Инженерная геология как наука

Твердость. Под твердостью понимают способность минерала сопротивляться истиранию каким-либо предметом.

Цвет– это окраска минерала в образце (в куске).

Цвет черты.Под цветом черты понимается цвет минерала в порошке.

Блеск – способность минерала отражать свет, падающий на его поверхность.

Прозрачность. Под этим свойством понимается способность минерала полностью поглощать, отражать или пропускать свето­вые лучи.

К другим признакам относят вкус, запах, магнитность, растворимость в воде, взаимодействие с соляной кислотой и другие.

. Классификация минералов по хим. составу.

Силикаты —минералы, являющиеся основной составной частью большинства магматических и метаморфических пород. Среди силикатов выделяют группы минералов, характеризующиеся некоторой общностью состава и строения — полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды, а также оливин, тальк, хлориты и глинистые минералы.

Оксиды и гидроксиды. Эти два класса объединяют около 200 мине­ралов, на их долю приходится до 17% всей массы земной коры. Наибольшее распространение имеют кварц, опал и лимонит.

Карбонаты. К ним относится более 80 минераяов. Наиболее рас­пространены кальцит, магнезит, доломит. Происхождение в основном экзогенное и связано с водными растворами. В контакте с водой они немного снижают свою механическую прочность, хотя и слабо, но растворяются в воде, разрушаются в кислотах.

Сульфаты. Этот класс объединяет до 260 минералов, происхожде­ние которых связано с водными растворами. Характеризуются неболь­шой твердостью, светлой окраской. Сравнительно хорошо растворяются в воде. Наибольшее распространение имеют гипс и ангидрит.

Сульфиды насчитывают до 200 минералов. Типичный представитель пирит. Сульфиды в зоне выветривания разрушаются, поэтому их примесь снижает качество строительных материалов.

Галоиды содержат около 100 минералов. Происхождение связано в основном с водными растворами. Наибольшее распространение имеет галит. Может быть составной частью осадочных пород, легко раство­ряется в воде.

Минералы классов фосфатов, вольфраматов и самородных элемен­тов встречаются гораздо реже, чем другие.

. Классификация минералов по происхождении.

Различают три основных процесса минералообразования: эндогенный, экзогенный и метамор­фический.

Эндогенный процесс связан с внутрен­ними силами Земли и проявляется в ее недрах. Минералы формируются из маг­мы. Эн­догенные минералы обычно плотные, с большой твердостью, стойкие к воде, кис­лотам, щелочам.

Экзогенный процесс. Создание минералов свя­зано с процессом выветривания, т. е. раз­рушительным воздействием воды, кисло­рода, колебаний температуры на эндоген­ные минералы... Минералы формируются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов В экзогенном процессе ряд минералов образуется также за счет жизне­деятельности различных организмов . В большинстве случаев они имеют низкую твердость.

Метаморфический процесс. Под воздействием высоких температур и давлений, а также магматических газов и воды на некоторой глубине в земной коре происходит преобразование минералов, ранее образо­вавшихся в экзогенных процессах.

Магматические излившиеся (эффузивные) горные породы.

Происхождение и характерные особенности осадочных горных пород.

Хемогенные породы

Тектонические дислокации— это нарушение залегания горных пород под действием тектонических процессов. Тектонические дислокации связаны с изменением распределения вещества в гравитационном поле Земли. Они могут происходить как в осадочной оболочке, так и в более глубоких слоях земной коры.

Различают два вида тектонических дислокаций:

-пликативные, которые выражаются в изгибах слоёв различных масштабов и формы

-дизъюнктивные (разрывные), которые сопровождаются разрывом сплошности геологических тел.

Кроме этого выделяют также иньективные тектонические дислокации, которые подразделяют на магматические, представленные интрузивными телами различной формы и состава, и амагматические (соляные, глиняные и «ледяные» диапиры).

Образование тектонических дислокаций происходило на протяжении всей геологической истории. В качестве типичных примеров тектонических дислокаций можно привести складки, флексуры, разломы, интрузии и т.р.

12.Сейсмические явления. Классификация землетрясений, оценка энергии и силы. Шкала землетрясений. Представление о сейсмичности территории стран СНГ. Метаморфизм, его виды и результаты

Землетрясения – это подземные удары (толчки) и колебания поверхности Земли, вызванные процессами высвобождения энергии внутри нее. По разрушительным последствиям землетрясения не имеют себе равных среди стихийных бедствий.

1. Тектонические землетрясения: Вся поверхность земного шара делится на несколько огромных частей земной коры, которые называются тектоническими плитами.
Тектонические плиты находятся в постоянном движении, которое составляет несколько сантиметров в год. Они могут раздвигаться, сдвигаться и скользить одна относительно другой.
Согласно теории, землетрясения являются результатом столкновения этих плит и сопровождаются изменениями поверхности земли в виде складок, трещин, и т.п., которые могут простираться на большие расстояния. К счастью для человечества, основная часть линий раскола земной коры проходит по морям и океанам. Поэтому 90% землетрясений на Земле проходит незаметно для человека. Иногда случаются землетрясения во внутренних частя плит – так называемые внутриплитовые землетрясения.

2. Вулканические землетрясения - в местах, где раздвигаются тектонические плиты.

3. Обвальные землетрясения - землетрясения возникающие при развитии крупных оползней, обрушение кровли шахт или подземных пустот с образованием упругих волн.

4. Землетрясения, вызванные инженерной деятельностью человека (заполнение глубоких, более 10 м водохранилищ, закачка воды в скважины, образовании подземных полостей вследствие добычи полезных ископаемых, горные работы и взрывы большой мощности)

Для оценки и сравнения землетрясений используются шкала магнитуд и шкала интенсивности. Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах. Шкалы интенсивности. Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения. В мире используется несколько шкал интенсивности: в Европе — европейская макросейсмическая шкала (EMS), в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo), в США и России — модифицированная шкала Меркалли (MM)

13.Экзогенные процессы и явления, их классификация. Выветривание, его виды, зональность и результаты. Продукты выветривания. Элювии, его состав, условия залегания и свойства. Учел процессов выветривания при строительстве.

Для удобства изучения геологические процессы разделяют на две большие группы: процессы внешней геодинамики, или внешние экзогенные процессы, и процессы внутренней геодинамики, или внутренние эндогенные процессы.Экзогенные процессывозникают в результате взаимодействия каменной оболочки с внешними сферами: атмосферой, гидросферой и биосферой. Эндогенные процессы проявляются при воздействии внутренних сил Земли на ту же каменную оболочку. Экзогенные процессыв свою очередь подразделяются на три большие группы: процессы выветривания, процессы денудациии процессы аккумуляции, или осадконакопления. Процесс выветривания ------Это разрешения и изменение состава горных пород, происходящее под воздействием различных процессов, действующие на поверхности земли – это колебания температур, замерзание вод, кислот, щелочей, углекислоты, действие ветра, организмов и т.д. Выветривание влияет не только на природные тела, но и на строительные материалы и сооружения. Главной особенностью выветривания является постепенное и постоянное разрушение верхних слоев литосферы.

По интенсивности воздействия тех или иных агентов выделяют три вида выветривания физическое, химическое и биологическое. Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении пород без существенного изменения их минерального состава. Породы дробятся в результате изменения температур, замерзания воды, механической силы ветра и ударов песчинок, кристаллизации солей в капиллярах ,корней растений. Химическое выветривание выражается в разрушении горных пород путем растворения изменения их состава. Наиболее активным химическим реагентом является вода, кислород, углекислота и органические кислоты. Биологическое выветривание проявляется в разрешении горных пород в процессе жизнедеятельности живых организмов и растений. Породы дробятся и в значительной мере подвергаются воздействию органических кислот. Механическое разрушение производят корни растений. Многие живые организмы особенно из числа землероев, активно разрушают горные породы. Действие биологического выветривания повсеместно. Ему принадлежит ведущая роль в образовании почв.

В результате этого горные породы дробятся, изменяют химический состав, вследствие этого ухудшается их строительные свойства или они полностью разрушаются. Интенсивность выветривания находится в зависимости от состава пород. Воздействие на земную поверхность, на толщи скальных пород процесса выветривания приводит к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизмененных выветриванием горных пород или продуктов их выветривания.

Продукты выветривания горных пород, накапливающиеся на месте своего образования, называются элювиальными продуктами или элювием. Несмотря на большое разнообразие продуктов выветривания в их строении намечаются общие черты, обусловленные общими закономерностями развития и течения процессов выветривания. При нормальных условиях верхние слои элювия измельчены значительно сильнее, чем лежащие глубже. С глубиной продукты выветривания становятся все более и более грубыми. Самый нижний слой элювия обычно состоит из кусков породы, хотя и отделенных от массивной породы, но залегающих на месте образования. Глубже массивные породы разбиты лишь трещинами, количество которых уменьшается с глубиной.

Св-ва. Элювий не обладает слоистостью. Часто даже граница элювия и не выветриваемой породы может быть определена с большой долей условности. Она выражена достаточно резко только тогда, когда массивные породы трудно поддаются выветриванию. Масса элювия может уменьшаться благодаря выщелачиванию, вымыванию и выдуванию. Выщелачивание происходит интенсивно в верхних слоях элювия, но если в верхних слоях легко растворимые продукты полностью выщелочены, процесс протекает более интенсивно в более глубоких горизонтах. Вымывание мелкого материала происходит и на поверхности, и на глубине. Выдувание частиц может происходить только с поверхности в условиях сухого климата и сильных ветров. Перечисленные процессы уменьшают массу элювия и увеличивают его пористость, а также приводят к постоянному, но неравномерному его оседанию. Толщина защитного слоя элювия уменьшается и выветривание проникает глубже в толщу коренных пород. Это снова увеличивает толщу элювия, причем оба процесса — уменьшение массы элювия и увеличение его мощности — идут одновременно, находясь в состоянии динамического равновесия. При этом нижние горизонты элювия являются наиболее молодыми, а верхние — древними. При сокращении объема и последующем оседании элювиальных масс мелкие частицы более подвижны, чем крупные. Поэтому верхние слои элювия часто обогащаются крупным каменным материалом. Этому способствуют также выдувание и вымывание мелкозема с поверхности. В связи с этим иногда, вопреки нормальной последовательности, верхние слои элювия бывают более обогащены крупным материалом, чем нижние.

Учёт процессов выветривания при строительстве

При выборе основания для зданий и сооружений кору выветривания прорезают фундаментом до не выветриваемой породы. Процесс выветривания необходимо учитывать на период эксплуатации зданий. Порода и строительные материалы не защищают от агентов, постепенно будут разрушаться, снижая устойчивость и прочность зданий. Покрытие пород непроницаемыми для агентов выветривания материалами, пропитывание горных пород различными веществами, нейтрализация агентов выветривания, планировка и отвод вод.

14.Геологическая деятельность ветра. Дефляция, коррозия, перенос, аккумуляция. Эоловые отложения, их состав, формы залегания и свойства.

Все процессы, обусловленные деятельностью ветра, создаваемые ими отложения рельефа и формы, называют эоловыми. Эоловые процессы протекают на всей территории суши, но наиболее активно проявляются в пустынях, полупустынях, на побережьях морей и океанов. Этому способствует оптимальное сочетание условий, способствующих развитию эоловых процессов. Переносимый ветром тонкий материал может перемещаться на сотни и даже тысячи километров. Геологическая деятельность ветра складывается из процессов разрушения пород, переноса материала и его аккумуляции, тесно взаимосвязанных и протекающих одновременно. Разрушительная деятельность ветра складывается из двух процессов - дефляции и корразии.
Дефляция (от лат. «deflatio» - сдувание) - процесс выдувания и развевания ветром частиц рыхлых горных пород. Дефляции подвергаются мелкие частицы пелитовой, алевритовой и песчаной размерности. Различают площадную и локальную дефляцию. Площадная дефляция приводит к равномерному выдуванию рыхлых частиц с обширных площадей; понижение поверхности за счёт такой дефляции может достигать 3 см в год. Развитие локальной дефляции определяется особенностями движения воздушных потоков и характером рельефа. С действием восходящих вихревых потоков связано образование котловин выдувания. В качестве особого вида локальной дефляции выделяют бороздовую дефляцию. В трещинах, узких щелях или бороздах сила ветра больше, и рыхлый материал выдувается оттуда в первую очередь. В частности с этим видом дефляции связано углубление колеи дорог.

Корразия (от лат. «corrado» — скоблю, соскребаю) – процесс механического истирания горных пород обломочным материалом, переносимым ветром. Заключается в обтачивании, шлифовании, и высверливании горных пород. Частицы, переносимые ветром, ударяясь о поверхность встречающихся на пути коренных горных пород, действуют в качестве природного «абразивного инструмента», вырабатывая на их поверхности штрихи, борозды, ниши и другие характерные формы. В процессе такого обтачивания происходит также образование нового обломочного материала, вовлекаемого в процесс дефляции Таким образом, процессы корразии и дефляции взаимосвязаны и протекают одновременно.

Перенос материала ветром может осуществляться в следующих формах: перекатыванием, путем скачкообразных движений и во взвешенном состоянии.

Перекатыванием или скольжением перемещаются крупные зёрна песка и, при штормовых и ураганных ветрах, гальки и щебень.

Перемещение во взвешенном состояниихарактерно для пылеватых частиц. Частицы движутся в воздушном потоке (на высоте до 3-6 км) не опускаясь на поверхность до изменения условий (скорости ветра)

Эоловый лёсс - отложения, сложенные пылеватыми частицами, неслоистые, обладающие высокой пористостью. Эоловые пески также обладают рядом специфических особенностей.

Эоловые формы рельефа:

Наиболее распространены аккумулятивные и аккумулятивно-дефляционные формы, образующиеся в результате перемещения и отложения ветром песчаных частиц, а также выработанные (дефляционные) формы, возникающие за счет выдувания рыхлых продуктов выветривания. Форма и величина аккумулятивных и аккумулятивно-дефляционных образований зависит от сочетания ряда факторов: характера и режима ветров, количества растительности (препятствующей свободному движению песков), а также насыщенности песчаными частицами ветропесчаного потока, увлажнения песков, характера подстилающей поверхности и некоторых других. Максимальное распространение эоловые формы получают в пустынях. Для рельефа пустынь характерно одновременное присутствие наложенных друг на друга различных по масштабу динамичных аккумулятивных и дефляционно-аккумулятивных эоловых форм.
Барханы - подвижные аккумулятивно-дефляционные формы рельефа пустынь, представляющие собой серповидные в плане крупные скопления песков. Характерной морфологической особенностью барханов служит полулунное или серповидное очертание в плане и наличие ассиметричных склонов: длинного пологого (5—14°) наветренного и короткого крутого (30—33°) подветренного, переходящих в вытянутые по ветру «рога». При этом «рога» направлены по направлению ветра. Высота барханов обычно составляет первые метры, но может достигать 100 м и более. Барханы динамичны и меняют свою форму в зависимости от направления и скорости ветра и равномерности поступления того или иного количества песка.
Движение песка по профилю бархана в разных его частях неодинаково. На нём можно выделить три следующие зоны.

Более сложной формой эолового рельефа пустынь является барханная цепь. Барханная цепь представляет собой подвижное скопление песка, имеющее форму сильно вытянутого асимметричного волнообразного вала. Барханные цепи обычно располагаются параллельными рядами. Это связано с формированием двух взаимо-перпендикулярных потоков воздуха при их образовании: один, основной, соответствует направлению ветра (он перпендикулярен цепи), второй, образованный за счёт снижения давления при образовании вихрей в зоне аккумуляции, имеет параллельное цепям направление. Развиты дюны - подвижные аккумулятивно-дефляционные песчаные форма рельефа внепустынных областей. В отличие от развитых в пустынях барханов, у дюн «рога» расположены на наветренной стороне. Пологий склон обращён навстречу ветру и имеет угол наклона 8—20°, заветренный 30-40°. Дюны могут перемещаться в направлении господствующего ветра со скоростью до 10 м в год, в зависимости от массы песка и скорости ветра.

15.Роль ветра в производственной деятельности человека. Меры борьбы с ветровой эрозией.

Ветровая эрозия – одно из наиболее значимых факторов, отрицательно влияющих на качество полей. Самыми незащищенными в этом плане являются гладкие, рыхлые с мелкими гранулами почвы. Пожнивные остатки – самый простой и надежный способ снижения ветровой эрозии. Растительный материал улавливает движущиеся частицы почвы и ограничивает их лавинообразный эффект. Минимальная технология обработки почвы, при которой на поверхности остаются пожнивные остатки, снижает ветровую эрозию и предотвращает измельчение почвы до пылеобразного состояния.

Неровная почва, полученная в результате обработки, является весьма эффективной для снижения ветровой эрозии. Гребни и впадины поглощают и меняют направление воздействия части ветровой энергии, а также улавливают летающие частицы почвы. Гребни высотой 10, 16-20, 32см наиболее эффективны для защиты почвы.

16. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод. Плоскостной смыв, перенос материала и образование делювия.

Под текучими водами понимаются все воды поверхностного стока на суше от струй, возникающих при выпадении дождя и таяния снега, до самых крупных рек. Чем больше масса воды и скорость течения, тем наибольший эффект ее деятельности. Поверхностная текучая вода - один из важнейших факторов денудации суши и преобразования лика Земли. В деятельности текучих вод могут быть выделены три составляющие: 1) разрушение, 2) перенос и 3) отложение, или аккумуляция, переносимого материала на путях переноса. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловый склоновый сток; сток временных русловых потоков; сток постоянных водотоков - рек.

Рис.1. Схема образования делювия

В периоды выпадения дождей и таяния снега вода стекает по склонам в виде сплошной тонкой пелены или густой сети отдельных струек. Они захватывают главным образом мелкоземистый материал, слагающий склоны, переносят его вниз. У подошвы течение воды замедляется, и переносимый материал откладывается как непосредственно у подножья, так и в прилегающей части склона (рис. 6.1). Такие отложения, образованные склоновым стоком, называются делювиальными отложениями или делювием . Наиболее характерны довольно протяженные делювиальные шлейфы в пределах равнинных рек степных районов умеренного пояса. Делювиальные шлейфы в этих условиях обычно сложены суглинками и лишь местами в основании встречается песчаный материал. Наибольшая мощность делювия (до 15-20 м) наблюдается у основания склона, а вверх по склону она постепенно уменьшается. Продолжающийся процесс плоскостного смыва и образование делювия постепенно приводят к выполаживанию склонов. В высоких горах типичных делювиальных шлейфов нет в связи с широким развитием гравитационных процессов на склонах. В этих условиях формируются смешанные коллювиально-делювиальные образования.

17. Деятельность временных русловых потоков. Эрозия, перенос, аккумуляция. Формирование оврагов, балок, селевые потоки. Пролювиальные отложения, их форма, состав, строение и свойства. Конусы выноса, предгорные равнины.

Геологическая деятельность временных русловых потоков.Вода, стекающая по склонам в виде струек в пониженные элементы рельефа, собирается в виде потоков, которые обычно приурочены ко дну понижений. Эти потоки образуются в период выпадения атмосферных осадков или таяния снега. При своем движении вода размывает дно понижения (оврага), углубляя его и расширяя площадь водосбора. Процесс размыва горных пород, осадков и почв поверхностными текучими водами называется эрозией. При эрозии изменяется рельеф, образуются линейно вытянутые понижения. Устье наиболее мелких понижений (рытвин, мелких оврагов) обычно приурочено к склонам более крупных понижений (глубоких оврагов, рек).Эрозия начинается в нижней части склона (рис. 12, точка А).

Рис. Схема разработки продольного профиля реки (оврага).

A – начальная линия склона, А – В – 1, А – В – С – 2, А – В – С – D– 3 – последовательные положения дна оврага. A1– В1– С1– D1– а –положение дна оврага при формировании профиля равновесия.От точки А процесс размыва идет в глубь склона (точки В, С, D, а).Максимальные уклоны дна возникшего понижения будут иметь место в верхней его части (между точками D-а. Наименьший уклон дна будет в устье понижения близ точки А. Уровень, на котором находится дно понижения в его устье (точка А), называется базисом эрозии. Ниже базиса эрозии при данных условиях эрозия происходить не может. Процесс углубления дна оврага при данном базисе эрозии идет до выработки так называемого продольного профиля равновесия (линия А'—В'—С'—D'—а). Овраг постепенно превращается в балку – линейно вытянутое понижение с задернованными склонами и относительно плоским дном. Выделяют глубинную (донную) и боковую эрозию. При донной эрозии углубляется дно понижения, при боковой – его склоны. При своем движении вода в виде потока по дну оврага выносит продукты размыва горных пород и почв к его устью. Здесь кинетическая энергия потока, разделяющегося на более мелкие ручьи и струи, резко падает и продукты размыва выпадают в осадок. Непосредственно у выхода оврага выпадают в осадок самые крупные обломки, ниже — более мелкие. В результате в устьях оврагов и балок формируются так называемые пролювиальные отложения, в плане похожие на конус. Такая форма получила название конуса выноса. Пролювиальные отложения представлены различного типа обломочными породами: от глыб и галечников до глинистых разностей. В силу резко изменяющихся условий формирования состав пролювиальных отложений изменяется и по глубине.

18.Геологическая деятельность рек. Речные долины, условия образования и строение. Террасы и дельты. Аллювиальные отложения, их типы, состав, строение, свойства. Борьба с водной эрозией.

Атмосферные осадки и выходящие на поверхность подземные воды собираются в постоянные водопотоки, называемые реками. На пути своего движения реки совершают большую геологическую работу – разрушение горных пород (эрозия), перенос продуктов разрушения (транспортировка) и отложение продуктов разрешения (аккумуляция),а также растворяющее действие. Перенос продуктов эрозии осуществляется в растворенном виде, во взвешенном состоянии и перекатывании по дну. В результате геологической работы реки вырабатывается речная долина и формируются аллювиальные ( а ) отложения, как результат аккумуляции продуктов эрозии. Формирование речной долины происходит за счет боковой и глубинной эрозии, а также аккумуляционной деятельности потока. Долина представляет собой корытообразное вытянутое углубление. Речные долины по формам, размерам и строению могут быть самые разнообразные. Долина состоит из следующих элементов: дно долины, тальвег, русло, пойма и террасы. Дно – это низкая часть долины, заключенная подошвами склонов. Тальвег – условная линия, соединяющая самые глубокие точки дна долины. Русло – часть долины, которая занята водным потоком. Для русла не характерна устойчивость и оно часто меандрирует. Остатки старых русел, отделившихся от главного потока, называют старицами. Пойма – часть речной долины, затапливаемая водой в период паводка и половодья. Террасы - различные уступы в долинах рек. Они бывают поперечные и продольные. Поперечные террасы располагаются поперек долины и порождают водопады и пороги, а продольные террасы располагаются вдоль склонов в виде горизонтальных или слабо наклоненных площадок. Террасы обычно называют надпойменными. Надпойменные террасы водой никогда не затапливаются. Отсчет надпойменным террасам ведут от более молодых к древним, то есть снизу вверх. Каждая терраса характеризуется высотой и шириной, при этом высота колеблется от 1 до 50 м, а ширина - от 100 м до 60 км. Река проходит в своем развитии, как и любой биологический объект, все стадии - зарождение, детство, отрочество, юность, зрелость, дряхлость и умирание. На стадиях детства, отрочества и юности река имеет значительный уклон и большую скорость, что вызывает интенсивное проявление донной эрозии. В результате долина узкая и глубокая, а в горных районах формируются теснины и ущелья. В стадии зрелости формируется профиль равновесия, то есть долина достигает предельного продольного профиля, что обуславливает уменьшение уклонов и снижение скорости потока. Здесь глубинная эрозия сменяется на боковую. При переходе в стадию дряхлости (старости) река мелеет, появляются отмели, перекаты и косы, которые формируются за счет осаждения продуктов эрозии. Профиль равновесия реки, как и вся ее эрозионная деятельность зависит от базиса эрозии, под которым понимают уровень водного бассейна (река, озеро, море), куда впадает река. Изменение базиса и нарушения земной коры (неотектоника) может привести к возобновлению активной геологической деятельности реки. Долина начнет углубляться и река снова повторяет все стадии своего развития. Большое влияние на развитие рек оказывает производственная деятельность человека. Интенсивный забор воды для водоснабжения и орошения сельхозкультур усиливает аккумуляцию наносов на этом участке. Сброс же большого количества воды в реку (с орошаемых территорий, с систем водопонижения, подземных сооружений и т. д.) приводит к усилению эрозионной деятельности. Особо сильное влияние на базис эрозии всей речной системы оказывает строительство водохранилищ. В зависимости от строения террасы делятся на эрозионные, аккумулятивные и цокольные (рис.).

Рис. Типы речных террас

а – эрозионные; б – цокольные, или смешанные; в – аккумулятивные.

Эрозионные террасы формируются обычно в горных районах и сложены породами, которые размывала вода. Аккумулятивные, или аллювиальные террасы образуются в равнинных реках и сложены осадками самой реки – аллювием. Цокольные террасы являются промежуточными между эрозионными и аккумулятивными. С поверхности терраса сложена аллювием, а нижняя часть уступа занята более древними породами, по происхождению не аллювиальными. Состав аллювиальных отложений зависит в основном от скорости речного потока и стадии развития реки. В состав аллювия могут входить валуны, галечник, гравий, пески, суглинки, глины, илы и органические вещества. Мощность отложений может быть от 1-2 м до 25-30 м. По характеру осадков и месту их скопления речные отложения разделяют на дельтовые, русловые, пойменные и старичные. Дельтовые отложения формируются в дельтах и состоят из песчано-глинистых несортированных осадков. В руслах рек откладываются русловые отложения, состоящие из песков, галечников, гравия и валунов. Пойменный аллювий откладывается в период паводка и состоит из суглинков различного состава, супеси, глины, мелкозернистых песков, обогащенных органическими веществами. Старичный аллювий формируется в старицах в виде линз и в своем составе содержит тонкозернистый песок, ил и органические вещества.

19. Геологические процессы в озерах и болотах. Озерные и болотные отложения, их состав, условия залегания и свойства.

Озера представляют собой заполненные водой впадины различного происхождения. Геологическая деятельность озер заключается: 1) в разрушении горных пород, слагающих крутые берега и прибрежные части дна озера (озерная абразия); 2) в разносе и сортировке обломочного и растворенного материала внутри озера; 3)в накоплении (аккумуляция) осадков на дне озера. Разрушительная работа озер проявляется в абразионной деятельности волн. Волны действием прибоя подмывают берега и создают озерные и аккумулятивные абразионные террасы. Особенно сильно размываются берега, сложенные породами континентального происхождения, а наиболее слабо – сложенные коренными скальными породами. Созидательная работа озер заключается в формировании озерных отложений. Большинство озерных отложений представлены комплексом различных накоплений обломочного, химического и органогенного происхождения. Преобладание того или иного типа отложений зависит от климатических особенностей, рельефа местности и площади водосбора озера. Для озерных отложений характерна тонкая слоистость. Механические отложения преобладают в горных озерах. У берегов формируются галечник и гравий, дальше от берега – песок и мелкозернистые осадки. У озер равнинных областей в прибрежной части откладываются пески или илы, а дальше от берега – илы и глинистые осадки. Химические осадки формируются в основном в озерах засушливой зоны. В озерах, кроме того, формируются и такие специфические образования как сапропель, торф, озерный мергель, озерный мел и трепел. Для большинства мелководных озер характерна способность в определенных геологических и физико-географических условиях переходить в стадию заболачивания, с формированием таких типичных отложений, как ил и торф. Со временем происходит заполнение озерной впадины осадками, что нередко приводит к превращению озера в болото. Деятельность болот. Болотами называются участки земной поверхности с устойчивым избыточным увлажнением верхних горизонтов почв и грунтов и имеющие в разрезе слой торфа не менее 0,3 м. Избыточно увлажненные участки, не содержащие в разрезе торфа или содержащие его меньше 0,3 м, называются заболоченными. Болота делятся на внутриконтинентальные и приморские. Внутриконтинентальные по происхождению и условию водного питания делят на низинные, переходные, верховые, ключевые и пойменные. Низинные болота питаются фунтовыми, речными или озерными,а также дождевыми и талыми водами. Для верховых болот основной источник питания - атмосферные осадки и талые воды, а для переходных болот характерно смешанное питание. Наиболее часто низинные болота образуются заторфовыванием водоемов и водотоков, а верховые болота – при заболачивании суши, где под почвами на небольшой глубине залегают слабоводопроницаемые или практически водонепроницаемые породы (суглинки ледниковые, глины и др.). Ключевые болота обычно образуются в местах выхода на поверхность подземных вод, где отсутствует возможность оттока. Эти болота имеют обычно малую площадь распространения и богато развитую болотную растительность с элементами процесса формирования торфа. На поймах образуются пойменные болота, для которых характерен торфяной слой значительной мощности. Под слоем торфа обычно образуется сапропель. Наиболее распространенными видами болотной растительности обычно являются осока, тростник, кувшинка, водяной хвощ и мхи. Однако заторфовывание водоема может произойти и путем образования сплавины (растительного ковра из мхов на поверхности воды). Тогда зарастание идет постепенно от берегов к середине озера. Заболоченные земли формируются на тех участках земной поверхности, для которых характерна малая водопроницаемость грунтов инеудовлетворительные условия испарения воды, подземного дренирования и поверхностного стока.

20. Геологические процессы в морях и океанах. Абразия. Формирование, перемещение и аккумуляция морских осадков. Диагенез осадков, условия залегания и состав морских отложений

Геологическая деятельность моря. В океанах и морях, занимающих около 70,8% поверхности Земли, сосредоточены огромные массы воды. Эти массы, находясь в непрерывном движении, постоянно взаимодействуют с окружающей средой и производят работу, которая сводится к трем видам: 1) разрушению горных пород; 2) переносу продуктов разрушения; 3) отложению осадков и образованию новых пород. В основном геологическая деятельность моря проявляется в процессах абразии дна и берегов. Основную разрушительную работу совершает морской прибой. В меньшей мере этому способствуют прибрежные и донные течения, а также приливы и отливы. При морском прибое на берег постоянно действуют волны. Под силой удара морские берега разрушаются, образуются обломки пород, которые подхватываются волнами и, ударяясь о породы берега, истирают его. Сила давления от волн достигает 16 т/м2 и даже больше, высота может достигать 15-20 м. По глубине действие волн ослабляется. В результате абразии пород на крутых берегах формируется абразионный уступ, иногда с нависающими склонами, а у подножия уступа – абразионная терраса, верхняя надводная часть которой называется пляжем. При этом граница берега отступает в глубь суши. Величина отступания может быть различной – от 3-5 см до 4-15 м в год. Размыв берега может сопровождаться оползнями, обрушениями, обвалами слагающих берега пород. Кроме механического разрушения морская вода оказывает и химическое воздействие, т. е. она способна растворять многие породы. Значительное разрушительное воздействие оказывают многие морские организмы и растения (планктон), прибрежные и донные морские течения, а также приливы и отливы. Эти течения способствуют транспортировке растворенных веществ, песчано-глинистых частиц и мелких обломков пород. Наибольшей транспортирующей способностью обладают волны, которые направлены к берегу под некоторым углом. Перенос обломков пород вдоль берегов способствует увеличению или уменьшению пляжа. С удалением от береговой линии в море возрастает значение процессов отложения осадков. Из морских осадков формируются осадочные горные породы морского происхождения, которые составляют 90% всех осадочных горных пород. По условиям образования морские осадки делятся на три подгруппы: а) терригеиные, образующиеся из обломочного материала, поступающего с суши от разрушения горных пород, и вулканических выбросов; б) химические, осаждающиеся химическим путем из воды; в) органогенные, формирующиеся на дне моря из остатков организмов или при участии последних. Дно моря или океана по условиям формирования осадков делится обычно на четыре части: литоральную, неритовую, батиальную и абиссальную. Литоральная зона соответствует приливно-отливной полосе. Здесь в основном образуются терригенные осадки (галечник, гравий, песок). Органогенные осадки (торф и др.) могут отлагаться на заболоченных морских побережьях. Химические осадки образуются редко, в основном в лагунах (соли) или в теплых морях (оолитовые известковые осадки). Неритовая зона соответствует шельфу от уровня отлива до глубины 200 м. На глубинах свыше 200 м волнения, происходящие на поверхности воды, уже не проявляются.Эта глубина также является пределом распространения донных растительных организмов.Площадь шельфа составляет до 8% площади морей и океанов. Морские осадки в этой зоне формируются как за счет продуктов разрушения берегов, так и за счет приноса материала реками и ветром.Терригенные образования здесь представлены песками и илами. Широко распространены органогенные осадки. В теплых морях отлагаются карбонатные осадки – известняки-ракушечники, коралловые накопления. В холодных морях образуются кремнистые осадки. Химические осадки неритовой зоны также имеют важное значение, т.к. они часто являются полезными ископаемыми (руды железа, марганца, алюминия, фосфаты). Осадки батиальной зоны, соответствующей континентальному склону ,отличаются большой однородностью и мелкозернистостью. Терригенные осадки представлены синим, зеленым, красным и вулканическим илом, органогенные осадки – коралловыми илами. Абиссальные осадки в ложе океанов (от 2000 до 6000 м, глубже 6000 м - глубоководные впадины) представлены известковым и кремнистым органогенными илами. Из терригенных осадков в абиссальной зоне образуются красная океаническая глина за счет космической, вулканической и эоловой пыли. Сюда же попадает обломочный материал с айсбергов и остатки организмов (зубы акул, обломки костей китов). Скорость накопления морских осадков неодинакова. В пределах океанического дна она составляет от 0,5 до 1,0 мм за 100 лет, а в неритовой зоне (шельфе) – 6 мм за 100 лет. Даже при таких небольших скоростях за время в миллионы и десятки миллионов лет формируются толщи в десятки и сотни метров. Кроме накопления осадков в пределах дна происходит и перемещение их под действием силы тяжести в виде подводных оползней и оплываний. В результате этого осадки, формирующиеся в прибрежной части моря и шельфе, встречаются на глубинах 3000 м и более. Диагенез осадков. Морские и континентальные осадки после их отложения в последующее время превращаются в осадочные горные породы. Превращение идет по пути их уплотнения, обезвоживания (дегидратации), цементации и перекристаллизации. Весь комплекс процессов, в результате которых осадки становятся горными породами, носит название диагенеза (перерождения). Наиболее распространенные морские осадки при процессах диагенеза превращаются в осадочные породы морского происхождения (известняки, доломиты, гипс, глины, мергели, диатомит, песчаники и др.), составляющие основную массу осадочного чехла земной коры.

