. Выше и ниже по течению происходит последовательная смена зоны очень сильного размыва сильным, средним, слабым и, наконец, берег перестаёт размываться и переходит в прирусловую отмель. Таким образом, изгиб русла приводит к образованию чередующихся вдоль берега зон ускорения и замедления течения и поперечной циркуляции, направленной от вогнутого берега к выпуклому.

Различные условия взаимодействия речного потока с берегами рек (по Р.С. Чалову):

а – стрежень проходит посередине русла, берега не размываются;

б – поток походит к берегу под углом, вызывая сжатие струй и размыв берега;

у противоположного берега образуется аккумулятивная отмель

(h – превышение уровня воды у вогнутого берега на средним уровнем в данном сечении).

Согласно описанному выше механизму в процессе размыва берегов образуются крутые изгибы речной долины – меандры. Узкие «перегородки» между меандрами в период половодий могут размываться, что приводит к спрямлению русла реки и образованию стариц. Старица – это замкнутый водоем, обычно продолговатой извилистой или подковообразной формы, образовавшийся в результате полного или частичного отделения участка реки от её прежнего русла. Старицы некоторое время могут сохранять связь с рекой, но постепенно входы в них заносятся речными отложениями – происходит их превращение в старичные озёра, а затем - в болота или сырые луга.

В русле меандрирующих рек при уменьшении уклона русла и извилистости могут возникать намывные острова. На широких участках долины при относительно прямолинейных очертаниях русла и поймы может формироваться серия таких островов, что приводит к ветвлению русла – его разделению на несколько потоков. Эти острова перемещаются вниз по течению, постоянно изменяя очертания.

Скорость эрозии определяется сочетанием ряда факторов: энергии потока, состава пород ложа, развития растительности, интенсивности техногенного воздействия и пр. Зависимость скорости размыва берегов от состава пород приведена в таблице.

Речная эрозия нередко приводит к активизации других экзогенных геологических процессов. Так, интенсивная глубинная эрозия, приводит к образованию каньонов и V-образных долин с крутыми склонами, на которых активно проявляются обвальные и осыпные процессы. Подмыв высоких берегов, сложенных трудноразмываемыми породами, при боковой эрозии приводит к развитию оползней, осыпей и обвалов.

Морская (озерная) абразия

В смысле угрозы для сооружений более важной является разрушительная деятельность моря или абразия, которая приводит к отступлению бровки берега в сторону суши, обрушению больших блоков породы, разрушению защитных сооружений и возникновению вторичных явлений таких, как обвалы, оползни.

Факторы, способствующие возникновению абразии, подразделяются на две группы:

Ветровые и приливные волны, твердый обломочный материал, переносимый волнами и морскими течениями;

Литологический состав и условия залегания горных пород в береговой полосе, водопрочность пород, форма очертания берегового склона.

Определяющим фактором абразии является энергия ветровой и приливной волны, которая формируется под действием ветра и имеет большую энергию размыва.

Морские течения, имеющие сравнительно небольшую скорость, практического значения в процессе размыва не имеют, но играют большую роль в процессе размыва.

Таким образом, основным разрушительным фактором абразии является ударная сила волны.

Вторая группа факторов зависит от пород берегового склона. Это прежде всего литолого-петрографический состав пород. Склоны, сложенные рыхлыми песчано-глинистыми отложениями разрушаются гораздо быстрее, чем сложенные скальными породами.

Условия залегания горных пород также играют значительную роль при разрушении берега. В случае падения пластов в строну берега обрушение его происходит наиболее быстро, т.к. вода подрезает целую пачку пластов или полную мощность слоя. При горизонтальном залегании разрушение берега несколько замедляется и наиболее медленно оно протекает при пологом падении пластов в сторону моря.

Также водопрочность пород играет большую роль при определении интенсивности абразии. Очень большую роль играет форма очертания и крутизна берегового склона.

Меры борьбы с переработкой берегов:

Оврагообразование.

Формирование оврагов начинается с образования эрозионных борозд – переходных форм от плоскостного к линейному размыву поверхности склонов. Борозды возникают за счёт плоскостного стока дождевых и талых вод при слиянии небольших струек в наиболее пониженных участках склона. Дальнейшая эрозия в бороздах проводит к образованию более крупных форм – рытвин. Для рытвин характерны крутые незадернованные борта и продольный профиль, близкий к профилю склона. За счёт наиболее крупных и быстро растущих рытвин в процессе их углубления и расширения образуются овраги, обладающие продольным профилем, отличным от профиля склона. Дно молодых оврагов отличается неровностью. По мере дальнейшего углубления профиль оврага постепенно выравнивается за счёт развития глубинной эрозии, направленной на приближение к уровню базиса эрозии. Верхняя часть оврага представляет собой крутой уступ, за счёт размыва которого овраг продвигается вверх по склону. Такой процесс роста вверх по течению потока называется регрессивной или попятной эрозией. Скорость роста оврагов может быть очень высокой и достигать нескольких метров в год; при разработке промоин, осложняющих склоны оврагов, может возникать ветвящаяся овражная система. По мере развития овраг своим истоком приближается к водоразделу, а устьем к базису эрозии, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V-образным, с крутыми незадернованными склонами. В условиях незначительной скорости углубления происходит расширение оврага, он приобретает U-образный профиль и затем превращается в балку – эрозионную форму, характеризующуюся наличием плоского дна и пологих склонов, закреплённых растительностью.

Водный поток, движущийся по дну оврагов и балок во время дождей и таяния твёрдых осадков, переносит мелкий обломочной материал. В низовьях оврага, где энергия потока снижается, могут образовываться конусы выноса оврагов.

Меры борьбы с оврагообразованием:

Сели

Зарождение временных горных потоков связано с ливневыми дождями и интенсивным таянием снега и ледников. В верхней части горных склонов система сходящихся рытвин и промоин образует водосборный бассейн. Ниже располагается канал стока – русло, по которому движется вода. Значительный уклон русла обуславливает высокую энергию потока, по пути движения он подхватывает большое количество обломочного материала разного размера. Насыщение обломочным материалам может превратить водный поток в сель – временный разрушительный поток, перегруженный грязе-каменным материалом. В грязе-каменном потоке, имеющим значительно большую плотность, чем вода и высокую кинетическую энергию, способны перемещаться даже глыбы, размером до нескольких метров. Сели могут формироваться также при обвале больших масс обломочного материала в горные реки, прорыва ледниковых или запрудных озёр.

При выходе на предгорную равнину скорость водных или грязе-каменных потоков уменьшается, потоки разветвляются, и переносимый материал откладывается, образуя конус выноса временного горного потока в виде полукруга, поверхность которого наклонена в сторону предгорной равнины.

Методы борьбы с селевыми потоками

Различают активные и пассивные методы борьбы.

Пассивные представляют борьбу с потоками в области транзита и разгрузки, т.е. в тот момент, когда сель уже начался. Данный метод предусматривает строительство подпорных стенок, трассирование склона и устройство специальных селехранилищ на пути селевого потока.

Активные методы борьбы с селем предполагают мероприятия в пределах области питания, т.е. в местах зарождения селя:

Отвод жидкой фазы поверхностного потока от места будущего проявления селя;

Сохранение почвенной растительности в пределах очага;

Обсадка склона травянистыми или кустарниковыми растениями, закрепляющими твердую поверхность склона;

Систематическое наблюдение за ледниками и искусственное регулирование их объема.

Контрольные вопросы:

Назовите все процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и их определяющий фактор.

Чем определяется интенсивность оврагообразования?

Охарактеризуйте стадии развития оврага.

