2014-02-17
10035
ТЗ№5
ТЗ№3
Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. Опишите условия образования и строительные свойства грунтовых отложений. (делювиальные).
ТЗ№4
Цеолиты
Агроруды, содержащие микроэлементы.
Используют бедные непромышленные руды, а так же отходы действующих рудников. При их длительном применении возникает опасность загрязнения почвы тяжэелыми металлами
экологически чистое минеральное сырье, существенно снижают уровень поступления токсичных металлов из почвы в растения. По происхождению это вулканические породы, широко распространены в земной коре.
Каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.
Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.
Показатели физических и механических свойств скальных и нескальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические. Основные физические и механические свойства скальных и нескальных грунтов приведены в таблице:
Таблица.1 Характеристика скальных грунтов
| Физические | Механические |
| Плотность,т/м3 Коэффициент размягчения kрз Степень растворимости в воде Степень выветрелости kвс Коэффициент трещиноватости kтр Пористость n,% | Прочность – сопротивление одноосному сжатию Rc, МПа Деформативность – модуль деформации Е, МПа |
Таблица.2 Характеристика нескальных грунтов
| Физические | Механические |
| Гранулометрический состав Плотность сухого грунта,т/м3 То же частиц, т/м3 Влажность природная ^ W Степень влажности S Пористость n,% Коэффициент пористости е Число пластичности Ip,% Показатель консистенции Il Коэффициент фильтрации kф, м/сут | Прочность – временное сопротивление сжатию Rc, МПа Сопротивление сдвигу С ( кПа), (град) Деформативность – модуль деформации Е, МПа |
Нескальные грунты характеризуются значительно большим количеством физико-механических свойств. Это связано с их более химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.
Плотность грунта – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему.
^ Коэффициент размягчения – отношение временных сопротивлений одноосному сжатию скального грунта в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.
Степень выветрелости – отношение плотностей выветрелого и невыветрелого образцов одного и того же скального грунта.
Пористость – отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры.
^ Гранулометрический состав – содержание в осадочных горных породах или нескальных грунтах фракций частиц различной крупности, выраженное в % от массы сухого грунта, взятого для анализа.
^ Плотность сухого грунта – отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому этим грунтом (включая поры).
Плотность частиц грунта – отношение массы сухого грунта к объему его твердой части.
Влажность - отношение массы водой, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта.
Степень влажности – отношение объема воды, находящейся в порах грунта, к объему пор.
^ Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта.
Число пластичности - разность между влажностями грунта на границах текучести и пластичности (раскатывания). Характеризует количественное содержание глинистых частиц в грунте. По числу пластичности глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины.
^ Показатель консистенции – показатель состояния (подвижность) грунта нарушенной структуры при определенной влажности. Равен отношению разности естественной влажности и влажности на границе пластичности к числу пластичности.
^ Коэффициент фильтрации – скорость фильтрации при напорном (гидравлическом)
Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Rc, МПа, или временным сопротивлением сжатию.
На прочность грунтов влияют: минеральный состав, характер структурных связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости в воде и др. Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необходимо для расчета устойчивости оснований, а так же для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига φ, град и сцепления C, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторым – сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.
^ Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящие к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов. Деформационные свойства грунтов оценивается модулем деформации E, МПа.
Условия образования и строительные свойства грунтовых отложений. (делювиальные).
Атмосферные осадки, выпадающие на наклонную поверхность, стекают по ней в форме тонких струек, увлекая за собой частицы породы. Этот процесс плоскостного смыва частиц породы называется делювиальным.
Вода, увлекающая с собой минеральные частицы, постепенно испаряется в атмосферу или впитывается в нижележащие слои, а перенесенные ею частицы отлагаются на нижних, более пологих частях склона. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока продукты сноса не будут отложены с таким пологим уклоном, что их дальнейший перенос окажется трудно осуществимым. У подошвы склона образуется пологий делювиальный шлейф. Уклон его настолько мал, что сила дождевых потоков уже не может преодолеть силу тяжести продуктов сноса. Обычно, угол наклона, при котором заканчивается процесс делювиального сноса, составляет около 4-50. Таким образом, делювиальный процесс приводит, обычно, к обнажению верхних и выполаживанию нижних частей склона.
Рис. 1. Схема образования наносов на склоне рельефа:
Э – элювий; Д – делювий; П – пролювий; 1 – атмосферные осадки; 2 – плоскостной смыв; 3 – коренные породы; 4 – первоначальная поверхность склона.
Так как живая сила тонких струек воды невелика, то они смывают, в основном, лишь мелкие частицы продуктов выветривания. Поэтому делювиальные отложения состоят обычно из суглинков и супесей. Однако в них могут содержаться и крупные обломки (дресва, щебень, глыбы), которые в результате вымывания мелких частиц теряют устойчивость и скатываются вниз по склону.
