Пайдалы қазба кенорындарын компьютерлік модельдеу

Кенорындардың геологиялық құрылысын сипаттайтын геологиялық барлау деректері негізінде пайдалы қазбаның құрылысын, қүрамын және қасиеттерін модельдеуге болады.

Геологиялық мсодель мен нағыз нысан арасында айырмашылық болатынын ескерту керек. Өйткені бастапқы деректердің шектеулілігі мен кездейсоқтығына байланысты ең жетік модель дегеннің өзі кенорынға дәл сәйкес келмейді. Пайдалы қазба кенорындарын модельдеуге кенорынды барлау мен игеру процесінде алынған ақпарат негіз болады. Ол сандық көрсеткіштерді ғана емес (қалыңдығы,, пайдалы және зиянды комноненттердің мөлшері, қор және т.б.), сонымен қатар жер қойнауындағы руданың таралу және орналасу заңдылықтары туралы да мәліметтерді қамтиды.

Материалдық модельдер кенорынның қарапайым, дискреттік, аналитикалық және аралас модель түрлеріне бөлінеді. Кенорындардың қарапайым геометриялық модельдері шын кен денелерінің іс жүзіндегі күрделі пішіндерінің дұрыс геометриялық фигуралары - параллепипед, қиық конус пен пирамида, призма, ал көлденең қималарда - параллелограмма мен трапециялар түрінде пайлатылған бейнелері ретінде көрсетілуін қамтамасыз етеді.

Пайдалы қазба кенорындарын сипаттау үшін дискреттік математикалық модельдер кең пайдаланылады. Кенорындарды дискреттік модельдеудің мәнісі мынада: пайдалы қазба мен сыйыстырушы таужыныстар орналасқан кен алаңы микроблоктар қосындылары түрінде беріледі, олардың әрқайсысы үш өлшемді кеңістікте координаталарымен және сапалық белгілер кодымен сипатталады Бұл модельдер цифрлық немесе блоктық деп аталады.

Пайдалы қазба кенорны немесе оның бөлікшесі (блок) көптеген геологиялық көрсеткіштермен (қордың категориясы, руданың типі мен сорты, компоненттердің мөлшері және т.б.) сипатталады. Олар элементар блок ауқымында тұрақты саналады. Геологиялық құрылысты сипаттайтын көрсеткіштердің аталымы, геологиялық немесе техиологиялық блоктардың құрылымдық құрамдастары бойынша таралып, дискреттік модельдегі кодталған ақпарат массиві болып табылады. Кенорындағы микроблоктың орналасуы оның орталық нүктесінің координаталарымен (х, у, z) анықталады. Ол компьютерде есептеу жүргізгенде микроблокты нүкте ретінде қабылдауға мүмкіндік береді.

Цифрлық модельдің конструкциясы мен параметрлері әр түрлі геологиялық жағдайларда және кен-маркшейдерлік ақпараттың әрбір түрінде - ақпаратты даярлағанда және есептеулер жүргізгенде модельдеудің қателігін азайтуға және сонымен қатар жұмыстың қиындығын төмендетуге мүмкіндік беретіндей етіп анықталады. Кенорынның цифрлық моделінің негізгі параметрлеріне оның шекаралары (құрамына кен алаңы кіретін шартты параллелипедтің өлшемдер) мен микроблоктың өлшемдері кіреді.

Цифрлық модельдердің артықшылығы мынада - олар геологиялық ақпарат көздерін интеграциялауды қамтамасыз етеді және бірегей ақпараттық базада кен өнеркәсібінде шешілетін барлық функциялық мәселелерді үйлестіру жүргізуге мүмкіндік береді.

Кенорындардың аналитикалық модельдері аналитикалық функциялар жиынтығы болып табылады. Олар геохимиялық алаңның үш өлшемді кеністігінде белгілі бір геологиялық белгілердің таралуын сипаттайтын жүйелерге бірігеді. Аналитикалық модельдер компьютерде жазу үшін ықшамды, есептеулер жүргізуге қолайлы, бірақ оларды пайдалану кен жатындарының белгілі бір типтерімен шектеледі. Олардың ауқымында таңдалған координаталар жүйелері бір мәнді функциялар болып табылады.

Негізгі әдебиеттер:

Сыздық Бәкіров. Геология негіздері. Алматы: Санат. 1995.

