Магнитное поле
Тепловое поле.
Тепловое поле Земли. Тепловое поле Земли образуется за счет внешних и внутренних источников. Главный источник внешней энергии – солнечное излучение. Лучистая энергия Солнца, получаемая земной поверхностью за год 5,44× Дж. Около 55% лучистой энергии поглощается атмосферой, растительным покровом, почвой, около 45% отражается в космос.
Источники внутреннего тепла Земли: радиоактивный распад элементов, энергия гравитационной дифференциации вещества, остаточное тепло и т.д.
Получаемое солнечное тепло непосредственно нагревает горные породы и проникает лишь на небольшую глубину. Температура поверхности слоев изменяется в течение суток, сезона и года. С глубиной амплитуды колебания температуры убывают: сначала исчезает влияние суточных колебаний температуры воздуха, затем сезонных и, наконец, годовых. На некоторой глубине температура пород остается постоянной многие годы (поле постоянной температуры). Выше него расположены слои многолетних, сезонных и суточных колебаний температур. Глубина залегания зоны постоянных температур зависит от широты и вариаций теплофизических свойств горных пород. В средних широтах эта зона находится на глубине 15 – 40 м
Зона постоянных температур используется для специализированного строительства.
Если среднегодовая температура местности ниже 0˚С, то атмосферные осадки и подземные воды превращаются в лед. Это основное условие образования вечной мерзлоты.
Постоянное повышение температуры пород с глубиной характеризуется геотермической ступенью и геотермическим градиентом.
Геотермическая ступень численно равна глубине (в метрах), на которую нужно углубиться для того, чтобы температура пород увеличилась на 1˚С. Геотермическая ступень имеет размерность м/˚С.
Геотермический градиент – численно равна числу градусов, на которое повышается температура горных пород при углублении на 100 метров и имеет размерность ˚С/м.
Для освоения залежей полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах и в районе многолетней мерзлоты, необходимо регулировать тепловой режим глубоких шахт и рудников.
Вокруг земного шара и внутри него существует магнитное поле. По данным космических исследований, оно простирается за пределы планеты на расстояние, превышающее 10-кратный радиус Земли, образуя магнитосферу. Установлена сложная ассиметричная внешняя форма магнитосферы, непрерывно изменяющаяся по форме и силе. Со стороны Земли, освещенной Солнцем, магнитосфера значительно сжата, а с противоположной вытянута с образованием магнитного шлейфа. Асимметричность магнитосферы обусловлена воздействием солнечного ветра. Граница магнитосферы располагается на высоте 80000-93000 км. О природе магнитного поля Земли известно, что воздействие на него процессов, происходящих в высоких слоях атмосферы невелико, и не превышает 6%. На этом основании полагают, что магнитное поле связано с процессами, протекающими в глубоких недрах Земли.
Магнитное поле влияет на ориентировку ферромагнитных минералов (магнетита, гематита и т.п.) находящихся в растворах и расплавах.
Основные характеристики магнитного поля:
1) магнитное склонение – угол между осью магнитной стрелки (магнитным меридианом) и географическим меридианом;
2) магнитное наклонение – угол наклона магнитной стрелки к горизонту; 3)магнитное напряжение, сила магнитного поля Земли, выраженная векторной величиной, единица измерения – одна стотысячная доля эрстеда, называемая гаммой; 4)магнитная аномалия – отклонение элементов магнитного поля Земли от средних значений.
Аномалии обусловлены залеганием больших магнитных масс (железные руды) или же нарушением однородности геологического строения. Самой крупной магнитной аномалией, вызванной залеганием больших магнитных масс является Курская Магнитная Аномалия.
Изучение магнитного поля Земли широко используется для поисков месторождений полезных ископаемых, в том числе нефтяных и газовых.
Лекция 2
1. Инженерная геология
2. Минералы и горные породы
3. Минералогия. Первичные и вторичные минералы.
4. Формирование магматических горных пород
1. Инженерная геология
Инженерная геология изучает геологические процессы, которые происходят в верхних горизонтах земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. В состав инженерной геологии входят три основные составные части:
1-я - грунтоведение или учение о грунтах;
2-я - динамическая инженерная геология или учение о геологических процессах природного и антропогенного генезиса;
3-я - региональная инженерная геология или учение о закономерностях пространственного распространения инженерно-геологических условий.
Инженерная геология изучает природную среду до начала строительства, определяет изменения, которые произошли в геологической среде в процессе строительных работ и при эксплуатации зданий и сооружений.
Основные задачи инженерной геологии:
1) изучение состава, строения, свойств и условий распространения грунтов, определение их поведения при взаимодействии с инженерными объектами;
2) изучение геологических процессов природного и антропогенного генезиса с целью установления их влияния на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений;
3) установление закономерностей пространственного распределения инженерно-геологических условий при застройке значительных территорий;
Объектом исследований инженерной геологии является массив горных пород верхнего слоя земли (независимо от его состава) и изменений, произошедших в нём. Этот верхний слой и называется грунтом.
Грунты – это горные породы и почвы, которые залегают в верхней части земной коры, находятся в сфере производственной деятельности и могут быть использованы в качестве оснований среды и материалов для различных зданий и сооружений
Основной показатель грунтов – их сопротивление, действующими механическими нагрузками (от сооружений, зданий и т.д.) В инженерной геологии принято считать, что это сопротивление зависит от связей между частицами горных пород. При этом рассматривается 4 основных типа связи:
1 тип – жесткие, прочные, неизменяющиеся при увлажнении горных пород;
2 тип – жесткие, прочные, изменяющиеся при увлажнении горных пород;
3 тип – подвижные, водноколоидные, резкоизменяющиеся при увлажнении или осушении;
4 тип – отсутствие связи, перемещение частиц горных пород препятствует только сила трения между частицами.
Грунты – в соответствии с действующими СН и ПП-15-74 делятся на скальные и нескальные. Нескальные делятся на крупнообломочные, песчаные, глинистые и искусственные грунты.
К скальным грунтам относятся горные породы с жесткими связями между частицами, это кристаллизационные и цементационные связи. К этим группам пород относятся магматические, метаморфические и сцементированные осадочные горные породы. Скальные грунты – это, как правило, сплошной массив. Они несжимаемы, водоустойчивы, практически водонепроницаемы, вода в скальных массивах фильтруется только по трещинам. К группе скальных грунтов относятся полускальные грунты.
Полускальные грунты – это сильно трещиноватые и выветрелые породы названных выше генетических групп пород (магматические, метаморфические и сцементированные осадочные горные породы).
Процесс выветривания – это изменение горных пород происходящих под действием химических, физических, биологических, антропогенных и техногенных факторов.
Полускальные грунты достаточно устойчивы, но они менее прочные, чем скальные. Они более пористы и влагоёмки. Полускальные грунты обладают некоторой способностью пластически консолидироваться. Часть этих грунтов растворяются в воде, например: гипс, поваренная соль, калийные соли. Часть грунтов, которые содержат значительное количество глинистых материалов, под влиянием воды размягчается. Под действием воды размягчаются и ангидрит.