Нарисуйте схему мероприятий по борьбе с оврагами.

В чем заключается геологическая деятельность рек и каковы ее последствия?

Перечислите мероприятия по борьбе с неблагоприятными последствиями водной эрозии.

Назовите факторы, обуславливающие волновую деятельность морей и озер; к чему приводит эта деятеьность?

1. Процессы, связанные с деятельностью подземных вод

Суффозия

Суффозией называется процесс выноса частиц грунта (механическая суффозия) или легко растворимых солей (химическая суффозия) потоком подземной воды с образованием пустот, воронок, провалов, иногда сопровождающийся оседанием поверхности земли.

Наиболее активно суффозия проходит при условиях:

Гидравлический градиент должен быть больше 5, что обеспечивает турбулентный характер движения;

Соотношение крупных и мелких фракций должно быть более чем 1:20.

Наиболее активно суффозия происходит на контакте двух слоев, если соотношение коэффициентов фильтрации больше двух.

Для каждой грунтовой породы существуют критические скорости, начиная с которых процесс суффозии активизируется.

Химическая суффозия происходит в засоленных грунтах. При изучении суффозии проводят следующие работы:

Изучается геоморфология района;

Гидрогеологические условия;

Изучается режим и физико-механические свойства водоносного грунта, особенно близкого к поверхности.

Формы проявления суффозии: суффозионная осадка, лессовый карст, суффозионные оползни.

Мероприятия по борьбе с суффозией

Правильный подбор фильтра водозаборной скважины, устройство насыпных фильтров, гравийных фильтров.

Предотвращение поступления воды к участкам, склонным к суффозии, посредством дренажа.

Защита глинистых заселенных пород путем установления специальных покрытий (гидроизоляция).

Уменьшение скорости подземных вод вблизи сооружений, путем создания искусственных преград потоку.

Методы мелиорации для уменьшения водопроводимости пород (битумизация, глинизация).

Плывуны

Плывуны – это песчано-глинистые водонасыщенные грунты, ведущие себя наподобие вязких жидкостей. При вскрытии их выемкой они разжижаются и приходят в движение в строну выемки. В свободном состоянии они не обладают несущей способностью.

По своему составу и свойствам плывуны бывают истинные и ложные.

Ложные – представляют собой обычные несвязанные раздельно-зернистые грунты, которые переходят в плывунное состояние в результате полного водонасыщения и возникновения в них гидродинамического давления движущегося грунтового потока.

Истинные плывуны, могут быть разнообразными по своему гранулометрическому составу – от песков до суглинков. В этих грунтах существуют структурные связи коллоидного характера. Они обладают высокой гидрофильностью и малой прочностью. При ударах, сотрясениях, вибрациях часть связанной воды высвобождается, структура грунта разрушается и он разжижается (тиксотропия).

Методы борьбы: замораживание, силикатизация, электроплавление, дренаж, электродренаж.

Контрольные вопросы:

Перечислите и кратко опишите процессы, связанные с деятельностью подземных вод. Что является основным определяющим фактором этих процессов?

Что такое суффозия и в каких видах и формах она проявляется?

Что такое плывуны и в чем заключается свойство их тиксотропности?

1. Процессы, связанные с деятельность поверхностных и подземных вод

Просадочность в лессовых грунтах

Рассмотрена подробно в главе «Грунты особого состава и свойства».

Методы борьбы с просадками

Сооружение водозащитных устройств и дренажных сооружений.

Применение методов мелиорации лессовых пород: механическое уплотнение, обжиг и т.д.

Карст

Карстом называют процесс растворение горных пород и образование специфических форм карстового рельефа.

Для активного развития карста необходимы следующие условия: наличие легкорастворимых карстующихся пород при условии расположения их выше базиса эрозии, растворяющая деятельность поверхностных и подземных вод – определяется минерализацией, напором и химсоставом поверхностных и подземных вод и скоростью их движения.

Большое значение приобретает в процессе карстообразования базис эрозии – наименьшая абсолютная отметка, к которой стекаются подземные воды. В связи с этим можно выделить зоны развития карста: зона аэрации, зона сезонных колебаний уровня, зона глубинной циркуляции.

Инженерно-геологическая оценка карста и методы борьбы.

В качестве методов изучения карста, следует сначала выделить работу по выявлению признаков карста и определению интенсивности развития. Для этого существует классификация территории по устойчивости против карста. Породы считаются неустойчивыми, если образуются 5-10 карстовых воронок на 1 км 2 в год., устойчивыми 1 воронка на 1 км 2 .

Карстовые пещеры.

Карстовый провал.

Методы борьбы

Планировка территории;

Отвод поверхностных вод;

Каптаж или дренаж подземных вод;

Устройство противофильтрационных завес;

Закрепление закарстованных пород методами технической мелиорации.

Оползни

Под оползнем следует понимать перемещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, связанное в ряде случаев с деятельностью поверхностных и подземных вод и носящее характер скольжения или сдвижения пород по склону.

Элементы оползня:

Вао выпора – возвышение, образующееся в основании склона и состоящее из нарушенных и перемятых грунтов.

Тело оползня – вся масса сползающего материала по склону грунта, ограниченная по глубине поверхностью (зеркалом) скольжения.

Оползневые террасы – ряд уступов, расположенных один ниже другого и ориентированных параллельно бровке склона.

Стенка срыва – верхняя часть поверхности скольжения, образовавшаяся в результате смещения вниз оползневого тела.

Над оползневой уступ – примыкающая к оползню площадка, расположенная выше бровки склона, не подверженная оползанию.

Поверхность скольжения (зеркало скольжения) – поверхность, по которой происходит смещение оползня.

Признаки оползня

Для своевременного прогнозирования оползня, рекомендуется набор следующих признаков, подлежащих анализу:

Оползневые трещины – это система различных трещин, которая формирует со временем поверхность скольжения.

Образование оползневого цирка – определяется многократным нивелированием.

Образование трещин на будущей поверхности скольжения (выявляется путем бурения).

Наличие валов у подножия оползневого склона.

Наличие оползневых уступов (нивелированием).

Наличие застоя воды, заболоченности участков в пределах оползневого цирка, которая появляется при подвижке склона в результате нарушения гидрогеологии водных грунтов.

Наличие взбугренных участков на склоне, образованных в результате обтекания рыхлыми грунтами пород более твердых участков поверхности скольжения.

Повышение влажности пород и нарушение структуры в зоне поверхности скольжения (определяется геофизическими методами).

Нарушение целостности слоев и изменение элементов их залегания.

Нарушение целостности зданий и сооружений.

Классификации оползней

Классификация Саваренского

Принцип: соотношение положения поверхности скольжения и напластования.

Асеквентный – данный оползень проявляется в однородных породах, когда поверхность скольжения намечается по линии наибольшего ослабления структурных связей между частицами. Чаще всего такой оползень возникает в песчаных грунтах.

Консеквентный – распространен в слоистых массивах, при чем плоскость скольжения параллельна плоскости напластования. Обычно срыв происходит по подошве наиболее ослабленного слоя.

Инсеквентный – наиболее катастрофический по характеру проявления. Здесь устойчивость склона определяется механической прочностью несущего слоя.. Такие оползни характерны для берегов рек и озер.

Классификация Родионова

Принцип: причина, вызывающая смещение оползня зависит от его структуры.

Различают 3 основных типа оползня:

Структурные оползни – это такие, когда смещение происходит в результате изменения структуры горных пород (выветривание).

Консистентные – чаще всего происходят в глинистых породах в результате изменения влажности, а следовательно консистенции г.п.