Ершов В.В. Новиков А.А. Попова Г.В. Основы геологии. М. Недра 1986.

Гальперин А.М. Гидрогеология и инженерная геология. М. Недра, 1989.

Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. М. Недра. 1984.

Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Основы геологии Москва 2004г.

Қосымша әдебиеттер:

Кейльман Г. А. Основы геологии. М. Недра. 1991.

Короновский Основы геологии.М. Недра. 19991.

Миловский А.В. Минералогия и петрография. М.. Недра, 1985

Бондарев В.П. Основы минералографии и петрографии. М Недра, 1984

№10 Дәріс. Инженерлік геология негіздері. Тау жыныстары мен техногенді шөгінділердің су- физикалық, физика- механикалық қасиеттері.

Жоспар:

1.Инженерлік геологияның пайда болуы және даму тарихы.

2.Инженерлік геологияның бөлімдері,мақсаттары,дамуының негізгі сатылары,өзге геологиялық ғылымдармен байланысы.

3.Инженерлік геологияның негізгі бағыттары және оның қазіргі заманауи құрылымы.

Инженерлік геологияның пайда болуы және оның алғашқы сатыларында дамуы құрылыспен байланысты болды.Құрылыстық мақсатта тау жыныстарын зерттеу жұмыстары “инженерлік геология” термині шыққанға дейін жүргізіле бастаған.Сондықтан да инженерлік геологияның даму тарихын 2 сатыға бөліп қарастыруға болады.

Бірінші саты-құрылысшылар мен тау инженерлері өз беттерімен әртүрлі құрылыстарға негіз,орта және материал болатын тау жыныстарын танып-білген кез.Тау жыныстарының құрылысқа байланысты қашан зерттеле бастағанын, шамамен болса да көрсету,тіпті мүмкін емес сияқты.Ал ғылыми зерттеулердің басталуы және жинақталған инженерлік-геологиялық сипаттағы материалдарды жүйелеу,яғни инженерлік геологияның даму тарихының алғашқы сатысы XIX ғасырдың алғашқы онжылдығына жатады.Бұл Еуропа,Америка,Ресейдегі өнеркәсіптік капиталазмнің дамуымен байланысты болды.Завод,фабрика,бөгет және басқа да объектілердің құрылысы мүмкіндігінше рациональді түрдегі шешімді талап етті:аз шығындалып,жеткілікті сенімділікті қамтамасыз ету.Ал бұған тау жыныстарын зерттемей қол жеткізу мүмкін емес еді, сондықтан да құрылысшылар зерттеулерге бұрынғы кезге қарағанда көбірек көңіл бөле бастады.Сонымен қатар олардың жұмыстарындағы тау жыныстары грунттар деп аталған.

Жинаған құрылыс тәжірибесін жүйелеу мақсатында және оларды ұқсас жағдайларда пайдалану үшін құрылысшылардың өздеріне грунттардың классификациясын ойлап табуға, олардың ерекшеліктерін сипаттауға,қасиеттерін мінездемелеуге, әртүрлі құрылыс объектілеріне геологиялық үрдістердің әсерін ескеруге тура келді.

Инженерлік геологияның даму тарихының екінші сатысы құрылысқа геологтарды араластырумен байланысты (XIX ғасырдан бастап XX ғасырдың 20-сыншы жылдарына дейін).Бұл уақытта геологтар темір жолдар,бұғаздар және өзге де үлкен құрылыс объектілірін салуда туындаған сұрақтарды шешу үшін тартыла бастады.Құрылысшыларға бағыт-бағдар берген геологтардың ішінде көптеген атақты ғалымдар болды.Мысалы:В.Смит (Англия), Ч.Беркли (АҚШ), И.В.Мушкетов, В.А.Обручев, А.П.Павлов және де т.б.Темір жолдарын салуда трассаның геологиялық құрылысына және оның маңындағы геологиялық үрдістерге көптеп көңіл бөлінді.