21. Геологическая деятельность льда.В природе лёд выступает в трёх формах: 1) грунтовый лёд; 2) плавучий - морской, озёрный, речной; 3) горный и материковый.

Почвенный лёд оказывает влияние как экзогенный фактор тем, что создаёт обстановку, в которой геологические процессы протекают своеобразно и требуют специального изучения, чтобы предотвратить разрушение сооружений. Этим занимается инженерное мерзлотоведение (отрасль инженерной геологии.

Речной лёд - большого геологического значения не имеет, кроме участия в формировании русел и берегов рек, текущих с юга на север, в которых верховья вскрываются раньше, воды подпруживаются, лёд шлифует берега, сгребает гальку и валуны в валы вдоль берега.

Озёрный и морской лёд. Геологическая работа - береговой лёд ("береговой припай") разносит гальку, вмёрзшую зимой. Особенно много валунов, щебня, песка разносят айсберги, отрывающиеся от концов горных и материковых ледников. В настоящее время до 25% поверхности океана бывает сковано льдами.

Горный и материковый (глетчерный) лёд. Это один из главных факторов денудации. Накапливается или в высокогорных областях выше так называемой снеговой линии, или на континентальных пространствах в приполярных областях. Глетчерный лёд возникает из неуспевающего стаять летом снега, постепенно уплотняющегося под влиянием собственного веса и перекристаллизовывающегося.

Формы рельефа. Рельеф — это совокупность неровностей земной поверхности, характеризующих ту или иную часть ландшафта. Рельеф имеет различные очертания, размеры и происхождение.

Геоморфология — наука, занимающаяся изучением законов развития рельефа, его внешних признаков и географического распространения.

В зависимости от факторов рельефообразования выделяют:

1. Эндогенный рельеф( связанный с внутренними силами земли)

2. Экзогенный (связанный с внешними силами)

1.Эндогенный рельеф включает в себя:

- структурно-тектанические формы (материки)

- вулконические формы (вулканы-краторы)

Любой эндогенный рельеф испытывает на себе влияние экзогенных сил. Различают следующие формы экзогенного рельефа:

- плювиальный (обусловленный деятельностью поверхностных текучих вод – промоины, овраги).

- гравитационный – связан с действием силы тяжести на склонах (оползни, осыпи)

- ледниковый и навальный – обусловлен деятельностью льда и снега (горные ледники, троги, снежные лавины)

- плювно-кляцеальный – он связан с отложениями образовавшихся потоками талых ледниковых вод (морены, камы, зандры)

- рельеф береговой зоны (фиорды, лагуны)

- суффозионно-карстовый (провальные воронки, котлавины, гроты, кары)

- криогенный – связан с многолетней мерзлотой( налеть, бугры пучения)

- эоловый (ветровой) (дюны, барханы)

- биогенный – обусловленный деятельностью животных и растений (термитники, караловые рифы)

- антропогенный (техногенный) измененный в процессе деятельности человека (насыпи, выемки, курганы)

По характеру образования все экзогенные формы делятся на:

- эрозионные – формы образованные в результате разрушения горных пород постоянными или переменными водными потоками, а также выдуванием песчаных частиц.

- аккумулятивные – образованные при накоплении продуктов разрушения водно-ветровых или других способов.

Оледенения в четвертичном периоде.От более древних четвертичный период отличается рядом особенностей. Во-первых, необычайно малой длительностью - 1,8 млн. лет - по сравнению с более древними, что, впрочем, естественно в связи с его незавершенностью. Во-вторых, присутствием в отложениях четвертичной системы остатков человека и его культуры. В-третьих, резкими и многократными изменениями климата, а значит, и природных условий в целом, а также особенностей денудации и осадконакопления. Похолодания приводили к периодическому возникновению в полярных и приполярных областях покровных оледенений, в умеренном поясе - горных оледенений и развитию увлажнения в низких широтах. В эпохи потеплений и межледниковий площади, покрытые льдом, сокращались, а в низких широтах усиливалась засушливость. В-четвертых, осадочный чехол, сформированный в течение четвертичного времени, имеет иное распространение, как на поверхности суши, так и на дне морей и океанов. В-пятых, осадочным образованиям четвертичного возраста свойственны сложное строение разреза, пестрота фаций и быстрая изменчивость литологического состава, относительная кратковременность формирования и небольшая мощность при сравнительно высокой скорости осадконакопления.

22.Процессы, связанные с сезонной и многолетней мерзлотой: гидродинамическая, гидрохимическая, гидротермическая.

Области питания, напора и разгрузки. В пределах артезианского бассейна различают три области: питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность; в области напора уровень, до которого может подняться вода, располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называются напором. В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. На границе между областью питания и областью напора, в связи с количеством поступающей атмосферной воды, в различные сезоны может происходить временный переход воды со свободной поверхностью в воды напорные. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников.

Роль артезианских вод в заболачивании земель.

Использование артезианских вод для водоснабжения и орошения.

Подземные воды в закарстованных породах и особенности их формирования, залегания и состава.

Использование карстовых и жильных подземных вод.

Влияние мерзлоты на строительство. Здесь надо учитывать множество различных факторов. Здания, сооруженные без учета многолетней мерзлоты, могут через некоторое время прийти в негодность. Происходит это потому, что летом земля прогревается неравномерно на несколько десятков сантиметров. При таянии грунт становится влажным, подчас текучим. Он оседает, расползается. Та часть здания, под которой грунт размяк, оседает. Зимой почва снова замерзает, влажный грунт вспучивается и здание перекашивается, а иногда и разрушается. При строительстве на территориях с вечномерзлыми грунтами особое значение имеет правильный выбор площадок для строительства с такими грунтами, чтобы они не были пучинистыми, не подвергались образованию наледей и провалов. Кроме того, необходимо выбрать такие объемно-планировочные и конструктивные решения, а также методы осуществления строительства, чтобы обеспечить нормальные эксплуатационные качества зданий.

25.Геологическая деятельность подземных вод. Просадочные явления -просадки, уплотнение грунта, находящегося под действием внешней нагрузки или только собственного веса. Плывуны - насыщенные водой рыхлые отложения, способные в результате давления вышележащих толщ и других механических воздействий переходить в текучее состояние, при вскрытии их в котлованах, горных выработках, выемках ведут себя подобно вязким жидкостям, приходя в движение и оплывая. Набухание грунта - увеличение объема грунта при его смачивании. Свойственно главным образом глинистым грунтам. Суффозия - выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород. Морозное пучение-увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых (главным образом, глинистых и пылеватых) горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. Карст— совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью). Суффозия— вынос мелких минеральных частиц породы фильтрующейся через неё водой. Процесс близок к карсту, но отличается от него тем, что суффозия является преимущественно физическим процессом и частицы породы не претерпевают дальнейшего разрушения. Роль силы тяжести в проявлении геологических процессов. Гравитационные процессы развиваются только на крутых склонах с углом наклона более 30°. Главной областью их распространения являются горы. На равнинах они встречаются там, где имеются очень крутые склоны. При обрывистых и нависающих склонах развивается процесс обваливания — внезапное обрушение громадных блоков горных пород. На склонах меньшей крутизны возникает процесс осыпания, при котором основную роль играет скатывание обломков на поверхности склона. Гравитационные отложения— отл. склоновые, образующиеся за счет гравитационного (под влиянием собственного веса) смещения целых массивов и отдельных обломков горных пород. По генезису различаются:

1) обвальные накопления, возникающие при внезапном обрушении больших скальных массивов и образующие бугристые скопления беспорядочно смешанных глыб, щебня и мелкого детрита;

2) осыпные накопления, состоящие из неотсортированных рыхлых, чаще всего щебенистых продуктов физ. выветривания, постепенно поступающих с крутых склонов и слагающих прислоненные к ним осыпи;

3) оползневые отл. (деляп-сий), присущие склонам, сложенным пластичными песчано-глинистыми породами;

4) солифлюкционкые отл. (солифлюксий и лидефлюксий), являющиеся результатом медленного вязко-пластичного течения переувлажненной грунтовой массы вниз по склону и состоящие из продуктов ее перемешивания; могут содер. значительную примесь неравномерно распределенного щебенисто-глыбового материала.

Обвалы, лавины, оползни, осыпи. Обвал - быстрое перемещение масс горных пород, образующих преимущественно крутые склоны долин. При падении оторвавшаяся от склона масса пород разбивается на отдельные глыбы, которые, в свою очередь, дробясь на более мелкие части, засыпают дно долины. Оползни – большие блоки пород, перемещающиеся вниз по склону единым телом, часто возникают на подмываемых берегах рек. Лавина - снежный обвал, массы снега на горных склонах, внезапно пришедшие в движение, скользящие и низвергающиеся. Возникновение лавины возможно во всех горных районах, где устанавливается устойчивый снежный покров. Осыпи - скопления обломков горных пород у основания и в нижней части крутых горных склонов. Образуются в результате выветривания горных пород и скатывания обломков вниз по склону. Материал до некоторой степени сортирован по крупности и состоит обычно из угловатых обломков различного размера — от песчаных зёрен и мелкого щебня до глыб поперечником в несколько м. Влияние деятельности человека на характер проявления геологических процессов и их результатов. Инженерно-строительная деятельность человека приводит к созданию преимущественно внешних факторов, постоянных переменных. Они представлены в виде дополнительных нагрузок на земные массы и, как правило, вызывают ограниченные по зоне воздействия нарушения. Когда возводят здания, плотины и другие сооружения, создают условия для возникновения антропогенных тектонических процессов. Исследования подтверждают, что не только отдельные сооружения, но и города в целом воздействуют своей массой на поведение верхних участков земной коры. Эти участки периодически опускаются и поднимаются, чаще всего за счет морозного пучения. Таким образом, постоянные поверхностные нагрузки, создаваемые инженерно-строительной деятельностью, способствуют быстрому изменению строения земных масс верхней части литосферы. При сохранении естественных условий такие нарушения были бы невозможны. деятельность, затрагивающая непосредственно недра, как правило, связана с более сложными процессами. В природных условиях известным их аналогом являются нарушения, вызванные карстовыми явлениями, суффозями и т.д., при которых возникают провалы и опускания земной поверхности из-за образования подземных пустот. Горнотехническая деятельность человека, связанная с созданием таких пустот, прежде всего проявляется в отборе из недр полезных ископаемых.Здесь мы имеем дело либо с искусственно созданными пустотами при подземной выемке твердых полезных ископаемых, либо с последствиями удаления жидких или газообразных наполнителей из пустот, ранее существовавших в земной коре. В результате искусственного освобождения пустот при эксплуатации подземных вод, жидких и газообразных полезных ископаемых, залегающих, как правило, в осадочных породах, процессы изменения внутрипластового давления влекут за собой цепную реакцию других нарушений: изменяется термический, газовый и геохимический режим в верхней части литосферы.

Масштабы и виды геологических карт. Геологические карты коренных пород. Геологические карты четвертичных отложений. Геологические разрезы (профили).

Четвертичные отложения покрывают поверхность земли почти сплошным чехлом, скрывая от глаз человека коренные породы, или, иначе говоря, породы дочетвертичного возраста. На картах четвертичных отложений принято показывать расположение в плане пород различного происхождения (речные, ледниковые и т. д.) и литологического состава.

Геологические разрезы представляют собой проекцию геологических структур на вертикальную плоскость и являются важным дополнением геологических карт. Они позволяют выявить геологическое строение местности на глубине.На геологическом разрезе показывают возраст, состав, мощность, условия залегания пород, гидрогеологические условия. В тех случаях, когда разрез отражает физико-геологические явления и свойства пород, его называют инженерно-геологическим разрезом.

Основные типы и формы рельефа и их связь с тектоническими структурами, геологическим строением и геологической историей территории.

Геоморфологические классы и типы. Геоморфологические карты. Генетические типы четвертичных отложений.

Геоморфология – наука о строении, происхождении, истории развития и

современной динамике рельефа земной поверхности. Следовательно, объектом

изучения геоморфологии является рельеф, т.е. совокупность неровностей земной

поверхности, разных по форме, размерам, происхождению, возрасту и истории развития Современная геоморфология – довольно разветвленная наука, которая делится на

части, научные направления, отрасли и области знания. Она обладает различными

методами исследования и решает фундаментальные и прикладные задачи. Виды геоморфологии:- общая геоморфология;- геоморфология суши;- геоморфология дна морей и океанов;- динамическая геоморфология;- историческая геоморфология (палеогеоморфология);- планетарная геоморфология;- региональная геоморфология;- полевая геоморфология;- экспериментальная геоморфология;- математическая геоморфология;- дистанционная геоморфология; - геоморфологическая картография.

Геологическая карта — карта, отображающая геологическое строение определенного участка верхней части земной коры. Геологические карты составляют в ходе полевых съёмок и камеральными методами с широким привлечением данных бурения, геофизических материалов, результатов аэрокосмического зондирования. Геологические карты используют, главным образом, для прогноза и разведки полезных ископаемых, оценки условий освоения территорий, строительства, охраны недр.

Помимо собственно геологических карт в зависимости от содержания и предназначения выделяют также:

карты четвертичных отложений

тектонические и неотектонические карты

литологические карты

палеогеологические карты

палеогеографические карты

стратиграфические карты

гидрогеологические карты

инженерно-геологические карты

карты полезных ископаемых

геохимические карты

геоэкологические карты

и другие.

Генетические типы четвертичных отложений: Аллювиальные (речные отложения), Озерные (отложения озерных котловин), Делювиальные (отложения до селевых и талых вод на склонах и подножья возвышений), Пролювиальные (отложения временных водостоков в горных районах), Аллювиально-пролювиальные, Эоловые (ветровые отложения), Морские (отложения берегов морских бассейнов), Ледниковые, Флювиогляциальные (отложения талых ледниковых вод), Элювиальные (рыхлые продукты выветривания, оставшиеся на месте образования), Эллювиально-делювиальные, Техногенные.

Гидрогеология - наука о подземных водах. Задачи гидрогеологии и их значение. Краткая история развития гидрогеологии.

Гидрогеология — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о не напорных, напорных и самоизливающихся водах. До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Круговорот воды в природе. Гидрогеосфера. Представление о зонах аэрации и насыщения. Строение молекулы и структурные особенности воды. Виды воды в минералах и горных породах. Происхождение подземных вод.

Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды.

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1.Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

2.Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3.Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

Гидросфера — водная оболочка Земли. Свыше 96% гидросферы составляют моря и океаны; около 2% — подземные воды, около 2% — ледники, 0,02% — воды суши (реки, озера, болота). Общий объем гидросферы Земли — свыше 1 миллиарда 500 миллионов км3. Гидросфера играет очень большую роль в жизни планеты: она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле.

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвенным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков и поверхностных вод вглубь, в сторону зоны насыщения. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой, остальная часть их занята воздухом. Мощность зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченных низинах до нескольких сотен метров в горных районах.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой. Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде грунтовых, артезианских, трещинных и других вод. Мощность зоны насыщения, так же как и зоны аэрации, изменяется соответственно изменению уровня грунтовых вод.

Вода по свой массе состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода, Она является простейшим химическим соединением, состоящим из одного атома кислорода и двух атомов водорода. В природных условиях могут существовать 18 разновидностей молекул воды, которые являются основой для образования вод с различными физическими свойствами. Как известно, даже воде свойственно некоторые интересные аномалии физических свойств: 1) плавление воды (таяние льда) сопровождается не расширением ее, а сжатием. 2) плотность воды при повышении температуры от 0 до 4 возрастает, при 4 она достигает максимаму. А затем уменьшается. 3) вода обладает высокой удельной теплоемкостью 4) способность растворять соли 5)вязкость воды с повышением давления в интервале температур от 0 до 20-30 убывает. и др.

Виды воды в горных породах: 1) парообразная; 2) прочносвязанная и рыхлосвязанная; 3) капиллярная; 4) свободная; 5) твердая. Кроме того, в минералах установлена химически связанная вода (кристаллизационная).

