геология. 1. Осадочные горные породы характеристика групп осадочных пород
 Скачать 34.48 Kb.
|
|
1. Осадочные горные породы. характеристика групп осадочных пород Все осадки и осадочные горные породы являются продуктом выветривания или разрушения ранее существовавших пород. Меньшая часть осадков образуется из органического материала, вулканического пепла, минерализованных вод. Продукты разрушения пород переносятся водой, ветром, ледниками, путем гравитационного переноса и в конечном счете отлагаются в виде осадков. По способу образования осадочные породы могут быть разделены на три группы: Терригенные - образуются путем накопления обломков ранее существовавших пород; Хемогенные - породы образуются из осадков выпавших из растворов; Органогенные - возникают за счет жизнедеятельности организмов. Многие породы двух последних подгрупп имеют общее происхождение. Текстуры и структуры осадочных горных пород Главной текстурой осадочных горных пород является слоистость - это первичная неоднородность осадка, выражающаяся в чередовании пород различного состава или других признаков (рис.16). Любой слой (пласт) органичен двумя поверхностями наслоения), которые могут быть четкими или расплывчатыми (рис.16 а,г): верхняя поверхность - кровля нижняя поверхность – подошва.. Расстояние между кровлей и подошвой характеризует его мощность. По мощности слои делятся на тонкослоистые - 2 см и меньше; средне-слоистые - 2-10 см и грубослоистые - 10-50 см. При мощности слоев более 50 см текстура породы внутри слоя может быть массивной, пористой, трещиноватой. Поэтому у многих коллекционных образцов осадочных пород, размеры которых не превышают мощность слоя, отсутствует слоистость. Поверхности и наслоения нередко сохраняют па себе дополнительные текстурные признаки, которые указывают на процесс осадконакопления; например, следы размыва (рис. 16 а), знаки волновой ряби и течения (рис.17), трещины усыхания (рис.18), отпечатки растений, животных и их обломки и т.д. (рис. 19,20). А - г - типы слоистости; а, г - параллельная слоистость, а - со следами межслоевого размыва, г - градационная, (без ясно выраженных кровель и подошв слоев), б - линзовидная; в - косая Структуры осадочных горных пород в зависимости от их происхождения разнообразные. Для терригенных пород главной структурой является обломочная, особенности которой определяются прежде всего размерами, формой, степенью окатанности обломков (см. табл.3 и рис.21). Для более дробного подразделения пород по размерам обломков употребляются понятия: мелко-, средне-, и крупно-мелкообломочный щебень, крупногалечный конгломерат, подразделяя таким образом, интервал, размер обломков для данной группы обломочных пород приблизительно на три части. Для песков и песчаников эти понятия идут с прилагательными – зернистый: мелкозернистый или крупнозернистый песок (песчаник). Для алевритов и алевролитов употребляются понятия тонкий, если размер частиц менее 0,05 мм и грубый, если размер частиц больше 0,05 мм [2]. Структуры хемогенных осадочных пород подразделяются на афанитовую) или неразличимозернистую – свежий скол породы кажется сплошным, однородным, тонкозернистую ) – на сколе видно, чтопорода зернистая, но размер зерен на глаз не устанавливается, мелкозернистую – размер зерен 0,1-0,5 мм, среднезернистую – 0,5-2 мм, и крупнозернистую (coarse grained) - более 2 мм. Многие хемогенные осадочные породы (известняки, железные руды и др.) обладают оолитовой. При этом порода состоит из округленных шариков размером от долей миллиметров до нескольких миллиметров (рис. 23). На сколе крупных оолитов можно видеть их концентрическое строение. Для органогенных пород характернаорганогенная структура (рис. 22). В этом случае, порода состоит из хорошо сохранившихся окаменелых раковин, коралловых сооружений или из обломков скелетов организмов. В некоторых органогенных породах, которые образованы микроскопическими водорослями и животными, органогенную структуру можно наблюдать только при большом увеличении. 2. Влажность нескальных грунтов Водные свойства грунтов проявляются при их взаимодействии с водой. В зависимости от типа грунтов могут изменяться их состояние, прочность и устойчивость, проявляться свойства поглощать, удерживать, пропускать воду или частично растворяться в ней. 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. Влажность грунта характеризуется тремя показателями: весовой влажностью влажностью и коэффициентом водонасыщения : Весовой влажностью называют отношение массы воды к массе воздушно-сухого грунта. Объемная влажность представляет собой отношение объема воды к объему грунта. Эти виды влажности выражаются в процентах. Степень увлажнения грунта характеризуется коэффициентом водонасыщения, т.