Отметим, что прочность скальных и полускальных грунтов зависит от их трещиноватости и количества трещин в массиве. Количество трещин определяет и устойчивость массива сложенного этими грунтами.
2. Минералы и горные породы
Минералы – физический или химический индивидуализированный продукт земных химических реакций, состоящий из химических молекул. В.И. Вернадский, 1923 г.
Минералами называются однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов и являющиеся составными частями горных пород и руд. А.В. Милановский, 1979 г.
С химической точки зрения, минерал – более или менее однородное тело, отвечающее однородному составу.
С физической точки зрения, минерал характеризуется более или менее определенными физическими характеристиками: твердостью, плотностью, оптическими свойствами, магнитными свойствами и т.д.
Горные породы – естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел.
Мономинеральные породы.
Полиминеральные породы.
Структура пород.
Структура для магматических и метаморфических пород – это совокупность признаков горной породы обусловленная степенью кристалличности, абсолютными и относительными размерами и формой кристаллов, способом их сочетания между собой и со стеклом, а также внешними особенностями отдельных минеральных зерен и их агрегатов
Структура отражает особенности строения горной породы, которые определяются степенью кристалличности, формой, размерами и взаимоотношением породообразующих минералов.
Структура осадочных пород – это широкий термин, обобщающий всё многообразие различных структур, наблюдающихся в осадочных породах, как первичных, так и подвергшихся вторичным преобразованиям.
Текстура горных пород – это совокупность признаков строения горной породы обусловленных ориентировкой и относительным расположением и распределением составных частей породы.
Текстура горной породы отражает особенности распределения и взаимосвязи минеральных агрегатов, пор и пустот в породе, то есть показывает сложение породы.
Textura – ткань, сплетение, сложение
3. Минералогия. Первичные и вторичные минералы.
Большая часть минералов – кристаллические образования, незначительная – аморфные.
Кристалл – твердое тело, в котором слагающие его частицы располагаются определенным образом, образуя структурную решетку.
В земной коре более 7000 минералов, около 100 встречаются достаточно часто и входят в состав горных пород, эти минералы называются породообразующими.
Первичные минералы – это минералы образовавшиеся как правило в результате эндогенных процессов и в грунтах и почве не подвергшиеся изменениям (не претерпевших химических трансформаций)
Вторичные минералы – это минералы образовавшиеся в зоне гипергенеза в результате биохимической и геохимической трансформации (как правило, в результате процессов выветривания) некоторых первичных минералов
Эндогенные процессы – это те процессы, которые протекают под действием внутренних сил Земли, и, как правило, в глубоких частях Земли. Основные силы, задействованные при этом – это сила тяжести, ротационные силы (вращения), энергия радиоактивного распада и потоки тепла из глубинных геосфер. К эндогенным процессам относят тектонические, метаморфические, геотермальные.
Экзогенные процессы – это геологические процессы, вызванные внешними по отношению к земле силами. Они происходят на поверхности Земли и в самых верхних частях литосферы. Одна из основных особенностей экзогенных процессов в том, что эти процессы в большей степени обусловлены энергией солнечной радиации с силами тяжести и жизнедеятельностью организма. К этим процессам относятся процессы выветривания горных пород, перемещение продуктов выветривания. С этими процессами связанны процессы образования рельефа земной поверхности.
4. Формирование магматических горных пород
Магматические горные породы – это породы образовавшиеся в результате застывания силикатной магмы.
Магма – это расплавленная огненно-жидкая масса возникающая в земной коре или мантии.
Интрузивные магматические породы.
Эффузивные магматические породы.
Эффузивно-осадочные магматические породы.
Лекция 3
1. Формирование метаморфических горных пород
2. Образование осадочных горных пород
3. Основные породообразующие минералы
1. Формирование метаморфических горных пород
Метаморфическая горная порода – это порода, основные особенности которой (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного осадочного или магматического происхождения частично или полностью утрачены.
Главные факторы метаморфизма: температура, давление, состав и химическая активность флюидов.
Примеры процессов метаморфизма.
Контактовый
Гидротермальный.
Геотермальный
2. Образование осадочных горных пород
Осадочная горная порода – это горная порода существующая в термодинамических условиях верхней части земной коры и образовавшаяся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.
Примеры:
3. Основные породообразующие минералы.
| Светлоокрашенные: | Темноокрашенные: |
| - плагиоклаз; | - амфибол; |
| - микроклин; | - биотит; |
| - кварц; | - оливин; |
| - ортоклаз | - авгит; |
| - мусковит. | - ортопироксен. |
Рассказать про эти минералы (силикаты и слюды)
Лекция 4
1. Подземные воды
2. Виды воды в грунтах
1. Подземные воды
1.1. сезонные колебания уровня подземных вод
1.2. движение подземных вод в плане
1.3. основной закон движения подземных вод
1.1. Сезонные колебания уровня подземных вод обычно не превышают 2-3 метра. Многолетние колебания зависят от изменения климата и могут достигать 8 метров. Уровень подземных вод зависит от режима рек. Наиболее явно эта зависимость отражается в полосе от 200 до 500 метров. При этом в хорошо проницаемых песчано-глинистых отложениях, уровень проницаемости которых высок, изменения уровня подземных вод от 2 до 6 метров. В число геологических факторов, которые влияют на уровень подземных вод, входят тектонические движения, землетрясения и вулканизм. Эти факторы влияют на гораздо большую глубину, чем сезонные. В районе тектонических поднятий уровень грунтовых вод понижается, при этом происходит углубление эрозионных врезов. В тектонически-активных областях уровень подземных вод повышается. При землетрясениях может происходить изменение химического, геотермического и газового состава и режимов вод. В карстовых районах уровень подземных вод отличается большой изменчивостью (более 30 метров). Повышение уровня подземных вод может вызываться строительством водоемов, утечкой воды из подземных коммуникаций. Эти факторы могут вызывать повышение уровня подземных вод до 10-15 метров. Орошение также приводит к повышению уровня подземных вод. Понижение уровня подземных вод происходит при осушении болот, добычи полезных и ископаемых, откачки воды из водоносных горизонтов для водоснабжения населения и промышленности. Снижение уровня в районе крупных водозаборов может достигать 100 метров.
1.2. 1) 2) 3)
Изображение плоского
потока в ненарушенных
пластах
радиально расходящийся радиально сходящийся
1.3. Закон Дарси: наблюдения за движением подземных вод позволили ученому Генри Дарси в 1856 году установить, что расход грунтовых вод прямо пропорционален гидравлическому градиенту и плоскости сечения водоносного горизонта.
2. Виды воды в грунтах
Зона аэрации - расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. Эта зона непосредственно связана с атмосферой и включает в себя почву и подстилающие ее горные породы. В этой зоне вода может перемещаться вверх, вниз и в стороны. Поры грунтов частично заполнены водой, частично воздухом. Мощность зоны колеблется от 0 в заболоченных низинах до нескольких сот метров в горных районах с сильно расчлененным рельефом. Непосредственно над поверхностью грунтовых вод находится капиллярная кайма. В верхней части земной коры капиллярная вода может находиться в подвешенном состоянии.