Суффозионные оползни – происходят чаще всего в песчаных горных породах за счет ослабления структурных связей при интенсивной суффозии.

Классификация Попова

Принцип: по возрасту и по генезису.

Существует 2 группы: современные оползни, древние оползни.

В свою очередь современные оползни по фазе развития подразделяются на движущиеся, приостановившиеся, остановившиеся, закончившиеся.

Древние оползни по фазе развития делятся на древние и погребенные.

Классификация Дранникова

По характеру смещения и глубине захвата.

Поверхностные оползни, охватывающие глубину сезонных изменений: оплывные, солифлюкционные потоки.

Глубинные оползни: ступенчатые, оползни скольжения, оползни выдавливания, суффозионные.

Количественные методы оценки устойчивости склона

Большое значение для прогнозирования имеет расчет устойчивости склона, которая зависит от двух групп факторов.

Стимулирующая возникновение оползня или подвижки (масса, конфигурация, геологическое строение, наличие растительности, механические воздействия, различные геологические процессы такие, как выветривание, изменение рельефа, геотектоника, эрозия, абразия);

К другой группе факторов можно отнести причины, препятствующие возникновению оползней (повышение базиса эрозии, климат, развитие растительности на склоне).

Первая группа факторов определяет повышение прочностных свойств, удерживающих склон.

Вторая группа может быть представлена ввиде совокупности факторов, сдвигающих склон. Был предложен коэффициент устойчивости склона, который равен:

Где знаки суммы показывают совокупность данных характеристик, взятых по отдельным блокам оползня:

С i – коэффициент сцепления

tg i – угол внутреннего трения.

P i – масса данного блока, которая способствует сползанию.

M i – это совокупность

По этой формуле видно, что если Ку>1, то склон устойчив, если Ку<1, то происходит оползень. и если Ку=1, то склон находится в неустойчивом состоянии.

По данной формуле при режимных работах проводят наблюдения за всеми параметрами, по результатам которых строят графики зависимости Ку= f ( t )

Возможны следующие ситуации:

График снижается, приближаясь к линии Ку<1, что говорит о снижении устойчивости склона (ситуация требует срочного вмешательства).

Положение склона достаточно надёжное, устойчивое, в этом случае возможны ограничения различного рода на слонах (строительство, водопотребление, динамические нагрузки) в зависимости от близости графика Ку=1.

Говорит об увеличении устойчивости склона, что определяется природными факторами и фазой развития склона.

Методы изучения оползня

Расчетный метод основан на определении Ку, расчете поверхности скольжения.

Метод моделирования, основан на изготовлении моделей склона и искусственном увеличении сил, снижающих устойчивость склона.

Метод аналогии – здесь устанавливается тождественность геологического, геоморфологического строения данного склона со склоном, Ку которого уже длительное время изучается.

Метод историко-геологический – данный метод предполагает сравнение геологических условий оползня в настоящее время и в прошлом и оценка в связи с этим фазы развития оползня.

Методы учетов – предполагает учет балансов всех земных масс и влияние факторов, изменяющих устойчивость склона.

Динамика оползневого процесса

Оползень, как показывает опыт, проходит три стадии развития:

Подготовительная – заключается в том, что различные факторы. На этой стадии основная задача геологов заключается в оценке Ку склона, косвенного изучения намечающейся поверхности скольжения, анализ оползней, развивающихся в данной фазе в прошлое время.

Смещение земляных валов – это еще не оползень, но под влиянием факторов, снижающих устойчивость склона, начинаются проявляться отдельные подвижки частей и массива в целом.

Собственно оползневой процесс – характеризуется моментом, когда Ку<1. Задача геологов – изучение механизма смещения, создание легенды процессов для архива.

Методы изучения оползневых процессов

Изучение архивных материалов по району.

Сбор метеорологических, климатических данных, изучение гидрогеологических условий.

Проведение инженерно-геологической съемки масштаба: по району – 1:50 000, по участку – 1:2 000 и крупнее. В том числе:

Горно-буровые работы.

Гидрометрические работы.

Лабораторное определение показателей.

Полевые опытные работы.

Стационарные наблюдения.

Геофизические работы.

Методы борьбы с оползнями

Все методы борьбы можно разделить по следующим направлениям:

Разработка мероприятий, которые приводят к нейтрализации или уменьшению деятельности, снижающих устойчивость склона.

Разработка мероприятий, повышающих устойчивость склона.

Мероприятий, направленные на уменьшение амплитуды колебания устойчивости склона.

К первой группе мероприятий можно отнести следующие:

борьба с переработкой берегов рек и озер;

искусственный или естественный дренаж, предотвращающий доступ п.в. к поверхности скольжения;

запрещение строительства сооружений в пределах оползневого склона, строительство сооружений, имеющих создающих динамические нагрузки вблизи склона.

Ко второй группе мероприятий можно отнести:

искусственной закрепление склона забивными сваями;

устройство подпорных стенок, сооружение дренажных систем и пр. мероприятия, снижающие водопритоки к оползневым районам.

К третьей группе методов можно отнести профилактические мероприятия:

запрещение в пределах оползневого района буро-взрывных работ и геологической проходки.

Запрещение строительства сооружений с динамическими нагрузками.

Обвалы, камнепады, осыпи

Обвалы – это внезапное обрушение больших массивов пород с горных склонов, сопровождающееся опрокидыванием о дроблением. Они возникают в результате ослабления внутренних связей вследствие выветривания и увлажнения пород.

По составу обрушившихся пород обвалы делятся на каменные, земляные и мешанные.

Камнепады – или вывалами называют падение со склонов отдельных камней или глыб. Причиной камнепадов, чаще всего, являются атмосферные осадки, приводящие к увеличению силы тяжести на склоне и уменьшению силы трения и сцепления.

Осыпями – называется скопление глыбового или обломочного материала на склоне и у его основания.

Угол, образуемый осыпью с горизонтальной плоскостью, называется углом естественного откоса и зависит от крупности и степени окатанности частиц: чем крупнее обломки и чем больше их угловатость, тем круче угол осыпи и наоборот. В зависимости от этих условий осыпи делятся на действующие затухающие и неподвижные.

Курумами – называют осыпи, состоящие из крупнообломочного материала, располагающегося в большинстве случаев у подножия склона в виде шлейфа и имеющие очень пологие поверхности.

Методы борьбы с обвалами и осыпями

Обвалы, камнепады, осыпи представляют собой большую угрозу для существования различных сооружений в горах и предгорьях. Во всех случаях методы борьбы разделяются на:

Профилактические, направленные на предупреждение явления или приостановление его развития в начальной стадии.

Инженерные, направленные на устранения действия процесса или снижение его интенсивности.

В местах развития мощных, постоянно действующих каменных осыпей устраивают защитные железобетонные галереи или даже тоннели. Остановить движение курумов гораздо сложнее и здесь основной метод борьбы сводится к осушению глинистой подстилки, на которой они находятся. В скальных породах применяется тампонаж цементация трещиноватых пород.

Контрольные вопросы:

Дайте общую инженерно-геологическую оценку склоновых процессов.

Что такое оползень? Перечислите элементы оползня.

Назовите определяющий и сопутствующий факторы, обуславливающие возникновение оползней.

Назовите природные условия, сопутствующие активному развитию оползней различных типов?

По каким признакам можно выделить оползни различных типов?

Как оценивается степень устойчивости склона? Какие вы знаете методы расчета устойчивости?

Расскажите о мероприятиях по борьбе с оползнями.

Что называется обвалом горных пород? Приведите классификацию обвалов.

Что такое осыпи и на какие типы их разделяют?