Для делювиальных пород (суглинков и супесей) характерно прежде всего то, что отложенные продукты генетически не связаны с подстилающими породами, так как являются наносами, принесенными с верхних частей склона. Отсортированность и слоистость делювиальных наносов незначительна, причем вверху склона залегают более крупные частицы, а снизу – более мелкие. Просачивание дождевых вод через толщу отложенного делювия до коренных подстилающих пород вызывает появление характерной вертикальной пористости, напоминающей вертикальную пористость лессов. Поэтому глинистые делювиальные отложения часто относятся к группе лессовых пород. Отсутствие генетической связи между делювием и подстилающими породами, а также наличие водной смазки по поверхности контакта между ними иногда является причиной образования смещений отложенных пород.
Делювиальные отложения часто образуются в комплексе с элювием, или аллювием (отложениями рек), создавая комплексные делювиально-элювиальные или делювиально-аллювиальные отложения, обладая промежуточными свойствами, присущими каждому из слагающих их видов отложений.
ТЗ№3
1.Перечислите методы определения абсолютного и относительного возраста пород. Пользуясь данными таблиц, назовите эры и периоды геологической истории Земли. (Т2, О1, К1, С2).
Установление возраста горных пород необходимо для оценки их свойств и определения положения среди других пород. Вся геологическая документация, в частности геологические карты и разрезы, требуют применения показателей возраста пород. Различают абсолютный и относительный возраст горных пород.
Абсолютный возраст – это продолжительность существования (“жизни”) породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах (уран, калий, рубидий и др.), входящих в состав пород. С помощью одних элементов устанавливают возраст в миллионах лет, другие дают возможность вычислить более короткие отрезки времени. Так, зная, какое количество свинца образуется из 1 г. урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится. Это позволяет определять возраст в миллионах лет. По углероду 14С, период полураспада которого 5568 лет, можно устанавливать возраст более молодых образований.
Для оценки возраста геологических объектов огромное значение приобрёл радиоуглеродный метод, основанный на том, что в атмосфере Земли под воздействием космических лучей за счёт обильного азота идёт ядерная реакция 14N + n = 14С + Р; вместе с тем 14С радиоактивен и имеет период полураспада более 5700 лет. В атмосфере установилось равновесие между синтезом и распадом этого изотопа, вследствие чего содержание 14С в воздухе постоянно. Растения и животные при их жизни всё время обмениваются углеродом с атмосферой. Измеряя содержание 14С с помощью высокочувствительной радиометрической аппаратуры, можно установить возраст органических остатков.
Аргоновый метод основан на радиогенном накоплении аргона в калиевых минералах.
Стронциевый метод, основанный на радиоактивном распаде 87Rb и превращении его в 87Sr.
Относительный возраст пород позволяет определять возраст пород относительно друг друга, т.е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе. Для установления относительного возраста пород используют два метода: стратиграфический и палеонтологический.
Стратиграфический метод основан на том, что слои горных пород откладываются последовательно, один на другом. Следовательно, чем выше залегает слой – тем он моложе. Однако это справедливо только при ненарушенных залеганиях горных пород. В сложно дислоцированных областях, т.е. там, где породы выведены из горизонтального залегания и образуют складки, сдвиги, сбросы и т.д., непосредственное применение принципа последовательности отложения слоев становится затруднительным. Из рис. 2, а видно, что самым молодым является верхний слой 3, самым древним – нижний 1. На рис. 2, б показан выход на склон рельефа слоев, смятых в складки. Видно, что более древние слои (1 и 2) лежат на более молодом слое 3.
Рис. 2. Залегание слоев:
а - горизонтальное; б – в виде складок
Палеонтологический метод основан на том, что геологическая история Земли шла параллельно с историей развития органической жизни. Следы органической жизни на Земле содержатся в горных породах в виде так называемых ископаемых окаменелостей.
При исследовании горных пород в них можно обнаружить различные формы сохранности этих окаменелостей:
1.
отпечатки внешней формы растения или животного на породе;
2.
внутренние ядра, получающиеся при отгнивании мягкого тела животных и заполнении образующихся при этом полостей каким либо минеральным веществом;
3.
наружные ядра, образующиеся в тех случаях, когда не только отгнивает внутреннее мягкое тело, но растворяются и наружные части раковины; при этом новые минеральные образования, заполняющие образовавшуюся пустоту, полностью воспроизводят внешнюю форму раковины погибшего организма;
4.
псевдоморфозы, т.е. скелетные остатки, в которых менее стойкие минеральные и органические вещества замещены более стойкими, например, кремнеземом; при этом полностью сохраняются формы этих остатков, а иногда и особенности их анатомического строения (псевдоморфозы по дереву, раковины морских животных и т.д.);
5.
полная сохранность – когда захороняется цельный скелет и мягкие органы; подобные находки очень редки, к ним относятся трупы мамонтов, найденные в зоне вечной мерзлоты в северо-восточной Сибири, насекомые, попавшие внутрь янтаря и т.д. Обычно полной сохранностью в палеонтологии принято считать формы полностью (или почти полностью) сохранившие прижизненную структуру только скелетных частей.