Верховодка – временное скопление подземных вод в зоне аэрации. Верховодка представляет значительную опасность при строительстве и эксплуатации зданий. Это связано с тем, что верховодка может подтапливать подземные части зданий и сооружений, в том числе и фундаменты, подвалы, коммуникации и т.д. Это и определяет необходимость дренирования этих вод или использование различных приемов гидроизоляции. Значительное увеличение водокоммуникаций в современных городах и аварии, которые происходят в этих коммуникациях, приводят к появлению антропогенных и техногенных верховодок. Это представляет серьезную опасность при наличии грунтов, несущая способность которых резко меняется (в сторону уменьшения), что приводит к необходимости укрепления этих грунтов, искусственного дренажа и дополнительных мероприятий по укреплению устойчивости здания. При проведении инженерно-геологических изысканий, особенно если они были проведены летом или в сухой (засушливый) период, верховодку можно и не обнаружить. В этом случае появление верховодки является для строителей неприятной неожиданностью, и она способна создавать аварийные и даже чрезвычайные ситуации.
Грунтовые воды – постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, которые залегают на первом от поверхности «выдержанном» водоупоре.
Признаки грунтовых вод:
1) грунтовые воды сверху не перекрыты водоупорными слоями, свободная поверхность вод называется при рассмотрении в плане зеркалом грунтовых вод, в разрезе свободная поверхность называется уровнем. Глубина залегания находится в интервале от 1 до 50 метров. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называется ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод называется мощностью водоносного слоя.
2) Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков, может происходить поступление воды из поверхностных водоемов и рек. Грунтовая вода не защищена от проникновения в нее поверхностных вод, которые могут быть загрязнены веществами природного, антропогенного и техногенного происхождения.
3) Грунтовые воды находятся в непрерывном движении, образуют потоки, направление которых определяется наклоном водоупоров, в ряде случаев могут образовываться бассейны грунтовых вод.
4) Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод определяется геологическим строением и климатическими факторами. Грунтовые воды практически не имеют минерализации, т.е. пресные. В тоже время они могут быть солоноватыми и солеными. Состав солей может изменяться от гидрокарбонатно-кальциевых до сульфатных и сульфатно-хлоридных.
В площадном распространении грунтовые воды имеют определенную зональность.
4 зоны:
1) грунтовые воды речных долин, глубина залегания от первых сантиметров до 10-15 метров, вода слабо минерализована и широко используется для водоснабжения.
2) грунтовые воды ледниковых отложений, на европейской части России ледниковые отложения представлены разнообразными обломочными породами, среди которых много водоносных слоев, вода слабо минерализована, используется для водоснабжения.
3) грунтовые воды пустынь и полупустынь. Это районы с малым количеством атмосферных осадков, до 200 мм в год, и значительным испарением, воды мало, залегает глубоко, часто имеет высокую минерализацию.
4) грунтовые воды горных областей. В этих районах осадков много, часть их проникает в выветрилые и трещиноватые породы, вода хорошего качества скапливается в отложениях предгорных равнинах. Широко используется для водоснабжения.
Среди зональных располагаются незональные грунтовые воды. Например: болотные, карстовые и т.д.
Лекция 5
1. Карты гидроизогипс и гидроизопьез.
2. Коэффициент фильтрации и методы его определения.
1. Карты гидроизогипс и гидроизопьез.
Для выявления характера поверхности подземных вод проводятся следующие работы: 1)бурятся скважины, в которых определяют положение уровня подземных вод; 2)по результатам этих работ строят карту – гидроизогипс. (Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с абсолютными или относительными отметками уровня грунтовых вод). Отметим, что эти линии аналогичны горизонталям высот. Карты гидроизогипс используют при решении задач, связанных с определением необходимости проведения дренажных работ, определения способов и методов гидроизоляции фундаментов, определения поступления грунтовых вод в котлованы, карьеры и подземные горные выработки. Эти данные также используют для определения видов и объемов работ, связанных с подтапливанием территорий, а также для строительства водозаборов. При построении карты гидроизогипс бурение осуществляется по заранее определенной сетке скважин. Проведение замеров уровня вод должно быть одновременно. Сечение гидроизогипс наиболее часто используют при проведении строительных работ. Оно зависит от масштаба карты и определяется густотой расположения точек замера. Как правило, эти значения находятся в интервале от 0,5 до 10 м. В строительной практике наиболее потребительны значения от 0,5 до 2м. С помощью карты гидроизогипс, совмещенной с топографической картой, определяют глубину залегания подземных вод области заболачивания, а также устанавливают характер связи грунтовых вод с поверхностными водами (болот, озер, рек, водохранилищ). Особое значение имеют карты гидроизогипс при определении водопритоков и водозаборов.
Межпластовые подземные воды могут быть напорными, а могут быть безнапорными. Напорные воды – артезианские. Межпластовые ненапорные воды встречаются редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными пластами, заполненные водой, частично или полностью. Напорные воды связаны с залеганием пластов в виде синклинали или моноклинали. Площадь распространения межпластовых вод не совпадает с областью питания.
Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем.
Пьезометрический уровень – это уровень, который устанавливается в скважине и колодце при вскрытии напорных вод. Высотное положение этого уровня связано с залеганием водоносных слоев. Этот уровень может быть выше поверхности земли или ниже ее. В первом случае скважины фонтанируют, а во втором вода поднимается до пьезометрического уровня. Многие артезианские бассейны занимают огромные площади и являются важнейшим источником водоснабжения населения питьевой водой. Часто они обладают большой водообильностью при хорошем качестве питьевой воды. Напорные воды встречаются не только в слоях, залегающих между двумя водоупорами, но и в массивах скальных пород, в трещиноватых золах и карстовых пустотах. Артезианские воды залегают на большой глубине и приурочены к синклиналям. При синклинальном залегании пластов создаются наиболее благоприятные условия для создания гидростатического напора. Напорные воды встречаются и при моноклинальном залегании пластов. Особенно в случае если резко меняется мощность водоносных пластов или они выклиниваются. Артезианские воды могут встречаться или быть приурочены к золам тектонических нарушений или разломов. При этом геологическая структура синклинального типа, содержащая один или несколько водоносных напорных горизонтов и занимающая значительные площади, как правило, несколько сотен тысяч , называется артезианским бассейном. При моноклинальном залегании слоев образуется артезианский склон. В артезианских бассейнах выделяют 3 области: область питания, область напора, область разгрузки. Разгрузка напорных вод возможна и искусственным путем при длительной эксплуатации водозаборных скважин. При использовании артезианских вод для водоснабжения наиболее перспективным является первый водоносный горизонт. Карты пьезометрической поверхности получают при соединении точек с одинаковыми отметками пьезометрического уровня. Если напорных горизонтов несколько, то для каждого из них на карте наносится своя система гидроизопьез.