Что такое курумы и чем объясняется их подвижность?

Перечислите профилактические мероприятия по борьбе со склоновыми процессами.

1. Процессы, связанные с промерзанием и оттаивание пород

(мерзлотные процессы)

Строение толщи мерзлых пород

Горные породы, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, называются мерзлыми.

К сезонно-мерзлым – относятся такие породы, которые летом оттаивают, а зимой промерзают.

Многолетнемерзлыми породами называют такие породы, которые в течение сотен и тысяч лет сохраняют мерзлое состояние. Зона развития многолетнемерзлых пород называется криолитозоной .

По вертикали криолитозона делится на две части:

Верхнюю – деятельный слой или слой сезонного промерзания и оттаивания.

Нижнюю – собственно мерзлые грунты, горные породы, температура которых никогда не бывает положительной.

В геологическом разрезе различают два типа мерзлоты – сливающуюся и неслипающуюся.

Сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда деятельный слой при замерзании непосредственно переходит в многолетнюю мерзлоту.

Не сливающаяся мерзлота – это такое строение геологического разреза, когда между промерзшими деятельным слоем и мерзлыми грунтами остается слой талого грунта, т.е. слой протаивания оказался больше слоя промерзания.

Геологические явления криолитозоны

Морозное пучение – это увеличение объема водонасыщенных грунтов в результате расширения воды в порах при замерзании.

Морозное пучение проявляется ввиде пучин – поднятий поверхности земли высотой 0,2-0,5 м удлиненной формы в виде бугров пучения, которые образуются вследствие поднятия пород деятельного слоя нижележащей массой льда, непрерывно увеличивающейся в объеме в результате подпитывания под мерзлотными водами.

Термокарст – явление проседания и последующего образования провалов, блюдец, воронок на поверхности многолетнемерзлых пород при оттаивании и скоплении льда в весенний период.

Наледи – наледи отличаются от бугров пучения тем, что они представляют собой плащеобразное потокообразное скопление льда на поверхности земли, образовавшееся в результате излива и замерзания речных или подземных вод.

Солифлюкция – так называют движение со склонов рыхлых водонасыщенных отложений под действием силы тяжести в результате оттаивания многолетнемерзлых пород.

Мероприятия по борьбе с мерзлотными явлениями и процессами

Строительство сооружений без учета мерзлотного состояния грунта. Это касается скальных и полускальных мерзлых грунтов и других пород, не дающих после оттаивания значительных просадок.

Строительство сооружений с соблюдением условий сохранения термического режима на протяжении всего периода их эксплуатации. Этот вариант применим в случае высокой льдистости грунтов, грозящей при поступлении тепла от сооружения недопустимыми деформациями основания.

Строительство сооружений, допускающих значительные деформации основания, в условиях оттаивания грунтов (грубообломочные льдистые отложения, в которых исключается выпор грунтов основания).

Строительство с предварительным оттаиванием грунтов и применением различных способов их уплотнения и улучшения.

Контрольные вопросы:

Охарактеризуйте распространение многолетнемерзлых пород.

Дайте описание криолитозоны и типов мерзлоты.

На какие виды подразделяются многолетнемерзлые породы?

Дайте характеристику криогенныфх и посткреогенных процессов и объясните разницу между ними.

Перечислите мероприятия, применяемые для борьбы с криогенными и посткриогенными явлениями.

1. Процессы, связанные с сейсмичностью

Под землетрясением обычно понимают интенсивные колебания земной поверхности, вызванные сильными подземными толчками, возникающими в результате высвобождения громадного количества внутренней энергии Земли.

Точка, в которой возникает сейсмический толчок, лежащая на некоторой глубине от поверхности, носит название гипоцентра. Проекция гипоцентра на дневную поверхность называется эпицентром.

По происхождению различают пять типов землетрясений:

Тетанические , вызванные тектоническими движениями земной коры и составляющие подавляющее большинство землетрясений. Они характеризуются широким площадным распространением высоко бальностью.

Вулканические, связанные с извержением вулканов. Имеют локальное распространение, но могут обладать большой силой.

Денудационные (обвальные, провальные), порождаемые падением больших массивов горных пород со склонов или провалами в процессе карстообразования. Имеют также локальный характер и сравнительно высокую бальность.

Техногенные, возникающие в результате взрывов, проводимых в инженерных и строительных целях.

Морские (моретрясения или цунами), связанные с поднятием морского дна и возникновением в результате этого разрушительной морской волны.

Интенсивность землетрясения зависит от состава и состояния пород среды, в которой распространяются сейсмические волны, глубины залегания уровня подземных вод, тектонических нарушений, характера рельефа и глубины залегания очага землетрясения.

Принципы антисейсмического строительства

При проектировании зданий и сооружений в сейсмических районах следует учитывать интенсивность и повторяемость сейсмического воздействия. Для этого составлены карты сейсмического районирования, которые дают представление о зонах возникновения очагов землетрясений и их интенсивности.

Разрушение сооружения начинается в зависимости от его расстояния от эпицентра землетрясения либо в результате вертикального толчка, либо под действием горизонтальной сдвигающей составляющей поверхностной волны.

Непосредственной причиной разрушения конструкции является инерционная сила, возникающая в результате сейсмического толчка в массе сооружения.

В случае совпадения периода колебания основания с собственным колебанием сооружения величина инерционных сил может увеличиваться в несколько раз по сравнению с расчетной. Поэтому при выборе места будущего сооружения нужно, чтобы период собственных колебаний сооружений резко отличался от периода колебаний основания.

Основные принципы изысканий и строительства в сейсмически активных районах сводится к следующему:

Проведение сейсмического микрорайонирования для уточнения приращения бальности и производство расчетов сооружения с учетом сейсмических сил.

При выборе оптимальных условий для размещения будущих сооружений необходимо избегать участков, сложенных рыхлыми, обводненными или водонасыщенными грунтами.

Сооружения не следуют размещать на участке резко пересеченного рельефа и в районах развития склоновых или карстовых процессов.

Контрольные вопросы:

Что понимают под землетрясением и каковы причины этого явления?

Какими видами волн передаются колебательные движения при землетрясении?

Какие типы землетрясений вы знаете?

Каким образом можно оценить силу землетрясения?

Какие природные факторы влияют на интенсивность землетрясения? Что такое предвестники землетрясения и к чему сводится прогнозирование землетрясений

В чем заключаются принципы антисейсмического районирования

1. Процессы, связанные с инженерной деятельностью человека

Процессы, обусловленные статическими нагрузками от инженерно-геологических сооружений и застроенных площадей.

Определяющим фактором этого процесса является давление от веса здания и сооружения, передающегося на грунты основания. Процесс осадки от сооружений наблюдается также на насыпных и намывных грунтах, недостаточно «слежавшихся» после укладки основания.

Деформация грунта основания в результате уплотнения нагрузкой от сооружений.

Такая деформация носит название осадки и выражается в изменении отметок поверхности земли под сооружением или в изменении мощность активной зоны.

Допустимой называется такая осадка сооружения, которая не приводит к нарушениям его работы.

Процессы, вызванные динамическими нагрузками и взрывами.

Динамические нагрузки возникают при работе различных механизмов, в местах постоянного движения транспорта, а также при добыче полезных ископаемых. В скальных породах динамические нагрузки ведут к раскрытию трещин и обвально-осыпным явлениям.

Процессы, возникающие при подземном способе разработки полезных ископаемых.

