Полезные ископаемые   В платформенных осадках на территории Эстонии и в Ленинградской области разрабатываются горючие сланцы (кукерситы); там же, а также на Сибирской платформе и в Казахстане известны фосфориты. К геосинклинальным вулканогенно-кремнистым осадкам приурочены небольшие месторождения железных и марганцевых руд в Северной Америке, Западной Европе, Казахстане, Китае и др. С ордовикскими интрузиями в Казахстане связаны месторождения золота и др. металлов. В Северной Америке в ордовикских отложениях известны месторождения нефти.

С3

 Эон (эонотема) Фанерозой 

 Эра (эратема) Палеозой   

 Период (система) Каменноугольный

Эпоха (отдел)      Верхний карбон включает в себя 2 яруса: касимовский (C3k) и гжельский (С3g).

Каменноу́гольный пери́од, сокращенно карбо́н (С) — геологический период в верхнем палеозое 360—286 млн лет назад. Назван из-за эпохи углеобразования в это время.

Появление деревьев и пресмыкающихся. На карте мира впервые появляются очертания величайшего суперконтинента в истории Земли — Пангеи. Пангея образовалась при столкновении Лавразии (Северная Америка и Европа) с древним южным суперконтинентом Гондваной. Незадолго до столкновения Гондвана повернулась по часовой стрелке, так что ее восточная часть (Индия, Австралия, Антарктида) переместилась к югу, а западная (Южная Америка и Африка) оказалась на севере. В результате поворота на востоке появился новый океан — Тетис, а на западе закрылся старый — океан Рея. В то же время океан между Балтикой и Сибирью становился все меньше; вскоре эти континенты тоже столкнулись[1].

Карбон подразделяется на три эпохи (отдела) — ранний карбон (продолжительностью 40 млн лет), средний карбон (24 млн лет) и поздний карбон (10 млн лет).

Нижний карбон включает в себя 3 яруса: турнейский (C1t), визейский (С1v) и серпуховский (С1srp).

Средний карбон включает в себя 2 яруса: башкирский (C2b) и московский (С2m).

Верхний карбон включает в себя 2 яруса: касимовский (C3k) и гжельский (С3g).

7.                  Сущность эндогенных процессов Земли. Схемы нарушения форм залегания пород

Эндогенные процессы(греч.Endon - внутри + Genes - рождающий, рожденный) - рельефообразующие геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твёрдой земли.и обусловленные ее внутренней энергией, силой тяжести и силами, возникающими при вращении Земли. Эндогенные процессы проявляются в виде тектонических движений земной коры, магматизма, метаморфизма горных пород, сейсмической активности. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация). Эндогенные процессы играют главную роль при образовании крупных форм рельефа.

Глубинное тепло Земли имеет преимущественно радиоактивное происхождение. Непрерывная генерация тепла в недрах Земли ведёт к образованию потока его к поверхности. Под влиянием теплового потока или непосредственно тепла, приносимого поднимающейся глубинной магмой, возникают так называемые коровые очаги магмы в самой земной коре; достигая приповерхностных частей коры, магма внедряется в них в виде различных по форме интрузивов или изливается на поверхность, образуя вулканы.

Гравитационная дифференциация вела к расслоению Земли на геосферы разной плотности. На поверхности Земли она проявляется также в форме тектонических движений, которые, в свою очередь, ведут к тектоническим деформациям пород земной коры и верхней мантии; накопление и последующая разрядка тектонических напряжений вдоль активных разломов приводят к землетрясениям.

Грабен

(нем. Graben, буквально - ров) участок земной коры, опущенный по крутым, нередко вертикальным разрывам, обычно сбросам, относительно окружающих участков. Размеры грабенов достигают десятков километров в поперечнике и сотен километров в длину. Система величайших в мире грабен проходит на В. Африки (см. Восточно-Африканская зона разломов). В Западной Европе крупнейшим грабеном  является долина р. Рейн. Подобные грабены планетарного масштаба названы рифтами; Грабены осложнённые по краям дополнительными разрывами, создающими ступени, называются сложными.