2. Коэффициент фильтрации и методы его определения.
Водопроницаемость – это способность горных пород и грунтов пропускать гравитационную воду через поры и трещины.
Рыхлые породы.
Плотные породы.
Скальные породы.
Водопроницаемость горных пород и грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации.
Фильтрация – это движение жидкости или газов в пористой либо трещиноватой среде.
Коэффициент фильтрации (k ) представляет собой скорость движения подземных вод в горных породах и грунтах при гидравлическом градиенте равном 1 и линейном законе фильтрации.
По значению k породы и грунты делят на три группы:
1. водопроницаемые k > 1 м/сут (песок, гравий, галечник, трещиноватые породы).
2. полупроницаемые k = 1 – 0,001 м/сут (глинистые пески, лесс, рыхлые разновидности песчаников, пористые известняки , мергели, торф)
3. непроницаемые k < 0, 001 м/сут (массивные породы, глины
Водоупоры,
Водоносные горизонты.
Градиент фильтрации.
Коэффициент фильтрации может определяться :
- лабораторными исследованиями;
- опытными откачками;
- нагнетанием и наливами воды;
- нагнетанием воздуха;
- геофизическими методами.
Наиболее надежным количественным методом определения k считается метод опытных откачек. Этот метод является основным при испытаниях грунтов, которые залегаю ниже уровня грунтовых вод или кровли напорного пласта.
Лабораторные методы.
В соответствие с нормативными документами: в песчаных грунтах используются приборы типа КФ – 00М, в пылеватых и глинистых грунтах – компрессионно-фильтрационные.
Аналитические расчеты: определяют k с помощью расчетов через другие коэффициенты.
Определение с помощью таблиц и справочников: для определенных видов грунтов находят k .
Лекция 6
1. Подтопление. Барражный эффект.
2. Дренаж
1. Подтопление. Барражный эффект.
Подтопление: комплексный процесс проявляющийся в результате действия природных и техногенных факторов, следствием которого является нарушение водного режима территории, повышения уровня подземных вод, достигающих таких значений, что требуется применение защитных мероприятий.
Подтопленными считаются городские территории на которых уровень грунтовых вод залегает выше 3 м от уровня земной поверхности (глубина расположения основной части подземных коммуникаций).
Причины и факторы подтопления территорий:
- строительство на слабопроницаемых грунтах, которое сопровождается накоплением влаги в толще грунтов и подъемом уровня грунтовых вод (техногенное подтопление, имеющее место при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений);
- подпора грунтовых вод при создании водохранилищ;
- организация поливного земледелия;
- создание водохранилищ,
- регулирование стока рек.
Техногенное подтопление является следствием недостатков в проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. При строительстве наиболее часто подтопление является следствием недостатков вертикальной планировки территорий, производства земляных работ, засыпке дрен и т.п. При эксплуатации - инфильтрация утечек из водонесущих коммуникаций, уменьшения испарения под зданием и заасфальтированных территорий, полив зеленых насаждений, «неправильный» водоотвод, нарушения подземного стока, низкая дренированность территорий.
Прогноз подтоплений: особое внимание территориям на слабопроницаемых и набухающих при увлажнении грунтах, территориям со слабо развитой эрозионной сетью, неглубоким залеганиям водоупорных слоев, затрудненным поверхностным и особенно подземным стоком.
Учет результатов геоморфологических, геолого-гидрогеологических и инженерно-геологических исследований.
Барражный эффект – подъем грунтовых вод по потоку перед препятствием и понижение – после препятствия.
Рассказать про здание тульского Главпочтамта.
2. Дренаж
Под нормой осушения понимается вертикальное расстояние от поверхности планировки до уровня грунтовых вод:
- до 15 м - территории крупных промышленных зон и комплексов;
- 5 м – городские промышленные зоны, коммунально-складские зоны, центры крупнейших и крупных городов;
- 3 м – селитебные зоны городов;
- 2 м – территории оздоровительно-рекреационного характера.
Под зданиями и сооружениями уровень грунтовых вод должен располагаться ниже отметки заложения подошвы фундамента не менее чем на 0,5 м. При этом должна быть предусмотрена защита фундаментов и подвалов от капиллярной влаги.
Дренажные сооружения на подтопляемых территориях должны обеспечить требуемое снижение уровней грунтовых вод которое определяется нормой осушения (зависящей от заглубления подвальных помещений, тоннелей, коммуникаций и других подземных сооружений).
Дренажное сооружение состоит из двух основных элементов – водоприемного и водоотводящего.
Водоприемный элемент обеспечивает прием воды из водоносного пласта.
Водоотводящий элемент обеспечивает отвод поступившей воды за пределы осушаемой территории. Отвод – самотечный или принудительный.
По характеру пространственного расположения водоприемного и водоотводящего элементов дренажи подразделяются на горизонтальные, вертикальные и комбинированные
Для общей защиты застроенных территорий от подтоплений используют однолинейные, двух линейные и площадные системы горизонтального, вертикального или комбинированного типов.
Для защиты отдельных зданий и сооружений при очаговом характере подтопления используют локальные дренажи – контурные (кольцевые), лучевые, пластовые, пристенные и т.п.
По принципу отбора воды и влаги из грунта дренажи делятся на дренажи гравитационного действия и специальные дренажи – вакуумные, вентиляционные и пневмонагнетательные.
Гравитационные дренажи хорошо работают при осушении хорошо проницаемых грунтов (k более 0,5 – 1, м/сут), эти дренажи в основном и применяются на практике.
Специальные дренажи целесообразно применять при осушении слабопроницаемых грунтов (супеси, суглинки и т.п.), в настоящее время эти дренажи еще не вышли из стадии экспериментального изучения.
Перехватывающие дренажи применяются для полного или частичного перехвата грунтовых вод, которые поступают на защищаемую территорию со стороны водоразделов, водохранилищ и т.п.
Пристенные дренажи применяются для предотвращения подтопления сооружений, расположенных на водоупоре, препятствуют боковому притоку грунтовых вод со стороны, а также дренируют инфильтрационные воды, накапливающиеся в грунтах.
Пластовые дренажи применяются для защиты заглубленных частей сооружений (при условии, что дно котлованов и траншей не доходит до водоупора) в слабопроницаемых грунтах. При их создании песчано-гравийные слои укладывают в основание сооружения и формируют их уклон в одну из сторон внешнего контура сооружения. Вода из фильтрующих слоев отводится дренажными трубами.
Противофильтрационные экраны и завесы применяют:
- для преграждения движения грунтовых вод к защищаемым площадкам и сооружениям (завесы);
- для перехвата инфильтрационных вод (отстойников, шламохранилищ и т.п.) - экраны
Лекция 7
1. Геологические процессы.
2. Классификация геологических процессов.
1. Геологические процессы.
1.1. Эндогенные процессы.
1.2. Экзогенные процессы.
1. геологические процессы – это процессы изменяющие состав, структуру, рельеф и глубинное строение Земли.