Разработка твердых п.и. подземным способом, с образованием больших по объему полостей, ведет к возникновению в этих полостях горного давления, что приводит к сдвижению горных пород в сторону выработки. Сдвижение начинает развиваться от выработки и имеет следующие зоны:

Обрушения – ближайшая к выработанному пространству, где порода характеризуется полной потерей сил внутренних связей;

Трещиноватости – характеризуется разрывом сплошности пород с образованием трещин от нескольких миллиметров до метров;

Плавных сдвижений – зона перемещений и деформаций, не сопровождающихся нарушением сплошности.

Процессы, возникающие при осуществлении водохозяйственных мероприятий.

Длительное увлажнение поверхностного слоя грунтов путем систематических поливов и транспортировки воды по каналам оросительной сети приводит к нарушению сложившихся гидрогеологических условий территории: повышению уровня грунтовых вод, изменению их химсостава, засолению поверхностных горизонтов.

Процессы, обусловленные созданием больших водохранилищ в долинах рек.

Строительство крупных гидроузлов в долинах рек вызывает активизацию экзогенных и эндогенных процессов в окружающей геологической среде. Активизация первых приводит к переработке берегов водохранилища, эрозии, оползням, обвалам, а также к суффозии, карсту и просадкам, обусловленным подпором грунтовых вод, активизация вторых – к сейсмической деятельности, выражающейся в появлении вначале слабых, а с течением времени усиливающихся локальных землетрясений.

Появление сейсмических толчков в сейсмически малоактивных районах или резкое оживление сейсмической деятельности в связи с постройкой и заполнением водохранилищ.

Дополнительная нагрузка от воды при заполнении водохранилища способствует опусканию его ложа, влияет на изменение порового давления в пластах и приводит к высвобождению сейсмической энергии, что вызывает землетрясение.

Контрольные вопросы:

Какие процессы и явления и явления называются инженерно-геологическими и чем оно отличаются от естественных геологических процессов?

Что такое осадка грунтов основания и чем она обусловлена? Чем отличается осадка от просадки?

В результате чего может возникнуть выпор грунтов из-под сооружения?

Геология - это , которая изучает , ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.

Что делают геологи?

Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:

• Геологи изучают земные процессы, такие как оползни, землетрясения, наводнения, извержения вулканов и т.п., которые могут быть опасны для людей.
• Геологи изучают Земли, многие из которых используются человечеством ежедневно.
• Геологи изучают историю Земли. Сегодня нас беспокоит и многие геологи работают над тем, чтобы узнать о прошлых климатических условиях Земли и о том, как они менялись со временем. Эта историческая информация позволяет понять, как меняется наш нынешний климат и каковы могут быть последствия для человечества от этих изменений.

Что изучает геология?

Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:

Минералы

Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.

Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.

Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.

Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.

Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.

Горные породы

Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.

Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь - это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.

Окаменелости

Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.

Имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.

Формы рельефа, геологические структуры и карты

Формы во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.

Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого - сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.

Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.

Геологические процессы и угрозы

Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.

Геологические опасные явления - мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.

Тектоника и история Земли

Движение плит в Сан-Андреас

Тектоника - геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике - жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня , и о том, какие процессы происходят в ядре и . Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.

Геологическая история Земли - это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия и и акцентирован . Предыдущие четыре миллиарда лет, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.

Роль геологии

Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. - геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.

Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.

Последствия катастрофического землетрясения в Сан-Франциско, США, в 1906 году

Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология - раздел геологии - хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.

Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.

На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.

Геологические процессы делятся на эндогенные и экзогенные.

Эндогенные геологические процессы

Эндогенные геологические процессы включают магматизм, метаморфизм, землетрясения, тектонические нарушения.

Магматизм

Магматические горные породы, образовавшиеся из жидкого расплава - магмы, играют огромную роль в строении земной коры. Эти породы сформировались разными путями. Крупные их объемы застывали на различной глубине, не дойдя до поверхности, и оказывали сильное воздействие на вмещающие породы высокой температурой, горячими растворами и газами. Так образовались интрузивные тела. Если магматические расплавы вырывались на поверхность, то происходили извержения вулканов, носившие в зависимости от состава магмы спокойный либо катастрофический характер. Такой тип магматизма называют эффузивным, что не совсем точно. Нередко извержения вулканов носят взрывной характер, при котором магма не изливается, а взрывается и на земную поверхность выпадают тонко раздробленные кристаллы и застывшие капельки стекла - раплава. Подобные извержения называются эксплозивными. Поэтому говоря о магматизме, следует различать интрузивные процессы, связанные с образованием и движением магмы ниже поверхности земли, и вулканические процессы, обусловленные выходом магмы на земную поверхность. Оба эти процесса неразрывно связаны между собой, а проявление того или другого из них зависит от глубины и способа образования магмы, ее температуры, количества растворенных газов, геологического строения района, характера и скорости движений земной коры и т.д.

Как интрузивные, так и вулканические горные породы содержат залежи полезных ископаемых и, кроме того, они являются надежными индикаторами тектонических и палеогеографических условий геологического прошлого, что позволяет нам их реконструировать.

Метаморфизм

Горные породы после формирования могут попасть в такую геологическую обстановку, которая будет существенно отличаться от обстановки образования породы и на нее будут оказывать влияние различные эндогенные силы: тепло, давление (нагрузка) вышележащих толщ, глубинные флюиды, растворы и газы, воды, водород, углекислота и др. Изменение магматических и осадочных пород в твердом состоянии состоянии под воздействием эндогенных факторов и называется метаморфизмом.

Все метаморфические процессы можно разделить на две группы. В одной из них химический состав метаморфизуемых пород не изменяется, т.е. преобразование происходит изохимически. Во второй группе наблюдается изменение состава пород за счет привноса или выноса компонентов. Такой процесс называется аллохимическим. Под воздействием процессов метаморфизма происходит перекристаллизация исходных пород, изменение минерального, а нередко и химического состава. Метаморфические процессы могут быть разной интенсивности, поэтому в природе наблюдаются все постеренные переходы от практически неизмененных или слабо измененных пород, первичная текстура, структура и состав которых сохранились, до пород, измененных настолько сильно, что восстановить их первичную природу невозможно. Усиление степени метаморфизма, т.е. увеличение температуры, давления и концентрации флюидов, приводит к изменению или распаду неустойчивых минералов на более устойчивые ассоциации. При изучении метаморфических пород необходимо восстановить их первичную природу и условия образования, а также дать реконструкцию обстановки метаморфизма - давление, температуру и роль летучих компонентов. Это позволяет разобраться в мощнейших толщах хедских, архейских и протерозойских пород, слагающих главным образом фундамент древних платформ и отвечающих по возрастному интервалу большей части истории Земли - 2,5-4,6 млрд. лет. С этими же породами связаны очень важные в практическом отношении метаморфогенные месторождения, содержащие железные руды, графит, золото, уран, медь, кварциты, мраморы и др.

Землетрясения

Ежегодно на Земле регистрируется более 100 000 землетрясений. Большинство из них мы вообще не ощущаем, некоторые отзываются лишь дребезжанием посуды в шкафах и раскачиванием люстр, зато другие, к счастью гораздо более редкие, в мгновение ока превращают города в груды дымящихся обломков. На побережьях море отступает, обнажая дно, а затем на берег обрушивается гигантская волна, сметая все на своем пути, унося остатки строений в море. Крупные землетрясения сопровождаются многочисленными жертвами среди населения, которое гибнет под развалинами зданий, от пожаров, наконец, просто от возникающей паники. Землетрясения - это бедствие, катастрофа, поэтому огромные усилия затрачиваются на предсказания возможных сейсмических толчков, на выделение сейсмоопасных районов, на мероприятия, которые призваны сделать промышленные и гражданские здания сейсмостойкими.