Изучая различные ископаемые остатки, можно проследить развитие животного и растительного мира, по ним же можно проследить и геологическую историю Земли, так как почти каждая из групп организмов несет в себе признаки той среды, в которой она развивалась. Совершенно очевидно, что в более древних слоях погребены и более древние организмы. Установив типы этих организмов, можно закрепить их во времени за определенными комплексами пород. Таким образом, “датой”, закрепляющей возраст пласта, всегда будут являться остатки организмов с характерными для каждого времени формами.
Т2 – мезозойская эра, триасовый период, среднетриасовый отдел;
О1 – палеозойская эра, ордовикский период, нижнеордовикский отдел;
К1 – мезозойская эра, меловой период, нижнемеловой отдел;
С2 – палеозойская эра, каменноугольный период, среднекаменноугольный отдел.
ТЗ№4
2Геология и человек. Значение геологии в жизни современного общества.
С момента возникновения цивилизацией геология, хотя она в то время так не назывались, играла важнейшую роль. Для того чтобы изготовить первые каменные орудия и оружие, необходимо было найти соответствующие горные породы, например кремень. Затем наступило время поиска драгоценных камней и самородных металлов, а позже и время поиска руд – сырья для получения металлов. И с тех далеких времен главной задачей геологии является обнаружение залежей (месторождений) полезных ископаемых. Другой задачей является решение проблем, имеющих огромное мировоззренческое значение.
По сути дела, пласты горных пород представляют собой огромную каменную книгу, повествующую об истории нашей планеты. В каждом слое или группе слоев особыми условными знаками, часто непонятным многим, написана история. Геолог, разгадывающий запись, сделанную самой природой, прочитывает страницы этой удивительной каменной летописи и восстанавливает картины прошлого. А какую роль играет все это в жизни современного человека? Геологические исследования проводятся не только с познавательной целью, но и для предсказания будущего. Геология сегодня – это фундаментальная наука. Знание геологии дает возможность выявить закономерности развития нашей планеты, обнаружить и разработать месторождения полезных ископаемых как на континентах, так и на дне океана.
Все на Земле подвержено воздействию экзогенных и эндогенных процессов. Скорости этих процессов различны. С очень медленной скоростью меняется облик горных хребтов, вулканов, ущелий и долин рек, очертаний морей, заметный только при жизни нескольких поколений. Однако некоторые геологические процессы настолько быстротечны, что нередко оборачиваются большой бедой для человечества и приводят к крупнейшим катастрофам. В разных районах Земли ежегодно происходят землетрясения и наводнения, проносятся смерчи и тайфуны, извергаются вулканы, наблюдаются другие грозные стихийные явления. Они разрушают здания и транспортные магистрали, вызывают гибель людей и животных, уничтожают посевы и леса.
Примером актуальной проблемы взаимоотношения человека с природой служит охрана окружающей среды от вредных последствий геолого-разведочных работ и горнодобывающей промышленности. При этом с помощью природоохранных мер необходимо не только приуменьшить, но и искоренить их вредные последствия и предупредить возможность проявления этих последствий в будущем.
Геология – это наука о Земле. Она изучает происхождение и развитие Земли и ее внутренних оболочек (геосфер), взаимоотношение внешних и внутренних геосфер, роль и результаты воздействия на земную поверхность геологических процессов, устанавливает закономерности эволюции Земли и занимается вопросами поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Геология разделяется на теоретическую и практическую. Она состоит из следующих научных разделов: теоретическая и прикладная, или практическая, геология, куда входят дисциплины, изучающие вещество Земли, динамическая геология. Объектами геологических исследований являются земная кора, геологические процессы и тела, принципы формирования и локализации полезных ископаемых, закономерности геологического развития Земли.
написать
ТЗ№4
1. Опишите сущность процессов внутренней динамики Земли (эндогенных процессов). Приведите схемы нарушений форм залегания пород (моноклиналь, горст).
2. Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства зданий
Геологическая деятельность человека
До XIX века тема «человека и природа» исследовалась почти исключительно в рамках философии. Не были систематизированы соответствующие факты. Не проводилась классификация форм воздействий человека на природу. Не исследовались закономерности и
Ученые оценивали геологическую деятельность человека в разных аспектах. Например обращал внимание прежде всего на использование человеком природных строительных материалов, писали о значении химии в жизни человека, о синтезе новых материалов, препаратов и т.д.
Пожалуй, наиболее полные для своего времени работы о геологической деятельности человека принадлежат английскому геологу Р. Шерлоку и американскому геохимику Е. Фишеру. Так, Р. Шерлок отмечал, что человек в результате своей трудовой деятельности не только менял свой внешний вид, но активно перестраивал окружающую природу, приспосабливая ее к своим нуждам. Кроме того, Р. Шерлок проницательно указал на склонность человека преувеличивать устойчивость природы и не учитывать, что незначительные нарушения естественного баланса (Шерлок называл их «малыми катастрофами») могут привести к серьезным отрицательным последствиям. Р. Шерлок одним из первых стал классифицировать деятельность человека по принципу классификации других природных процессов, выделив, в частности, денудационную аккумулятивную работу
Человек особенно ясно ощущает свою силу и проявляет ее. Более полно осваивая природные ресурсы, человек на деле познает свое могущество перед окружающей природой. И лишь позже суждено ему почувствовать печальные последствия первых побед.