Горст

(нем.Horst - гнездо), приподнятый над смежными участками, обычно вытянутый, участок земной коры, ограниченный круто наклоненными разрывами сбросами или взбросами. Размеры Г. различны - до многих десятков км в поперечнике и сотен км в длину.

8.                  Сущность экзогенных процессов Земли. Описание процесса (карст, морозное пучение)

Экзогенные процессы-геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра (эоловые процессы, дефляция), проточных поверхностных и подземных вод (эрозия, денудация), озёр и болот, вод морей и океанов (абразия),ледников (экзарация). Главные формы проявления Э. п. на поверхности Земли: разрушение горных пород и химическое преобразование слагающих их минералов (физическое, химическое, органическое выветривание); удаление и перенос разрыхлённых и растворимых продуктов разрушения горных пород водой, ветром и ледниками; отложение (аккумуляция) этих продуктов в виде осадков на суше или на дне водных бассейнов и постепенное их преобразование в осадочные горные породы (седиментогенез, диагенез, катагенез). Э. п. в сочетании с эндогенными процессами участвуют в формировании рельефа Земли, в образовании толщ осадочных горных пород и связанных с ними месторождений полезных ископаемых. Так, например, в условиях проявления специфических процессов выветривания и осадконакопления образуются руды алюминия (бокситы), железа, никеля и др.; в результате селективного отложения минералов водными потоками формируются россыпи золота и алмазов; в условиях, благоприятствующих накоплению органические вещества и обогащенных им толщ осадочных горных пород, возникают горючие полезные ископаемые.

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового альпийского плато Крас в Словении), — 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).

На своём подземном пути вода встречает растворимые породы, к которым относятся галогены (каменная соль), карбонатные породы (известняк, доломит, мрамор), а также сульфаты (гипс, ангидрит). Протекая по трещинкам, вода растворяет породы, отчасти механически размывает их, расширяя путь, часто образуя большие подземные полости и пещеры. Подобную работу производят и атмосферные воды, стекающие по поверхности выходов растворимых прод и просачиваясь в их трещины. Вся совокупность этих процессов носит название карста или карстообразования. Термин происходит от названия известнякового плато Карст к северу от Триеста, в Словении, на северном побережье Адриатического моря. Развитие карста может происходить лишь у поверхности или на сравнительно небольшой глубине от неё, там, где циркуляция подземных вод интенсивна. Более всего распространён карст в карбонатных породах, тогда как соляной и гипсовый карст - явление сравнительно редкое. Это объясняется тем, что соли и гипс обычно залегают среди водоупорных глинистых пород, не пропускающих к ним воду. Кроме того, эти породы обычно массивны, не трещиноваты. В дальнейшем речь пойдёт о карбонатном карсте.

Подземные карстовые ходы начинаются обычно с поверхности Земли, поскольку их появление связано с проникновением под землю атмосферных вод. Поверхностной формой проявления карста являются неглубокие рытвины или борозды, вскрытые на поверхности выхода породы дождевыми водами и называемые каррами. Карры иногда покрывают обширные площади, превращая их в неудобную для обработки и даже труднопроходимую местность - карровые поля. Иногда вода стекает со всех сторон к какому-либо ходу, образуя вокруг него воронкообразное понижение, называемое карстовой воронкой. На дне воронки располагается водопоглощающее отверстие в виде вертикального или наклонного хода, проделанного водой - понор.

В тех областях, где карст очень древний, на дне воронок накапливается много смытых остаточных глинистых продуктов растворения известняков. Они часто бывают богаты окислами железа и окрашены в красный цвет, почему получили название "terra rossa". Они очень плодородны, покрыты пышной растительностью и являются настоящими оазисами среди голых известковых скал. Ещё более крупные и глубокие карстовые котловины, достигающие глубины многих десятков и сотен метров и занимающие иногда площади в десятки км2, называются полья.