За последнее время катастрофические землетрясения произошли в Чили (1960), на Аляске (1969), в Гватемале (1976), в Китае (1976), когда погибло 100 000 человек. На территории СССР не раз отмечались очень сильные землетрясения: Андижанское (1902), Кеминское (1911), Хаитское (1949), Ашхабадское (1929 и 1948), Ташкентское (1966), Газлийские (1970, 1976, 1984) и, наконец, страшное Спитакское землетрясение в Армении (1988).

Любое землетрясение - это тектонические деформации земной коры или верхней мантии, происходящие вследствие того, что накопившиеся напряжения в какой-то момент превысили прочность горных пород в данном месте. Разрядка этих напряжений и вызывает сейсмические колебания в виде волн, которые, достигнув земной поверхности, производят разрушения.

Очагом, или гипоцентром землетрясения является определенный объём горных пород, внутри которого осуществляются неупругие деформации и происходит разрушение пород. Эпицентр - проекция гипоцентра на земную поверхность. На карте распространения эпицентров современных землетрясений отчетливо видна их связь с периферией Тихого океана, Средиземноморским подвижным поясом (Альпы, Карпаты, Кавказ, Гималаи), а также со срединно-океаническими хребтами во всех океанах.

Тектонические нарушения

В большинстве случаев осадки, формирующиеся в озерах, морях и океанах, обладают первично горизонтальным залеганием, которое нередко нарушается тектоническими движениями, что приводит к образованию складок, с одной стороны, и разрывных нарушений, с другой.

Складка - это изгиб слоев. Различают ядро складки и ее крылья. Складки бывают антиклинальные и синклинальные. Ядра антиклинальных складок сложены породами более древними слоями, ядра синклинальных - более молодыми. Перегибы слоев образуют замки складок.

Чаще всего складки образуются при содвиге континентальных плит, когда происходит раздавливание неконсолидированных горизонтально залегающих слоев между сдвигающимися кратонами. При этом образуются линейные складки с примерно одинаковыми замками антиклинальных и синклинальных разновидностей. Под воздействием преимущественно вертикальных движений в подвижных поясах образуются брахискладки, где форма замков антиклинальных и синклинальтных складок различная. На платформах формируются куполовидные складки изометричной формы с очень пологими крыльями.

Разрывные нарушения

Разрывным нарушением называется деформация пластов горных пород с нарушением их сплошности, возникающая в случае превышения предела прочности пород тектоническими напряжениями. В любом разрывном нарушении всегда выделяется плоскость разрыва или сместителя и крылья разрыва, т.е. два блока пород по обе стороны сместителя, которые подверглись перемещению. Крыло или блок, находящийся выше сместителя, называется висячим, а ниже - лежачим. Важным параметром разрыва является его амплитуда. Расстояние от пластав лежачем крыле до того же пласта в висячем крыле называется амплитудой по сместителю. Кроме того различают стратиграфическую амплитуду, которая измеряется по нормали к плоскости напластования в любом крыле разрыва до проекции пласта; вертикальную амплитуду - проекцию амплитуды по сместителю на вертикальную плоскость; горизонтальную амплитуду - проекцию амплитуды по сместителю на горизонтальную плоскость. Положение сместителя в пространстве определяется, как и ориентировка любой другой плоскости, с помощью линий падения, простирания и угла падения.

Основные типы разрывных нарушений: сброс (сместитель наклонен в сторону опущенного крыла, угол наклона сместителя больше 45 0), взброс (сместитель наклонен в сторону поднятого крыла), надвиг (взброс с углом наклона сместителя менее 45 0), сдвиг (перемещение крыльев по простиранию сместителя), шарьяж (надвиг с почти горизонтальным положением сместителя), раздвиг (горизонтальное смещение блоков разрывного нарушения в противоположные стороны), содвиг (горизонтальное смещение блоков разрывного нарушения навстречу друг другу).

Амплитуды смещения достигают 4000 км - при раздвиге (спрединге) континентальных плит. Примерно такие же амплитуды были при содвигах континентальных плит, в результате чего формировались шарьяжи с амплитудой перемещения в сотни километров.

Экзогенные процессы

К экзогенным процессам относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра, поверхностных текучих вод, подземных вод, ледников, геологические процессы в областях распространения многолетнемерзлых горныхъ пород, геологическая деятельность океанов и морей.

Выветривание

Под выветриванеием понимается совокупность физических, химических и биохимических процессов преобразования горных пород и слагающих их минералов в приповерхностной части земной коры. Это преобразование зависит от многих факторов: колебания температуры, химического воздействия воды и газов - углекислоты и кислорода, воздействия органических веществ, образующихся при жизни растений и животных и при их отмирании и разложении. Сказанное свидетельствует о том, что процессы выветривания тесно связаны с взаимодействием приповерхностной части земной коры с атмосферой, гидросферой и биосферой. Часть земной коры, где происходит преобразование минерального вещества, называется зоной выветривания или зоной гипергенеза. Условно выделяются два взаимосвязанных фактора: физическое и химическое выветривание.

Геологическая деятельность ветра

Геологическая деятельность ветра состоит из следующих видов: дефляции (выдувания и развевания), коррозии (обтачивания, соскабливания), переноса и аккумуляции. Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые ими формы рельефа и отложения называют эоловыми.

Наиболее ярко деятельность ветра проявляется в пустынях, занимающих около 20 % поверхности континентов, где сильные ветры сочетаются с малым количеством выпадающих атмосферных осадков, резкими колебаниями температуры, отсутствием растительного покрова в связи с аридным климатом.

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Под текучими водами понимаются все виды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Все воды, стекающие по поверхности Земли, производят различного вида работу. Хорошо известно, что поверхностная текучая вода - один из важнейших факторов денудации суши и преобразования лика Земли.

Как и в других экзогенных процессах, в деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: разрушение, перенос и отложение, или аккумуляция, переносимого материала в конечном итоге на первом (у подножия гор) и втором (в дельтах рек) уровнях аккумуляции. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловой склоновый сток, сток временных русловых потоков и сток постоянных водотоков - рек.

Разрушение горных пород происходит главным образом в горах. На равнинах преобладает перенос и аккумуляция. Ежегодно реками выносится в их устью около 20 км 3 песчано-глинистого материала. Крупнейшим местом временной аккумуляции обломочного материала, выносимого реками является устье рек Ганга и Брахмапутры, около 2 км 3 , или 10 % всего перенесенного и отложенного материала. Это связано с денудацией высочайшей горной системы - Гималаев.

Геологическая деятельность подземных вод

К подземным водам относятся все природные воды, находящиеся под поверхностью Земли в подвижном состоянии. Вопросы происхождения, движения, развития и распространенности подземных вод являются предметом изучения специальной отрасли геологической науки - гидрогеологии. Подземные воды тесно связаны с водой атмосферы и наземной гидросферы - океанами, морями, озерами, реками. В природных условиях происходит непрерывное взаимодействие этих вод, так называемый гидрологический круговорот.

Одним из важнейших факторов, определяющих условное начало круговорота, является испарение воды с поверхности океанов, морей и поступление влаги в атмосферу. При благоприятных условиях вода атмосферы конденсируется и выпадает в виде атмосферных осадков. Распределение последних может быть представлено следующей схемой: испарение, поверхностный сток, инфильтрация, или просачивание, подземный сток.

