Предмет и задачи инженерной геологии

2.   Окислы  и гидроокислы -  5% М_ЗК

         Известно 200 минералов. Они включают 30 химических элементов.

3.Карбонаты  –          1,5%М_ЗК

4.Сульфиды  –   40 минералов

5.Галогениды -100 минералов

6.Сульфаты  -300 минералов -  0,1% М_ЗК

7.Соли кислородных  кислот: SO₄ - SiO₃ - PO₄

8.Самородные  химические элементы –30 минералов.

 

Около 40 минералов являются  породобразующими. Они составляют  99% Мзк.

 

По генезису минералы  делят:

1.эндогенные (Силикаты,кварц,оливин…)

2.Экзогенные (гипс, кальцит, глинистые  минералы…)

3.Метаморфические минералы (слюды,  роговая обманка,хлорит…)

     

 

Горные породы.

 

Горные породы -  природные минеральные агрегаты с  устойчивым составом и структурой, залегающие в виде самостоятельных  тел в Земной коре.

Горные породы повторяют системную организацию  минералов на новом уровне.

Состав горных пород – минералы (у минералов  –атомы). Строение горных пород- устойчивые пространственные сочетания минералов ( у минералов геометрическая упорядоченность). Форма горных пород – самостоятельные тела в Земной коре ( у минералов -  правильные многогранники). 

 

 

Магматические горные породы образуются   при  застывании  магмы. Их состав и строение определяются химическим составом магмы, термодинамическими условиями и  динамикой ее охлаждения  в Земной коре.

 

Магматические горные породы определяют по  ассоциации минералов и структуре.

Гранит, например, состоит из    кварца-30%, плагиоклазов-30%, калиевых полевых шпатов-25%, слюд-10%, темноцветных минералов – 5%.

 

По условиям формирования магматические породы делят на интрузивные, эффузивные, пирокластические. Первые образуются на большой глубине, остывают медленно с образованием полнокристаллических структур. Вторые – возникают из магмы в верхних слоях Земной коры при быстром остывании и обладают стекловатыми, порфировыми и скрытокристаллическими структурами. Пирокластические породы   образуются при литификации вулканического пепла.

 

Формы залегании  магматических горных пород   -дайка, силл,  лаполит, лакколит,

шток, батолит. Общие свойства пород - высокая  прочность (300-400 МПа), водонепроницаемость,  инертность по отношению к агрессивным средам,                

нерастворимость, возможна трещиноватость.

 

ОСАДОЧНЫЕ ПОРОДЫ

 

Распространение: масса - 5%  Земной коры. Площадь распространения -  ¾  суши.

 

Механизм  образования: разрушение   - минералов и горных пород на поверхности Земной коры    под действием физических, химических и органических агентов выветривания.

Процесс формирования осадочных пород включает разрушение - перенос-осаждение 

Он определяет состав, форму, размер обломков, их структурную  организацию.

 

Этапы преобразования осадка в горную породу:

Диагенез  - дегидратация, окислительно-восстановительные реакции, кристаллизация солей, уплотнение, цементация.

Катагенез –изменение горных пород  под влиянием факторов среды, удержание

                   равновесия с окружающей средой.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ  ТИПЫ  горных пород:  обломочные, хемогенные, органогенные.

 

Обломочные породы по размерам обломков делят на: грубые, песчаные, дисперсные.

Грубые обломочные породы делят на  угловатые и окатанные (глыба,валун, щебень-галька, дресва-гравий), рыхлые и сцементированные (брекчия, конгломерат, песчаник, алевролит, аргиллит).

Виды природного цемента:  силикатный, карбонатный, глинистый, железистый.

Дисперсные  горные породы состоят из  песчаной, пылеватой и глинистой гранулометрических фракций. Породы определяют по соотношению гранулометрических фракций – гранулометрическому составу (глина, суглинок, супесь).

определяющим  является содержание глинистой фракции  ( глина - > 30%, суглинок -  10-30%, супесь – 3-10%).

 

Хемогенные породы составляют 14% от объема всех осадочных отложений.

