КОНСПЕКТ  ЛЕКЦИЙ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

     Лекция 1. Предмет инженерная геология

 

 

     1.1 Геология как наука

     Геология  наука о Земле, её строении, составе, и истории развития. Она является комплексной наукой, состоящей из различных многочисленных дисциплин:

     кристаллография – учение о кристаллах и кристаллическом строении веществ;

     минералогия – наука о минералах;

     петрография – наука о горных породах;

     динамическая  геология – наука о процессах, протекающих на поверхности и  внутри земли;

     историческая  геология – наука об истории развития земли;

     гидрогеология – наука о подземных водах;

     геоморфология – наука о развитии рельефа земной коры.

     Инженерная  геология – наука, изучающая геологические  процессы верхних слоев земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Основным объектом изучения геологии является литосфера и земная кора. Основоположником геологии является М. В. Ломоносов, В. М Севергин. Мы с вами будем изучать самый значительный для строительства раздел геологии "Инженерная геология" 

     1.2 Задачи инженерной  геологии

     Инженерная  геология изучает природную, геологическую  обстановку местности до начала строительства, а так же определяет и те изменения, которые произойдут в процессе эксплуатации и строительства сооружений. В настоящее время перед проектированием любого сооружения необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания, которые определяют основные задачи проектирования:

     1 Выбор места, наиболее благоприятного  в геологическом, отношении для  данного сооружения.

     2 Выявление инженерно-геологических  условий в целях выбора наиболее  рациональных фундаментов, а также  технологический процесс выполнения  строительных работ.

     3 Рекомендации необходимых мероприятий  по инженерному улучшению выбранной  территории (это: замачивание грунтов, крепление, мелиорация и т.д).

     В настоящий период инженерная геология призвана решать самые сложные

     задачи  при любых условиях строительства.

     Необходимость инженерно-геологического изучения нашей  страны с целью

     обоснования регионального размещения объектов народного хозяйства и правильного освоения новых территорий дополняется также не только требованиями изучения инженерно-геологических условий, а и необходимостью разработки прогнозов развития современных геологических процессов и явлений в целях предотвращения стихийных бедствий.

     Лекция 2 Строение Земли, ее основные характеристики

     2.1 Происхождение Земли

     Вопрос  о происхождении Земли так  и до конца и не выяснен. Существует множество гипотез образования  Солнечной системы, в частности Земли. Познакомимся с несколькими из них. Более 100 лет пользовалась признанием гипотеза Канта-Лапласса, согласно которой Солнечная система образовалась из раскаленной, газо-подобной туманности, вращавшийся вокруг оси, а Земля в начале была в жидком состоянии, а потом стала твердым телом. Но уже в 40-х годах XX века О.Ю. Шмидт выдвинул новую гипотезу происхождения Солнечной системы и Земли, согласно которой Солнце захватило одно из главных скоплений галактики, поэтому планеты образовались из холодных, твердых, пылевидных частиц, вращающихся вокруг солнца. Со временем возникли уплотнения сгустков материи, давшие начало планетам. По Шмидту Земля была холодной. Разогрев недр начался с момента распада радиоактивных веществ и выделение тепла. Следующая гипотеза гласит, что в недрах Солнца протекали ядерные процессы, которые потом привели к быстрому сжатию и увеличению скорости вращения Солнца. При этом образовался длинный хвост, который оторвался и распался на отдельные планеты (гипотеза Фесенкова).  

     2.2 Форма и строение Земли

     

     Рисунок 1 – внутреннее строение Земли  

     Форма Земли близка к шару, но сплюснута  у полюсов. Такую форму называют сфероидом, но в связи с тем, что земная поверхность имеет впадины и горы, её назвали геоидом. Наша планета имеет концентрическое строение и состоит из ядра и оболочек. На поверхности земли находится водяная оболочка – гидросфера и атмосфера. Ядро земли (см. рисунок 1) предположительно имеет силикатный состав с большим содержанием железа. Радиус ядра примерно 3500 км , температура ядра 2000…2500⁰. Промежуточная оболочка – границей является глубина 2900 км (см. рисунок 2). Состоит в основном из кремния, железа, магния. За промежуточной оболочкой, залегает перидотитовая, состоящая из силикатных пород, с преобладанием кремния и магния. Её верхняя часть содержит расплавленные массы. Здесь рождаются сейсмические явления. Наружная часть земли глубиной до 50…70 км, называется литосферой, она является источником минерального сырья.

     Гидросфера – водная оболочка покрывает до 70% земной поверхности. Наибольшая глубина 11521 метров (Марианская впадина). Температура воды зависит от широты и глубины местности. Самая высокая +35,6⁰ в Персидском заливе, самая низкая -2,8⁰ в Ледовитом океане.

     Биосфера – это среда жизнедеятельности организмов и связана с литосферой, гидросферой и атмосферой.

     Атмосфера – окружает землю на высоте 3000 км . Она состоит из 3-х оболочек: тропосфера, стратосфера, ионосфера.

     Тропосфера – приземной слой от 6-ти км до 18-ти км (у экватора). С удалением от поверхности температура резко падает и на высоте 10 - 12 км составляет 50 градусов.