Водноколлекторские свойства горных пород определяются их пористостью и трещиноватостью. Наибольшая водопроницаемость наблюдается в галечниках, гравии, в крупных песках, сильно закарстованных известняках и сильно трещиноватых породах различного генезиса. Относительно слабая проницаемость отмечается в тонкозернистых песках, супесях, еще меньшая в лёссах, легких суглинках, слаботрещиноватых породах. Почти непроницаемыми (водоупорными) являются глины, тяжелые суглинки, сцементированные и другие массивные породы с ничтожной трещиноватостью.

Горные породы содержат различные виды воды:

1. Вода в виде пара.

2. Физически связанная вода, гигроскопическая и пленочная.

3. Свободная вода, капиллярная и гравитационная.

4. Вода в твердом состоянии.

5. Кристаллизационная и химически связанная вода.

В современной гидрогеологической литературе выделяют принадлежность разных видов подземных вод к конкретным зонам: зоне аэрации и зоне насыщения.

Почвенные воды и верховодка образуются в зоне аэрации. В зоне насыщения выделяют воды: грунтовые, межпластовые безнапорные и межпластовые напорные, или артезианские.

Геологическая деятельность ледников

Ледники - это естественные массы кристаллического льда, находящиеся на поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега). Необходимым условием образования ледников является сочетание низких температур с большим количеством твердых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор.

Выделяются три основных типа ледников: 1) материковые, или покровные, 2) горные, 3) промежуточные, или смешанные. Классическими примерами ныне существующих материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии. Антарктида занимает площадь около 15 млн км 2 , из них около 13,2 млн км 2 покрыто льдом. Ледяной покров образует огромное плато высотой до 4 км..

В четвертичном периоде значительная часть Европы и Северной Америки также были покрыты материковым ледяным покровом.

При своем движении ледники производят разрушение горных пород, перенос обломков и их аккумуляцию в виде морен. Одна из таких конечных морен расположена около МГОУ за рекой Яузой на территории Лосиного острова.

Геологические процессы в областях распространения многолетнемерзлых горных пород

Хорошо известно, что поверхностные слои почв и грунтов подвергаются сезонному промерзанию зимой и оттаиванию в весенне-летнее время. Наибольшая глубина промерзания в северном полушарии наблюдается в северных приполярных районах, наименьшая - в южных. Этот верхний слой периодического промерзания и оттаивания отличается большой динамичностью и называется деятельным слоем. Ниже него на обширных пространствах Северной Евразии и Северной Америки развиты многолетнемерзлые горные породы (ММП). В России они занимают больше половины площади.

Зону распространения ММП называют мерзлой зоной земной коры или криолитозоной. Соответственно и наука, изучающая криолитозону и процессы, связанные с ней, называется геокриологией или мерзлотоведением.

В зоне ММП наблюдается целый ряд геологических процессов. Повторно-жильные льды формируются в северной геокриологической зоне. Их развитие связано с морозобойными трещинами, образующими системы полигонов. Морозное пучение характерно для различных районов криолитозоны. Инъекционные бугры пучения образуются в условиях закрытой системы. К склоновым процессам относятся солифлюкция и курумы.

Геологическая деятельность океанов и морей

Вся совокупность водных пространств океанов и морей, занимающих 70,8 % поверхности Земли, называется Мировым океаном, или океаносферой. Мировой океан включает четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый, все окраинные (Берингово, Охотское, Японское и др.) и внутриконтинентальные моря (Средиземное, Черное, Балтийское и др.).

В рельефе дна океанов и морей выделяются шельф, материковый склон, ложе Мирового океана с поднятиями (срединно-океаническими хребтами, валами, вулканическими островами и гайотами) и глубоководными впадинами (Тонга-Кермадекской, Курило-Камчатской, Идзу-Бонинской и др.).

В Мировом океане у подножия материкового склона формируется на третьем уровне седиментации основная часть обломочного материала, образующегося при денудации, часть последнего разносится геострофическими течениями по дну Мирового океана. На глубинах менее 4 км чаще во внутренних частях Мирового океана образуются карбонатные илы, впоследствии превращающиеся в известняки. В глубоководных частях океанов формируются диатомовые и радиоляритовые илы, а также красные глубоководные глины с криоконитом. В пределах срединноокеанических хребтов под действием черных ведьм (черных курильщиков) образуются месторождения меди, полиметаллов и золота.

Тема: Общие сведения. Эндогенные геологические процессы

1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.

2. Тектонические движения земной коры.

3. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.

4. Выветривание. Элювий

1. Классификация геологических процессов. Эндогенные процессы.

Геологическими называютпроцессы, протекающие в недрах Земли или на ее поверхности и связанные с образованием, перемещением или разрушением горных пород. Эти процессы постоянно изменяют облик нашей планеты.

Различают эндогенные (внутренней динамики) и экзогенные (внешней динамики) процессы.

Основной движущей силой эндогенных процессов является энергия, которая выделяется за счет перераспределения вещества в недрах Земли, радиоактивного превращения элементов, химических реакций.

К ним относятся: магматизм, метаморфизм, вулканизм, землетрясение и породообразование.

Экзогенные процессы действуют под влиянием солнечной энергии. Они проявляются во взаимодействии литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой.

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико - химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

Наиболее отчетливо эндогенные процессы выражаются в явлениях вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

Явления вулканизма знакомят человека с материей, располагающейся в глубинах земного шара, с ее физическим состоянием и химическим составом. Проявления поверхностного вулканизма происходят не повсеместно, а приурочены к определенным участкам земной коры, положение и площадь которых изменялись в ходе геологической истории.

Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности, а застывает где-то на глубине, образуя при этом глубинные, интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения магмы в земную кору получили название глубинного вулканизма, или плутонизма.

Вторым видом эндогенных процессов являются землетрясения, проявляющиеся в определенных участках земной поверхности в виде кратковременных толчков или сотрясений. Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т. д.

Кроме кратковременных и сильных колебаний типа землетрясений, земная кора испытывает колебания, при которых одни участки ее опускаются, а другие поднимаются. Движения совершаются очень медленно со скоростью нескольких сантиметров или даже миллиметров в столетие, они недоступны непосредственным наблюдениям без приборов. Но так как эта движения совершаются повсеместно и непрерывно в течение многих миллионов лет, то конечные результаты их весьма существенны.

Вследствие этих колебательных движений, многие области, ранее бывшие сушей, оказались дном океана и, наоборот, некоторые участки земной поверхности, сейчас возвышающиеся на сотни и даже тысячи метров над уровнем моря, сохраняют свидетельство того, что когда-то они были под водой. Интенсивность колебательных движений неодинакова: на одних, участках земной коры опускания или поднятия более значительны, на других менее значительны.

Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов, выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.

Явление смятия и разрыва пластов способствует образованию возвышенностей и гор, впадин и котловин. Многие ученые приписывали явлению складчатых деформаций главную роль в образовании гор, считая, что породы, сминаясь в складки, вспучивают земную поверхность и образуют возвышенности. Этот процесс получил название орогенеза («орос» - по-гречески возвышенность, «генез» - образование). В настоящее время установлено, что в образовании гор колебательные движения играют не меньшую роль, чем складчатые, поэтому термин «орогенез», утратив свое первоначальное значение, стал употребляться реже.

Складчатые деформации проявляются только в определенных, наиболее подвижных и наиболее проницаемых для магмы участках земной коры, именуемых геосинклиналями. В противоположность им устойчивые, со слабой тектонической активностью, области называются платформами.

