Сесёлкин И.В. Основы геологии и гидрогеологии

Подождите немного. Документ загружается.

Цементация заключается в нагнетании цементно-песчаных, гли-

нисто-силикатных и алюмосиликатных тампонажных растворов в

грунт через инъекторы, смонтированные в пробуренных скважинах.

При битумизации в песчаные и трещиноватые скальные породы

нагнетают расплавленный битум (горячая битумизация) или битумную

эмульсию (холодная битумизация) с целью уменьшения водопрони-

цаемости пород и увеличения их прочности.

К разрушительной

деятельности подземных вод относится суф-

фозия (подкапывание) - процесс выноса мелких частиц из рыхлых по-

род. Различают механическую и химическую суффозию. Под механи-

ческой суффозией понимают разрыхление песчаных пород (обычно не

содержащих водорастворимых веществ) и вынос из них мелких частиц

движущейся водой. Механическая суффозия наиболее часто происхо-

дит в мелкозернистых песках

по берегам рек, оврагов, при наличии так

называемого гидродинамического давления. Это давление создаётся

при крутых уклонах поверхности подземных вод; оно обеспечивает

большие скорости движения подземных вод, взмучивание и вынос

мелких песчаных частиц. С суффозией связано образование пустот

(пещер, каналов) в глинах и лёссах в условиях засушливого климата.

Суффозия приводит к

осадке поверхности Земли и образованию

суффозионных воронок. Суффозия наблюдается в основаниях плотин,

сооружений, в горных выработках и может привести к неравномерной

осадке и нередко - к разрушению сооружений, а в горных выработках -

к их обрушению.

При химической суффозии происходит растворение и выщелачи-

вание из породы водорастворимых солей (каменной соли, гипса и др

и вынос их током воды. Карст является разновидностью химической

суффозии.

Мероприятия по предупреждению суффозии следующие:

- предотвращение поступления воды в породы, подверженные

суффозии, путём отвода поверхностных вод или устройство дренажа

подземных вод;

- уменьшение скорости движения подземных вод путём измене-

ния конструкций сооружений (например, перед плотиной дно водо-

хранилища покрывают водонепроницаемым

слоем для уменьшения

скорости фильтрации воды);

- искусственное улучшение свойств пород в основании сооруже-

ния путём цементации, битумизации и т.д.

Способность рыхлых пород при насыщении их водой приходить

в текучее состояние называют плывунностью, а такие породы в насы-

щенном водой состоянии - плывунами. В плывунное состояние наи-

более часто приходят тонкозернистые пески с пылеватыми илистыми

частицами. В естественном состоянии плывуны неподвижны, они на-

чинают двигаться под воздействием динамических нагрузок или виб-

рации

Плывуны сильно осложняют проходку горных выработок - кот-

лованов, стволов шахт, строительство различных сооружений. Котло-

ваны, горные выработки заплывают песками, причём удалить их очень

трудно, так как плывун в процессе выемки породы поступает непре-

рывно. Особенно опасен прорыв плывунов в подземные горные выра-

ботки, так как он не только осложняет их

проходку, но и создает опас-

ность для людей. Основные методы борьбы:

- искусственное осушение водонасыщенных пород с плывунными

свойствами (откачка воды из скважин, оборудованных специальными

фильтрами);

- крепление котлована (крепи) специальными устройствами, опу-

скными колодцами;

- замораживание плывунов на участке, где ведётся проходка кот-

лована или другой горной выработки;

- проходка плывунов кессонным

способом (при помощи сжатого

воздуха);

- силикатизация плывунов.

Рис. 9. Виды оползней:

а – оползень в однородных породах (смещаются продукты вывет-

ривания глинистых пород); 1 – тело оползня; 2 – коренные породы; 3 –

поверхность скольжения; б - поверхность скольжения приурочена к

кровле глинистых пластов; в – поверхность скольжения пересекает

несколько пластов

Оползни - это смещения вниз по склону под действием силы тя-

жести глинистых пород с покрывающими их отложениями. Оползни

распространены очень широко и чаще всего происходят на склонах

долин рек, оврагов, на берегу морей и озёр. Они приносят большой

вред различным инженерным сооружениям (плотинам, предприятиям,

жилым домам и т. п.) и требуют

больших затрат для борьбы с ними.