     Стратосфера – следующий слой высотой 80 - 90 км .

     Ионосфера – верхняя часть атмосферы, переходящая на высоте З000 км в межпланетное пространство. Она имеет малую плотность и высокую ионизацию.

     

     Рисунок 2 – строение земли 

     2.3 Тепловой режим  земли

     Земля имеет 2 источника тепла: от солнечной  радиации 99% и энергии, освобождаемой в недрах планеты.

     В верхней части земной коры выделяют три температурные зоны (см. рисунок 3):

     – зона сезонных колебаний;

     – зона постоянной температуры;

     – зона нарастания температуры.

     Изменения в первой зоне определяются климатическими условиями. Общая мощность первой зоны составляет 12-15м. В зимний период возникает подзона, где температура опускается ниже нуля градуса. По мере углубления в недра влияние сезонных колебаний несущественно и на глубине 15…40 метров находится зона постоянных температур, которая примерно равна 15,5 – 13,6⁰. По мере возрастания глубины, определяется 3-тья зона. В этой зоне на каждые 100 метров глубины температура возрастает на три градуса, в сейсмических районах увеличение значительно. Такая закономерность просматривается лишь до определенной глубины, далее изменения изучены недостаточно.  

     

     Рисунок 3 – температурные  зоны земли

     Лекция 3 Основные характеристики минералов

     3.1 Условия образования  минералов

     Минералы – это природные тела, имеющие определенный химический состав и свойства; образующиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. В земной коре содержится до 7000 минералов и их разновидностей, и около 100 из них входят в состав горных пород. Эти минералы называются породообразующими. Минералы образуются в результате разнообразных геологических процессов. Существует 3 процесса образования:

     Эндогенный  процесс – протекает в недрах земли, и минералы рождаются из магмы (силикатного расплава). Магма по мере понижение t, затвердевает. При данном процессе минералы характеризуются большой твердостью, к воде, кислотам.

     Экзогенный  процесс – протекает на поверхности земной коре, где взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера. Образование связано с процессом выветривания и колебаний температур. Такие минералы характеризуются низкой твердостью, и взаимодействием с водой.

     Метаморфический процесс – это перерождение ране образованных минералов под воздействием высоких t и давления, а также магматических газов и воды. Минералы проходят перекристаллизацию, приобретают плотность, прочность. 

     3.2 Строение и свойства  минералов 

     Минералы  могут иметь кристаллическую  структуру или аморфную. Свойства минералов могут быть одинаковыми по всем направлениям, такие минералы называют изотропными. А если свойства разные по различным направлениям – анизотропными. Минералы, обладающие кристаллической решеткой, характеризуются правильной внешней формой. Аморфные минералы характеризуются неправильной формой.

     Морфологические особенности – это различные внешние формы. Формы минералов можно разделить на следующие виды: а)изометрические формы (одинаково развиты во всех направлениях); б)вытянутые в одном направлении (призматические, игольчатые); в) вытянутые в двух направлениях (плоские, листовые, чешуйчатые).

     Все минералы имеют определенные  физически свойства:

     Внешняя форма – в природных условиях чаще всего приобладает неправильные очертания. Хорошо ограниченные и ограненные кристаллы встречаются редко.

     Цвет – условно разделяют на светлые (кварц, полевые шпаты, гипс, кальцит), темные (роговая обманка, авгит и др.).

     Прозрачность  минералов – свойство пропускать свет. Выделяют III группы минералов:

     а) прозрачные (кварц, мусковит).

     б) полупрозрачные (халцедон).

     в) непрозрачные (пирит, графит).

     Блеск – свойство, основанное на отражение света поверхностью минерала. Он может быть металлическим и неметаллическим (стеклянным, жирным, шелковистым).

     Твердость минерала – способность противостоять внешнему механическому воздействий. Каждому минералу присуща определенная твердость, которая ориентировочно оцениваете по шкале Мооса.

     Спайность – способность минерала раскладываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием гладких плоскостей.  Спайность оценивается по следующей шкале:

     а) спайность весьма совершенная –  минерал расщепляется на тонкие листочки (слюда).

     б) спайность совершенная – при  расколе молотком минерал дает обломки, ограниченные правильными плоскостями (кальцит).

     в) спайность несовершенная – на осколках минерала небольшие  гладкие площадки (апатиты).

     г) спайность отсутствует – раскалывание минерала происходит по неопределенным направлениям.

     Излом характеризует поверхность разрыва и раскалывания минералов. Различается излом:

     а) ступенчатый (полевые шпаты);

     б) раковистый (кремень);

     в) землистый (каолинит);

     г) занозистый (роговая обманка);

     д) волокнистый (асбест).

     Минералы  обладают рядом физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом и т.д.

 

 Лекция 4 Геологическая хронология

 

 

     4.1 Определение возраста  горных пород.

     В результате изучения строения земной коры и истории развития жизни  появилась возможность разделить  всю геологическую историю на ряд отрезков времени и составить по данным абсолютного и относительного возраста шкалу геологического времени – геохронологическую шкалу. Геологическая история развития Земли началась с архейской эры. Общий возраст Земли определяется в 5…5.5 млрд. лет.