Складчатые деформации, землетрясения и особенно вулканизм способствуют существенному изменению горных пород, слагающих земную кору. Вследствие сдавливания они становятся более плотными и твердыми, а под действием высокой температуры обжигаются и даже переплавляются. Действие паров и газов, выделяемых из магмы, способствует образованию в горных породах новых минералов. Все эти явления преобразования горных пород под действием эндогенных процессов носят название метаморфизма («метаморфизм» - по-гречески означает превращение) и также связаны с глубинными силами.

К числу эндогенных процессов относятся, следовательно, вулканизм, землетрясения, колебательные движения (или эпейрогенез), складчатые и разрывные деформации и метаморфизм.

Из всех видов эндогенных явлений только колебательные движения, как указывалось ранее, проявляются более или менее равномерно в пределах всей земной коры; все же остальные явления сосредотачиваются главным образом в подвижных геосинклинальных поясах Земли.

Эндогенные процессы коренным образом меняют характер земной коры и, в частности, ее поверхности; они приводят к созданию основных форм рельефа поверхности Земли - горных стран и отдельных возвышенностей, огромных впадин - вместилищ океанической и морской воды и др.

Формы, созданные эндогенными силами, в свою очередь подвергаются действию экзогенных сил. Возвышенности размываются реками, развеваются ветрами; у подножия возвышенностей накапливаются мощные пролювиально-делювиальные шлейфы, впадины заполняются осадками, берега впадин размываются волнами. Эндогенные силы стремятся к расчленению и усложнению рельефа земной поверхности, а экзогенные силы денудируют, т. е. выравнивают поверхность Земли. Во взаимодействии экзогенных и эндогенных процессов происходит развитие земной коры и ее поверхности.

2. Тектонические процессы и явления. Формы тектонических дислокаций.

Тектоническими нарушениями называются перемещения вещества земной коры под влиянием процессов, происходящих в более глубоких недрах Земли. Эти движения вызывают тектонические нарушения, т. е. изменения первичного залегания горных пород. Особенно отчетливо эти изменения наблюдаются на примере осадочных пород, которые первично отлагаются в виде горизонтально залегающих пластов, а вследствие тектонических нарушений оказываются смятыми в складки или разорванными на отдельные чешуи и блоки. Тектонические движения, в конечном счете создают наблюдаемую структуру земной коры, т. е. они являются созидательными движениями («тектонос» по-гречески-созидательный). В результате этих движений возникают и основные неровности рельефа поверхности Земли.

Тектонические движения можно разделить на два типа: радиальные – колебательные, или эпейрогенические движения, и тангенциальные , орогенические. В первом типе движении напряжения передаются в направлении, близком к радиусу Земли, во втором - по касательной к поверхности оболочек земной коры. Очень часто эти движения бывают, взаимосвязаны, или один тип движений порождает другой. В результате этих типов движений создаются три вида тектонических деформаций:1) деформации крупных прогибов и поднятий; 2) складчатые; 3) разрывные.

Первый тип тектонических деформаций, вызванный радиальными движениями в чистом виде, выражается в пологих поднятиях и прогибах земной коры, чаще всего большого радиуса. Колебания, вызывающие образование подобных форм, в отличие от сейсмических колебаний совершаются относительно медленно, ощутимых разрушений не приносят и непосредственным наблюдениям человека не поддаются.

Складчатые деформации вызываются тангенциальными движениями и выражаются в виде складок, образующих длинные или широкие пучки, иногда короткие, быстро затухающие моршины.

Третий тип тектонических деформаций характеризуется образованием разрывов в земной коре и перемещением отдельных участков ее вдоль трещин этих разрывов. Разрывные нарушения очень часто являются производными от первых двух типов, но в большей мере от складчатых. Установить причину той или иной деформации не всегда удается, так как, кроме вышеуказанных типов движений, деформации могут образоваться в связи с внедрением магмы и т.п

Тектонические процессы приводят к нарушениям в залегании Г.П. Эти нарушения наз. дислокациями.

3. Формы залегания пластов, дислокаций.

1 антиклиналь 2 синклиналь

Основные виды разрывных дислокаций:

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Землетрясе́ния - подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (главным образом тектоническими процессами), или (иногда) искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушение подземных полостей горных выработок). Небольшие толчки могут вызываться также подъёмом лавы при вулканических извержениях.

Ежегодно на всей Земле происходит около миллиона землетрясений, но большинство из них так незначительны, что они остаются незамеченными. Действительно сильные землетрясения, способные вызвать обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели. Большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами).

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

ИЗВЕРЖЕНИЯ

Везувианский тип. Назван по имени знаменитого вулкана Везувия, расположенного в Италии близ Неаполя. Известен своим катастрофическим извержением , разразившимся в 79 г. н. э., которое красочно описано древнеримским ученым Плипием Младшим. Тогда под толщей вулканического пепла и грязевых потоков были погребены три города - Геркуланум, Помпея, Стабия. Для этого типа характерны сильные взрывные извержения вследствие периодической закупорки жерла вулкана, а также последующее излияние лавовых потоков.

Гавайский тип особенность его состоит в том, что базальтовые расплавы здесь изливаются относительно спокойно, без взрывов; расплав слабо насыщен газами и имеет небольшую вязкость, хотя иногда и возникают необыкновенно эффектные лавовые фонтаны. В результате такого извержения вулкан имеет очень пологие склоны, на которых расположено несколько кратеров.

Тип Пеле Которому свойственны раскаленные пепловые тучи и рост купола в кратере вулкана. Впервые на этом вулкане был отмечен направленный взрыв, охвативший большую площадь.

Тип Вулкано. Вулкан Вулкано, находящийся на Липарских островах, также весьма знаменит - ведь отсюда происходит и сам термин «вулкан». Для него характерно извержение относительно кислых вулканических продуктов (андезито-дацитового состава). Вследствие большой вязкости расплава происходит закупорка жерла вулкана; скопившиеся пары и газы взрывают эту пробку, выбрасывая на большую высоту пепел и другие лавовые частицы разнообразных форм и размеров.

4. Выветривание. Элювий.

К экзогенным процессам относят процессы выветривания,

Выветривание (а. weathering, degradation, disengagement; н. Verwitterung; ф. alteration; и. meteorizacion) - процесс разрушения и изменения горной породы в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов . По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферное (или наземное) выветривание и подводное (или гальмиролиз). Основные типы выветривания по роду воздействия на горные породы; физическое, химическое и органическое (биологическое).

Физическое выветривание вызывает разрушение горной породы на обломки и происходит вследствие быстрого изменения объёма поверхностных частей пород и последующего их растрескивания под влиянием резких суточных колебаний температуры, замерзания и оттаивания воды в трещинах. (высокогорные области, полярная и пустынные зоны, тундра, сухой климат).

Химическое выветривание ведёт к изменению химического состава горной породы процессами окисления, гидратации и др. с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности. (влажные области, тропики, субтропики).

Биологическое выветривание сводится к механическому и химическому изменению пород, вызываемому жизнедеятельностью организмов. Биологические факторы играют важную роль в своеобразном типе выветривания - почвообразовании. (во многих климатических зонах).

Элювий – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования.

Элювий накапливается там на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях, где ослаблена денудация. Он образует кору выветривания и отличается отсутствием сортировки материала и слоистости. Размер кусков эливия (механический состав) - от глыб до глин. Во многих районах в элювие концентрируются россыпи тех полезных ископаемых, которые заключались в коренных горных породах.

Контрольные вопросы:

1. Дать к лассификацию геологических процессов.

2. Что понимают под эндогенными процессы.

3. Назвать виды т ектонических движений земной коры.

4. Перечислите тектонические процессы и явления.

5. Назовите формы тектонических дислокаций.

6. Что понимают под выветриванием.

7. Что понимают под элювием.