Современные геологические процессы.
Геологические процессы прошлого времени.
Геологические процессы делят на эндогенные и экзогенные процессы.
1.1. Эндогенные процессы. Эндогенные процессы имеют внутренние источники энергии или, другими словами, глубинные источники.
Эндогенные процессы происходят внутри земли. Они проявляются в виде тектонических движений, сейсмических и вулканических явлений. Эти процессы приводят к изменению рельефа земли, контрастности этого рельефа, вызывают катастрофические процессы и явления (землетрясения, извержения вулканов и цунами).
Основные типы извержения вулканов:
1) эффузивные;
2) эксплозивные (взрывные);
3) лавовые потоки;
4) пирокластические извержения.
Слово «вулкан» произошло от острова Вулкано у берегов Италии.
1.2. Экзогенные процессы. Экзогенные процессы – это геологические процессы, вызванные внешними, по отношению к земле, силами. Они происходят на поверхности земли или в самых верхних частях литосферы. Основными источниками энергии экзогенных процессов – солнечная радиация, сила тяжести, жизнедеятельность организмов. Скорость развития этих процессов зависит от климатических условий, тектонического режима и особенностей рельефа. Экзогенные процессы приводят к уничтожению и разрушению значительных территорий, вызывают негативные последствия при производстве различных видов деятельности и процессов жизнеобеспечения населения.
Большая часть экзогенных процессов происходит вследствие воздействия самых крупных внешних оболочек Земли: гидросферы и атмосферы. Эти процессы связаны с климатическими условиями и подчиняются климатической зональности. Эти процессы подразделяют на денудационные и аккумулятивные. Эти процессы обычно связаны между собой. Например, явления смыва, размыва и оврагообразования связаны с накоплением делювия, аллювия, отложением конусов выноса. Обычно выделяют территории, на которых преобладают денудационные процессы, и также процессы, которые подготавливают либо усиливают проявление денудационных процессов. Выделяют территории, на которых сосредоточены процессы аккумуляции и связанные с ними процессы уплотнения и цементации рыхлых осадков. Это разделение позволяет определить особенности геодинамической обстановки исследуемых территорий, а также состояние и свойства грунтов, залегающих в верхней части земной коры и используемых в строительстве. Большая часть экзогенных процессов возникает в результате деятельности поверхностных вод (явление смыва, размыва, оврагообразования), подземных вод (карстовые процессы, суффозия), а также атмосферы (ветровая коррозия, процессы развевания и навевания). Некоторые экзогенные процессы возникают в результате совместного действия подземных и поверхностных вод, например, оползни или подземные воды и атмосферы, например, выветривание горных пород, морозное выветривание, термическое разупрочнение.
Экзогенные процессы поддаются управлению с различной степенью эффективности. При производстве строительных работ это управление достигается путем вертикальной планировки территории, регулирования подземного и поверхностного стока, режимом влажности и температурного режима грунтов.
2. Классификация геологических процессов.
Инженерная геология изучает все геологические процессы, которые способны оказать влияние на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, а также те геологические процессы, которые могут быть вызваны (инициированы) строительством, наличием и эксплуатацией зданий и сооружений.
Природные геологические процессы.
Инженерно-геологические процессы.
Отметим, что ряд инженерно-геологических процессов имеет последствия, которые аналогичные природным геологическим процессам.
Это может быть положено в основу классификации ряда природных геологических процессов.
Одна из классификаций природных геологических процессов в сопоставлении с инженерно-геологическими процессами представлена в таблице №1, пример одной из классификаций экзогенных процессов представлен в табл. №2.
Табл. №1
| Геологические процессы | Инженерно-геологический процесс |
| Уплотнение осадков в процессе диагенеза под действием веса более поздних отложений. Уплотнение пород под действием ледников, наносов, надвигов и т.п. | Уплотнение грунтов в основании зданий и сооружений. |
| Уплотнение лессов в процессе эпигенеза с образованием «степных блюдец» | Просадочные явления в лессах в следствие утечек из водопроводов и т.д. |
| Наледи, ледяные бугры, термокарст и т.п. | Мерзлотные деформации пород в основании сооружений и пучины на дорогах |
| Оползни, оплывины, обвалы и осыпи | Деформации откосов |
| Абразия по берегам морей и озер | Переработка берегов водохранилищ |
| Провалы над карстовыми пустотами. | Сдвижение горных пород над подземными горными выработками. |
Классификация экзогенных процессов Табл. №2
| Класс | Подкласс | Тип |
| 1. Процессы, связанные с действием климатических и биологических факторов | Выветривание | Физическая, химическая, биологическая |
| 2. Процессы, связанные с действием силы тяжести | 1) движение без потери контакта со склоном 2) движение с потерей контакта со склоном | Оползни, лавины Обвалы, особи |
| 3. Процессы, связанные с действием поверхностных вод | 1) воздействие морей, озер и водохранилищ 2) воздействие водотоков | Вдоль береговой линии абразия, а также перенос наносов Склоновый смыв, эрозия и сели |
| 4. Процессы, связанные с действием подземных вод | 1) химическое выщелачивание 2)механический вынос, понижение уровня грунтовых вод 3) подъем уровня грунтовых вод 4) ослабление связи между частицами грунта | Карст Суффозия Оседание поверхности Заболачивание и просадка |
| 5. Процессы, связанные с действием ветра | Дефляция и коррозия | |
| 6. Процессы, связанные с промерзанием и оттаиванием горных пород | 1) промерзание 2) колебание температуры с переходом через 0 3) оттаивание | Учение, растрескивание и наледи Курумы (скопление валунов округлой формы, диаметром до нескольких десятков см, скапливаются в пониженных частях рельефа, часто в предгорьях и перед сопками) Термокарст, термоэррозия, термообразия, соллифлюкция |
При изучении геологических и инженерно-геологических процессов и явлений (последствиями которых может быть наличие или создание предпосылок для возникновения чрезвычайных ситуаций) на территориях строительства и эксплуатации зданий и сооружений предусматривается проведения исследований с целью:
- определения природы и основных действующих факторов геологических и инженерно-геологических процессов и явлений;
- количественной оценки скоростей развития этих процессов и явлений;
- прогнозирования этих процессов и явлений;
- разработки мероприятий по предотвращению возникновения ЧС и минимализации неблагоприятных последствий возможных ЧС.
Лекция 8
1. Геологическая деятельность ветра.
2. Геологическая деятельность текущей воды.
1. Геологическая деятельность ветра.
Геологическая деятельность ветра определяется эоловыми процессами. Эоловые процессы – процессы изменения горных пород на месте их образования и обусловлены воздействием ветра.
В процессе воздействия на горные породы ветер производит следующие воздействия:
1) выдувание, или дефляция;
2) обтачивание, или корразия;
3) перенос продуктов разрушения и аккумуляция продуктов разрушения.
Дефляция – отрыв частиц горных пород и их унос.