Инженерлік геологияның пайда болуы және дамуы.Құрылыспен байланысты сұрақтарды шешкен кезде, топырақ (грунттар) механикасымен зерттелетін тау жыныстарыныңерекшеліктерін білу аз.Құрылысқа дейін, ең жақсы деген аймақтың нұсқасын таңдау кезінде және бір-бірімен бәсекелес нұсқаларды объективті бағалау кезінде сол территорияның геологиялық құрылысы, болып жатырған немесе құрылыс нәтижесінде пайда болуы мүмкін геологиялық үрдістер және гидрогеологиялық жағдайлары сияқты жайттар туралы ақпарат мол болуы керек.Осы сұрақтарды жаңа ғылым – инженерлік геология қарастырады.

Алғашқы рет 1929 жылы Редлих, Кампе және Терцагилердің неміс тіліндегі “Инженерлік геология” атты кітабы жарық көрді, бірақ онда инженерлік геологияның атауының негіздемесі мен методологиялық негізінің мазмұны болмады.

Ғылым ретінде инженерлік геология гидротехникалық құрылыс кезінде электрификация жоспарының жүзеге асуының нәтижесінде қалыптасты.Еділ, Днепр, Еділ-Москва бұғазының бойында гидроэлектростанциялар салуға қатысқан Ф.П.Саваренскийдің, Г.Н.Каменскийдің, Н.Ф.Погребовтың, И.В.Поповтың, Н.Н.Масловтың, М.П.Семеновтың, К.А.Приклонскийдің және тағы да басқалардың жұмыстары инженерлік геологияның пайда болуы мен дамуында үлкен рөл атқарды.Инженерлік геологияның ғылым ретінде қалыптасуына кеңестік кезеңнің ғалымдары:Е.Б.Милановский, Г.Ф.Мирчинк, И.С.Шацкий және т.б. өздерінің үлкен үлестерін қосты.

1929 жылы Ленинградтағы тау институтында, ал 1931 жылы Москвадағы геологиялық барлау институтында инженерлік геология кафедрасы ашылды.1937 жылы Ф.П.Саваренскийдің “Инженерная геология” және М.П.Семенов, Н.И.Биндеман және М.М.Пришиндердің “Методика инженерно-геологических исследований для гидротехнического строительства” атты кітаптар жарық көрді.Бұл еңбектер адамзаттың көзқарасын “инженерлік геология – геологиялық ғылымның жаңа бағыты” деп нақты қалыптастырды.

Сол жылдары Швеция, Норвегия, Германия, Англия, АҚШ және басқа да елдерде кеңінен тараған “геотехника” пайда болды.”Геотехникада” құрылыс объектілерінің тұрақтылығына әсер ететін геологиялық және инженерлік - геологиялық құбылыстардың механика-математикалық анализдерінің әдістері бірінші орында тұрады.Ал геологиялық зерттеулер қосымша рөл атқарады.

1951 жылы И.В.Поповтың “Инженерлік геология” кітабы жарыққа шықты.Бұнда автор былай деп жазады:”Инженерлік геология – адамзаттың инженерлік жұмыстарына байланысты жер қабығының жоғарғы бөліктерінің динамикасын зерттейтін геологияның бір саласы.”

Заманауи ғылымдар сияқты инженерлік геология да дифференциация және синтез үрдістерінің әсерінен дамыды.Дифференциация нәтижесінде инженерлік геологияның үш негізгі бөлімі (үш инженерлік-геологиялық дисциплиналар) қалыптасты: топырақ зерттеу (грунтоведение), инженерлік геодинамика және аймақтық инженерлік геология.Инженерлік геологиядағы синтез үрдісі инженерлік-геологиялық дисциплиналардың бір-бірімен қарым-қатынасы және инженерлік геологияның аралық ғылымдармен байланысы арқылы сипатталады,ол ең бірінші кезекте гидрогеологиямен және тоңзерттеумен, сонымен қатар минералогиямен, астрографиямен, литологиямен, кензерттеумен, геохимиямен тығыз байланысты.

Бірақ, инженерлік геологияның даму тарихы аяқталды деуге болмайды.Қазіргі таңда инженерлік геологияның алдында тұрған сұрақтардың саны артуда.Осыған байланысты “инженерлік геология” терминінің түсінігі де өзгеріске ұшырады.

1944 жылы В.И.Вернандский “ноосфера”- ақыл-ой сферасы туралы түсінікті енгізді.(Мұнда адам алып геологиялық күшке айналды.) Оның сөздері ғылыми-техникалық прогресс дами түскен сайын одан бетер айқындала түсуде.

