Магматические горные породы наряду с метаморфическими слагают основную массу земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. В земной коре они образуют тела разнообразной формы и размеров, состав и строение которых зависит от химического состава исходной магмы и условий ее застывания.
В зависимости от условий, в которых происходило застывание магмы, магматические породы делятся на ряд групп: породы глубинные, или интрузивные, образовавшиеся при застывании магмы на глубине, и породы излившиеся, или эффузивные, связанные с охлаждением магмы, излившейся на поверхность, т.е. лавы.
Осадочные горные породы. На поверхности Земли в результате действия различных экзогенных, т.е. внешних, факторов образуются осадки, которые в дальнейшем уплотняются, претерпевают физико-химические изменения - диагенез, и превращаются в осадочные горные породы, тонким чехлом покрывают около 75 % поверхности континентов. Многие из них являются полезными ископаемыми, другие - содержат таковые
Среди осадочных пород выделяются три группы:
1) обломочные породы, возникающие в результате механического разрушения каких-либо пород и накопления образовавшихся обломков;
2) глинистые породы, являющиеся продуктом преимущественно химического разрушения пород и накопления возникших при этом глинистых минералов; 3) химические (хемогенные) и органогенные породы, образовавшиеся в результате химических и биологических процессов.
Метаморфические горные породы - результат преобразования пород разного генезиса, приводящего к изменению первичной структуры, текстуры и минерального состава в соответствии с новой физико-химической обстановкой. Главными факторами (агентами) метаморфизма являются эндогенное тепло, всестороннее (литостатическое) давление, химическое воздействие флюидов. Наблюдая обнажения тех или иных участков земной коры, мы убеждаемся в том, что горные породы определенного состава образуют некоторые геометрические тела разной формы и размера. Эти тела называют формами залегания горных пород, или структурными формами, а различные их сочетания создают общее строение - структуру земной коры.
Различают первичные (ненарушенные) и вторичные (нарушенные) формы залегания пород. Первичные структурные формы возникают вместе с формированием самой породы. Вторичные формы залегания образуются путем нарушения первичных в результате движений и деформаций земной коры. В связи с этим изучение вторичных (нарушенных) структурных форм, их различных взаимоотношений, сочетаний, соотношений одних с другими как в пространстве, так и во времени дает определенную информацию о строении и истории геологического развития изучаемых регионов Земли.
Тема 1.5 Геологическая деятельность внутренних (эндогенных) сил Земли
План изучения темы:
1. Геологические процессы, изменяющие состав и форму поверхности земной коры. Вулканизм. Продукты извержения вулканов.
2. Тектонические процессы земной коры и их последствия, сейсмические явления. Моретрясение, цунами
Краткое изложение теоретических вопросов:
К эндогенным процессам относятся тектонические движения и сейсмические процессы, магматизм, вулканизм и метаморфизм.
Тектонические движения бывают горизонтальными (тангенциальными, складчатыми) и вертикальными (эпейрогеническими, разрывными).
Горизонтальные движения длятся многие миллионы и миллиарды лет и совершаются на многие тысячи километров - перемещаются океаны и континенты. В архее и протерозое все современные континенты представляли собой единую площадь - Пангею, располагавшуюся в Южном полушарии. Далее она раскололась сначала на две части, а потом - на шесть. Еще в мезозое (200 млн лет назад) Африка отделялась от Евразии океаном Тетис. Остатки его - это Средиземное море.
В сам факт таких масштабных горизонтальных перемещений поначалу трудно поверить, но среди ученых-геологов он считается неоспоримо доказанным. Неясным остается механизм, осуществляющий горизонтальные движения. Предполагается, что его источником является конвективное движение вещества в астеносфере - в подкоровом объеме верхней мантии, в то время как геофизические данные указывают на это вещество как на твердое.