Причины образования оползней, помимо благоприятного для это-

го геологического строения, могут быть следующие: гидродинамиче-

ское действие подземных вод на породы склона; подмыв склона рекой

или морем; подрезка склона при строительстве дорог, каналов или дру-

гих сооружений; застройка склонов различными зданиями и сооруже-

ниями, нарушающими

равновесие склона вследствие увеличения на-

грузки. Особенно опасно воздействие на породы динамических нагру-

зок, например, от массы проходящих поездов; интенсивное увлажне-

ние массы осадками, фильтрационными водами из каналов, поливными

и грунтовыми водами, в результате чего возрастает масса пород, а си-

лы сцепления в породе уменьшаются; недопустимая крутизна склонов;

землетрясения.

Поверхность, по

которой происходит движение оползня, называ-

ется поверхностью скольжения, или смещения. Линию пересечения

поверхности скольжения со склоном ниже оползня называют подош-

вой оползня. Она может быть на уровне основания склона, выше или

ниже его. В результате оползней склоны приобретают характерное

очертание – почти отвесную плоскость отрыва в верхней части склона,

внизу – бугристую

массу тела оползня.

По структуре оползневого склона и положению поверхности

скольжения, различают следующие оползни (рис. 9): в однородных

неслоистых породах с криволинейной поверхностью скольжения;

оползни, у которых поверхность смещения предопределена геологиче-

ским строением; оползни, поверхность скольжения которых пересекает

пласты различных пород.

Скорость движения оползней измеряется от долей миллиметра в

сутки до нескольких

десятков метров в час.

Разновидностью оползней являются оплывины. Они представ-

ляют собой относительно небольшие смещения делювиальных глини-

стых отложений на склонах или насыпных глинистых грунтов на ис-

кусственных откосах, вызванные разжижением пород в периоды сне-

готаяния или дождей.

Оползневые явления широко развиты на высоких берегах Волги,

Днепра и многих других рек, на побережье Чёрного моря, в горных

районах Закавказья и др.

Меры борьбы с оползнями могут быть активными и пассивными.

К пассивным относятся запрещение подрезок склонов; устройства на

склонах выемок и строительных сооружений, жилых домов; полива

земельных участков на

склонах, а также сохранение на склонах травя-

нистой и древесно-кустарниковой растительности.

Активными мерами являются: отвод поверхностных (дождевых,

талых снеговых) и подземных вод от оползневого склона; устройство

берегоукрепительных сооружений (бетонирование, облицовка плита-

ми) для предотвращения подмыва оползневых берегов; устройство

сооружений, удерживающих оползневые массы (свай, подпорных сте-

нок и др.); съём

оползневых масс до устойчивых пород.

Созидательная работа подземных вод проявляется в отложении

ими различных соединений, цементирующих трещины в горных поро-

дах. В местах выхода минеральных источников на поверхность земли

образуются карбонатные, кремнистые, сульфатные и другие соедине-

ния.

3.2.5 Геологическая деятельность ледников

Температура воздуха понижается не только от экватора к по-

люсам, но и с увеличением высоты (на 0,5 – 0,6 ºС на каждые 100 м).

Граница, выше которой сохраняется снежный покров, называется сне-

говой линией. Высота снеговой линии увеличивается от полюсов, где

она расположена на уровне моря, к экватору, где достигает 5-6 км.

Снег, накапливаясь в горах

, постепенно уплотняется, превращаясь в

зернистый лёд - фирн, а фирн превращается в монолитный, прозрач-

ный голубой глетчерный лёд. Так образуются ледники - скопления

льда, медленно движущиеся в сторону понижения рельефа.