Корразия – процесс обтачивания, шлифования, полировании и высверливания горных пород обломочным материалом, перемещаемым водой, ветром, льдом и т.п. Перемещение частиц под действием ветра осуществляется переносом по воздуху частиц пыли и перекатыванием частиц песка. При уменьшении скорости ветра будет происходить отложение переносимого материала или его аккумуляция.
Мощность эоловых отложений может достигать первых десятков и первых сотен метров. Барханы образуются в пустыне и представляют собой песчаные долины серповидной формы. Дюны, как правило, образуются по берегам рек и морей. Дюны – это холмовидные накопления, их высота находится в интервале от 20 до 40 метров. Средняя скорость перемещения бархан и дюн от 0,5 м/год до 32 м/год.
2. Геологическая деятельность текущей воды
Геологическая деятельность рек. Речная система – это река со всеми ее притоками. Речной бассейн – это площадь, занимаемая речной системой. Также выделяют долину и русло реки, пойму реки и террасы. Русло реки – то место, где течет река. Пойма – это та часть долины реки, которая затапливается во время половодья. Половодье может происходить и весной, и летом или во время выпадения обильных осадков или снеготаяния в верховьях рек. Терраса – та часть прибрежной территории, не заливаемая водой практически никогда.
Геологическая работа, которую производят реки:
1) эрозия или разрушение;
2) перенос или транспортировка;
3) аккумуляция.
Речные отложения называют аллювием. Различают русловой, пойменный, старичный и дельтовый аллювий.
Старица – это та часть реки, где раньше было её основное русло.
Выделяют боковую и донную эрозию.
Базисом эрозии является положение зеркала воды того водоема, куда данная река впадает.
Три стадии развития рек:
1) юная стадия – при этом преобладает донная эрозия;
2) зрелая стадия – донная эрозия примерно равна боковой;
3) старая стадия – преобладает боковая эрозия.
Геологическая деятельность рек, морей, озер и водохранилищ заключается в разрушении береговой полосы, транспортировки продуктов разрушения и накопления морских и озерных осадков.
Абразия – процесс механического разрушения волнами и течениями коренных горных пород.
В общей геологии и геоморфологии разрушение берегов и дна сложенных коренными и рыхлыми горными породами принято называть абразией.
При этом скорость разрушения зависит от высоты волн, глубины возле берега и прочности горных пород и грунтов. Возле Сочи абразия берегов идет со средней скоростью порядка 4 метров в год. Разрушение берегов Азовского моря происходит со средней скоростью 12 метров в год. Если берег сложен осадочными породами, то разрушение идет намного быстрее, нежели если берег сложен магматическими и метаморфическими породами. Так, например, берега Цимлянского водохранилища разрушаются со средней скоростью от 40 до 60 метров в год.
Древние морские отложения являются хорошим основанием при строительстве зданий и сооружений.
Привести пример (участок сожжен русловым, старичным и пойменным аллювием).
Лекция 9
1. Геологическая деятельность ледников.
1.1. Ледники
1.2. Разрушительная работа ледников
1.3. Ледниковое отложения
В результате геологических исследований установлено, что в древние времена процессы оледенения на нашей планете происходили неоднократно. Так например на протяжении последних 600 тысяч лет на территории Европы происходило оледенение не менее 3 -х раз при этом ледники наступали со стороны Скандинавии . На территории Русской равнины документально зафиксировано 3 крупных оледенения. Из этих оледенений наиболее крупное Днепровское . Установлено , что последнее оледенения в окрестностях Санкт – Петербурга было 14-16 тыс. .лет назад. Следовательно оледенение четвертичного возраста происходило на глазах человека. Отметим, что эти оледенения не охватывали всю поверхность земли. Они в основном происходили в северном полушарии. На территориях Северной Америки, Европы, Сибири. При этом ледниковые эпохи связаны с определенным участком земной поверхности. В настоящее время льды занимают около 10 % от всей поверхности суши, при этом 88,5% ледниковой поверхности приходится на полярные области, и около 1,5% на высокие горы. Различают 3 крупные группы ледников: горные, ледники плоскогорий, материковые ледники.
1.1. Горные ледники располагаются высоко в горах и либо на вершинах, либо в различных углублениях (в ущельях, в падинах и т.д.) На Кавказе, на Памире, в Альпах. Лед в горах образуется за счет перекристаллизации снега. Лед обладает способностью к пластичному течению, при этом образуются потоки в виде языков, движения ледников вниз по склону ограничивается высотой, на которой происходит таяние ледника, т. е на этой высоте солнечного тепла оказывается достаточно для того, чтобы растопить лед. Например, на Кавказе, на Востоке высота, на которой происходит таяние льда 3 км 600м, на Западе Кавказа эта высота 2700м. Скорость движения ледника от нескольких сантиметров в сутки до нескольких метров (от 3см до 4 м)
1) Ледники плоскогорий образованных в горах с плоскими вершинами. Лед залегает не раздельной сплошной массой, от этой массы по ущельям спускаются ледники. Пример - современная Скандинавия.
2) Материковые ледники – область распространения: Антарктиды, Гренландия, Шпицберген. В этих местах протекает современная эпоха оледенений. Льды залегают сплошной массой (или сплошным покровом) мощность которого несколько тысяч метров. Так на пример в Антарктиде слой льда имеет среднюю мощность 4200м. В Гренландии средняя мощность ледникового покрова 2400 м, скорость движения льда от нескольких метров до нескольких десятков метров в сутки. И в Гренландии и в Антарктиде при достижении береговой линии, льды раскалываются и в виде айсбергов они разносятся морскими течениями и ветрами на значительные расстояния. Со временем эти айсберги тают.
1.2. При движении ледников они исстирают и разрушают или вспахивают поверхность земли. При этом создаются борозды, котловины, рытвины. Отметим, что основным действующим фактором при совершении работы является тяжесть льда. При большой мощности ледника давление на земную поверхность резко возрастает. При наличии в толще льда, валунов, крупных камней и движение ледника происходит разрушение грунтов, горных пород, почв. В результате этой деятельности образуется округлые формы скал, которые носят названия бараньих лбов, курчавые скалы. Если на пути ледников встречаются валуны, то на них остаются штрихи и борозды, Это такие штрихи и борозды по которым устанавливают наличие древних оледенений, наблюдаются в ряде районов. Кольский полуостров. При движении льды захватывают продукты разрушения, при этом часть из них обмораживается в лед, а часть из них по трещинам в теле ледника проникает вглубь этого ледника. И свершает дальнейшее движение вмести с этим ледником. При таяние ледника весь этот обломочный материал отлагается ,при этом образуется значительные по мощности ледниковые отложения . Обломочный материал ,который находится в движении или отложился и носит название морена. Среди двигающегося мореного материала различают морены поверхностные (боковые и срединные), а также морены внутренние и данные. Отложившиеся материалы называются береговой или конечной мореной. Конечные морены образуются на мести окончания ледника, там где происходит его полное таяние. Мореное отложение представляют собой грубый неоднородный, не отсортированный, неслоистый обломочный материал. Чаще всего это валунные, опесчаненные, краскобурые суглинки и глины. Они могут быть представлены и серыми разнозернистыми глинистыми песками с валунами. Марены залегают покровами. Мощность этих покровов первые десятки метров. Конечные марены имеют высоту до 30-40 метров. Отметим, что среди их обломков можно встретить представителей всех тех пород, по которым прошел ледник.