Происхождение подземных вод.Подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты подземных вод. Происхождение подземных вод: инфильтрационные воды, конденсационные воды, седиментогенные воды, ювенильные воды.

Горные породы как коллекторы подземных вод. Влажность и пористость. Пористость и коэффициент пористости. Гранулометрический состав. Способы его определения и формы выражения результатов анализов.

Горные породы как коллекторы подземных вод — горные породы, водопроницаемость которых значительно выше водопроницаемости смежных горных пород. Лучшими коллекторами для подземных вод служат: рыхлые четвертичные отложения — аллювиальные и флювиогляциальные галечники и пески; лавы и туфы; известняки; песчаники.

Влажность.Горные породы в зависимости от состава и сложения обладают свойствами водопроницаемости, водопоглощения, водоотдачи и растворимости. Чтобы эти свойства пород могли получить не только качественную, но и количественную оценку, установлено понятие влажности породы. Влажностью породы W называется выраженное в процентах отношение веса воды, содержащейся в порах породы, к весу минерального скелета породы. Наибольшая возможная для данной породы влажность наблюдается в том случае, когда все поры полностью заполнены водой.

Пористость горных пород

Под пористостью породы понимают наличие в ней пустот (пор, пустот, трещин). Различают полную (абсолютную, общую) и открытую пористость.Коэффициентом полной пористости (mп) называется отношение суммарного объема пор в образце породы к видимому его объему.

mn=Vпор/Vпороды, где

mп — полная (абсолютная, общая) пористость, д.е;

Vпор — суммарный объем всех пор, м3;

Vпороды — объем породы, м3.

Гранулометрический состав

Классификация подземных вод. Характеристика основных типов подземных вод по условиям залегания (верховодка, грунтовые воды. межпластовые, артезианские и т.д.)

По условиям залегания в земной коре подземные воды подразделяют на верховодку, грунтовые и межпластовые воды . Верховодка и грунтовые воды относятся к ненапорным водам и имеют свободную поверхность. Межпластовые воды бывают ненапорными и артезианскими. Артезианские воды имеют пъезометрическую поверхность. Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения водой пор горных пород делится на две зоны : верхнюю-зона аэрации и нижнюю-зона насыщения.

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. Поры горных пород в зоне аэрации лишь частично заполнены водой ,остальная часть их занята воздухом. Зона аэрации играет важную роль в формировании подземных вод. Мощность зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченных низинах , до нескольких сотен метров в горных районах с сильно расчлененным рельефом.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины , каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.Подземные воды в зоне насыщения циркулируют в виде грунтовых, артезианских, трещинных и других вод. Мощность зоны насыщения, так же как и зоны аэрации, изменяется соответственно изменению уровня грунтовых вод.

34. Классификация подземных вод по условию залегания, типу водосодержащих пород, гидравлическим свойствам.

По условиям залегания три типа :верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.

Верховодкой - называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает. К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя.

Грунтовыми -называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Напорные, или артезианские воды.Напорными называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Артезианские воды характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её практического использования .Водоупорные породы.

Почвенные воды и верховодка. Условия и критерии формирования верховодки. Влияние верховодки на мелиоративное состояние земель и условия строительства сооружений.

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности земли постоянного водоносного горизонта. Они образуются за счет насыщения атмосферными осадками, водами рек и озер, притоком поверхностных вод. Из всех видов грунтовых вод особое место занимает так называемая "верховодка" - сезонное скопление вод в верхнем водонасыщенном слое грунта над водоупорными глинистыми или суглинистыми породами. При инфильтрации вода временно задерживается в плотных породах, суглинках и образует своеобразный тип подземной воды. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния и выпадения дождей. Другой особенность верховодки является возможность ее образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластов. Например , в толщу суглинков обильно поступает вода, но в сследствие низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части толщи образуется верховодка. Верховодка представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений,она может вызвать их подтопление. Это представляет серьезную опасность, так как грунты оснований снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация сооружений.

36.Грунтовые воды. Характеристика, особенности формирования и залегания, связь с реками и другими типами подземных вод. Зональность и азональность грунтовых вод. Роль грунтовых вод в заболачивании и засолении земель.

Грунто́вая вода́ — гравитационная вода первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое. Имеет свободную водную поверхность и обычно над ней отсутствует сплошная кровля из водонепроницаемых пород.

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю.

По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.

Подземные воды служат надежным источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в зимнюю и летнюю межень (или при низких уровнях стояния горизонта воды), когда поверхностный сток отсутствует.

Заболачивание почв происходит большей частью под влиянием атмосферных, намывных склоновых, намывных русловых, грунтовых и грунтово-напорных вод. Кроме того, выделяют еще две причины — биогенное заболачивание суши и зарастание водоемов. Согласно причинам заболачивания, определяют направленность мелиоративных приемов. При заболачивании почв грунтовыми водами основным методом осушения является понижение уровня грунтовых вод, намывными склоновыми водами — перехват и сброс этих вод, намывными русловыми водами — защита от затопления.

Засоленные почвы характерны для засушливых территорий, однако они могут находиться и в условиях высокого увлажнения. В результате антропогенной деятельности засоление почв может усиливаться. Засолением называют процесс накопления как растворимых солей, так и обменного натрия в концентрациях, снижающих продуктивность почвы. Засоленные почвы могут быть: солончаковатые (с высоким содержанием растворимых солей), солонцеватые (с содержанием более 5-10% обменного натрия), солончаки и солонцы.

Карта гидроизогипс, методика составления и целевое назначение. Использование грунтовых вод для орошения и водоснабжения.

Грунтовые воды создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи и т. д.) и мешают нормально эксплуатировать здания и сооружения.

Для определения направления движения грунтовых вод и напорного градиента на любом участке применяются карты гидроизогипс.

Гидроизогипсы – это линии, соединяющие точки зеркала грунтовых вод, лежащих на одном уровне. Изображение гидроизогипс в плане представляет собой карту гидроизогипс.

Карта гидроизогипс (пример)

1 — гидроизогипсы;

2 — скважины;

3 — цифра в числителе — номер скважины; цифра в знаменателе — отметка уровня подземных вод, м;

4 — направление движения подземных вод

Для построения карты гидроизогипс показывают абсолютные или относительные отметки уровней воды в скважинах, расположенных по сетке, и соединяют линиями точки с одинаковыми отметками. Сечение гидроизогипс (частоту их заложения) выбирают в зависимости от масштаба карты и густоты расположения точек замера от 0.1 до 10 м.

Межпластовые воды. Условия формирования, залегания и распространения. Напорные и ненапорные воды.

Межпластовые воды - подземные воды водоносного горизонта, заключенного между двумя водоупорами. Часто несколько таких горизонтов залегают в чашеобразных геологических структурах (синклиналях, грабенах), в межгорных впадинах. Из-за разности высот краев и средней части водоносного горизонта его воды находятся под давлением. При вскрытии скважинами или колодцами межпластовые воды поднимаются выше уровня вскрытия, а при сильном напоре изливаются на поверхность или даже фонтанируют.

Межпластовые воды - главный источник водоснабжения крупных населенных пунктов и промышленных предприятий. Межпластовые воды обновляются медленно, их загрязнение практически неустранимо.

Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими). Ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично (рис. 57)

Рис. 57. Межпластовая ненапорная вода:

1 – грунтовая вода; 2 – первый водоупор;

3 – межпластовая вода; 4 – второй водоупо

Рис. 58. Артезианская вода при моноклинальном залегании слоев:

1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Рис. 59. Артезианский бассейн при синклинальном залегании слоев:

1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей (рис. 58 и 59). Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем.

Артезианские воды и артезианские бассейны. зональность артезианских вод гидродинамическая, гидрохимическая, гидротермическая. Области питания, напора и разгрузки. Роль артезианских вод в заболачивании земель. Использование артезианских вод для водоснабжения и орошения.

Артезианские воды - подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны.

Вскрытые искусственным путём Артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта. При достаточном напоре они изливаются на поверхность земли, а иногда даже фонтанируют.

В пределах артезианского бассейна различают три области: питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность; в области напора уровень, до которого может подняться вода, располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называются напором. В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников.

Артезианская вода при моноклинальном

залегании слоев:1 – водоупоры; 2 – водоносный слой; 3 – область питания водой; 4 – буровая скважина; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Артезианский бассейн при синклинальном

залегании слоев:1 – водоупор; 2 – водоносный слой; 3 – буровые скважины;4 – область питания водой; 5 – пьезометрический уровень; H – высота напора

Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном. Напорных подземных горизонтов может быть несколько. Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем

По хим.составу артезианские воды могут быть пресными и минерализованными.

Линии, показывающие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками артезианских вод называют пьезоизогипсами.

ЗОНАЛЬНОСТЬ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АРТЕЗИАНСКИХ ВОД — изменение хим. сост. подземных вод по площади развития отдельных водоносных комплексов (от обл. питания вглубь басс. ) и по разрезу артезианского басе. Выделение гидрохим. зон производится по-разному: по минерализации, по ионно-солевому составу, по газовому составу. В СССР принята схема, согласно которой выделяются четыре гидрохим. зоны: 1) зона пресных преимущественно гидрокарбонатных кальциевых вод с минерализацией до 1 г/л (А); 2) зона соленых преимущественно сульфатных и хлоридно-натриевых вод с минерализации от 1 до 35 г/л (Б); 3) зона рассолов преимущественно хлоридно-натриевых, кальциево-натриевых, кальциево-магниевых с минерализацией более 35 г/л (В) и 4) зона пестрых по составу и минерализации подземных вод (Д). Зоны делятся на подзоны. Положение разл. гидрохим. зон в разрезе артезианского басс, не всегда одинаково. Чаще наблюдается возрастание минерализации с глубиной (АБВ — нормальный гидрохим. разрез). Существуют и др. типы гидрохим. разрезов, характерные гл. обр. для межгорных и предгорных артезианских басс. : а) уменьшение минерализации с глубиной; б) уменьшение минерализации в средней части разреза и возрастание ее к фундаменту; в) возрастание минерализации в глубину с последующим убыванием ее к фундаменту; г) др., нередко более сложные. Эти гидрохим. типы разрезов (от “а” до “г”) могут иметь региональное или локальное распространение. Обычно на фоне нормального гидрохим. разреза они свидетельствуют о гидрохим. аномалиях и требуют специальных объяснений с учетом гидрогеол. развития басе. Изменение газового состава артезианских вод с глубиной происходит также по-разному. Напр., кислородно-азотные газы с глубиной переходят в утлекисло-азотные и азотные. В др. случаях на глубине появляются метаново-азотные, азотно-метановые, и наконец, метановые газы.

Подземные воды в закарстованных породах и особенности их формирования, залегания и состава.

Трещинными называют воды, содержащиеся, в трещинах и небольших пустотах массивных (скальных) горных пород. Воды, приуроченные к пустотам, образующимся в результате выщелачивания ряда осадочных пород, - карстовые. Наиболее обычны тектонические трещины и вторичные трещины (выветривания). Образование первых носит региональный характер, часто они приурочены к зонам дробления горных пород и проникают на глубину многих сотен метров. Вторичные трещины обычно неглубокие (десятки метров).

Воды, циркулирующие по трещинам магматических пород, называют трещинно-жильными, а воды, находящиеся в трещинах и пустотах осадочных пород, - трещинно-пластовыми.

Среди этих вод выделяются ненапорные, приуроченные к зоне выветривания (трещинно-грунтовые), и напорные.

Напорные трещинно-пластовые воды образуются при наличии среди проницаемых пород прослоев более плотных и менее проницаемых пород.

Трещинно-грунтовые воды обычно пресные. Напорные трещинно-пластовые воды, как правило, в той или иной мере минерализованы.

Карстовые воды пресные, обычно ненапорные грунтового типа. Уровень воды в мелком карсте залегает высоко, а в глубоком - низко, примерно на урезе водотоков, дренирующих массив закарсто-ванных пород. Режим карстовых вод крайне неустойчивый, наблюдаются очень резкие колебания уровней, расходов и температур воды. Движение вод в массивах закарстованных пород сложное, разнонаправленное, в области питания вертикальное, а в зоне насыщения обычно горизонтальное, по уклону пластов к местам разгрузки.

Карстовые воды широко распространены на Северном Кавказе, в Приуралье, в Средней Сибири. Обычны они и для центра Русской равнины, в т.ч. для территории Рязанской области, в частности, для закарстованного Окско - Цнинского плато, где вскрываются известняки среднего карбона, для верховий р. Рановы и левобережья Дона, сложенных закарстованными известняками и доломитами девона и карбона.

Трещинные и жильные воды. Условия их образования, распространения. Использование карстовых и жильных подземных вод. Источники. Классификация, типы, режим и использование.

Все скальные горные породы (магматические, метаморфические и осадочные) разбиты системой трещин, происхождение которых, размеры, форма и положение в пространстве самые различные.

В верхней части земной коры под действием выветривания (температуры, воды и ветра) в скальных породах образуются трещины выветривай и я иногда значительных размеров. Глубина этих трещин определяется мощностью наиболее интенсивной зоны выветривания и, как правило, не превышает нескольких десятков метров, достигая иногда глубины 100 м и более. В зависимости от физико-географических и геологических условий, а также от состава скальных пород в трещинах выветривания может иметься то или другое количество подземных вод — безнапорных или напорных.

Литогенетические трещины, развивающиеся в эффузивных породах, имеют нередко значительные размеры и включают мощные потоки грунтовых вод. В Грузии и Армении трещиноватые лавы четвертичного возраста обычно выполняют неровности древнего рельефа; коренные, более древние породы являются водо- упорами, что создает благоприятные условия для образования бассейнов и потоков грунтовых вод, выходящих в виде мощных нисходящих источников в местах, где лавовые потоки вскрываются местной эрозионной сетью, обычно глубоко врезанной; такие источники широко используются для водоснабжения.

Пластово-трещинные воды приурочены к трещинам скальных осадочных пород (песчаникам, известнякам и т. п.), залегающим между водоупорными породами, которыми обычно являются аргиллиты или глинистые сланцы. Пластово-трещинные воды широко распространены на месторождениях каменных углей Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского и других бассейнов, а также в обширных артезианских бассейнах (Подмосковном, Днепровско-Донецкой впадине и др.).

Тектонические трещины обычно являются путями циркуляции подземных вод в значительных количествах. Сбросы нередко сопровождаются брекчиями трения в зонах раздавленных пород, по которым подземные воды циркулируют наиболее свободно.

Напорные воды в тектонических трещинах земной коры называются жильными водами; они характеризуются глубокой циркуляцией но породам различного состава и возраста.

Нередко напор трещинных вод обусловливается давлением газа, поступающего из более глубоких зон земной коры, а также давлением водяных паров; последний случай имеет место тогда, когда горячая вода с температурой более 100° С вырывается из глубин на поверхность земли, что наблюдается на Камчатке, в Исландии, в Новой Зеландии и других местах. Подобные выходы трещинных горячих вод и газа называются гейзерами.

К глубоким трещинам приурочены многие минеральные и термальные источники, часто имеющие лечебное значение. Воды подобных источников иногда выносят на поверхность земли в растворенном виде элементы, не встречающиеся в подземных водах, циркулирующих в верхних зонах земной коры.

Карстовые воды

Под карстом понимают совокупность явлений, связанных с деятельностью подземных вод и выражающихся в растворении, выщелачивании и механическом размыве горных пород (известняков, доломитов, гипса, ангидритов и солей) и образовании в них пустот (каналов, пещер и т. п.). Карст представляет собой явление, подчиняющееся в основном региональным условиям — климату, тектонике и морфологии местности, где распространены породы, способные растворяться и выщелачиваться в воде, что является главным фактором процессов карстообразования.

Карстовые области обычно бедны поверхностными водотоками, гак как многие ручьи и реки уходят в подземные пустоты. В карстовых районах поглощение атмосферных осадков происходит очень быстро через зияющие трещины и воронки, куда вода устремляется с большой скоростью; образующиеся подобным путем подземные поды называются и н ф л ю а ц и о н н ы м и (проваливающимися).

Характерными особенностями режима карстовых вод являются: тесная и активная связь с атмосферными осадками; большая амплитуда колебаний уровней воды и дебитов источников, вплоть до полного иссякания; легкая возможность загрязнения, в том числе органическими веществами.

Проведение выработок в закарстованных и трещиноватых породах требует особого внимания во избежание непредвиденных прорывов подземных вод. Иногда гидрогеологические условия некоторых месторождений в карстовых районах таковы, что исключают возможность разработки полезного ископаемого ниже уровня подземных под.

В связи с широким распространением карстовые воды имеют большое народнохозяйственное значение. Они широко используются для водоснабжения населения и промышленных предприятий. При ведении горных работ подземным и открытым способами и районах распространения трещинных, особенно закарстованных пород необходим детальный исчерпывающий анализ существующих гидрогеологических условий месторождения в целях учета их при проектировании горных работ и разработке месторождения.