е. отношением объема воды к суммарному объему пор. Естественная влажность грунтов характеризует состояние грунта. Особенно большое значение она имеет для глинистых грунтов, свойства которых резко изменяются в зависимости от влажности. Существующие методы определения влажности можно разделить на две группы. К первой относятся методы, основанные на удалении влаги из грунта переводом ее в парообразное состояние (термические методы) или выжиманием (механический метод). Вторая группа (электрические, радиоактивные, водные, тензометрические, объемные, конусные и оптические методы) основана на косвенном определении количества воды в грунте без ее удаления. Наибольшее распространение получил термостатный (термический) метод, при котором образцы грунтов, помещенные в бюксы, высушиваются до постоянной массы при 105°С. В последние годы все шире применяются радиоактивные методы (гамма-метод и метод медленных нейтронов), позволяющие быстро определять влажность грунтов в полевых условиях без отбора проб. Влагоемкость. Влагоемкостью называют способность грунта вмещать и удерживать определенное количество воды. Различают породы влагоемкие (глины, суглинки), обладающие средней влагоемкостью (супеси, пески, тонко- и мелкозернистые, пылеватые), невлагоемкие (пески средне-, крупно- и грубозернистые, гравий, галечники, трещиноватые и закарстованные породы). Для влагоемких пород выделяют полную, капиллярную, молекулярную, гигроскопическую влагоемкости. Полная влагоемкость соответствует объемной влажности грунта при полном насыщении водой, а капиллярная - при насыщении капиллярных и более мелких пор. Максимальная молекулярная влагоемкость - это общее количество всей физически связанной воды, а гигроскопическая — количество прочно связанной воды. Количественно все виды влагоемкости выражаются также объемной влажностью. Влагоемкость определяет так называемую водоудерживающую способность, которая численно равна количеству воды, которое остается в первоначально водонасыщенной породе после свободного вытекания воды из образца. В почвоведении эта величина называется полевой, или наименьшей, влагоемкостью. Водоотдача и недостаток насыщения. Способность породы отдавать свободную воду называется водоотдачей. Численно она равна разности полной и наименьшей влагоемкости. 3. Классификация подземных вод по условиям залегания По условиям залегания в земной коре подземные воды делят на воды зоны аэрации: почвенные и верховодка – и воды зоны насыщения: грунтовые и межпластовые. Почвенные воды заключены в почве и не имеют водоупора. Верховодка образуется на линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В условиях континентального климата умеренного пояса она появляется весной после снеготаяния, иногда осенью. Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, на первом водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Мощность водоносного горизонта – это расстояние по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. В водоносных слоях грунтовые воды передвигаются от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем, т. е. в соответствии с уклоном водоносного пласта. Скорость их движения (v) прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации водоносной породы (k), который зависит от водопроницаемости и определяется по таблице, и уклону подземного потока (i), и вычисляется по формуле Дарси: v=k*i (см/с или м/сут.). Области распространения и питания грунтовых вод совпадают, поэтому мощность и во-дообилие их подвержены колебаниям, зависящим от изменений климатических и метеорологических условий, а их режиму и свойствам присуши зональные черты. Зональность грунтовых вод проявляется в глубине их залегания от поверхности и соответственно в их чистоте и температуре, а также химическом составе и степени их минерализации. В зонах избыточного и достаточного увлажнения – тундре и лесах (Kув≥1) – грунтовые воды залегают неглубоко, они ультрапресные и пресные, гидрокарбонатно-кальциевые. В зонах умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения – лесостепях и степях (Kув=1,0-0,3) – залегание вод глубже, они пресные или слабо минерализованные, постепенно становятся сульфатными. В зонах недостаточного увлажнения – полупустынях (Kув=0,3-0,1) и крайне недостаточного увлажнения – пустынях (Kув<0,1) – воды глубоко залегающие, минерализованные, обычно хлоридные. Температура грунтовых вод в сглаженном виде повторяет годовой ход температуры воздуха, но максимумы и минимумы температуры запаздывают, и тем больше, чем глубже залегают грунтовые воды. Чистота грунтовых вод определяется глубиной их залегания от поверхности – чем глубже, тем чище. Геолого-геоморфологические условия и вещественный состав пород вносят разнообразие и обусловливают специфику грунтовых вод в пределах природных зон. Например, при глубоком и густом долинно-балочном расчленении земной поверхности воды залегают глубже. В целом же грунтовые воды относительно чистые, обычно пресные, постоянные и широко используются для хозяйственно-бытовых нужд в сельской местности. Межпластовые воды – это воды, заключенные между двумя водоупорными пластами, из которых нижний называется водоупорным ложем, а верхний – водоупорной кровлей. Они залегают глубже и поэтому чище, чем грунтовые. Области распространения и питания их не совпадают, в связи с чем режим вод меньше зависит от метеоусловий и у них более постоянный уровень. Атмосферное питание эти воды получают лишь в местах выхода водоносного пласта на поверхность. Они могут быть напорные и ненапорные. Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный пласт, имеют свободную поверхность и стекают как грунтовые по уклону ложа. Напорные воды залегают в вогнутых тектонических структурах, насыщают весь водоносный слой и обладают гидростатическим напором. Вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать. Такие воды называют артезианскими. Как и грунтовые воды, межпластовые могут иметь разный химический состав и степень минерализации, которая увеличивается с глубиной. 4. Грунтовые воды Грунтовые воды – это гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, располагающегося на региональном водоупоре. Образуются главным образом за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озер, водохранилищ, оросительных каналов. В районах речных долин запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счет конденсации водяных паров. Характеристика грунтовых вод Грунтовые водыПоверхность грунтовых вод является свободной, т.к. грунтовые воды обычно безнапорные. На отдельных участках, где все же имеется местное водонепроницаемое перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод отличаются от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и глубины залегания грунтовых вод их поверхность испытывает сезонные и многолетние колебания. Величины сезонных и многолетних амплитуд колебаний уровней грунтовых вод могут достигать 20 и более метров, что необходимо учитывать при строительстве различного рода объектов. Вблизи рек и водоемов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путем инфильтрации. Зональность грунтовых вод Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовыt вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах). Применение грунтовых вод Грунтовые водыГрунтовые воды в силу относительно слабой защищенности от загрязнения имеют ограниченное применение как источники водообеспечения промышленных предприятий и городов. Однако для водоснабжения поселков и населенных пунктов в сельской местности их роль достаточно велика. По величине антропогенного воздействия на грунтовые воды различают естественный, слабонарушенный, нарушенный, сильнонарушенный и искусственный режимы грунтовых вод. Искусственный режим формируется преимущественно под влиянием техногенных факторов (интенсивная эксплуатация грунтовых вод, орошение земель в аридной зоне). Естественные многолетние изменения режима грунтовых вод во многих случаях могут быть причиной активизации оползневой деятельности, карстово-суффозионных процессов, регионального подтопления территории, угнетения наземных экосистем и др. Для изучения закономерностей и механизмов формирования и прогноза режима грунтовых вод в России организована государственная и ведомственная службы его изучения и прогноза (гидрогеологический мониторинг). Разработана нормативно-методическая база ведения мониторинга и методы сезонных и долгосрочных прогнозов. 5. Загрязнение подземных вод Загрязнение подземных вод связано с поступлением в водоносный горизонт различных загрязняющих веществ, при достижении которыми водозаборных сооружений, вода становится частично или полностью непригодной для использования по целевому назначению. По характеру проявления и последствиям различают пять видов загрязнений подземных вод: бактериальное, химическое, радиоактивное, тепловое и механическое. Бактериальное (механическое) загрязнение возникает при попадании в эксплуатируемый горизонт различного рода бактерий и вирусов. Источниками бактериального загрязнения являются фекальные и хозяйственно- бытовые сточные воды и сельскохозяйственные отходы, поступающие на участках с недостаточной природной защищенностью природных вод, неисправной канализационной сети, поглощающих скважин и колодцев, не ликвидированных скважин и т.д. Химическое загрязнение – наиболее распространенный вид загрязнений подземных вод. Оно вызвано проникновением в водоносные горизонты различных органических и неорганических веществ токсического и нетоксического воздействия. При отсутствии сорбции и реакции взаимодействия с водовмещающими породами химическое загрязнение может быть длительным, трудно устранимым и неустранимым вообще. Основными источниками химического загрязнения подземных вод являются промышленные стоки, поступающие в водоносный горизонт из отстойников, накопителей, шламохранилищ и т.