1.3. При таянии ледников образуются потоки талых вод, которые размывают донную и конечную марену. Вода переносит размываемый материал далеко за пределы ледника . При этом отложения от материала переносимого этими водными потоками имеет строго определенную последовательность в близи ледника остаются крупные обломки, за тем по ходу движения водного потока осаждаются пески и на самые дальние расстояния переносятся глинистые материалы , такие водно-ледниковые отложения получили названия филувиогляциольные. Отметим, что при наступлении или отступлении ледника последовательно смягчаются зоны накопления материала по его крупности. При наступлении ледника на глины накладываются пески и более крупные обломки. При отступлении ледника на крупные обломки и пески накладывается глинистый материал.
Зандровые поля образуются на пространствах, прилегающих к южной границе тающего ледника в тех местах, где происходила непрерывное вымывание ледниковыми водами песчаных и пылеватых обломков из конечно - моренных и ранних отложений. В результате переноса и отложений частиц песка и пыли образовались или слабоволнистые зандровые равнины.
Грунтовые воды в зандрах залегают на глубине от 3 до 6 метров. В понижениях рельефа, грунтовые воды иногда выходят на поверхность.
При отсутствии явлений плывунности зандровые пески представляют собой удовлетворительное основание для сооружений. Мелкие пылеватые пески могут быть использованы для приготовления бетона низких марок.
Озы – это узкие гряды сложенные обломочными материалами: песком, гравием, галькой, валунами. Озы образуются под ледниками в результате деятельности потоков или рек, которые текли в промоинах и трещинах ледника. Озы могут тянуться на расстоянии до 40 км в виде природных насыпей шириной по основанию от 40 до 200 метров и шириной по верху от 4 до 20 метров. При этом высота от 15 до 90 метров. Отметим, что под озами залегают обильные грунтовые воды, озовые гряды расположены в пределах конечно мореных поясов и на донно – мореных равнинах.
Грунты таких гряд является хорошим основанием для зданий и сооружений и могут быть использованы как дорожно-строительные материалы.
Камы – в пределах каминных маренных поясов образуются типичные холмы округлой или элептической формы. Высотой до 60 метров, диаметр этих холмов может достигать 100 км. При этом крутизна склонов может теряться в пределах от 5 до 450 . Происхождение кам объясняется наличием проталин или западин в теле ледника, которые вместе с талой водой заполнялись мореным материалом. Камы сложены слоистыми песками, гравием, суглинками.
Многие камы строители используют, как источник сырья, при добыче гравийно-песчанной смеси.
Лекция 10
1. Экзогенные процессы и процессы выветривания
2. Борьба с процессами выветривания.
1. Экзогенные процессы и процессы выветривания
Выветривание. Выветривание – процесс разрушения и изменения минералов и горных пород под действием физических, химических, биологических, антропогенных и техногенных факторов.
Выделяют зону выветривания – пространство, занимаемое горными породами, в котором происходят процессы выветривания. Кора выветривания – это, как правило, рыхлый материал, состоящий из обломков исходных пород и минералов, а также вновь образованных минералов, которые устойчивы в поверхностных и близповерхностных условиях температур и давлений. Наиболее часто в коре выветривания преобладают глинистые минералы. Отметим, что область активного современного выветривания достигает глубины 6-10 метров. Изменения, происходящие ниже глубины распространения грунтовых вод, называют глубинным выветриванием.
Физическое выветривание происходит под воздействием физических и механических воздействий.
Температурное выветривание
Морозное выветривание.
Намокание и высушивание (рассказать про мергели)
Физическое выветривание в областях с сухим резко континентальным или холодным климатом.
Химическое выветривание происходит под действием химических факторов. В основном это разрушение в результате растворения или реакциями с участием кислорода, углекислоты и органических кислот. Имеют место реакции окисления, обмена, замещения, гидротации, дегидротации.
Привести примеры.
Наиболее устойчивые минералы: кварц, корунд, мусковит.
Неустойчивые: кальцит, доломит и т.п.
Биологическое выветривание происходит под действием биологических факторов.
В процессе жизнедеятельности живых организмов и растений.
Органические кислоты.
Механические разрушения корневой системой.
Землерои.
Сверлильщики.
Бактерии, микробы.
Мхи.
Лишайники.
Водоросли.
Грибы.
Преобразования в коре выветривания:
магматические породы рухляки крупнообломочные элювиальные грунты;
осадочные породы (породы хемогенного и органогенного генезиса);
глины.
Коэффициент выветрелости: k - отношение плотности выветрелой породы к плотности невыветрилой породы. k = 1 невыветрелая; k = 1- 0,9, слабовыветрелая; k = 0,9-0,8, выветрелая, k < 0,8 – сильно выветрелая (рухляк).
Антропогенное выветривание происходит соответственно под действием антропогенных и техногенных факторов.
2. Борьба с процессами выветривания.
Для предотвращения процессов выветривания или улучшения свойств выветрелых пород проводят следующие мероприятия:
- покрытие пород непроницаемыми для агентов выветривания веществами;
- пропитку пород различными веществами;
- нейтрализацию агентов выветривания;
- планировку территорий и отводку вод.
Покрытия (защита от воды): бетон, гудрон, цемент, геосинтетики и глина.
Пропитка: жидким стеклом, гудроном, цементом, глинистой суспензией.
Нейтрализация: насыщение фильтрующейся воды солями, которые она может растворять в данной породе (после этого эта вода не сможет растворить эти соли в породе), дренажи.
Отвод поверхностных вод ливнестоками, нагорными канавами и т.п.
Строительные материалы изолируют от агентов выветривания различными покрытиями: красками, лаками, штукатуркой, жидким стеклом и т.п.
Лекция 11
1. Геохронологическая шкала. Геологические карты и разрезы.
2. Чтение геологических карт и разрезов.
1.1. Геохронологическая шкала.
1.2. Изотопные методы определения возраста горных пород.
1.3. Нерадиологические методы определения возраста горных пород.
.
1.1. Геохронологическая шкала была принята в 1881 году на втором международном геологическом конгрессе в городе Болонья, Италия. В соответствии с этой шкалой самое крупное подразделение – эон, которых выделяется 3: архейский, длившийся от 3,5 до 2,6 млрд. лет, протерозойский, длившийся от 2,6 млрд. до 570 млн. лет, фанерозойский, длившийся от 570 млн. лет до настоящего времени. Эоны делятся на: палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую. Это общепринятое подразделение фанерозойского эона. В свою очередь палеозойская эра делится на 6 периодов, мезозойская – на 3, кайнозойская – на 3.