 

Образуются  при выпадении солей из концентрированных  растворов (в усыхающих морях  и лагунах, минеральных источниках)  в ходе реакций гидролиза, окисления  – восстановления.

Примеры: гипс, ангидрит, известняк, мергель, глинистые  минералы, пирит, известковый и кремнистый туфы и др.

Прочность   пород зависит от состава и  структуры.

 

ОРГАНОГЕННЫЕ   горные породы  - продукт жизнедеятельности организмов (моллюски, планктон, фораминиферы, микроорганизмы).

Примеры: известняк, известняк-ракушечник, диатомит, трепел, опока и др. 

 

Прочность и  структура  органогенных пород определяются органическими остатками их цементацией.

 

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД.

 

Чаще всего  высокая пористость. Низкая прочность, хорошая водопроницаемость. Структура  пород определяет их прочность и  сжимаемость.

Структуры осадочных  горных пород разнообразны: обломочные, пелитовые, кристаллические, слоистые, зернистые, аморфные, органогенные и др.

ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ  осадочных горных пород.

 

Слой   - геологическое тело, однородная осадочная  горная порода, ограниченная

              2-мя параллельными поверхностями   напластования, имеющий  постоянную

              мощность и большую площадь  распространения. 

Элементы: подошва, кровля, мощность (истинная, вертикальная)

Пласты разделяют  по выдержанности мощности:   пласт - линза – выклинивающийся пласт.

Положение слоев  пространстве: горизонтальное  - наклонное – складка.

 

Сочетание слоев  -несогласие (угловое, стратиграфическое)

ДИСЛОКАЦИИ (деформации): нарушение первоначального  залегания пласта.

Пликативные дислокации:  моноклиналь, складка

Элементы  складки: шарнир–линия общего максимального  перегиба слоев: соевая поверхность, ось, крыло, замок, ядро.

ТИПЫ складок   - прямые, наклонные, лежачие, ветвящиеся.

ЗНАЧЕНИЕ  в инженерной геологии. При деформациях  формируется трещиноватость, увеличивается водопроницаемость, снижается прочность, увеличивается сжимаемость, ускоряется выветривание.

 

ДИЗЪЮНКТИВНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ:  сдвиг, сброс, взброс, горст, грабен.

ЭЛЕМЕНТЫ:  сместитель, крыло – лежач, висячее.

 

МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ПОРОДЫ

Метаморфизм – существенное изменение структуры,  минерального и химического состава горных пород под воздействием глубинных растворов, газов, температуры и давления.

 

Типы метаморфизма. Региональный. Контактовый. Динамо-метаморфизм.

 

Региональный метаморфизм.

Факторы: эволюционный рост температуры и давления на обширных пространствах при прогибаниях Земной коры.

Ряды метаморфизма:

Примеры горных пород: глинистый сланец => филлит=> кристаллический сланец => гнейс.  Известняк => мрамор.  Песчаник кварцевый => кварцит.

 

Контактовый метаморфизм.

Факторы: высокое давление, температура , перегретые газы и растворы на контакте с магматическими телами, внедрившимися в Земную кору.

Примеры. Хлорит, серпентин, диопсид, мрамор, скарн, грейзен.

 

Динамо-метаморфизм.

Факторы. Высокие давления и температура, формирующиеся в зонах интенсивного складкообразования  в Земной коре.

Примеры горных пород. Тектонические брекчии, милониты, глинистые и кристаллические сланцы и др.

Структуры, характерные для метаморфических горных пород: полнокристаллические, зернистые, ориентированные сланцеватые, плойчатые, очковые.

 

Свойства метаморфических горных пород:

• Высокая прочность
• Высокая упругость
• Анизотропия свойств !!
• Сланцеватость
• Возможна трещиноватость
• Низкая устойчивость на склонах.

 

3. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ГОРНЫХ ПОРОД

 

Горные  породы  одного вида   могут  формироваться в разных условиях. 

Например, глина: морская, озерная,  речная. С другой стороны, в  одной  физико-географич. обстановке могут отлагаться породы разного состава, например, в море -   песок, глина, галька, ракушечник.

 

 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ  ТИП ГП: совокупность отложений, образовавшихся  в результате деятельности ограниченной группы геологических  факторов. 
Примеры: речные отложения – работа рек, морские – работа моря.