Жильные воды находятся в трещинах больших размеров и большой раскрытости, которые пересекают водоносные горизонты.

Жильные воды развиты главным образом в зонах крупных

тектонических разрывов и дают наибольшие дебиты.

Источником (родником, ключом) называется естественный выход подземной воды на земную поверхность. Выход подземных вод на поверх­ность обусловливается тремя часто связанными между собой факторами.

По связи с безнапорными и напорными водами различают, соответственно, источники нисходящие и восходящие.

По приуроченности к отдельным типам подземных вод источника можно разделить на шесть групп.

I. Источники, питающиеся верховодкой.

II. Источники грунтовых норовых вод.

III. Источники грунтовых и напорных трещинных вод.

IV. Источники грунтовых и напорных карстовых вод.

V. Источники артезианских вод.

I. Источники, питающиеся верховодкой. Эти источники характеризуются резкими эпизодическими колебаниями дебита, температуры и

«состава, зависящими в основном от изменения метеорологических условий района распространения этих источников.

II. Источники грунтовых поровых вод. Источники являются нисхо­

дящими; дебит, температура и состав их подвержены сезонным и в мень­

шей степени эпизодическим колебаниям, которые обусловлены также в основном изменением метеорологических условий района. В этой группе выделяется несколько типов источников: эрозионные, контактовые, выкли нивания, переливающиеся (или экранированные, по М. Е. Альтовскому,

Эрозионные источники образуются в результате активных эрозионных процессов, вскрывающих грунтовые водоносные горизонты на ту или иную глубину.

Контактовые источники выходят в отрицательных формах рельефа, иа контактах хорошопроницаемых со слабопроницаемыми или водоупор­ными породами, залегающими наклонно или горизонтально.

Источники выклинивания возникают вследствие стратиграфического выклинивания самого водоносного горизонта или же уменьшения его поперечного сечения.

Переливающиеся (или экранированные) источники имеют восходящее движение воды в месте выхода на поверхность. Восходящее движение в этом случае возникает вследствие различных причин: 1) развития слабопроницаемого или непроницаемого делювия на склонах отрицательных форм современного рельефа (литологически экранированные источники); 2) больших неровностей водоупорного ложа водоносного горизонта, питающего источник; 3) наличия сброса у головки источника, препятствующего нисходящему движению грунтовых вод (тектонически экранированные источники); 4) фациальной изменчивости горных пород, слагающих грунтовый водоносный горизонт (фильтрационыо-экранированные источники).

III. Источники грунтовых и напорных трещинных вод. Источники

этой группы бывают нисходящие и восходящие. Первые связаны с трещи­

нами зоны выветривания магматических, метаморфических и осадочных

горных пород. От источников грунтовых поровых вод они отличаются

тем, что обычно имеют более концентрированные сосредоточенные вы­

ходы.

Восходящие источники приурочены к отдельным тектоническим трещинам сбросового типа и зонам тектонических нарушений, пересекающих и дренирующих систему трещин зоны выветривания. Эти источники питаются напорными трещинными водами, причем напор в них обусловливается гидростатическим давлением, давлением газов (нарзаны и др.) или водяных паров (гейзеры).

К этой группе относятся большинство выходов минеральных вод , а также термальные и горячие источники.

IV. Источники грунтовых и напорных карстовых вод. Среди источ-

ников этой группы встречаются как нисходящие, так и восходящие. Они

отличаются большим разнообразием условий выхода на поверхность. Пита ются карстовыми водами, широко распространенными в районах развития карбонатных (известняки, доломиты, мергели), сульфатных (гипсы, ангид риты) и соленосных горных пород.

Из большого количества разнообразных карстовых источников можно выделить три подгруппы: перемежающиеся источники, постоянные и субмарнные (эжекторные).

Перемежающиеся источники характеризуются резким непостоянством дебита во времени; действуя по принципу сифона , они дают то большие дебиты, то очень малые, вплоть до прекращения выхода воды. Связаны подобные источники с зоной, залегающей выше уровня карстовых вод.

Постоянные источники связаны с крупными трещинами, подземными каналами, горизонтальными пещерами, развитыми в зоне распростране­ния основных карстовых водоносных горизонтов. Дебит этих источников иногда достигает нескольких кубических метров в секунду, причем часто имеет резкие колебания по сезонам года.

Субмаринные источники приурочены к подземным карстовым каналам, залегающим ниже уровня моря. Характерной особенностью этих источников является периодичность их выхода под водой в зависимости от соотношения давлений в канале и над головками источников. Если давление в канале превышает давление столба воды над головкой источника, тогда последний функционирует (как результат эжекторного действия пресного потока); при обратном соотношении давлений происходит засасывание поверхностной морской воды в глубь карстующегося массива (морская мельница).

Иногда при соответствующей взаимосвязи трещин и каналов в карстующемся массиве засасывание сопровождается выходом морской воды выше уровня моря. На склонах карстующихся пород появляются соленые источники выше пресных.

V. Источники артезианских вод являются восходящими, связаны они с напорными водами артезианских бассейнов и склонов. На территории артезианских бассейнов источники выходят в долинах рек,, оврагах, озерных котловинах, складках, трещинах сбросового характера зонах контактов интрузий и даек с осадочными горными породами, находящихся в областях напора и разгрузки.

Артезианские склоны характерны для предгорных районов, где моноклинально залегающие водоносные породы, погружаясь под водоупорные,, выклиниваются или фациально изменяются от грубообломочных и песчаных разностей до песчано-глинистых и глинистых.

Вследствие этого создается гидростатический напор, приводящий к появлению мощных восходящих источников, иногда по линиям, повторя­ющим конфигурацию подножия гор.

Основные виды подземных вод. Понятие о фильтрации и инфильтрации. Ламинарное движение. Линейный закон фильтрации (А.Дарси) и пределы его применимости.

Типы подземных вод

- верховодка и грунтовые воды;

- грунтовые воды степных районов;

- артезианские воды;

- трещинно-карстовые воды.

Тип I —это временно содержащиеся слои или линзы верховодки, получившей свое название от подстилающих ид линз глинистых пород в зоне аэрации (рис. 4.1). Режим верховодки непостоянен и зависит от количества выпадающих осадков. Иногда верховодка исчезает, что приурочено к засушливому времени или к зимним холодам, когда она может вымерзнуть.

Тип II — это грунтовые воды, являющиеся первым от поверхности Земли водоносным горизонтом, который залегает на первом водоупоре и имеет свободную поверхность, т. е. барометрически связан с атмосферой через зону аэрации (рис. 4.1).

К III типу подземных вод относятся межпластовые воды, заполняющие водопроницаемые породы в земной коре ниже первого водоупорного слоя, которым подстилаются грунтовые воды (рис. 4.3). Межпластовыми эти воды называются потому, что каждый из водоносных слоев (горизонтов) находится между двумя водоупорными пластами: на нижнем водоупорном слое залегает водопроницаемый слой (например, галечники), перекрываемый верхним водоупорным слоем.

Подземные воды находятся в постоянном движении. Существует раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, который называется "Динамика подземных вод".

Законы движения подземных вод используются при гидрогеологичеких инженерных расчетах водозаборов, дренажей, определении притоков воды к строительным котлованам.

Подземные воды передвигаются в основном путем инфильтрации и фильтрации.

Под инфильтрацией понимают движение воды при частичном заполнении пор воздухом либо водяными парами.

При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор(трещин) водой. Масса этой движущей воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки различают по характеру движения (установившийся и неустановившийся), гидравлическому состоянию (безнапорные, напорные и напорно-безнапорные). Движение потоков в основном ламинарное (параллельным) , в крупных трещинах и пустотах может быть турбулентным (завихряющемся). В плане фильтрационные потоки можно рассматривать как плоские и радиальные (сходящиеся (например к колодцу) и расходящиеся).

Основной закон фильтрации подземных вод - Закон фильтрации Дарси

Движение подземных вод происходит при наличии разности гидравлических уровней (напоров). Воды двигаются от мест с высокими уровнями к местам с низкими уровнями.

Отношение разности напоров к длине пути фильтрации называется гидравлическим (напорным) градиентом. Чем градиент выше, тем больше скорость движения.

I = ΔH/l,

где ΔG = H1-H2 - разность напоров (H);

l - длина пути фильтрации.

Фильтрация в полностью водонасыщенных водах при ламинарном (параллельном, спокойном, без завихрений) движении воды подчиняется закону Дарси.

Q = КфFI,

где Q - расход воды (кол-во фильтрующей воды через поперечное сечение F в единицу времени);

Кф - коэффициент фильтрации;

F - площадь поперечного сечения потока воды (водоносного пласта);

I - Гидравлический градиент.

Введем понятие скорость фильтрации (v) - отношение расхода воды к площади поперечного сечения потока (v = Q/F). Таким образом сформулировать закон Дарси можно как "Скорость фильтрации пропорциональна напорному градиенту"

v = КфI

Коэффициент фильтрации можно таким образом можно выразить как скорость фильтрации при напорном градиенте равном единице.

Скорость фильтрации воды по представленной выше формуле не отвечает действительной скорости движения воды в породе. Это связано с тем что вода двигается не по всему сечению, а только через его часть, равную площади пор и трещин породы. Действительную скорость движения воды (vд) определить можно как

vд = v/n,

где n - пористость породы, выраженная в долях единицы.

Коэффициент фильтрации определяется в основном геометрией пор, а также свойствами самой воды и пр.

Точное значение коэффициента фильтрации определяют лабораторным путем, полевым путем и расчетным методом ( для песков и гравелистых пород)

Приближенная оценка для решения не требующих высокой точности задач (простые инженерные задачи) возможна по табличным данным.

Характеристика пород Коэффициент фильтрации м/сутки

Очень хорошо проникаемые галечники с крупным песком 100 - 1000 и более

Хорошо проникаемые галечники и гравий с мелким песком, крупный песок, чистый среднезернистый песок, 100 - 10

Проницаемые галечники и графий с мелким песком, средензернистые и мелкозернистые пески 10 -1

Слабопроницаемые тонкозернистые пески, супеси 1 -0,1

Слабопроницаемые суглинки 0,1 -0,001

Глины, мергели, монолитные скальные породы менее 0,001

Движение ламинарное — параллельно-струйчатое движение поверхностных и подземных (в том числе почвенных и грунтовых) вод, при котором вода движется в виде параллельных, не перемешивающихся струй или слоев, без разрывов, с плавным изменением скорости. Подчиняется Дарси закону .

Турбулентное движение. Закон Шези-Краснополъского. Движение воды в зоне аэрации и методы его оценки. Определение направления и скорости движения подземных вод.

В зоне аэрации, т. е. в толще пород, расположенной между дневной поверхностью и зеркалом грунтовых вод, находятся:

а) водяной пар, заполняющий поры породы;

б) гигроскопическая влага, обусловливающая гигроскопическую влажность пород;

в) пленочная вода, обволакивающая зерна пород в виде пленок различной толщины, и

г) капиллярная вода, располагающаяся в виде капиллярной каймы над зеркалом грунтовых вод.

Движение подземных вод в зоне аэрации может происходить в виде передвижения пара, в виде пленочного движения, свободного просачивания и капиллярного движения.

Движение парообразной и гигроскопической влаги. А. Ф. Лебедевым было экспериментально доказано, что влага в парообразном состоянии передвигается от участка с большей упругостью водяного пара к участку с меньшей его упругостью. Упругость же зависит от температуры и влажности пород. Таким образом, если между различными участками горных пород появляется разница в температуре или влажности, возникает движение водяных паров. При одинаковой температуре движение направлено от более влажных частиц к менее влажным; при одинаковой влажности — от более к менее нагретым. Поэтому летом парообразная влага движется сверху вниз, а зимой — снизу вверх.

Гигроскопическая влага также передвигается в порах пород в виде водяного пара.

Движение воды в пленочном состоянии. По А. Ф. Лебедеву, движение воды в пленочном состоянии происходит под действием молекулярных сил и не подчиняется влиянию силы тяжести.

Рассмотрим движение пленочной воды на примере. Допустим, что мы имеем две одинаковые по диаметру частицы породы, соприкасающиеся между собой. Частица с центром О1 покрыта пленкой воды толщиной Р1, а вторая частица — более тонкой пленкой, толщиной Р2. Рассмотрим влияние частиц породы на частицу воды, расположенную в точке С. Легко убедиться, что расстояние О1С=R+P1 и оно больше, чем О2С=R+P2 т. е. частица 2 будет оказывать большее притяжение на частицу воды в точке С, чем частица породы с центром О1, В результате частица воды С перейдет на пленку, обволакивающую частицу породы 2. Движение частиц воды происходит до тех пор, пока толщина пленок на обеих частицах породы станет одинаковой.

Движение воды в виде просачивания. Просачивание в породах может происходить в виде отдельных струек и в виде сплошной массы воды. В первом случае отдельные струйки воды движутся самостоятельно, разрозненно. Вначале происходит смачивание частиц грунта, после чего под действием сил тяжести избыточная вода в виде гравитационной просачивается вниз.

Такой вид движения Г. Н. Каменский назвал свободным просачиванием. Второй вид движения наблюдается в случае, если породы насыщены водой полностью. Движение воды здесь происходит сверху вниз под действием силы тяжести. Этот вид движения влаги назван инфильтрацией.

Капиллярное движение имеет место как в верхней части зоны аэрации при просачивании и инфильтрации, так и над зеркалом грунтовых вод (в капиллярной зоне). В первом случае капиллярное движение происходит сверху вниз (капиллярное всасывание), во втором — снизу вверх {капиллярное поднятие).

В породах, насыщенных водой, т. е. в зоне насыщения, движение воды может происходить в двух формах:

1) ламинарного, при котором струйки воды текут параллельно, без перемешивания и

2) турбулентного, при котором происходит хаотическое движение частиц жидкости и интенсивное перемешивание ее слоев. Переход от ламинарного движения к турбулентному и обратно происходит при достижении определенной скорости частиц жидкости, называемой критической скоростью. Движение подземных вод в нескальных породах происходит по типу ламинарного.

Чтобы установить закономерности движения жидкости в породах, французский ученый X. Дарси в 1856 г. поставил несложный опыт, который заключался в следующем. В цилиндр, наполненный песком, наливали слой воды, поддерживая ее уровень постоянным. Вода после просачивания через песок выливалась через кран в нижней части цилиндра. В цилиндр были вставлены изогнутые трубки, так называемые пьезометры. Вода в них устанавливалась на различных уровнях (в верхнем пьезометре — выше) в связи с тем, что в процессе фильтрации через поры грунта вода преодолевала сопротивление и на это терялась часть напора.

В результате проведенных исследований Дарси установил, что количество воды, профильтровавшейся через песок в единицу времени (расход, О), прямо пропорционально разности уровней воды в пьезометрических трубках (∆Н=Н2—Н1), площади поперечного сечения цилиндра (F) и некоторому коэффициенту пропорциональности (К) и обратно пропорционально высоте слоя песка (I). Оказалось, что коэффициент К зависит от свойств песка и его стали называть коэффициентом фильтрации (Кф). Эта зависимость получила название закона Дарен и обычно записывается в следующем виде (1):

(1)

Выражение

обозначают буквой / и называют напорным, градиентом или гидравлическим уклоном. Тогда можно записать

(2):

Если разделить обе части уравнения на F, то получим скорость фильтрации (υ) (2):

(3):

Таким образом, скорость фильтрации прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации и напорному градиенту. Формула (3) представляет собой уравнение прямой линии, в связи с чем закон Дарси называют линейным законом фильтрации.

Если в выражении (3) принять I=1, что имеет место при уклоне, равном 45°, получим

(4):

т. е. коэффициент фильтрации — это та скорость просачивания, которую имел бы поток при уклоне, равном единице.

Не следует при этом смешивать скорость фильтрации со скоростью движения частиц воды. Дело в том, что Дарси при расчетах принимал площадь поперечного сечения потока (F) равной сечению цилиндра, тогда как в действительности вода передвигалась в породе только по порам. Чтобы получить действительную скорость (и) движения подземных вод в порах грунта, необходимо расход воды разделить на площадь поперечного сечения и пористость грунта (n).

(5):

Так как

то

(6):

Это выражение показывает, что действительная скорость движения подземных вод больше скорости фильтрации, так как величина пористости всегда меньше единицы.

Необходимо заметить, что коэффициент фильтрации выражают в м/сут, хотя в некоторых случаях применяют см/с и км/год.

Если движение подземных вод происходит в крупных пустотах горных пород, то оно становится турбулентным и подчиняется нелинейному закону фильтрации, который выражается уравнением Шези — Краснопольского

(7):

Таким образом, скорость фильтрации при турбулентном движении пропорциональна коэффициенту фильтрации и напорному градиенту в степени Ѕ.