Растворяющая работа воды создаёт целую систему подземных карстовых форм в виде различных полостей. Среди последних можно выделить прежде всего группу вертикальных и наклонных карстовых ходов, являющихся путями движения воды. К ним относятся карстовые колодцы, достигающие иногда 10-20 м в поперечнике и 200-300 м глубины. Эти ходы ведут в сплошную систему связанных между собой горизонтальных и наклонных туннелей и галерей, нередко расположенных в несколько ярусов и получивших название карстовых пещер. Они бывают весьма велики. Так, суммарная длина всех ходов величайшей в мире Мамонтовой пещеры в США превышает 300 км. По таким пещерам протекают целые подземные реки и ручьи, в их залах умещаются подземные озёра. Вода, проникающая сюда за счёт просачивания атмосферных осадков, содержит много растворённого СО2. Она поэтому легко растворяет известняк, насыщаясь углекислым Са в виде бикарбоната. Попадая на стену или потолок пещеры, вода выделяет часть растворённого СО2 и бикарбонат вновь переходит в среднюю соль. Она трудно растворима и частично выпадает в осадок в виде кальцита.  Са(НСО3)2 СаСО3 + Н2О + СО2

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.

9.                  Виды воды в грунтах. Условия залегания и движении, химический состав и агрессивность по отношению к строительным конструкциям подземных вод.   Закон Дарси, коэффициент фильтрации. Трещинные подземные воды

Грунтовые воды -подземные воды, залегающие на первом от поверхности земли водоупоре и представляющие собой постоянный во времени и значительный по площади распространения водоносный горизонт.

Гигроскопическая вода – вода, поглощаемая сухим почво-грунтом из воздуха.

Гравитационная вода - подземная вода, способная передвигаться по порам, трещинам и другим пустотам горных пород под влиянием силы тяжести.

Прочносвязанная вода – вода, содержащаяся в грунтах в форме пленки толщиной в 2-3 молекулы воды. Удерживается силами электромолекулярного притяжения. По своим свойствам близка к твердому телу, имеет высокую плотность.

Капиллярные воды - воды, удерживаемые в порах грунта под влиянием капиллярных (менисковых) сил.

Химический состав подземных вод. Подземные воды всегда содержат растворённые газы и соли. Образуясь за счёт атмосферных осадков, они заносят с поверхности Земли растворённые в них кислород, азот, углекислоту. Проходя через почву и горные породы, содержащие органическое вещество, они обогащаются сероводородом, метаном и др. углеводородами. Циркулируя по трещинам горных пород, воды обогащаются карбонатами, сульфатами, хлоридами, а также и трудно растворимыми веществами: кремнезёмом, окислами железа и др. Грунтовые воды сильнее зависят от климата, чем межпластовые. В областях с влажным климатом грунтовые воды обычно пресные или слабо минерализованные. В засушливых областях с замедленной циркуляцией вод они обычно сильнее минерализованы, вплоть до солёных, в которых наряду с карбонатами содержатся сульфаты Na, K, Ca, а также хлористые соли.

Характер минерализации подземных вод сильно зависит от состава пород, по которым они циркулируют. Состав растворимых в воде веществ часто определяет её лечебные свойства. В местах выхода подземных вод с лечебными свойствами, так называемых бальнеологических вод, создаются курорты.

Агрессивная вода - вода, разрушающая бетон, металлы и горные породы. Различают углекислотный выщелачивающий, общекислотный, сульфатный, магнезиальный и кислородный виды агрессивности.

Основной закон фильтрации.

Движение воды в порах горной породы математически выражается следующим образом:

Q=KJW

где Q - расход воды, м3/сут.; К - коэффициент фильтрации м/сут; J - напорный градиент (равен tg угла наклона фунтового потока); W - поперечное сечение фильтрующей породы, м2.

Это выражение сформулировано в 1856 г. французским инженером и по имени автора получило название закона Дарси . Выведено это выражение для пород с ламинарным (параллельно, струйчатым, без пульсации) характером движения подземных вод, которое имеет место в песках, песчаниках и других породах. Позднее Н.Н. Павловским, Т.Н. Каменским и Н.К. Гиринским доказана правомерность этого закона и для гравелистых пород, где скорости достигают 125 м/сут.