Горизонтальные тектонические движения выполняют колоссальную геологическую работу. Они сминают в складки пласты горных пород и заставляют их подняться в рельефе высокими горами или опуститься глубоко вниз, образуя океанические впадины. Они формируют разломы земной коры, многие из которых потом превращаются в моря и озера. По разломам земной коры внедряется магма, и формируются вулканы. Причиной землетрясений тоже являются горизонтальные движения.
Вертикальные движения имеют небольшую амплитуду - в десятки и несколько сотен метров, они постоянно то поднимают, то опускают поверхность континентов. В итоге на одной и той же территории поочередно образуется то неглубокое шельфовое море, то суша - низменность, равнина или невысокое плоскогорье.
Главным результатом вертикальных движений является накопление осадочного чехла. В то время, когда некая территория опускается ниже уровня океана, на ней происходит интенсивное накопление осадочного материала, приносимого реками с окружающей суши. Дополнительный материал дает само море за счет разрушения береговой линии. Отложенные на дне осадки постепенно уплотняются и каменеют. Через некоторое время данная территория вновь испытывает поднятие, превращается в сушу, на которой в разрезе горизонтально залегают морские осадочные породы.
Сейсмические явления - это землетрясения - мгновенные перемещения земной поверхности, вызванные перемещениями масс земной коры. Источник перемещений - горизонтальные движения земной коры, сталкивающие, тангенциальные, растягивающие. Землетрясения, как правило, приурочены к определенным участкам земной коры - геосинклинальным и складчатым поясам. Проявляются землетрясения в основном на границах тектонических структур, где происходит накопление значительных напряжений, готовых реализоваться в виде сейсмического толчка. Эти территории носят название сейсмических зон, обычно они совпадают с районами интенсивной вулканической деятельности.
Для оценки силы землетрясений используется несколько сходных между собой шкал. Первой была шкала Рихтера. В нашей стране использовалась близкая к ней шкала Медведева. В настоящее время часто используется шкала магнитуд. Относительная энергетическая характеристика землетрясения (магнитуда М) определяется так:
М = lg[А / (А · Аэ)]
где А - максимальная амплитуда смещения частиц почвы на удалении от эпицентра в 100 км; Аэ-- эталонная амплитуда слабого землетрясения.
В реальных случаях магнитуда составляет 9,5 баллов при очень сильных землетрясениях.
Сейсмические воздействия могут иметь различные проявления на инженерных объектах в зависимости от балльности землетрясений.
Воздействия землетрясений различной балльности опасны для всех гидротехнических сооружений, поэтому необходимо уделять внимание сейсмостойкости строительства плотин. Опыт показывает, что гидротехнические сооружения, построенные без учета сейсмического фактора, нередко подвергались частичному или полному разрушению.
При землетрясениях частицы грунта движутся в пространстве по сложной траектории, при этом возникают инерционные силы, величина и направление действия которых резко меняется во времени. В этом случае деформации сооружений и его элементов могут иметь сложный характер с преобладанием деформаций осевого растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и кручения, которые действуют динамически, приводя к волновым и колебательным движениям всего сооружения в целом. На рис. показаны серьезные разрушения автомобильной трассы при землетрясении.
Землетрясения вызывают серьезные разрушения зданий, при которых возможны большие человеческие жертвы. Различный характер разрушений, интенсивность которых оценивается в пределах от 6 до 12 баллов по шкале Медведева - Спонейера - Карника.
Наиболее крупными сейсмическими областями являются Тихоокеанский и Средиземноморский пояса. К первому приурочено 68% всех землетрясений, ко второму - свыше 20%. На территории России к сейсмическим областям относятся: Кавказ, Прибайкалье, Южное Приморье, Сахалин, Курильские острова.
В настоящее время техногенное воздействие на геологическую среду достигло такой силы, что стали возможными землетрясения, которые провоцирует деятельность человека.
Понятие "наведенная сейсмичность" включает в себя как возбужденные, так и инициированные сейсмические явления. В качестве основных техногенных причин выступают такие, которые создают избыточную нагрузку или, наоборот, недостаток давления.