Для определения направления движения подземных вод используют карты гидроизогипс, на которых в виде изолиний показан рельеф зеркала грунтовых вод. Перпендикуляры к гидроизогипсам, направленные в сторону снижения отметок, называются линиями тока, показывающими направление движения грунтовых вод.

По взаимному расположению гидроизогипс и линий тока потоки грунтовых вод разделяют на плоские и радиальные. В плоском потоке гидроизогипсы в плане имеют вид параллельных прямых и линии тока при пересечении с ними образуют сеть прямоугольников. Плоский поток может иметь место в междуречьях; между рекой и дреной, текущими параллельно; в случае дренирования грунтовых вод горизонтальными выработками (канавами, штольнями).

В радиальном потоке гидроизогипсы представляют систему кривых линий, а линии тока имеют вид радиусов. Наиболее наглядным примером радиального потока может быть приток воды в колодец или скважину во время интенсивного водоотбора. Радиальный поток может быть расходящимся (например, возле излучины реки) и сходящимся (к водозабору). При расходящемся потоке ширина его по направлению движения увеличивается, а при сходящемся, наоборот, уменьшается.

Скорость движения подземных вод можно определить несколькими способами. Один из них основан на введении в воду поваренной соли. На некотором расстоянии от опытной скважины (шурфа или колодца) проходят наблюдательную скважину, которую закладывают ниже по направлению движения подземных вод. Перед началом опыта определяют содержание хлора в опытной и наблюдательной выработках. Затем в опытную выработку вводят раствор поваренной соли, в котором концентрация ионов хлора в 2000 раз выше, чем в подземных водах. Через каждые 10 мин из наблюдательной скважины отбирают пробы воды и при помощи азотнокислого серебра определяют содержание хлора.

Можно также применять органические красители, присутствие которых в воде обнаруживается при ничтожно малых концентрациях (до 10-6%). Для этого применяют флуоресцеин, имеющий при слабых концентрациях зеленовато-желтый цвет, метиленовый синий краситель и др. Для определения содержания красителя в воде используют флюороскоп — набор стеклянных трубок с разной концентрацией красителя. Сравнивая цвет воды в отобранных пробах с цветом трубок-эталонов, легко и быстро можно определить содержание красителя в пробе воды.

Скорость движения подземных вод можно определять и электролитическим способом. Для этого в опытную скважину вводят электролит (обычно хлористый аммоний) и следят за изменением электропроводимости между опытной и наблюдательной скважинами. Для этой цели используют миллиамперметр, по данным которого строят график изменения силы тока во времени.

Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в однородных пластах. Расчеты притоков воды к скважинам, колодцам и горизонтальным водозаборам.

Установившееся и неустановившееся движение подземных вод в однородных пластах

Дебит и удельный дебит. Дебит совершенной и несовершенной скважины. Приток воды в горизонтальную дрену. Расход дрены. Меч оды определения основных гидрогеологических параметров.

Удельный дебит скважин

для безнапорных вод: для напорных вод:

Дебит несовершенных скважин:

для безнапорных вод : для напорных вод:

Режим подземных вод и его основные элементы. Режимообразующие условия и факторы и их роль в оценке мелиоративного состояния земель. Особенности режима в различных климатических зонах.

Режим подземных вод – это изменение во времени их уровня , хим. состава, температуры и расхода.

Факторы, формирующие естественный режим: метереологические факторы, гидрологический режим рек, геологические факторы.

Инженерно-строительная деятельность человека и другие техногенные причины способствуют возникновению искусственного(нарушенного) режима подземных вод.

Методы изучения режима подземных вод. Понятие баланса подземных вод. Виды баланса. Методика изучения. Элементы водного и солевого балансов.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунто́вые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на: поровые — залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах; трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках); карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Классификация подземных вод по характеру их использования: Хозяйственные (питьевые), Технические (используются в промышленности и сель хозе), Промышленные воды (сод. Полезные ископаемые в количестве имеющем промышленное значение), Минеральные воды (повыш сод биологических компонентов и газов), Термальные воды (залегают в горноскладчатых районах)

51.Эксплуатационные запасы подземных вод. Их категории. Восполнение ресурсов пресных подземных вод. Использование подземных вод для орошения и водоснабжения. Подземные воды как особые полезные «ископаемые».

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

количество подземных вод, которое может быть получено на месторождении с помощью геолого-технически обоснованных водозаборных сооружений при заданном режиме, условиях эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем требованиям ее целевого условия в течение расчетного срока водопотребления с учетом природоохранных ограничений.

Ресурсы и запасы подземных вод подразделяются на: 1) естественные, 2) искусственные, 3) привлекаемые, 4) эксплуатационные.

Эксплуатационные запасы деляится на:

Категория А - запасы изучены и разведаны детально, полностью выяснены условия залегания и питания водоносных горизонтов,фильтрационные св-ва пород, установлена связь с другими водоносными горизонтами и поверхностными водами, а также возможность пополнения эксплуатационных запасов

Категория В - запасы подземных вод изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных условий залегания, питания и связи с другими водоносными горизонтами и поверхностными водами

Категория С1 - запасы разведаны и изучены в общих чертах

Категория С2 - запасы установлены на основании общих геолого-гидрологических данных, подтвержденных опробованием водоносного горизонта в отдельных точках

Классификация подземных вод по характеру их использования: Хозяйственные (питьевые), Технические (используются в промышленности и сель хозе), Промышленные воды (сод. Полезные ископаемые в количестве имеющем промышленное значение), Минеральные воды (повыш сод биологических компонентов и газов), Термальные воды (залегают в горноскладчатых районах)

52.Законы и постановления об охране водных ресурсов на территории Республики Беларусь.

Законодательство Республики Беларусь об охране и использовании вод основывается на Конституции Республики Беларусь и состоит из настоящего Кодекса, международных договоров Республики Беларусь и иных актов законодательства Республики Беларусь.Задачами законодательства Республики Беларусь об охране и использовании вод являются регулирование отношений в области использования и охраны вод в целях удовлетворения потребностей в водных ресурсах юридических лиц и граждан Республики Беларусь, в том числе индивидуальных предпринимателей, охрана вод от загрязнения, засорения и истощения, предупреждение и ликвидация вредного воздействия вод, восстановление и улучшение состояния водных объектов.Отношения, возникающие в области питьевого водоснабжения, регулируются законодательством Республики Беларусь о коммунальном хозяйстве.Отношения, связанные с использованием и охраной водных объектов на особо охраняемых природных территориях, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании вод, если иное не установлено законодательством Республики Беларусь об особо охраняемых природных территориях.Отношения, связанные с обращением с отходами, возникающие при пользовании водными объектами, регулируются законодательством Республики Беларусь об обращении с отходами.Отношения, связанные с использованием и охраной земель, лесов, растительного и животного мира, атмосферного воздуха, возникающие при водопользовании, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании земель, об использовании, охране и защите лесов, об охране и использовании растительного мира, об охране и использовании животного мира, об охране атмосферного воздуха.Отношения, связанные с охраной и использованием подземных вод, не урегулированные законодательством Республики Беларусь о недрах, регулируются настоящим Кодексом и иными актами законодательства Республики Беларусь об охране и использовании вод.Отношения, связанные с использованием водных объектов для нужд водного транспорта, регулируются настоящим Кодексом и законодательством Республики Беларусь о внутреннем водном транспорте.Отношения, связанные с использованием и охраной водных объектов на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС, регулируются законодательством Республики Беларусь об охране и использовании вод, если иное не установлено законодательством Республики Беларусь о правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС.

53.Охрана подземных вод от истощения и загрязнения. Виды загрязнения и их опенка. Способы защиты подземных вод от истощения и загрязнения.

Юридические лица и граждане Республики Беларусь, в том числе индивидуальные предприниматели, деятельность которых оказывает или может оказать вредное влияние на состояние подземных вод, обязаны принимать меры по предупреждению и предотвращению загрязнения и истощения подземных вод, а также обустройству режимной локальной сети наблюдательных скважин для контроля за состоянием подземных вод.

Режим эксплуатации сооружений для забора подземных вод должен исключать преждевременное истощение запасов и обеспечивать сохранение природных качеств этих вод.

В случае вскрытия подземных водоносных горизонтов с водой питьевого качества юридические лица и индивидуальные предприниматели, проводящие буровые, горные и другие работы, связанные с поиском, разведкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых, должны принять меры по охране подземных вод от загрязнения и сообщить об этом в установленном порядке республиканскому органу государственного управления по природным ресурсам и охране окружающей среды или его территориальным органам, органам государственного управления по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и атомной энергетике и органам государственного санитарного надзора.

В местах нахождения месторождений подземных вод, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения и лечебных целей, не допускается устройство объектов захоронения и хранения отходов, а также размещение кладбищ, скотомогильников и строительство других объектов, которые могут быть источником загрязнения этих вод.

Все скважины на воду, не подлежащие дальнейшему использованию, картировочные, поисковые и разведочные скважины на все виды полезных ископаемых, а также вертикальные и другие горнопоисковые и эксплуатационные горные выработки, заброшенные колодцы должны быть ликвидированы в установленном порядке.

Самоизливающиеся скважины на воду подлежат оборудованию регулирующими устройствами, консервации или ликвидации в порядке, установленном законодательством Республики Беларусь.

Ликвидацию горных выработок и ликвидационный тампонаж скважин любого назначения осуществляют организации, выполняющие их проходку, а непригодных и заброшенных эксплуатационных и наблюдательных скважин и выработок – организации, на балансе которых они находятся.

В случае невозможности установления собственника заброшенных скважин и выработок их ликвидация осуществляется по решению местных исполнительных и распорядительных органов за счет средств местных бюджетов.

Мероприятия по охране подземных вод, включая создание и эксплуатацию режимной локальной наблюдательной сети скважин, осуществляются за счет средств юридических лиц и индивидуальных предпринимателей, деятельность которых оказывает вредное влияние на состояние подземных вод.

В большинстве случаев загрязнениепресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимыми человеком.

54.Инженерная геология, основные задачи, отрасли, разделы и этапы развития. Основы грунтоведения. Понятие о грунтах. Их состав, структурные связи.

Инженерная геология-отрасль геологии, изучающая верхние горизонты земной коры и их динамику в связи с инженерной деятельностью человека. Прикладной задачей инженерной геологии является прогноз взаимодействия сооружения с геология. обстановкой во время его возведения и эксплуатации, а также получение всех необходимых для проектирования геология, данных. Сооружения (здания, дороги, мосты, плотины, аэродромы, метрополитены и др.) должны строиться с обязательным учетом геология, условий, к-рые влияют на выбор места, конструкции, методы производства строит, работ. Под гео- логич. условиями для стр-ва понимается вся совокупность грунтовых и гидрогеологических условий, естественных и вызванных строительством геологических процессов и явлений, которые необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

В инженерной геологии изучаются состав, строение, состояние, свойства и условия распространения горных пород (иногда и почв), как грунтов, определяющие их поведение во взаимодействии с сооружением; исследуются геологич. (в т. ч. гидрогеологич. и геоморфологич.) процессы естественные, а также возникающие при возведении и эксплуатации сооружений, с целью установления возможного влияния этих процессов на проектируемые сооружения, определения характера и степени этого влияния, что должно быть учтено при расчете конструкций, расположении сооружений и выборе методов производства работ; рекомендуются защитные мероприятия, обеспечивающие устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружений; устанавливаются закономерности пространственного распределения инженерно-геологич. условий. Соответственно этому инженерная геология разделяется на 3 осн. раздела: грунтоведение, инженерная динамич. геология (инженерная геодинамика) и региональная инженерная геология.

Грунтоведение — наука о грунтах, «научное направление инженерной геологии, исследующее состав, состояние, строение и свойства грунтов и сложенных ими грунтовых толщ (тел или массивов), закономерности их формирования и пространственно-временного изменения под воздействием современных и прогнозируемых геологических процессов, формирующихся в ходе развития земной коры под влиянием совокупности всех природных факторов и в связи с инженерно-хозяйственной, прежде всего инженерно-строительной деятельностью человечества».

Объектом изучения грунтоведения являются любые горные породы, почвы, осадки, искусственные геологические образования, рассматриваемые как грунты, и слагаемые ими грунтовые толщи (массивы) верхней части разреза земной коры.

Предметом исследования грунтоведения являются знания о грунтах, их составе, состоянии, строении и свойствах, закономерностях их формирования и пространственно-временного изменения.

Грунтом называются любые горные породы, почвы, осадки и антропогенные породоподобные образования, рассматриваемые как многокомпонентные, динамичные системы, формирующиеся под влиянием всей совокупности природных и техногенных факторов, являющиеся компонентами геологической среды и изучаемые в связи с осуществленной, текущей или планируемой инженерно-хозяйственной деятельностью человека.

Различают: скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями; дисперсные грунты — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные - глинистые, и несвязные - песчаные и крупнообломочные.

Основные физико-механические свойства грунтов. Плотность, пластичность, липкость, водопрочность, набухание, усадка, сжимаемость, сопротивление сдвигу и разрыву. Зависимость свойств грунтов от их состава, структуры, текстуры.

Плотность грунта – это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность зависит от минералогического состава, влажности и характера сложения. ρ=m/V

Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта. ρ_s=(m-m_в)/V_t

Пластичность – способность породы изменять под действием внешних сил свою форму, т.е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, как действие внешней силы прекратилось – является характеристикой, во многом определяющей деформируемость.

Набуханием называют способность глинистых пород при насыщении водой увеличиваться в объеме. Набухание зависит от содержания в породе глинистых пылеватых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава взаимодействующей с породой водой.

Усадкой породы называют уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка.

Сжимаемость характеризует их способность деформироваться под влиянием внешней нагрузки, например, давления от возведенных сооружений, не подвергаясь разрушению.

ЛИПКОСТЬ горных пород — способность горной породы (горной массы) при соприкосновении прилипать к поверхности твёрдого материала.

Под водопрочностью грунтов понимается их способность сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Это взаимодействие может быть статическим и динамическим. В первом случае при взаимодействии грунта и воды происходят явления набухания и размокания, во втором, когда на грунт оказывается гидродинамическое воздействие, — размыв пород. Соответственно этому водопрочность грунтов может быть охарактеризована по их размокаемости и размываемости.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений.

Связность (сцепление) грунтов проявляется как при их разрыве, так и при сдвиге. Разрыв грунта происходит под действием растягивающих нормальных давлений, возникающих в массиве грунта в результате действия гравитационных сил (на бровке откоса), горизонтального давления воды (в основании верхней грани плотины), неравномерного термического расширения и сжатия, а также усадки различных участков породы и т. д. Под действием растягивающих давлений происходит разрыв грунта, что морфологически выражается в появлении трещин отрыва, отделении одной части грунта от другой. Поверхность трещин отрыва имеет характерный рисунок, по которому их отличают от трещин сдвига.

Инженерно-геологическая классификация грунтов. Характеристика скальных, полускальных, мягких связных и рыхлых несвязных грунтов. Почвы, современные осадки.

По типу структурных связей грунты делятся на 3 класса: А – грунты с жесткими структурными связями; Б – грунты с мягкими структурными связями; В – грунты, не имеющие структурные связи. Класс А.К этому классу относятся магматические, метаморфические и некоторые осадочные горные породы, а также часть искусственно улучшенных грунтов. В большинстве этих грунтов под действием различных геологических и инженерно-геологические процессов могут изменяться структура, текстура и минеральный состав, что отражается и на их свойствах, причем они ухудшаются. Подкласс А₁: грунты с прочными химическими связями (скальные), практически не сжимаемые, при превышении максимальной нагрузки происходит раздавление (при сжатии) или скалывание (при сдвиге). Подкласс А₂грунты со смешанными структурными связями или ослабленными химическими связями (полускальные). При сжатии в этих грунтах кроме упругих, возникают остаточные деформации, а при разрушении происходит раздавливание или скалывание. Класс Б.Грунты с мягкими структурными связями. К этому классу относят дисперсные осадочные глинистые, пылеватые и смешанные породы (глины, суглинки, лёсс, супеси), некоторые современные осадки (илы) и искусственные грунты. Они характерезуются молекулярными, водноколлоидными и смешанными связями. Эти грунты имеют наибольшее распространение в поверхностной части земной коры. Характерная особенность мягких связанных грунтов – изменение их свойств в зависимости от влажности. Проницаемость таких грунтов обычно высока, но водопроницаемость незначительна. Прочность мягких связанных грунтов уменьшается при увлажнении. Класс В.Рыхлые несвязанные грунты. В этот класс включены грунты, не имеющие структурных связей. Они обычно делятся на два подкласса 0 среднеобломочные (различные пески) и крупнообломочные (графий, галечник, щебень). Прочность этих грунтов определяется силами трения между обломками. Она зависит в основном от пористости грунта, размеров, формы и состава обломков. Под действием процессов выветривания эти грунты превращаются в более мелкозернистые разности. Осадка сооружений, по абсолютной величине в большинстве случаев незначительна. Среднеобломочные грунты водопроницаемы, невлагоемки или очень слабо влагоемки.