Учение о взаимодействии человека и природы, о геологической деятельности человека непосредственно связано с нашей практической деятельностью, с судьбами людей и планеты. Оно начало разрабатываться совсем недавно, и у него, очевидно, большое будущее. Это именно тот плацдарм, на котором встречаются науки о космосе, Земле, жизни, человеке, обществе.
Как только человек стал сознательно, целенаправленно изготовлять орудия труда и пользоваться ими, он стал активно и по-своему преобразовывать окружающую среду.
Человечество на основе разума, знаний и морально-этических норм регулирует новый человека».
Техногенез — геологическая деятельность человечества, оснащенного техникой; целенаправленный (на основе разума, знаний, научных достижений, материальных и духовных потребностей, морально-этических норм) процесс перестройки биосферы, земной коры и околоземного космоса в интересах человечества.
Процесс техногенеза вызывает многочисленные явления, называемые техногенными, формирует разнообразные техногенные объекты, а также воздействует на самого человека.
Прежде всего необходимо помнить, что техногенез — геологическая деятельность человека. Другими словами, то проявление деятельности человечества, которое активно воздействует на природные условия, окружающую среду. Человек выступает здесь как геологическая сила.
Геологическая деятельность — это одна из многочисленных функций человечества. Однако было бы ложно утверждение, что геологическая деятельность человечества лежит полностью вне плоскости общественных и государственных отношений.
Во время первой мировой войны были израсходованы воюющими сторонами многие миллионы тонн снарядов, патронов, взрывчатых веществ. Перекапывались при фортификационных работах огромные массы грунта, сооружались насыпи, траншеи и т.д. Нередко менялся микрорельеф местности. Подобные процессы геологи относят к «военной эрозии». Размеры ее могут быть поистине глобальными.
А теперь представим себе геоморфолога, который исследует следы военной эрозии и отмечает их на карте. Ему вовсе не обязательно выяснять причины войны и восстанавливать ход военных действий. Он видит конечный результат процесса и для своих специальных целей вынужден
Изменение в строении земной коры
Тектонические явления — это нарушения природного равновесия в строении земной коры. Причины таких нарушений весьма разнообразны и взаимосвязаны. Они обусловлены главным образом действием геофизических и геологических сил как эндогенного (внутреннего), так и экзогенного (внешнего) происхождения. В последние столетия воздействие человека на поверхностную часть литосферы стало настолько ощутимым, что мы теперь имеем право говорить о появлении тектонических, которые можно назвать антропогенными, т.е. созданными человеком. Иногда нарушения развиваются медленно, в течение десятилетий, реже столетий. Такие процессы распространяются, как правило, на сравнительно большие площади, захватывая десятки и сотни квадратных километров и проникая в глубь земной коры на сотни метров. Быстрые нарушения длятся дни и месяцы, чаще всего ограничены по площади, проникают вглубь на единицы, десятки а иногда и сотни метров. Можно выделить и основные группы причин, вызывающих антропогенные тектонические изменения в земной коре.
1. Внешние причины обусловлены, как правило, воздействием поверхностных нагрузок, нарушающих природное равновесие в нижележащих земных массах, и чаще всего создаются инженерно-строительной деятельностью.
2. Внутренние причины возникают при изъятии из недр минеральных веществ. При этом также нарушается природное равновесие, главным образом вышележащих масс. Такие причины в основном порождаются горнотехнической деятельностью.
3. Сложные причины представляют собой сочетание внешних и внутренних. В данном случае природное равновесие нарушается наиболее интенсивно. Происходит как бы суммирование искусственно созданных процессов, обусловленных преимущественно механическим воздействием, нарушающим первоначальную структуру сложения горных пород. Иначе говоря, речь идет об изменениях, которые не могли бы возникнуть без вмешательства человека. При более подробном рассмотрении можно выявить элементы не только механического воздействия, но и химического, активно влияющего на ход этих процессов.
Влияние инженерно-строительной деятельности
Эта деятельность человека приводит к созданию преимущественно внешних факторов, постоянных переменных. Они представлены в виде дополнительных нагрузок на земные массы и, как правило, вызывают ограниченные по зоне воздействия нарушения.
Когда возводят здания, плотины и другие сооружения, создают условия для возникновения антропогенных тектонических процессов.