Ледники производят большую разрушительную работу, изменяют

рельеф земной поверхности, переносят огромное количество обломоч-

ного материала - продуктов разрушения пород, а при таянии ледника -

откладывают его. Так образуются ледниковые отложения.

Выделяют три основных типа ледников: горные, материковые и

промежуточные. Горные ледники накапливаются на склонах гор, а

затем движутся вниз по долинам, постепенно стаивая и оставляя обло-

мочный материал. Материковые ледники с большой мощностью льда

Рис.10. Схема расположения морен в поперечном

сечении ледника (а) и в плане (б)

покрывают целые континенты (Антарктида) и крупные острова (Грен-

ландия), эти ледники называют ещё покровными. Промежуточные

ледники покрывают плоскогорья полярных областей и предгорные

участки долин, занятые выше горными ледниками.

При движении ледник отрывает, срезает и уносит обломки

пород

своего ложа - от глинистых и пылеватых частиц до крупных глыб и

валунов. В процессе движения крупные обломки истираются, округ-

ляются, участвуя в разрушении и сглаживании ложа ледника. Ледник

при своём движении вырабатывает долины корытообразного сечения -

троги. В верховьях таких долин ледники часто вырабатывают чашеоб-

разные котлованы - ледниковые цирки.

Обломочный

материал, захваченный ледником, переносимый и

откладываемый им, называется мореной. Морены можно разделить на

движущиеся и отложенные. К движущимся относится боковая морена

(1) (рис.10) - отложения обломочного материала по бокам ледника в

виде вытянутых в длину валов или гряд; срединная морена (2) - обра-

зующаяся при слиянии двух ледников из боковых морен; внутренняя

морена (3) - обломочный

материал внутри тела ледника; придонная

морена (4) - обломочный материал в придонной части ледника. Отло-

жения морены образуются при отступании ледника, т. е. при его тая-

нии; к ним относятся конечная (5) и основная морены. Конечная море-

на образуется путём отложения обломочного материала на конце лед-

никового языка. Основная морена образуется из боковой, срединной,

внутренней и донной морен. Мореные отложения представлены чаще

всего суглинками с включением гравийных

частиц и валунов.

После стаивания ледника рельеф местности приобретает холми-

стый характер - холмы из обломков материала чередуются со впадина-

ми, часто заполненными водой. Поэтому в районах бывшего оледене-

ния очень много озёр.

Образующиеся в период таяния ледника водные потоки размы-

вают и переоткладывают мореные отложения. В результате возникают

водно-ледниковые

или флювиогляциальные отложения, представ-

ленные в основном песчаными и гравийными частицами с редкими

линзами глинистых пород и суглинков. В ледниковых озёрах отклады-

ваются глины с прослойками из тонких песков.

3.2.6 Геологическая деятельность морей

Океаны и моря занимают около 71 % всей поверхности Земли.

Вода находится в непрерывном взаимодействии с сушей: разрушает

горные породы, слагающие берега и дно океанов и морей, перемещает

продукты разрушения и откладывает их в виде осадков. В зависимости

от рельефа дна в океанах выделяют четыре зоны: шельф (или матери-

ковую отмель), материковый склон

, ложе океана и глубоководные впа-

дины (рис. 11).

Шельф (1) непосредственно примыкает к суше и характеризуется

пологим наклоном дна до глубины 200 м. Ширина рельефа изменяется

от нескольких километров до нескольких сотен километров. Область

шельфа отличается большим разнообразием и богатством органиче-

ского мира, а также интенсивной разрушительной работой водных

масс (приливы, отливы, морские

волнения). Волны, набегая на берег,

разрушают слагающие его горные породы (разрушительную работу

волн называют абразией).

В процессе абразии одновременно действуют три фактора: гид-

равлические удары волн; удары и трение обломков горных пород, за-

хваченных волнением; химическое действие воды.