ГЕНЕЗИС: происхождение  горных пород, т.е. формирование   их   под влиянием ограниченного  набора факторов в ходе  геологических  процессов.

 

Горные породы одного генетического  типа могут обладать сходными свойствами и формами залегания. Изучая распределение генетических типов горных пород в пространстве мы  можем реконструировать  древние ландшафты и дать прогноз распространению типов горных пород и их свойств.

 

Этот методический прием изучения одновозрастных отложений предложил  в 1838г. Аманц_Грессли – Швейц.(1814-1865гг).

Рассмотрим_с_этой_точки_зрения_генетические типы осадочных горных пород.

МОРСКИЕ,m

Состав: галька, гравий, песок, глина. известняк, мергель.

Мощность:                       до n*100 м

Площадь  распространения:   n*100 км

Свойства  :  высокая однородность  прекрасные основания             и строит материалы.

ОЗЕРНЫЕ,l

Состав:               глины, суглинки, супеси.

Мощность:         десятки и n*100 м.

Свойства:           однородные. Выдержанные по площади  пласты.

Могут быть насыщены водой, пластичны. Это снижает их прочностные характеристики

ЭЛЮВИЙ,е

Продукты разрушения коренных пород,  остающиеся на месте.

Состав: неоднородный, слабо-сцементированный  материал.                   

Свойства зависят от состава    исходной горной породы.  

Мощность -  n*m.

Проблема -   неоднородность.

КОЛЛЮВИЙ, с

Продукты выветривания, смещенные  вниз по склону под влиянием силы тяжести.

Состав: глыбы, щебень, дресва.

Распространение: подножия гор.

Особенности: часто обводнены и  неустойчивы.

 

ПРОЛЮВИЙ, р

Пролювию => “промываю”- продукты выветривания горных пород, переотложенные   временными  водными горными потоками.

Состав: щебень, песчано-глинистый заполнитель, далее супеси, суглинки

Мощность: n*10 – n*100 м.

Распространение: cлагают конусы выносов и пролювиальные шлейфы.

Особенности: от вершины конусов к основанию  растет дисперсность и сортировка пород; плохая   сортировка,  слабая окатанность;  обводненность;  неоднородность.

 

ДЕЛЮВИЙ,d

“Смываю” – продукты выветривания, смещенные со склонов дождевыми и   талыми,  снеговыми водами.

 Состав:  дресва, супесь, суглинки, глины.

Распространение:  залегают шлейфами, выклиниваясь вверх  по склону.

Особенности:  неоднородны, часто  обводнены, низкая прочность.

 

АЛЛЮВИЙ,а.

Состав:  глыбы, валуны, галька, щебень, гравий, песок, супесь,  суглинки, глины.

Распространение:  залегают линейно вдоль русел  рек,  заполняют речные долины, От истока к устью обломочный материал постепенно мельчает. Отложения локализованы вдоль течения реки.

Особенности: однородность зависит от  участка  реки, часто обводнены. Худшие условия  для строительства в поймах  равнинных рек из-а водонасыщенности и неодонородности песчано-глинистого материала.

 

ЛЕДНИКОВЫЕ,g

Морены >  n*10m

Состав:     Глыбы, валуны, щебень, песок,   глина, суглинок

Особенности:  хорошее основание.

                         плотность>2 г/см куб,

Проблема:      неоднородность.

 

ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ,fg

Отложения, перемещенные талыми водами за пределы ледников.

Состав:                    галька, песок, супесь, суглинок, глина.

Мощность:              n*10 m.

Распространение:  переферийная область ледников, равнины.

(Лондон-Краков-Киев-Орел-Воронеж-Казань).

Особенность:  высокая сортировка,

Проблема: грунтовые дороги пылят, размокают, налипает грязь.

 

ЭОЛОВЫЙ,v

Отложения сформированные и перемещенные ветром.

Состав: однородный песок.

мощность: от нескольких до  десятков метров.

Распространение: пустыни, побережья  морей.

Проблема. Высокая миграционная способность. Необходимость защиты  промышленных и гражданских сооружений от поглощения песком.