Почвы представляют собой особые системы, формирующиеся в результате процессов выветривания и почвообразования. Главный почвообразующий фактор – климат, поэтому почвы подчинены климатической зональности. Кроме того, вид почвы зависит от состава исходных почвообразующих пород, рельефа, его возраста, растительности и животного мира. В отличие от других геологических образований почвы, кроме минеральной, всегда содержат органическую часть, от которой зависит их плодородие. По механическому составу почвы могут быть песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми. Как грунты почвы – слабые образования, преимущественно с водноколлоидными структурными связями. Однако в зависимости от качественного состава и количественного соотношения минеральной и органических частей эти свойства могут изменяться. Современные осадки. Минеральные и органические осадки могут быть континентальными и морскими, обломочным химическими и биогенными, растворимыми и нерастворимыми, водопроницаемыми и водонепроницаемыми, относительно прочными, связными, слабыми мягкими связными и рыхлыми несвязными. К относительно прочным связным относятся континентальные (кремнистые туфы, гейзириты, известняковые туфы) и морские (кремнистые осадки современные кораллы) образования. Рыхлые несвязные грунты с повышенной пористостью – это современные континентальные пески различного происхождения (эоловые, аллювиальные, пролювиальные и д.р. ), морские пески, гравий и галечник, отложившиеся в прибрежной и мелководной части моря. К слабым мягким связным грунтам относятся химические осадки озер и лагун, засоленные супеси и глины, просадочные лёссы, континентальные и морские илы различного происхождения (глинистые, кремнистые, карбонатные), торф.

Гравитационные смещения на склонах и откосах. Классификация гравитационных смешений. Оползни, обвалы, осыпи. Характеристика. Методы предупреждения.

Гравитационные смещения обусловлены строением и крутизной склонов, составом и состоянием пород на склонах и характером внешних воздействий на них. Продукты механического разрушения скальных и полускальных пород смещаются по склонам в виде обвала. При подрезке склонов и откосов обваливаться могут также мягкие связные грунты твердой консистенции. На склонах и откосах, сложенных рыхлыми несвязными и ненасыщенными грунтами, может происходить осыпание частиц этих грунтов. Потерявшие связность мягкие породы текучей или мягкопластичной консистенции, а также насыщенные водой пески будут оплывать по склону в виде грунтовой массы. И, наконец, грунты слагающие склон или откос, могут оползать.

Осыпь — геологический процесс, связанный с гравитационным перемещением вниз по склону мелких обломков, образующихся при физическом выветривании горных пород.

При насыщении осыпей водой их называют осовами.

Мероприятия:

Профилактика – посадка растительности для снижения выветривания; расчистка малых осыпей; запрещение подрезки склонов; планировочные работы, защита склонов сетками и т.д.

Инженерные мероприятия: строительство в нижней части склонов контрфорсов и подпорных стен, террасирование склонов, устройство дренажей, лотков и труб для отвода воды, возведение защитных козырьков над дорогами, галерей.

Обва́л — внезапное обрушение крупных масс горных пород с опрокидыванием и дроблением в результате отрыва от коренного массива. Главнейшей предпосылкой развития обвала является достаточная крутизна склона или борта карьера. Основные причины обвалообразования связаны с ослаблением внутренних связей и сил внутреннего сцепления под воздействием выветривания, увлажнения, подмыва, а также сейсмических толчков, взрывных работ и других факторов.

Мероприятия

Профилактические (охранно-ограничительные) мероприятия – запрещение производства земляных и взрывных работ; запрещение неорганизованного сброса поверхностных вод, искусственного обрушения выступов и нависающих блоков скальных пород; тампонаж и цементация трещиноватых пород; покрытии откосов металлической сеткой.

Инженерные мероприятия: строительство тоннелей и противообвальных галерей; устройство подпорных и облицовочных стен, контрфорсов и т.д.

О́ползень это скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под действием гравитационных сил и при активном участии поверхностных и подземных вод.

Причины образования оползней

- изменение внешней формы и высоты склона, приводящее к перераспределению сдвигающих и удерживающих сил на нем (подрезка склонов искусственными выемками, колебания базисов эрозии рек, оврагов, подмыв берего­вого склона рекой или морем, чрезмерно крутое заложение откоса выемок и насыпей и др.);

-изменение состава, состояния и физико-механических свойств горных пород (чрезмерное увлажнение их подземными, дождевыми, талыми и хозяйственными водами, выветривание, выщелачивание из них водорастворимых солей, мерзлотные воздействия, суффозионный вынос тонких частиц и др.);

-дополнительное давление на склон (сейсмические воздействия, вибрация, искусственные статические и динамические нагрузки, гидродинамическое давление при филь­трации подземных вод всторону склона и др.

Противооползневые мероприятия. Профилактические (охранно-ограничительные):

- регулирование поверхностного стока с целью предотвращения излишнего переувлажнения склона (нагорные канавы, лотки, валы, устройство водоотводящей сети);

-укрепление склонов и откосов с помощью агролесомелиоративных мероприятий (одерновка, посев трав, посадка специальных сортов деревьев);

-предотвращение подрезки склонов; запрещение производства взрывных работ и устройства отвалов вблизи оползневых участков;

-ограничение скорости движения поездов на оползнеопасных склонах и т. д.

Активные меры:

1) изменение очертания и переустройство склонов и откосов (уполаживание склона путем срезки верхней его части и уменьшения крутизны), отсыпка банкетов и контрбанке­тов, террасирование и устройство берм и др.);

2) механическое удержание оползающих земляных масс (подпорные стены), свайные ряды, сваи-шпонки, контрфорсы и др. Эффективны подпорные стены из монолитного железобетона, основанием;

3) защита берегов от абразии, переработки в результате волнового воздействия (берегоукрепление, устройство поперечных бун, волноломов и других защитных сооружений, предотвращающих подмыв склонов);

4) дренирование прилегающей территории и тела оползня (постоянное осушение и снижение уровня, перехват подземных вод до их выклинивания на склоне с помощью трубчатых и галерейных дренажей и др.);

5) закрепление фунтов методами технической мелиорации (цементация, силикатизация, термический обжиг, элект­рохимический и другие способы).

Суффозия, ее виды и формы проявления. Ирригационная суффозия, ее предупреждение. Плывуны. Характеристика и причины образования.

Процессы и явления, связанные с промерзанием и оттаиванием почв.

Процессы связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов. Сезонное замерзание грунта не только увеличивает его несущие способности , но и увеличивает его объем. Вода, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Такое увеличение в объеме называется морозным пучением грунта. Чем больше в грунте связанной воды, тем больше он увеличивается в объеме. К пучинистым грунтам относятся пылевато-глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем, имеющие к началу замерзания влажностьвыше определенного уровня. Пылевато-глинистые грунты содержат в себе большое количество воды и при замерзании заметно увеличиваются в объеме, причем сила пучения достигает такой мощи, что способна приподнять даже очень тяжелые сооружения.

Морозное пучение, увеличение объёма промерзающих влажных почв и рыхлых горных пород вследствие кристаллизации в них воды (образующей ледяные прослойки, линзы и т. д.) и разуплотнения минеральных частиц. Наблюдается в областях распространения сезонно- и многолетнемёрзлых пород. М. п. вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности и т. д. Наиболее подвержены М. п. глинистые породы, поскольку их М. п. зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при М. п., способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. п. Для предупреждения неблагоприятных последствий М. п. проводят мелиоративные работы, обрабатывают грунт веществами, изменяющими его физико-химические свойства; применяют специальные строительные конструкции.

Термока́рст (от др.-греч. θέρμη — тепло и нем. Karst — карст) — процесс неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда; просадки земной поверхности, образующиеся при протаивании льдистых мёрзлых пород и вытаивании подземного льда. В результате образуются воронки, провалы, аласы, внешне напоминающиекарстовые формы рельефа. Преимущественно распространён в области развития многолетнемёрзлых горных пород

Солифлюкцией принято считать передвижение увлажненных покровных грунтов по склонам под совместным воздействием силы тяжести и процессов, вызываемых промерзанием и протаиванием. Солифлюкция проявляется одновременно в двух взаимосвязанных формах движения: вязком течении и сползании под действием режеляции. Течение увлажненного грунта предопределено в значительной степени нарушением связности между частицами, вызванным чередованием промерзаний и протаиваний грунтов.

Процессы и явления в каналах, водохранилищах и зонах их влияния. Деформация откосов каналов.

Водный канал — искусственная водная артерия, предназначенная для сокращения водных маршрутов или для перенаправления потока воды.

Просадочность лессов и лессовидных пород. Методы ее определения. Изменение поверхности земли в результате деятельности человека.

Влияние гидрогеологических и инженерно-геологических условий на экологию мелиорируемых земель.

Цель и задачи гидрогеологических и инженерно-геологических исследований для проектирования, строительства, переустройства и эксплуатации гидромелиоративных систем, инженерных сооружений и объектов сельскохозяйственного водоснабжения и обводнения.

Цель инженерно-геологических исследований — получить не­обходимые для проектирования объекта инженерно-геологиче­ские материалы.

Задача исследований — изучение геологического строения, геоморфологии, гидрогеологических условий, природных геологи­ческих и инженерно-геологических процессов, свойств горных пород и прогноз их изменений при строительстве и эксплуата­ции различных сооружений.

Ведение инженерно-геологических изысканий регламентирует­ся основным нормативным документом в строительстве «Строите­льными нормами и правилами» СНиП 11.02—96 «Инженерные изыскания для строительства» и комплексом сводов правил. Данные документы определяют порядок, состав, объем и виды выпол­няемых работ изысканий для различных этапов проектирования, строительства и эксплуатации объектов и различных геологиче­ских обстановках, а также состав документации по результатам изысканий, порядок их предоставления и приемки, а также ответ­ственность исполнителей и заказчиков (проектировщиков).

Состав исследований определяется программой, согласован­ной с проектной организацией. В состав работ входят: сбор, изу­чение и анализ имеющихся геологических материалов по району строительства; инженерно-геологическая и гидрогеологическая съемка; буровые и горно-проходческие разведочные работы; гео­физические исследования; опытные полевые работы; стационар­ные наблюдения; лабораторные исследования грунтов и подзем­ных вод; камеральная обработка и составление отчета.

Во всех случаях исследования должны начинаться со сбора имеющихся материалов о природных условиях района (геологиче­ском строении, гидрогеологических условиях, климате, гидроло­гии, почвенном покрове, топографии). Эту работу выполняют в подготовительный период до начала полевых работ; изучают ма­териалы, хранящиеся в геологических фондах и других организа­циях, опубликованные работы, собирают данные об опыте строи­тельства и эксплуатации аналогичных сооружений в местных природных условиях. Тщательный сбор и анализ имеющихся ма­териалов, дополненный в ряде случаев рекогносцировочным об­следованием района, позволяет целенаправленно составить про­грамму исследований и значительно сократить их объем.

После проведения необходимых организационно-хозяйствен­ных мероприятий изыскательский отряд или партия выезжает на место будущего строительства и приступает к полевым работам (съемка, буровые, геофизические и другие работы).

Окончательная обработка полевых материалов и результатов лабораторных анализов производится в стационарных условиях в течение камерального периода. Камеральная обработка материа­лов завершается составлением инженерно-геологического и гидрогеологического отчетов.

Факторы, определяющие объемы, виды и содержание исследований, этапы и стадии проектирования, степень сложности природных условий, степень изученности природных условий, типы и состояние сооружений и мелиоративных систем.

Объем выполняемых инженерно-геологических исследований бывает различен. Это связано со стадией проектирования (пред­варительные или детальные исследования), геологической изу­ченностью района (изученный, малоизученный, неизученный), сложностью геологического строения (сложные складки, горизон­тальное залегание слоев и т. д.), особенностями свойств грунтов (грунты, требующие и не требующие специальных работ), конст­руктивными особенностями сооружений и их капитальностью.

Основной объем инженерно-геологических работ приходится на исследования, проводимые в период до проектирования. На этом этапе инженерно-геологические исследования обеспечивают полу­чение необходимых данных, связанных с геологическими условия­ми местности, со свойствами грунтов и получением инженерных выводов. Геологическое изучение местности позволяет выявить лучший участок для строительства, влияние различных процессов на сооружение и влияние самого сооружения на природную обста­новку. Изучение грунтов позволяет определить их свойства, ре­шить вопрос о необходимости улучшения их свойств и составить представление о наличии в данном районе тех или иных строите­льных материалов. Важное место занимают инженерные выводы. При этом устанавливается глубина заложения фундаментов и ве­личина допускаемых давлений на грунт, прогнозируются устойчи­вость сооружения, величины ожидаемых осадков и т. д.

В период строительства при проходке котлованов производят сверку наблюдаемых геологических и гидрогеологических данных с геологическими материалами, полученными в период инженер­но-геологических исследований до проектирования. При наличии расхождений назначают дополнительные инженерно-геологиче­ские работы для подтверждения правильности выполненного проекта или внесения в него необходимых исправлений.

При эксплуатации зданий и сооружений во многих случаях це­лесообразны работы, связанные с подтверждением прогноза устойчивости объектов. Так, проводят наблюдения за характером и величиной осадок, режимом грунтовых вод и рек, размывом берегов, устойчивостью склонов и т. д. К этому периоду относят также работы, получившие название инженерно-геологической экспертизы. Задачей таких исследований является установление причин возникновения деформаций зданий и сооружений и ре­шение вопросов по их устранению.

Инженерно-геологические работы обычно выполняют в три этапа:

1) подготовительный; 2) полевой; 3) камеральный.

Подготовительные работы включают изучение района по ар­хивным, фондовым и литературным материалам. Осуществляется подготовка к полевым работам.

В полевой период производят все инженерно-геологические работы, предусмотренные проектом для данного участка:

• инженерно-геологическую съемку;

• разведочные (буровые и горно-проходческие) работы и гео­физические исследования;

• опытные полевые исследования грунтов;

• изучение подземных вод;

• анализ опыта местного строительства и т. д.

В течение камерального периода производят обработку поле­вых материалов и результатов лабораторных анализов, составляют инженерно-геологический отчет с соответствующими графиче­скими приложениями в виде карт, разрезов и т. д.

Общие сведения. Основные этапы. Стадийность инженерно-геологических изысканий. Методы и технические средства. Основные задачи инженерно-геологических изысканий для различных видов строительства и охрана окружающей среды.

Общие положения. Инженерно-геологические изыскания являются начальным этапом строительства любого объекта и находятся в полной зависимости от вида объекта (промышленное предприя­тие, жилой дом, автомобильная дорога и т. д.). Поэтому изыскания под каждый вид объекта имеют свою специфику, свои особенно­сти, но все изыскания имеют нечто общее, некоторый стандарт.

Результаты инженерно-геологических исследований в виде отчета поступают в строительную проектную организацию. От­четы должны содержать для инженера-проектировщика материа­лы по основным позициям результатов инженерно-геологических изысканий:

• оценку в целом пригодности площадки для строительства данного объекта;

• геологический материал, позволяющий решать все вопросы по основаниям и фундаментам;

• оценку грунтового основания на восприимчивость возмож­ных динамических воздействий от объекта;

• наличие геологических процессов и их влияние на устойчи­вость будущего объекта;

• полную характеристику по подземным водам;

• все сведения по грунтам, как для выбора несущего основа­ния, так и для производства земляных работ;

• сведения по влиянию будущего объекта на природную среду.

Проектирование крупных объектов осуществляется по стади­ям: технико-экономическое обоснование (ТЭО), технический проект и рабочие чертежи. Название стадий инженерно-геологи­ческих изысканий соответствует стадиям проектных работ, за исключением стадии ТЭО, где геологические работы получили название рекогносцировочных инженерно-геологических изыска­ний. Следует отметить, что в практике строительства последова­тельность стадий проектирования не всегда соблюдается. Проек­тирование крупных объектов может быть проведено в две стадии, проектирование жилого дома — в одну стадию. В соответствии с этими стадиями проводятся инженерно-геологические изыскания со своими инженерно-геологическими отчетами.

На ранних стадиях проектирования инженерно-геологические изыскания охватывают обширные площади, применяются не очень точные, но сравнительно простые и экономичные техниче­ские средства. По мере перехода к более поздним Стадиям пло­щади изысканий сужаются и применяются более сложные и точ­ные методы геологических работ.