1.2. Изотопные методы определения возраста горных пород. Определения возраста бывает абсолютным и относительным. В 1896 г француз Беккерель открыл явление радиоактивного распада. Изучение этого явления показало, что процесс радиоактивного распада происходит с постоянной скоростью, независимо от температуры, давления, наличия магнитных полей. На этом основании Кюри и Резерфорд в 1902 г высказали идею об использовании радиоактивного распада ряда элементов для определения геологического времени. Первые определения возраста геологических пород по отношению свинца к урана были сделаны в США учёным Волтвудом в 1907 г.
Методы ядерной геохронологии широко используются в настоящее время. При использовании всех этих методов предполагается, что до тех пор, пока порода или минерал находится в расплавленном состоянии, то этот расплав является открытой системой, в которой происходит накопление радиоактивных элементов и вынос продуктов их распада. После кристаллизации минералов эти минералы уже являются закрытой системой, в которой и происходит накопление продуктов распада радиоактивных элементов. Основа этих методов – знание скорости распада и возможность количественных определений продуктов распада. На основе этих данных проводят определение возраста минералов. Отметим, чем меньше период полураспада, тем точнее можно определить возраст пород. Примеры: 147 Уm- период полураспада 106 млрд. лет 232Th период полураспада- 13,9 млн. лет 238 Н- 4,51 млн. лет. 40 К 1,31 млн. лет 14 С – 6 тыс. лет. В настоящее время используются следующие методы определения абсолютного возраста: калий-аргоновые, рубидий-стронцевые, самарий-неодиновые, радиоуглеродные, свинцовые и т.д. Характеристика: свинцовые методы: при использовании этих методов определяют конечные продукты распада урана и тория. Эти продукты распада свинец и гелий. Схема реакции 238 И распадается на 8 частиц 4 Не и 206 Рв. При производстве анализов используется соотношение 206 Рв к 238 И и 206 Рв к Т h в числе анализированных минералов чаще всего находятся такие минералы как: циркон, моноцит, ортит, уранит. Отметим, что метод используется для определения возраста магматических и метаморфических пород. Временной интервал от 100 млн. лет до 5 млн. лет
Калий-аргоновый: широкое применение этого метода определяет то, что калий является одним из самых распространенных элементов в минералах: полевой шпат, слюда, амфиболах и пироксенах. Метод используется для определения возраста осадочных магматических и метаморфических горных пород. Существует ограничение для использования этого метода, исследуемые породы не должны испытывать после своего образования сильного температурного воздействия (более 300 0С), а также подвергаться высокому давлению.
Рубидий стронций: метод основан на основе распада рубидия, для анализа используется такие слюды как, лепидолит, мусковит и т.д. Метод может применяться при изучении совокупности всех минералов породы, применяется в основном для анализа докембрийских пород. Определительный интервал от 100 млн. лет до 5 млн. лет.
Радиоуглеродный метод: используется в основном для определения возраста четвертичных пород и пород и органичных остатков, которые образовались в течение последних 50 – 70 тыс. лет. Этот метод широко используется в археологии, он основан на радиоактивном распаде изотопа углерода с атомным номером 14, который накапливается во всех живых организмах от воздействия космических путей, и которые начинают распадаться сразу после гибели организма. Этот метод используется для определения возраста торфа и др. растительных и животных остатках, так например, в вечной мерзлоте Таймыра был найден замороженный труп мамонта. Использование радиоуглеродного метода позволил установить время гибели мамонта 11 тыс. лет назад. Исследование зерен пшеницы найденных в Египетских пирамидах дали возраст около 6 тыс. лет. и т.д.
1.3. Нерадиологические методы:
1. Соляной метод основывается на том, что воды океана сначала были пресными. Зная примерное количество солей, которые выносятся реками в океан можно примерно рассчитать возраст Мирового океана
2. Седиментационный – основан на изучении осадочных пород в морях и океанах. Зная объем и мощность морских отложений, скорость накопления осадка, а также объем минерального вещества, выносимого реками в моря и океаны можно вычислить время необходимое для накопления существующих в настоящее время осадочных толщ в морях и океанах
3. В начале прошлого века широкое распространение получил метод подсчета слоев ленточных глин, которые накапливаются на периферии тающих ледников. Глинистые осадки (частицы) откладываются зимой, когда интенсивность водных потоков минимальна, а «песчаные» осадки накапливаются летом, когда интенсивность водных потоков более высокая. Следовательно, каждая пара таких слоев есть результат годичного накопления осадков. С помощью этого метода установлено, что последний ледник на Балтийском море прекратил движение около 12 тыс. лет назад, а последний ледник на территории Ленинградской области существовал 16.5 тыс. лет назад, а на территории Скандинавии последние ледники были 8-9 тыс. лет назад.
4. Палеомагнитный метод - основан на том, что магнитное поле земли не оставалось постоянным в течение геологического прошлого нашей планеты, оно претерпевало инверсию. Магнитное поле «фиксируется» в осадочных породах. Мельчайшие осадочные частицы имеют два полюса, и при своём осаждении под воздействием магнитного поля земли, они ориентируются, затем после цементации горных пород это направление оказывается зафиксированным, а это направление отражает магнитное поле земли, которое существовала в момент осадка - накопления.
В различных частях нашей планеты показывают, что положение магнетического полюса в начале девона на 28 0 северной широты и 1500 восточной долготы, а в конце палеозоя положение магнитного полюса было на 450 северной широты и 1560 восточной долготы. Отметим, что в течение всей геологической истории произошло множество инверсий или смен поясов фиксируемых в разрезах горных пород, как зоны определенной намагниченности.
2. Чтение геологических карт и разрезов.
Геологическая карта - карта, отображающая геологическое строение определенной части земной коры. Геологические карты составляются в ходе полевых исследований с широким привлечением результатов бурений, материалов геофизических исследований, а также результатов аэрокосмических зондирований исследуемых территорий.
Наибольшее хождение имеют следующие виды карт: карты четвертичных отложений, тектонические и неотектонические карты, гидрогеологические карты, инженерно-геологические карты и др.
По масштабам геологические карты делятся на мелкомасштабные М 1:500000, среднемасштабные М 1:200000, 1:100000, крупномасштабные М 1:50000, 1:25000, детальные 1:10000 и крупнее.
Самой древней геологической картой, дошедшей до нашего времени, считается Туринская папирусная карта, около 1150 лет до н. э. в Древнем Египте. На этой карте изображены населенные пункты, золотые копи царя Соломона.
Первая крупномасштабная геологическая карта, отображающая строение целого региона – карта Англии и Уэльса, представленная английским геологом Уильямом Смитом в 1815 году.
Возраст пород на геологических картах принято обозначать цветом. Например: кайнозойская эра включает:
- четвертичную систему (обозначается желтовато-серым цветом);
- неогеновую систему (которая обозначается лимонно-желтым цветом);
- палеогеновую систему (которая обозначается оранжево-желтым цветом).
В состав Мезозойская эра входят:
- меловая система, которая обозначается зелёным цветом;