Особенно наглядно подобные процессы проявляются в быстрых нарушениях строения земных масс при гидротехническом строительстве. Во Франции в 1878—1881 гг. в Вогезском департаменте близ города Эпиналя возвели плотину Бузей с целью создания водохранилища вместимостью свыше 7 млн. м3. Вскоре в плотине появились трещины, началась течь. А 27 апреля 1895 г., когда вода находилась на максимальном уровне, произошла катастрофа. Часть плотины длиной 181 м внезапно опрокинулась. Авария стоила жизни многим людям и принесла большие убытки. Под сооружением залегал водопроницаемый трещиноватый песчаник. Он не выдержал искусственно созданной внешней нагрузки. Если бы плотина возводилась с учетом возможных тектонических нарушений и соответствующим их предупреждением, этого бы не произошло.
Итак, наблюдалось изменение напряженного состояния массивов земной коры. Превышение критического предела напряжения приводило к катастрофическим нарушениям типа поверхностных землетрясений. Но это — явления исключительные. Как правило, внешние постоянные нагрузки приводят к постепенным деформациям поверхностных участков литосферы.
Городское, тем более высотное, строительство создает под зданиями зоны сжатия и сдвига. Глубина зон достигает 2-50 м. Под каждым зданием формируется осадочная воронка. Величина осадков колеьлется от 0 до 6 м, чаще всего 0,1—0,3 м. Катастрофические последствия возникают лишь в тех случаях, когда статическая нагрузка превышает сопротивляемость сжатию.
Исследования подтверждают, что не только отдельные сооружения, но и города в целом воздействуют своей массой на поведение верхних участков земной коры. Эти участки периодически опускаются и поднимаются, чаще всего за счет морозного пучения.
Таким образом, постоянные поверхностные нагрузки, создаваемые инженерно-строительной деятельностью, способствуют быстрому изменению строения земных масс верхней части литосферы. При сохранении естественных условий такие нарушения были бы невозможны.
Динамические нагрузки приводят к опусканию в городах и на промышленных площадках не только малых участков поверхности, но и более крупных зон. Установлено, что вибрации городского транспорта могут проникать на глубину до 70 м. Поэтому в некоторых городах Голландии дома, примыкающие к старым автострадам, наклонены в сторону шоссе.
Все шире при строительстве используют взрывы. Их мощность нарастает. Один из крупнейших неатомных взрывов произошел 5 апреля 1958 г. Между о. Ванкувер и Западной Канадой. Здесь в тоннеле, прорытом в большой подводной скале, заложили 1250 т взрывчатки. Подземные толчки от взрыва были зарегистрированы на расстоянии свыше 1000 км. Это сотрясение земных масс привело к нарушению первоначального строения пород в зоне, размеры которой очень велики. Еще более эффективна по своему воздействию термоядерная взрывная энергия. Мощные подземные атомные взрывы вызывают сейсмические колебания, отмечаемые даже в отдаленных уголках земного шара.
В этой связи следует подчеркнуть, что если для строителей имеет главное значение направленный выброс земной массы с целью создания выемки определенных размеров, то для инженерно-геологического обоснования целесообразности таких мероприятий требуется соответствующее изучение состава и свойств пород, подлежащих быстрому перемещению.
Таким образом, нарушения в приповерхностной части литосферы в результате инженерно-строительной деятельности по своим причинам и последствиям могут быть многообразными. Они должны стать объектом специального углубленного изучения.
Влияние горнотехнической деятельности
Эта деятельность, затрагивающая непосредственно недра, как правило, связана с более сложными процессами. В природных условиях известным их аналогом являются нарушения, вызванные карстовыми явлениями, суффозями и т.д., при которых возникают провалы и опускания земной поверхности из-за образования подземных пустот. Деятельность человека, связанная с созданием таких пустот, прежде всего проявляется в отборе из недр полезных ископаемых.
Здесь мы имеем дело либо с искусственно созданными пустотами при подземной выемке твердых полезных ископаемых, либо с последствиями удаления жидких или газообразных наполнителей из пустот, ранее существовавших в земной коре.
Отмечены и катастрофические нарушения. Они наблюдались в гавани Лонг-Бич близ Сан-Франциско (Калифорния) на третьей по величине нефтяной структуре США — Уилмингтон. К 1957 г. Поверхность района опустилась почти на 8 м. Возникло своеобразное эллиптическое прогибание площади с осями длиной 10 и 65 км. Разрушились здания, мосты, дороги и промышленные сооружения. Ущерб превысил 100 млн. дол.
Скорость оседания соответствовала темпам добычи нефти, давление в эксплуатируемых скважинах снизилось со 150 до 15—22 кгс/см2. Подземные воды тут получали с глубины 550 м и меньше, поэтому считалось, что в данном случае откачка вод не оказывала столь существенного влияния на оседание поверхности. Хотя прибрежный район Калифорнии является зоной современных движений земной коры, однако в последнее время не было зафиксировано усиление тектонических движений, обусловленных природными факторами. Причина, безусловно, заключена в хозяйственной деятельности человека.
Этот пример, в котором не учитывалась возможность суммарного воздействия на поверхностную часть Земли, нарушений, вызванных человеком и одновременно стихийными геологическими силами.