Скорость фильтрации из выражения Дарси составляет

Эту скорость фильтрации называют кажущейся, поскольку расход потока отнесен ко всей площади поперечного сечения фильтрующей породы. Если принять напорный градиент за единицу, то коэффициент фильтрации можно рассматривать как кажущуюся скорость движения воды.

Действительную скорость (Vq) представляет собой отношение расхода воды к той части поперечного сечения, которая занята порами:

В глинистых породах, где много физически влаги, не участвующей в гравитационном движении воды и заполняющей поры, различают активную пористость (Пакт), показывающую какая часть сечения породы способна пропускать движущуюся воду

Где WММВ - максимальная молекулярная влагоёмкость в долях единицы; yск - объемный вес скелета породы.

Трещинные подземные воды- подземные воды циркулирующие в трещинах скальных грунтов. Они перемещаются по трещинам разного происхождения: тектоническим разломам, трещинам отдельных магматических массивов, трещинам выветривания и образуют единую гидравлическую систему, напоминающую систему сообщающихся сосудов.  

Схема залегания трещинных вод:

1-трещинноватые породы зоны выветривания;2-трещинно-грунтовые воды;3-уровень трещинно-грунтовых вод;4-нижняя граница зоны выветривания;5-монолитные породы;6-тектонические разломы с трещинно-жильными напорными водами;H-напор трещинных вод над кровлей тоннеля;С-скважины

В верхней зоне массивов скальных грунтов до глубины 100м. развиты трещинно-грунтовые воды. Они пополняются за счет инфильтрации атмосферных осадков. Водообильность их определяется интенсивностью пополнения и степенью  трещиннватости горных пород. Скальные грунты долины рек тектонического происхождения более водообильные, чем грунты, слагающие водоразделы. При вскрытии  трещинно-грунтовых вод горной выработки с поверхности они ведут себя как обычные не напорные грунтовые воды.

Ниже по разрезу в зонах глубоких тектонических разломов залегают трещинно-жильные воды. Это линейно вытянутые водные потоки, уходящие в глубину до нескольких сот метров. Питаются они за счет просачивания трещинно-грунтовых вод, т.е. также за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Разновидностью трещинно-жильные воды являются карстовые воды, циркулирующие по трещинам и пещерам карстового происхождения. Карстовые воды перемещаются в виде речных потоков по системе  сообщающихся пещер или заполняются изолированные подземные полости и создают большие запасы. Питание карстовых вод происходит также за счет инфильтрации атмосферных осадков или за счет просачивания воды из поверхности рек.

В горно-складчатых областях в зонах тектонических разломов и в карстовых пещерах трещинно-жильные и карстовые воды сосредоточены в виде гигантских объемов и обладают повышенным напором. При строительстве подземных транспортных сооружений зачастую происходят внезапные водообильные прорывы  трещинно-жильные вод, что в значительной степени осложняет строительство.

Химический состав как трещинно-жильных, так и карстовых вод определяется составом вмещающих их горных пород. В зоне интенсивного водообмена  трещинно-жильные обычно пресные, гидрокарбонатные в (известняках) или жесткие сульфатные (в гипсах)

10.              Геологические процессы в грунтах,обусловленные воздействием подземных вод