Рис. 11. Обобщённый профиль дна океана

Скорость абразии берегов, сложенных осадочными породами, со-

ставляет от нескольких сантиметров до нескольких метров в год. В

магматических и метаморфических породах этот процесс почти не за-

метен.

Береговой обрыв постепенно отступает в сторону суши, а между

обрывистым берегом и морем образуется абразивная терраса, которая

чаще всего

бывает, затоплена водой. Материковый склон (2) распо-

ложен на глубинах от 200 м до 2,5 км и характеризуется более крутым,

чем у шельфа, уклоном дна. Материковый склон переходит в матери-

ковое подножие, а оно - в ложе океана (5). На относительно плоском

океаническом дне встречаются срединные хребты (4), куполовидные

возвышенности вулканического происхождения, а также глубоковод-

ные

впадины – желоба (6).

Борьба с абразией осуществляется путём укрепления берегов,

применением специальных гидротехнических сооружений, снижаю-

щих интенсивность прибоя и усиливающих процесс отложения у бере-

га передвигающихся наносов. Первая задача решается устройством в

море на некотором расстоянии от берега волноотбойных стен и вол-

ноломов – дамб. Для выполнения второй задачи поперек береговой

линии устраивают

систему дамб, пересекающих подводный поток пе-

редвигающихся наносов.

Морские отложения делятся на обломочные (или терригенные),

органические и химические.

В прибрежной зоне морей и океанов, периодически затопляемой

во время приливов и осушаемой во время отливов, накапливаются

глыбы, галька, песок, иногда илы.

В зоне шельфа накапливаются осадки всех типов, но наиболее

распространены терригенные осадки, представленные глыбами, валу-

нами, песками, алевритами и глинами. Органогенные осадки в этой

зоне представлены ракушечниками и коралловыми рифами.

Химические осадки выпадают из морской воды в виде различных

соединений - карбонатных, железистых марганцевых, фосфорных и др.

В зоне материкового склона накапливаются

терригенные и орга-

ногенные осадки. К терригенным осадкам относится илы, состоящие

из алеврито-глинистых частиц и мелких песков; к органогенным – из-

вестковые илы, образующиеся путём накопления остатков мелких

морских организмов – планктона.

В зоне ложа океана осадки в связи с удалённостью от суши со-

держат мало терригенного материала и представлены органогенными

илами – известковыми и кремнистыми.

Накопившиеся морские осадки в результате сложного и длитель-

ного процесса, называемого диагенезом, превращаются в плотные оса-

дочные горные породы.

3.2.7 Геологическая роль озёр и болот

Озёра представляют собой замкнутые водоёмы, образованные в

углублениях суши. К замкнутым водоёмам принадлежат озёра, болота,

водохранилища. По характеру водообмена различают проточные озе-

ра, имеющие поверхностный сток, осуществляемый реками, и бес-

сточные, лишённые поверхностного стока; некоторые озёра имеют не

поверхностный, а подземный сток. Проточными являются и искусст-

венные водоёмы - водохранилища. Вода проточных

озёр обычно пре-

сная, а бессточных – пресная или солёная, в зависимости от климата.

По происхождению впадины озера делятся на: тектонические –

образованы в результате тектонических дислокаций (например, озеро

Байкал); эрозионные – возникли при экзогенных разрушениях земной

поверхности; карстовые – провально-карстового происхождения; пло-

тинные – образованные в результате экзогенных или вулканических

процессов. Плотинным озером

вулканического происхождения являет-

ся озеро Севан (Армения) – оно возникло после преграждения лаво-

вым потоком долины и русла реки Раздан.

Геологическая работа озёр и водохранилищ заключается в разру-

шении, переработке (абразии) берегов и в отложении осадков - терри-

генных, химических и органогенных. Существенные отличия геологи-

ческой работы озёр от морей следующие:

- меньшие масштабы абразии;

- интенсивное развитие во многих озёрах влаголюбивой расти-

тельности, способствующей превращению мелководных участков озёр

в болота;

- большой диапазон минерализации воды – от пресной до рассо-

лов.