При усиленном отборе жидких и газообразных полезных ископаемых одной из главных проблем является поддержание первоначального давления в пластах. Оно способствует максимальному извлечению необходимых минеральных веществ и сохранению стабильного состояния определенных участков земной коры.
В результате искусственного освобождения пустот при эксплуатации подземных вод, жидких и газообразных полезных ископаемых, залегающих, как правило, в осадочных породах, процессы изменения внутрипластового давления влекут за собой цепную реакцию других нарушений: изменяется термический, газовый и геохимический режим в верхней части литосферы.
Установлено, что понижение пьезометрического уровня подземных вод на каждые 10 м водоносной толщи увеличивает нагрузку вышележащих пород в среднем на 1 кгс/см2.
Наиболее прочны скальные породы. Они практически не сжимаются. Глинистые образования, илы, сапропели, торфы дают большие осадки. Их степень уплотнения зависит от многих факторов: возраста, происхождения, влажности и т.д. Там, где залегают подобные породы, и отмечены наиболее заметные оседания поверхности — тектонические нарушения, связанные с хозяйственной деятельностью человека.
Совместное влияние инженерно-строительной и горнотехнической деятельности
Человек воздействует на приповерхностную часть литосферы чаще всего двусторонне. Там, где он занимается инженерно-строительной деятельностью, нередко эксплуатируются и недра. Особенно это характерно для горнорудных районов. Подработка застроенных территорий заставляет подчас переносить поселки, а иногда и города на новые места или ставить вопрос о прекращении добычи полезного ископаемого.
Приповерхностные участки на территории таких крупных поселений могут деформироваться вследствие ряда причин. Это добыча строительных полезных ископаемых и возведение подземных сооружений, понижение уровня грунтовых вод при водоснабжении, сжимание и разрыхление земных масс под влиянием осушения и увлажнения или разложения органических веществ, количество которых все время возрастает в так называемых культурных отложениях.
Большинство подобных причин приводит к опусканию застроенных территорий. Положение усугубляется тем, что деформации происходят не одновременно. По степени воздействия можно выделить основные причины нарушений.
1. Понижение уровня безнапорных и напорных водоносных горизонтов в районах городов. Радиус распространения осадков здесь достигает тысяч метров. Возникшие локальные опускания имеют тенденцию к слиянию и переходу в региональные, так как водопотребление постоянно увеличивается.
2. Строительство подземных сооружений, в частности метрополитена. В данном случае опускается узкая полоса территории шириной несколько сотен метров.
3. Действие статических и динамических нагрузок. Под действием веса сооружения образуются осадочные воронки, которые распространяются за пределы зданий на десятки метров. Динамические нагрузки от транспорта распространяются вдоль дорог. На небольших участках сказывается действие вибрационных и других ударных механизмов.
4. Изменение режима влажности пород и разложение органических веществ в зоне аэрации.
Таким образом, речь идет о комплексном сочетании горнотехнических (внутренних) и инженерно-строительных (внешних) причин.
Гидрогеологические исследования в Лондоне показали, что длительное искусственное понижение подземных вод и создание депрессионных воронок в зонах откачки привели к возникновению новых процессов. Изменились гидродинамический, химический и температурный режимы водоносных горизонтов, переместились области питания, стока и разгрузки вод. Это в свою очередь привело к тому, что реки на отдельных участках из естественной дренажной системы превратились в источники питания подземных вод. В окрестностях Большого Лондона отмечено исчезновение родников и мелких ручьев. Ухудшилось и качество пресной воды, из эстуария начали поступать солоноватые морские воды. Так изменялась гидрогеологическая обстановка. Наряду с этим преобразовывались осадочные породы. Происходил процесс их осушения и уплотнения.
Следует отметить, что в отличие от Москвы и Лондона в ряде крупнейших городов мира тектонические движения земной поверхности, вызванные усиленным водоотбором, уже теперь приводят к катастрофическим последствиям, требующим принятия неотложных мер. Венеция возникла в лагуне, состоящей из 117 мелких островов. 15 тысяч домов города поставлены на миллионы свай длиной от 3 до 10 м. Сваи в илистое или песчаное дно. Венеция соединена с сушей почти четырехкилометровой дамбой. Казалось бы, со временем благодаря наносам с суши и уменьшению процессов размыва здесь будут накапливаться минеральные отложения. Иначе говоря, Венеция должна превращаться в сухопутное поселение. Однако каждое столетие она опускается примерно на 20 см в море. Когда-то вход в гавань охраняла крепость Св. Андрея. В 1950 г. Знаменитое творение зодчего Санмикели обрушилось. Относительно будущего этого уникального города пока преобладают пессимистические прогнозы.
С давних времен Япония усиленно потребляет подземные воды. Их откачка привела к уплотнению массивов пород, сложенных осадочными образованиями. Теперь часть Токио располагается ниже уровня моря. Оседание отмечено на площади в несколько сотен квадратных километров. В отдельных местах поверхность ежегодно опускается на 18-20 см. За полстолетия город опустился почти на 3,5 м, притом наиболее быстрые опускания происходили в последнее время. Любопытен и такой факт. К концу второй мировой войны многие скважины в Токио не работали, и оседание поверхности прекратилось. Это свидетельствует о том, что тектонические нарушения здесь, безусловно, связаны с хозяйственной деятельностью человека.