д. загрязнение может происходить так же за счет распространения загрязняющих веществ на участках скоплений твердых промышленных отходов, участков складирования и хранения нефтепродуктов, сброса сточных вод в поглощающие скважины, в результате закачивания промышленных стоков в глубокие горизонты и т.д. К источникам химического загрязнения пресных подземных вод относятся также природные некондиционные поверхностные и подземные воды, отличающиеся повышенной общей минерализацией, повышенными концентрациями железа, сульфатов, урана, сероводорода, радия и др. компонентов. Радиоактивное загрязнение связано с повышением содержания в подземных водах различных радиоактивных веществ. Эти вещества отличаются способностью к самопроизвольному распаду. В зависимости от состава воды и Ph радиоактивные вещества в водной среде могут находится в виде ионов, нейтральных молекул и коллоидных частиц. Радиоактивное загрязнение подземных вод связано с работой предприятий атомной промышленности, разработкой месторождений радиоактивных элементов, захоронением отходов и сбросом радиоактивных сточных вод. Наиболее подвержены радиоактивному загрязнению грунтовые воды, имеющие непосредственную связь с атмосферными осадками, открытыми водоемами. 6. Инженерно-геологические изыскание на площадках бассейнов нженерно-геологические изыскания заключаются в изучении и определении разных свойств грунта объекта строительства, а также их связи и зависимости между собой для проведения в дальнейшем точных проектных работ. Изучение геологии участка проводят взятием опытных проб грунта на участке строительства. В результате проведения этих работ получают данные о физико-математических показателях грунта и его уровня агрессивности к элементам здания, контактирующим непосредственно с грунтом. От точности проведения изысканий зависит правильность выбора типа фундамента и его работа в условиях данного участка строительства. Цель проведения изысканий Инженерно-геологические изыскания участка проводят с целью изучения свойств и состава залегающих грунтов, выявления агрессивности подземных вод к материалам будущего фундамента, определения современных экзогенных и эндогенных геологических процессов. Этот цикл работ включает: 1.Изучение информации об уже проведенных в прошлом изысканий данного места строительства и прилегающих к нему участков. Рассмотрение прошлых отчетов и при необходимости встреча с их авторами, обсуждение интересующих деталей. 2.Выезд на участок проектируемого объекта. Разведывательные работы: изучение геоморфологических составляющих участка проектирования, отбор проб грунтов и подземных вод, построение экологического разреза, определение морфометрических параметров форм рельефа, оформление предварительного координационного плана участка. Получение дополнительной информации об особенностях местности строительства у проживающих поблизости. 3.Выбор метода проведения изысканий, определение объемов таких работ в зависимости от рельефа, особенностей участка строительства и проектируемого объекта. Выбор места отбора проб. 4.Проведение геодезической съемки профилей рельефа, что понадобится для расчета устойчивости грунтовой толщи. Выполнять только для участков, находящихся на склонах. 5.Бурение скважин и отбор кернов. 6.Рассмотрение гидрогеологических показателей рельефа местности. 7.Изучение проб грунта и подземных вод в лаборатории. 8.Выбор геофизических методов. Определение масштабов геофизических работ, выбор мест профилирования. 9.Геофизическое исследование участка проектируемого здания. 10.Формирование результатов, полученных при исследовании. 11.Предоставление информации о экзогеодинамических процессах в данной местности, с учетом геолого-морфологического строения участка проектирования, гидрогеологического режима, физико-механических показателей грунтов и их гранулометрический состав. 12.Формирование полного отчета об проведенных исследованиях с обоснованием выбранного типа и конструкции фундамента. Виды инженерно-геологических изысканий Инженерно-метеорологические изыскания. В такие виды изысканий входит изучение состояния поверхностных вод (рек, озер, водохранилищ), скорость их течения, особенности русловых процессов, глубины их промерзания, климатологические характеристики районов и пр. Все эти виды изысканий являются основными, так как именно они будут влиять на проектные решения и на обоснование разработок проектов практически любых сооружений и зданий и построек, независимо от их конструкции, вида и назначения (Оборудование для инженерно-геологических изысканий). Ни один проект не будет считаться правильно разработанным и не будет осуществлен без наличия соответствующих документов о проведении инженерных изысканий, которые рассматриваются как неотъемлемая и составная часть всего строительного процесса в целом. Инженерные изыскания – это важная составляющая всей строительной отрасли, так как именно их результаты повлияют на стоимость всех строительных работ, на долговечность и надежность возведенных построек. |