В качестве первых особенно характерны крупные водохранилища, создание которых провоцирует вероятность возбужденного землетрясения.
Тема 1.6 Геологическая деятельность внешних (экзогенных) сил Земли
План изучения темы:
1. Выветривание и его виды. Влияние выветривания на строительные свойства горных пород. Геологическая деятельность текучих вод.
2. Пролювиальные, делювиальные отложения и их использование в дорожном строительстве
Краткое изложение теоретических вопросов:
Геологические процессы подразделяют на эндогенные и экзогенные.
Эндогенные процессы - геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах Земли. К ним относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород и сейсмическая активность. Главными источниками энергии эндогенных процессов являются тепло и гравитационная неустойчивость -перераспределение материала в недрах Земли по плотности (гравитационная дифференциация).
К эндогенным процессам относятся:
· - тектонические - разнообразные по направлению и интенсивности движения земной коры, вызывающие ее деформации (смятие в складки) или разрывы слоев;
· - сейсмические - связанные с землетрясениями;
· - магматические - связанные с магматической деятельностью;
· - вулканические - связанные с вулканической деятельностью;
· - метаморфические - процесс преобразования горных пород под влиянием давления и температуры без привнесения или выноса химических компонентов;
· - скарновые - метасоматического минерало- и породообразования в результате воздействия на различные горные породы (преимущественно известняки и доломиты) высокотемпературных растворов, содержащих в том или ином количестве Бе, М?, Са, 81, А 1 и другие вещества при широком участии летучих компонентов (вода, углекислота, С 1, Б, В и др.), и в широком диапазоне температур и давлений при общей эволюции растворов по мере понижения температуры от щелочных к кислым;
· - грейзеновые - метасоматического изменения гранитовых пород под действием газов, выделяющихся из охлаждающейся магмы с преобразованием полевых шпатов в светлые слюды;
· - гидротермальные - месторождения руд металлов (Аи, Си, РЬ, 8п, XV и др.) и неметаллических ископаемых (тальк, асбест и др.), образование которых связано с отложением или переотложением рудного вещества из горячих глубинных водных растворов, часто связанных с остывающими в земной коре магматическими очагами.
Тектонические движения - механические движения земной коры, вызываемые силами, действующими в ней и главным образом в мантии Земли, и приводящие к деформации слагающих кору пород. Тектонические движения связаны, как правило, с изменением химического состава, фазового состояния (минерального состава) и внутренней структуры подвергающихся деформации горных пород. Тектонические движения охватывают одновременно очень большие площади.
Геодезические измерения показывают, что практически вся поверхность Земли находится непрерывно в движении, однако скорость тектонических движений невелика, изменяется от сотых долей до первых десятков миллиметров в год, и только накопления этих движений в ходе очень продолжительного (десятки-сотни млн лет) геологического времени приводят к крупным суммарным перемещениям отдельных участков земной коры.
Тема 1.7 Подземные воды и их значение при строительстве инженерных сооружений
План изучения темы:
1. Образование и классификация подземных вод. Условия залегания, признаки, температура. Понятие о водопроницаемости и коэффициенте фильтрации горных пород.
2. Направление и скорость движения подземных вод. Значение грунтовых вод для устойчивости инженерных сооружений. Способы понижения уровня грунтовых вод.
Краткое изложение теоретических вопросов:
В проектировании зданий учитывается множество расчетных величин, способных повлиять на строительство и эксплуатацию сооружения, и одной из них является уровень грунтовых вод. Именно этот показатель будет основополагающим критерием в расчете стоимости застройки, технологии строительства, долговечности конструкции и условий эксплуатации здания. Грунтовые воды зачастую осложняют строительство опорных конструкций и зданий в целом, поэтому, чтобы эффективно справиться с этой проблемой, нужно узнать о ней как можно больше информации, прежде чем начинать застройку.
Схема образования подземных вод.