На выделенной под строительство площадке на каждом от­дельном этапе инженерно-геологические изыскания выполняют в определенной последовательности:

• собирают общие сведения по территории из литературных публикаций и архивных материалов изыскательских организаций; сведения о климате, рельефе, речной сети, населении и т. д.;

• инженеры-проектировщики совместно с инженером-геоло­гом производят осмотр строительной площадки; определяют сте­пень ее застройки, осматривают ранее построенные здания (соору­жения), дорожную сеть, рельеф, растительность и т.д.; в целом определяют пригодность участка под застройку и вырабатывают техническое задание на изыскания;

• выполняют инженерно-геологические изыскания; в полевых условиях изучают геологическое строение площадки, гидрогеоло­гию, геологические процессы, при необходимости на грунтах ста­вят опытные работы; отобранные пробы фунтов и подземных вод изучают в лабораториях;

• по окончанию полевых и лабораторных работ в камеральный период составляют инженерно-геологический отчет, который за­щищают в проектной организации, после чего он становится определяющим документом и используется для проектирования объекта.

• 66 Геофизические исследования. Опытные полевые гидрогеологические и инженерно-геологические работы. Стационарные измерения и наблюдения.

• Полевые опытные инженерно-геологические работы производят только под наиболее ответственные сооружения. Их целью явля­ется уточнение прочностных и деформативных показателей фун­тов в пределах контура здания. Опытные гидрогеологические ра­боты выполняют для получения окончательных данных для расчетов дренажных сооружений, определения притоков воды в котлованы и др.

• По окончанию изысканий этого этапа составляется инженер­но-геологический отчет, дающий исчерпывающие данные по грунтам оснований отдельных зданий и сооружений и агрессив­ности грунтовых вод. В отчете приводятся также рекомендации по проведению мероприятий, обеспечивающих защиту фундамен­тов, подземных сооружений и перечень прочих инженерных ме­роприятий, обеспечивающих устойчивость зданий и сооружений в период их строительства и эксплуатации.

• Геофизические методы исследования обычно сопутствуют раз­ведочным работам и в ряде случаев позволяют значительно со­кратить объем шурфования и бурения. В большинстве случаев они применяются параллельно с другими исследованиями. С их помощью с определенной степенью достоверности можно изучать физические и химические свойства пород и подземных вод, условия залегания, движение подземных вод, физико-геологиче­ские и инженерно-геологические явления и процессы.

• В практике инженерно-геофизических изысканий основное место занимают сейсмометрия и электрометрия.

• Сейсмические методы основаны на различии в скоростях рас­пространения упругих колебаний, возникающих как от естествен­ных причин, так и от специально проводимых взрывов. В по­следнее время в инженерно-геологических работах используют разнообразные, в том числе одноканальные, микросейсмические установки. С их помощью можно установить глубину залегания скальных пород под наносами, выявить дно речных долин, кар­стовые полости, уровень грунтовых вод, мощность талых пород в 444 вечной мерзлоте и т. д. В сложных сейсмических и в городских условиях этот метод недостаточно точен.

• Электроразведка основана на исследовании искусственно со­здаваемого в массивах пород электрического поля. Каждые поро­ды, в том числе сухие и насыщенные водой, характеризуются своим удельным электрическим сопротивлением. Чем больше разнятся эти удельные сопротивления между собой, тем точнее результаты электроразведки для данной строительной площадки.

• Наибольшее применение при инженерно-геологических иссле­дованиях нашли электропрофилирование и вертикальное электро­зондирование.

• При электропрофилировании на исследуемом участке погружа­ют в грунт серию электродов по намеченным створам и на каж­дом из них измеряют сопротивление пород путем перемещения прибора с фиксированным положением электродов (рис. 180). Это дает сведения об изменении на участке удельного сопротив­ления, что может быть связано, в частности, с наличием пустот карстового происхождения.

• Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) позволяет определять глубину залегания коренных пород и уровень подзем­ных вод, дна речных долин, выделять слои различного литологи- ческого состава, в том числе водопроницаемые и водоупорные пласты и т. д. Сущность этого метода заключается в том, что по мере увеличения расстояния между питающими электродами А и Б линии токов перемещаются в глубину. Глубина электри­ческого зондирования зависит от расстояния между точками А и Б и составляет в среднем (или этого расстояния. Измеряя силу тока между питающими электродами А и Б и разность потенциа­лов между приемными электродами В и Г, можно найти значения электрического сопротивления пород. По этим данным, например, можно уже построить геологический разрез.

Камеральные работы. Содержание графических приложений. Гидрогеологические и инженерно-геологические разрезы. Составление отчета.

Инженерно-геологический отчет является итогом инженер­но-геологический изысканий. Отчет передается проектной орга­низации, и на его основе выполняется необходимая проектная документация для строительства. В общем виде отчет состоит из введения, общей и специальной частей, заключения и приложе­ний. Во введении указывают место проведения изыскательских работ и время года, исполнителей и цель работ. В общей части, в ее отдельных главах дается описание:

• рельефа, климата, растительности, населения;

• геологической обстановки с приложением геологических карт и разрезов;

• карт строительных материалов, которые необходимы для вы­полнения строительных работ.

В специальных главах большое внимание уделяется фунтам и подземным водам. Грунты являются основным объектом исследо­ваний, поэтому указываются: какие грунты, их свойства, выра­женные в цифрах, что необходимо для определения расчетных характеристик, пригодность грунтов для строительства объекта.

Подземные воды оцениваются в двух направлениях: как источ­ники водоснабжения при строительстве и эксплуатации объекта и как они могут помешать строительству. В этих случаях даются ре­комендации по строительному водопонижению и устройству дре­нажей на период эксплуатации объекта.

В заключительной части отчета дается общая инженерно-гео- логическая оценка участка по пригодности для данного строите­льства, указываются наиболее приемлемые пути освоения терри­тории, заостряется внимание на вопросах охраны окружающей среды.

Отчет обязательно должен иметь приложение, в котором дает­ся различный графический материал (карты, разрезы, колонки скважин и др.), а также таблицы свойств фунтов, химических анализов воды, каталог геологических выработок и др.

Инженерно-геологический отчет должен давать ответы на все вопросы, которые стоят перед строителем, но семь из этих отве­тов являются главными. Это фактически семь основных требова­ний к инженерно-геологическим изысканиям. К ним относятся: 1) оценка общих условий территории; 2) обеспечение геологиче­скими данными для выбора типа основания и конструкций фун­дамента; 3) определение характера воздействия на фунты дина­мических нафузок; 4) возможное влияние на устойчивость объекта инженерно-геологических процессов; 5) влияние на объ­ект подземных вод; 6) состав и свойства грунтов как несущих оснований и особенности производства земляных работ; 7) про­гноз влияния объекта на природную среду, в частности, по за­грязнению земли, атмосферы и гидросферы.

Результаты инженерно-геологических исследований в виде отчета поступают в строительную проектную организацию. От­четы должны содержать для инженера-проектировщика материа­лы по основным позициям результатов инженерно-геологических изысканий:

• оценку в целом пригодности площадки для строительства данного объекта;

• геологический материал, позволяющий решать все вопросы по основаниям и фундаментам;

• оценку грунтового основания на восприимчивость возмож­ных динамических воздействий от объекта;

• наличие геологических процессов и их влияние на устойчи­вость будущего объекта;

• полную характеристику по подземным водам;

• все сведения по грунтам, как для выбора несущего основа­ния, так и для производства земляных работ;

• сведения по влиянию будущего объекта на природную среду.

Геологические карты и разрезы. После окончания работ по ин­женерно-геологической съемке и проходке буровых скважин и горно-проходческих выработок создаются геологические карты и разрезы, которые являются важнейшей и обязательной геологиче­ской документацией при решении вопросов строительства.

Карты составляются в основном для больших площадей, где намечается крупное строительство. Разрезы создаются во всех без исключения случаях строительства.

Геологические карты представляют собой проекцию геологиче­ских структур на горизонтальную плоскость. По этим картам можно судить о площади распространения тех или иных пород, условиях их залегания, дислокациях и т. д.

· Карты четвертичных отложений

· Карты коренных пород

· Стратиграфическая карта

· Литологическая карта

Инженерно-геологические карты — это сведения о важнейших инженерно-геологических факторах в пределах изучаемой терри­тории. Каждая инженерно-геологическая карта — понятие соби­рательное и состоит из собственно карты, условных обозначений, геологических разрезов и пояснительной записки.

· Карта инженерно-геологических условий

· Карта инженерно-геологического районирования

· Карты специального назначения

Геологические разрезы представляют собой проекцию геологи­ческих структур на вертикальную плоскость и являются важным дополнением геологических карт. Они позволяют выявить геоло­гическое строение местности на глубине.

На геологическом разрезе показывают возраст, состав, мощ­ность, условия залегания пород, гидрогеологические условия. В тех случаях, когда разрез отражает физико-геологические явления и свойства пород, его называют инженерно-геологическим разрезом.

Разрезы строятся по геологической карте или по данным раз­ведочных выработок (шурфов, буровых скважин). Вертикальный масштаб разрезов обычно принимается в 10 и более раз крупнее горизонтального.

В качестве примера покажем порядок построения разреза по разведочным выработкам. Вначале закладывают линию разреза. Ее располагают так, чтобы можно было получить наиболее полное представление о геологическом строении терри­тории с учетом размещения будущего сооружения или его отдель­ных частей, а в городских районах — в зависимости от наличия свободной от застройки площади. Линия разреза может быть пря­мой и ломаной.

По выбранной линии разреза строят топографический профиль поверхности земли. На профиль переносят точки, от­ражающие места заложения буровых скважин. Дальнейшее по­строение разреза осуществляют перенесением на профиль всех геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических данных. Каждый разрез оформляется соответствую­щим образом — указывается масштаб, наносятся стратиграфиче­ские индексы, даются условные обозначения пород, подземных вод, физико-геологических явлений и т. д.

Кроме линейных разрезов при необходимости для отдельных участков строят блок-диаграммы из нескольких взаимопересека- ющихся линейных разрезов, что позволяет получить не только плоское, но и объемное изображение геологии участка.

Геологические разрезы имеют важное значение при общей ин- женерно-геологической оценке районов строительства и отдельных их участков, выборе слоев в качестве несущих оснований, изучении режима фунтовых вод и т. д. Любая инженерно-геологическая рабо­та должна заканчиваться построением геологического разреза.

Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования для конкретных объектов. Плотины, водохранилища, массивы осушения и орошения. Разведка месторождений.

Инженерно-геологические изыскания для гидротехнического стро­ительства (плотины, водохранилища и др.) являются наиболее сложными из всех видов изысканий под строительные объекты.

Состав и объем инженерно-геологических изысканий опреде­ляется тремя основными факторами:

• характером проектируемого сооружения;

• стадией проектирования;

• сложностью геологических условий района строительства.

По своему характеру гидротехнические сооружения разнооб­разны. Для целей гидроэнергетики и водоснабжения гидротехни­ческие сооружения могут быть крупными и сложными объекта­ми, в виде плотин, перекрывающих мощные реки, например Цимлянская плотина на р. Дон, и сравнительно малыми и про­стыми сооружениями в виде невысоких (менее 10 м) земляных плотин с небольшими чашами водохранилищ. Последние наибо­лее часто встречаются в сельских местностях, при поселковом строительстве, при решении вопросов обеспечения водой отдель­ных промышленных объектов.

В основе изыскательских работ для гидротехнического строите­льства лежит их стадийность. Для наиболее простых сооружений, например низкой земляной плотины и маленького водохранили­ща, возможно одностадийное проектирование с составлением тех­но-рабочего проекта. Для сложных сооружений предусматривают­ся несколько стадий проектирования.

Большое влияние на инженерно-геологические изыскания оказывает сложность геологического строения. Условия могут быть простые, сложные и весьма сложные. При простых геологи­ческих условиях объект строится на естественном основании, на­грузки на грунты не ограничиваются. Сложные условия требуют улучшения свойств грунтов и ограничения нагрузок. Весьма сложные геологические условия свойственны горным и сейсми­ческим районам, участкам развития карста, многолетней мерзло­ты. Строительство в таких районах требует проведения сложных мероприятий по улучшению состояния и свойств грунтов, приня­тия специальных конструктивных решений.

В комплекс инженерно-геологических изысканий на всех ста­диях работ входят инженерно-геологическая съемка и разведоч­ные работы. Это позволяет решать общие геологические вопросы строения местности (долины реки, участка балки, оврага и т. д.). На более поздних этапах изысканий на первом месте стоят рабо­ты по изучению характеристик и свойств грунтов, а также анализ гидрогеологических условий района (участка). При крупном гид­ротехническом строительстве возможно проведение опытных ра­бот (по фильтрации, определению несущей способности грунтов и т. д.) и опытного строительства (опытный намыв дамб, опыт­ные дренажи и т. д.).

При изысканиях под гидротехнические объекты важнейшее значение имеют работы по гидрогеологии. В районе плотины изучаются условия фильтрации. Особое внимание уделяется по­левым работам (опытные откачки, нагнетания, наливы) и наблю­дениям за режимом подземных вод. При оценке потерь воды из водохранилища кроме фильтрации следует учитывать возмож­ность ее ухода через расположенные вблизи депрессии рельефа, подземные выработки, карстовые пустоты, трещины скальных массивов. Определяются возможность выщелачивания и механи­ческой суффозии грунтов; выходы напорных вод; вероятность развития оползней на склонах и в местах примыкания плотины к берегам; характер подтопления окружающей водохранилище территории, особенно населенных пунктов и промышленных объектов. Особое внимание должно уделяться изменению геоло­гических и гидрогеологических, климатических, геоэкологических условий в зоне затопления водохранилищ.

Во всех случаях инженерно-геологических работ для проекти­рования гидротехнических сооружений производят поиск и раз­ведку строительных материалов. Подсчет запасов выполняют из расчета превышения потребностей в 2—3 раза. В основном ведут поиски материала для отсыпки тела плотин. В период эксплуатации земляных плотин и водохранилищ важное значение имеют наблю­дения за поведением грунтового тела плотины (осадки, сдвиги).

Необходимо отметить, что наибольшую сложность представля­ет собой строительство плотин и водохранилищ в районах много­летней мерзлоты и развития карста. Инженерно-геологические изыскания в этих случаях имеют ряд специфических особенно­стей. В районах многолетней мерзлоты производят мерзлотную съемку, замеры температур грунтов, специальные определения свойств и водопроницаемости грунтов. В процессе изучения кар­стовых районов устанавливают распространение и происхождение карстовых форм, закономерности развития, условия растворения грунтов фильтрационным потоком и скорость этого процесса.

Разведка месторождений. Различают разведку предварительную и детальную.

При предварительной разведке необходимо выполнить следую­щие работы:

• установить геологические условия залегания полезного иско­паемого (глубина залегания, мощность вскрыши, т. е. пород, по­крывающих полезное ископаемое, мощность и форма залегания полезной толщи, характер подземных вод и т. д.);

• определить границы распространения полезного ископаемо­го, т. е. оконтурить месторождение и выявить участки, наиболее пригодные для эксплуатации;

• подсчитать запасы (количество) материала месторождения;

• изучить качество материала полезного ископаемого;

• уточнить условия эксплуатации месторождения и возмож­ность транспортировки строительного материала.

Целесообразность разработки месторождения устанавливается на основе технико-экономического анализа и во многом опреде­ляется соотношением между мощностью вскрышных пород Н и мощностью слоя полезного ископаемого h. Отношение H/h но­сит название геологического коэффициента. Ценность месторож­дения повышается с уменьшением значения этого коэффициента. Экономически допустимо соотношение 2:1, для месторождений линзовидной формы допускают 1:1, но только в случае, если по­лезный слой залегает на глубине не более 3—5 м от поверхности.

Границы распространения месторождения устанавливают с помощью горных выработок (шурфов, буровых скважин), кото­рые располагаются на пересечении линий правильной сетки. Расстояние между выработками чаще всего состав­ляет 50—100 м и зависит от местных условий. При разведке скальных пород ограничиваются изучением имеющихся обнаже­ний и заложением неглубоких шурфов (2—5 м) для определения мощности вскрыши и слоя элювия. При разведке осадочных по­род горные выработки закладывают на глубину проходки всей толщи мощности слоя полезного ископаемого либо на глубину той части толщи, которая намечается к эксплуатации.

Разведочные горные выработки позволяют составить геологи­ческие разрезы, по которым можно судить о форме залегания полезного ископаемого, мощностях вскрыши и полезной толщи решить вопрос о влиянии грунтовых вод на разра­ботку месторождения.

Для изучения качества полезного ископаемого с помощью раз­ведочных выработок отбирают характерные пробы. Для производ­ства лабораторных испытаний необходимо взять следующее коли­чество проб: песок 2—3 кг; гравий 10—15 кг; камень 15—20 кг и т.д.

Для детальной разведки выбирают один или несколько участков, которые наиболее полно отвечают требованиям техни­ческого задания. Основными задачами этой разведки являются: уточнение запасов, сбор дополнительных геологических и гидро­геологических данных и тщательное опробование полезного ис­копаемого.

В процессе проведения детальной разведки выявляются тех­нические условия разработки месторождения, устанавливается способ разработки, определяется техника для ведения горных ра­бот, намечается технологическая схема разработки полезного ис­копаемого и др