Терригенные осадки образуются за счёт разрушения берегов, а

также

приносимого ветром и реками обломочного материала: глыб,

валунов, гальки, гравия, песка, алеврито-глинистых частиц.

Химические осадки в озёрах образуются путём осаждения рас-

творённых в воде соединений - солей; они характерны в основном для

соляных озёр. В озёрах образуются карбонатные соли (кальцит, доло-

мит, сода), галит, калийные соли, гипс ангидрит и др. Органогенные

осадки озёр представлены сапропелями - органическими илами, кото-

рые образовались при накоплении остатков мелких организмов (планк-

тона) и растений, разлагающихся без доступа кислорода.

Процессы абразии наиболее интенсивно происходят у во-

дохранилищ. Переработка берега приводит к смыву береговой полосы

от нескольких десятков до нескольких сотен метров, что заставляет

переносить на новые места

населенные пункты и промышленные

предприятия. Образующиеся в результате переработки берегов мели

затрудняют судоходство.

Защита берегов водохранилищ от переработки заключается в

планировке береговых откосов и посадке на них деревьев и кустарни-

ков; укреплении берегов камнем, бетонными плитами, асфальтовым

покрытием; в устройстве бетонных и свайных стенок у основания бе-

рега.

Болотами называют избыточно

увлажнённые участки земной по-

верхности, характеризующиеся развитием болотной растительности и

образованием торфа.

По условиям питания, характеру растительности и форме поверх-

ности болота подразделяют на низинные, верховые и переходные.

Низинные болота образуются в понижениях рельефа, имеют

плоскую или вогнутую поверхность, питаются атмосферными осадка-

ми, подземными и речными водами. Растительность представлена осо-

кой, хвощами, мхами.

Верховые болота находятся на плоских повышенных участках,

имеют выпуклую поверхность, питаются атмосферными осадками.

Растительность - в основном сфагновые мхи.

По мере накопления в низинных болотах торфа, питание грунто-

вой водой затрудняется и болото переходит в болото переходного ти-

па. Оно характеризуется тем, что наряду с травяно-моховыми расте-

ниями появляется древесная растительность

, представленная ольхой,

берёзой, елью.

Основные отложения болот - торф и сапропель.

Торф представляет собой механическую смесь частично разло-

жившихся растений с бесструктурной гумусовой массой.

3.2.8 Многолетняя мерзлота

В наиболее холодных областях нашей планеты - Антарктиде, Се-

верной Канаде, на северо-востоке России имеются мощные слои мёрз-

лых грунтов, имеющих температуру минус 10 ºС на глубине 500 – 600

метров. Тонкие прослойки льда связывают минеральные частицы меж-

ду собой настолько крепко, что порода становится прочной как бетон.

Под многолетне-мерзлыми породами понимают горные породы

залегающие на некоторой глубине и имеющие отрицательную темпе-

ратуру в течение всего года. В России на долю вечномёрзлых пород

приходится около 50 % всей территории.

Самая верхняя часть земной коры в районах многолетней мерзло-

ты в течение тёплого сезона и временных потеплений оттаивает; она

называется деятельным слоем. Промерзание начинается с поверхно-

сти

и постепенно распространяется в глубину. При этом во влажных

глинистых и пылеватых породах, а также в мелких песках происходит

подсасывание влаги к замёрзшей породе с выделением льда и поднятие

поверхности земли, называемым пучением. В случае препятствия это-

му поднятию в мёрзлой породе возникает давление пучения.

Вследствие пучения может возникнуть на поверхности

бугристый

микрорельеф и произойти деформация зданий и сооружений.

Если в зимний сезон деятельный слой промерзает в пределах всей

мощности, то многолетняя мерзлота называется сливающейся, в про-

тивном случае несливающейся.

В случае, если в пределах деятельного слоя находится вода, то

при промерзании этого слоя она оказывается зажатой между двумя