В последние десятилетия проблемы городского строительства и охраны окружающей среды поставили на повестку дня задачу хозяйственного освоения недр под промышленными и культурными центрами. Тысячи километров подземных дорог сооружены под большими городами. Все это требует продуманного изучения и прогнозирования тех изменений, которые могут возникнуть в результате развития работ, сочетающих в себе инженерно-геологические и горнотехнические аспекты.
По данным вопросам, относящимся к горной геомеханике, имеется достаточно обширная литература, которая может быть весьма полезной, в частности при теоретических и прогнозных разработках и в целом для комплексного рассмотрения проблем, связанных с влиянием деятельности человека на строение приповерхностных участков литосферы.
В горном деле, например, используют два основных вида защитных мероприятий: горные и конструктивные. Наиболее эффективными считаются горные мероприятия, так как они предусматривают частичное или почти полное сохранение ранее существовавших природных условий в породах, залегающих над подземными выработками. В настоящее время к числу таких общепризнанных мер относят закладку отработанных участков материалом, дающим наименьшую усадку
Применительно к постановке проблемы в целом следует лишь обратить внимание на то, что при закладке нередко используются искусственно созданные смеси и естественные массы, которые без человеческой деятельности не могли бы проявиться в недрах.
Таким образом, мы должны учитывать, что инженерно-строительная и горнотехническая деятельность вызывает изменения не только в строении горных масс, но и в их составе.
Существует «даровая» кладовая энергии — солнечное излучение. Ею пользуется жизнь. А то, что «отнимается» у неорганической природы, вновь возвращается, благодаря налаженной системе круговоротов. С органическими остатками окружающая среда обогащается и солнечной энергией, ассимилированной живым веществом. Следовательно, плацдарм жизни не только не скудеет, но и расширяется за счет космической энергии. Создается возможность для дальнейшего расцвета жизни и для более крупных ее «выигрышей» в игре с Природой.
Но вот появилась техника, обладающая собственной внутренней энергией, сама вырабатывающая энергию. Мы до сих пор, по-видимому, недооцениваем этот факт. Двигатели внутреннего сгорания энергетически подобны живым существам и человеку.
За последние столетия технические системы поглощают и вырабатывают огромные количества энергии.
Мы привычно относимся к технике как к нашему рабу, покорному исполнителю нашей воли. И вследствие этого попадаем в рабскую зависимость от техники, превращаемся в ее придаток, за иллюзию власти расплачиваясь реальной своей властью.
По-видимому, следует говорить о взаимосвязи человечества и техники.
Интересы человечества нередко вступают в конфликт с «интересами» живого вещества, окружающей среды и с некоторыми результатами техногенеза. Тогда начинают исчезать отдельные виды животных, гибнут леса, загрязняются реки, терпят лишения люди, выходит из строя техника. Создаются трудные ситуации, выход их которых найти чрезвычайно трудно из-за сложности взаимосвязей и противоречивости некоторых осознанных или бессознательных целей
Но современному человеку совершенно необходима живая природа Земли, биосфера. Как бы счастливо не складывался космический полет, космонавт с величайшим наслаждением покидает свою техногенную биосферу, подставляя лицо ветру и вдыхая земной воздух.
Между человеком и биосферой сформировался мощный новый пласт — техника. С ее помощью человек получает колоссальные возможности использовать биосферу для своих нужд. Средства, которые мы предоставляем технике, изымаются из биосферы и обедняют ее. В какой-то момент может создаваться ситуация, когда человек, чтобы обеспечить свои возрастающие потребности, будет больше тратить средств на поддержание техники, чем получать полезной для себя п
Заключение
В последние годы ученые все чаще обращают внимание на процессы, вызванные активной деятельностью человека на Земле. «Прогнозы показывают, что если в ближайшие годы не будут приняты самые энергичные меры, ухудшение качества окружающей среды может стать препятствием дальнейшего развития производительных сил общества». Следовательно, опережающее развитие науки уже поставило перед практикой актуальную задачу. Ее суть в необходимости перехода к иной форме связи между общественным производством и природой. Использование ресурсов, особенно невозобновимого минерального сырья, необходимо переводить на замкнутый (безотходный) цикл. Мы должны научиться управлять им, чтобы достигнуть правильного соотношения между быстрым развитием технологии производства и максимальным сохранением естественной среды.
Наступило время практического решения ряда взаимосвязанных проблем.
1. Измерение качества окружающей человека среды и качества технологии, преобразующей ее. Это прежде всего относится к тому, что дает нам литосфера — фундамент, на котором, как было показано, развивается общество.
2. Экономико-технологическая оценка природных ресурсов, в первую очередь минеральных.
3. Разработка долгосрочных программ рационального пользования природой, особенно компонентами недр.