Просадочные явления -просадки, уплотнение грунта, находящегося под действием внешней нагрузки или только собственного веса. Происходит при искусственном замачивании (в лёссе и лёссовидных отложениях), оттаивании (термические просадки в мёрзлых грунтах), динамических воздействиях (вибрационные просадки). Величина про седания поверхности, вызванная просадкой грунтов, колеблется от долей см до 2 м. Просадки могут вызывать образование трещин на поверхности и в массиве грунта. Если фильтрация влаги в просадочных при замачивании грунтах происходит после окончания П. я., то возможна послепросадочная  деформация грунта за счёт выщелачивания из него водорастворимых соединений. Причины П. я. (в лёссе и лёссовидных отложениях) - недоуплотнённое состояние грунта с теряющими прочность при замачивании связями частиц. При данной влажности грунта каждой величине давления отвечает определённая его пористость, уменьшающаяся с возрастанием давления. Междучастичные связи в грунте могут задержать его уплотнение, несмотря на увеличение (под влиянием веса новых отложений или построенных сооружений) давления, благодаря чему создаётся несоответствие пористости давлению - недоуплотнённое состояние. При снижении прочности связей частиц грунта (например, при замачивании лёсса в результате утечек из водопроводной сети или при повышении уровня грунтовых вод вблизи водохранилищ) возникают П. я. Недоуплотнённое состояние лёсса и лёссовидных отложений характерно для засушливых полупустынных или степных районов (Средняя Азия, Украина, Северный Кавказ, Китай, юг Центральной Европы, бассейн Миссисипи). Термические П. я. могут протекать в зоне развития многолетнемёрзлых горных пород.Просадочные свойства лёсса и лёссовидных грунтов изучаются в компрессионных приборах, путём замачивания котлованов и др. способами. Отношение величины уплотнения грунта при замачивании к первоначальной высоте образца грунта называется относительной просадочностью (изменяется от 0 до 0,1 и больше). П. я. возможны при возрастании влажности грунта до некоторой величины (начальная влажность просадки) и при давлении, превышающем некоторую величину (начальное давление просадки). Условия строительства на лёссе и лёссовидных грунтах подразделяются на два типа: просадки поверхности земли под действием собственного веса замоченного грунта менее 5 см, просадки поверхности более 5 см. Разные типы условий требуют различных строительных мероприятий. Для борьбы с П. я. в строительстве производится замачивание грунтов, силикатизация, уплотнение, обжиг (см. Закрепление грунтов, Уплотнение грунтов), осуществляются конструктивные мероприятия и устраняются возможности замачивания оснований сооружений. Просадочность - явление, свойственное лессам, и лессовидным грунтам и связанное с воздействием воды на структуру грунта с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самого грунта или же при суммарном давлении собственного веса и веса сооружения.

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. Различают псевдоплывуны и истинные (тиксотропные) плывуны. При промерзании плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду.

Борьба с плывунами сводится к их осушению. При проходке туннелей, горных выработок и пр. применяют специальные щиты, кессоны, замораживание и т.п.

Набухание грунта - увеличение объема грунта при его смачивании. Свойственно главным образом глинистым грунтам.

Суффозия(от лат. suffossio - подкапывание, подрывание)-выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород. Суффозия приводит к нарушению микроагрегатной структуры грунтов; вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на земной поверхности мелких и крупных замкнутых понижений (микрозападин, блюдец, западин, воронок, падин) диаметром до 10, редко до 100-500 м.

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. Морозное пучение вызывает неравномерное поднятие промерзающих толщ; неодинаковая величина поднятия объясняется различиями в условиях промерзания, составе пород, их влажности, плотности. Наиболее подвержены морозному пучению глинистые породы, поскольку их пучение зависит не только от собственной влажности, но и от миграционной влаги, поступающей в промерзающий грунт из смежных немёрзлых зон. Напряжения, возникающие в грунтах при морозном  пучении способны вызвать разрыв корневой системы растений, деформации и смещения сооружений и т. п. Для предупреждения неблагоприятных последствий морозного пучения  проводят мелиоративные работы, обрабатывают грунт веществами, изменяющими его физико-химические свойства; применяют специальные строительные конструкции.

           Список литературы

1.                 Черноусов С.И. Основы инженерной геологии для транспортных строителей Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2007 212с.

2.                 Черноусов С.И. ,Крицкий М.Я., Сухорукова А.Ф. Инженерноя геология Западно-Сибирской железной дороги.

Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2005 144с.

3.                 Черноусов С.И. Инженерная геология

Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 1999 75с.

4.                 Черноусов С.И. Инженерная геология учебно-методические материалы

Новосибирск ИЗД-во СГУПСа 2004 21с.

5.                 Web-сайты

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5