При разработке лучшей системы производства мы должны руководствоваться двумя главнейшими принципами.
1. Возможно полное и комплексное использование первичных ресурсов. Основная масса таких ресурсов представлена именно минеральным сырьем. В этом суть активной охраны литосферы, природные богатства которой в обозримом будущем по-прежнему останутся главным источником промышленного развития.
2. Доведение вторичных ресурсов (отходов) производства и потребления до такого состояния, чтобы они могли быть использованы целиком или могли ассимилироваться в природной среде без ущерба для ее естественного состояния. И в данном случае продуктами переработки и преобразования минеральных ресурсов принадлежит ведущая роль. Энергетические, химические, металлургические, металлообрабатывающие и многие другие отрасли основаны на последовательной утилизации главным образом этого сырья
Оптимальное соблюдение изложенных принципов позволит разумно и целенаправленно регулировать геоморфологические процессы, проявляющиеся в изменении строения, состава и поверхностных форм литосферы под воздействием хозяйственной деятельности человека.
Мы сознаем, что живем в переходный период общественного развития, когда на нашей планете сосуществуют разные социальные системы.
«Возникла геология и обнаружила не только наличность образовавшихся друг после друга и расположенных друг над другом геологических слоев, но и сохранившихся в этих слоях раковины и скелеты вымерших животных, стволы, листья и плоды не существующих больше растений. Надо было решиться признать, что историю во времени имеет не только Земля, взятая в общем и целом, но и ее теперяшняя поверхность и живущие на ней растения и животные» (Маркс К., Энгельс Ф.)
Поэтому необходимо «уметь учитывать также и более отдаленные естественные последствия, по крайней мере, наиболее обычных из наших действий в области производства и тем самым господствовать над ними» (Маркс К., Энгельс Ф.)
Выявление и объяснение новых, подчас нежелательных, процессов, возникающих в сложной системе взаимодействия человека с литосферой, — первый этап. Когда они становятся понятными, наступает этап активного регулирования наших взаимоотношений с природой с целью устранения возникающих диспропорций. Мы всегда должны помнить что «…ноосфера — биосфера (в понимании В. А. Вернадского), переработанная научной мыслью, подготовлявшаяся шедшими сотни миллионов, может быть миллиарды лет, процессом, создавшим Homo Sapiens Faber, — не есть кратковременное и переходящее геологическое явление».
Рачительное отношение к естественным ресурсам — общенародное дело. Это залог нашего будущего.
ТЗ№6
1.Приведите классификацию подземных вод. Опишите разные фазовые состояния воды в породах (пленочная), а также условия залегания и движения подземных вод (трещинновая).
2.Внешние и внутренние оболочки Земли.
ТЗ№3
1.Геологическая деятельность поверхностных вод. Деятельность рек.
2.Условия образования углеводородов. Месторождения углеводородов.
ТЗ№4
1.Факторы, влияющие на формирование рек, описать два типа устьев рек: дельтовый и эстуарный.
2.Геологическая деятельность озер и болот.
ТЗ№5
1.Перечислить и описать виды пластовых вод.
2.Форма и строение интрузивных тел. Типы взаимоотношений интрузивов с вмещающими породами.
ТЗ№6
1.Типы ловушек.
2.Геологическая деятельность подземных вод. Круговорот воды в природе
ТЗ№7
1.Проблемы загрязнения окружающей среды при разведке и добыче полезных ископаемых.
2.Происхождение подземных вод: инфильтрационные, конденсационные, седиментогенные, магматогенные.
ТЗ№8
1. Минеральные ресурсы
2.Грунтовые и напорные подземные воды.
ТЗ№9
1.Гипотезы происхождения нефти и газа.
2.Источники и минеральные воды.
ТЗ№10
1.Типы вулканов и строение вулканических аппаратов.
2.Разрушительная деятельность моря.
ТЗ№11
1.Разрушительная деятельность подземных вод: суффозия, оползнеобразование, карсты.
2.Разрушительная деятельность моря.
ТЗ№12
1.Надвиги и тектонические покровы - строение и механизмы образования.
2.Признаки горизонтального смещения. Кинематическая систематика
разрывных нарушений.
ТЗ№13
1.Диапировые складки: геологические условия возникновения диапиризма и
последовательность развития деформаций.
2.Дать характеристику осадочных (обломочные и глинистые) горных пород.
ТЗ№14
1.Понятие о деформациях, виды деформации, предел упругости, предел прочности.
2.Природные ресурсы Земли.
ТЗ№15
1.Определение, происхождение горных пород, классификация горных пород.
2.Основные структурные элементы платформ.
ТЗ№16
1.Жидкие вулканические продукты. Дать характеристику главных свойств лавы
2.Механизм возникновения землетрясения. Цунами.
ТЗ№17
1.Геологическое время. Относительное летоисчисление (стратиграфическая колонка).
2.Складки: элементы, классификация складок
ТЗ№18
1.Деление истории Земли на эры, эпохи, века