Келесі мысалдар осы жағдайларды нақты дәлелдеп отыр.1970 жылы тұрғылықты және басқа да инженерлік құрылыстар үшін Жер ауданының 4 -ын қамтыса,2000 жылы бұл көрсеткіш 15 -ға жетті.

Бұның ішінде қалалар ерекше рөл атқарады.

Қала – литосфераның жоғарғы бөлігіне адамның әрекеті белсенді, әрі біркелкі емес болып келетін территория;бұл әрекет 100 және одан да жоғары метр тереңдікте болуы мүмкін.Адамдардың тауға және құрылысқа байланысты жұмыстарының масштабы өзендердің денудациялық жұмыстарының масштабына пара-пар.Адамзаттың өндірістік жұмыстары жыл сайын 10 000 заттардың ығысуына әкеледі (Рябчиков.1973.).Жер бетінде заманауи төрттік қабатпен ортақ еш сипаты жоқ мыңдаған километр куб жыныс үйінділері жинақталады.

Әлемдік темір жол желісінің жалпы ұзындығы 1400 мың километрді құрайды. Темір жол және шосселік жол сеппелеріне салынған жыныстар заманауи өзен жатыстарына сәйкес келеді.

Жасанды су қоймаларының жағалауларының ұзындығы ондаған мың километрді құрайды.

Осы ұзындықтың бойында жағалаулардың белсенді қайта өңделуі жүріп жатады, көшкіндер түзіледі,тұздалу және тығындалу үрдістері жүреді.

Сусепкіш магистральді арналардың ұзындығы 300 мың километрден асады, бұл Жер мен Ай арақашықтығының ¾ -ін құрайды. Мелиоративті және ирригационды құрылыстар ондаған, тіпті жүздеген квадрат километрді алып жатыр.XX ғасырдың аяғында әлемдегі су себілетін жердің ауданы 200 млн.га.-ға жетті. Құрғақшылыққа ұшыраған жердің ауданы да бұдан аз емес. Адам бұл аудандарда Жердің жоғарғы бөлігін құрайтын топырақтың, тау жыныстарының құрамын және су режимін түпкілікті өзгертуде. Адамзаттың литосфераның жоғарғы бөлігіне әсерін дәлелдейтін мысалдар жеткілікті.Олардың барлық инженерлік - шаруашылық жұмыстары бір - бірімен тығыз байланысты және сол сияқты адамның жер қабығына әсерлері де бір - бірімен тығыз байланыста болады. Ал қазіргі таңда “Жердің түрін өзгертетін, табиғаттың алғашқы реңін жоғалтатын” құрылыс және кен өндіру жұмыстары маңызды болып отыр(Вернандский.1944 жыл.). Адамның жер қабығының жоғарғы қабатына белсенді әсері аса ірі территориялардың инженерлік-геологиялық шарттарын зерттеуді және олардың адамның әсерінен ұзақ уақытқа өзгеріске ұшырауын болжауды талап етеді. Бұл жерде инженерлік-геологиялық шарттар дегеніміз – территорияның геологиялық құрылысының, тау жынысының құрамы мен қасиетінің, геологиялық үрдістердің, қатпар және жер асты суларының ерекшеліктері. Біздер бұл шарттарды білмей, адамзаттың жер қабығына жасап жатқан әрекетінен туындайтын инженерлік сұрақтарға рациональді шешім таба алмаймыз.

Қазіргі таңда инженерлік геология жоба жасаушылар мен құрылысшылырды керекті ақпаратпен қамтамасыз етіп қана қоймай, сонымен қатар адам әсер ететін үлкен объект ретінде литосферада жүретін аса күрделі ғылыми проблемаларды шешеді.Инженерлік геология күннен-күнге ноосфера туралы ғылым болып бара жатыр.Қазір инженерлік геологияны геологиялық орта туралы ғылым ретінде қарастыруға болады.

Геологиялық орта дегеніміз – литосфераның жоғарғы қабатын құрайтын тау жыныстары және топырақ. Олар адамның инженерлік – шаруашылық әсеріне байланысты болатын көп компонентті жүйе.Бұлар өз кезегінде табиғи геологиялық үрдістердің өзгерісіне және белгілі бір территорияның инженерлік –геологиялық шарттарын өзгертетін жаңа антропогенді (инженерлік - геологиялық) үрдістердің пайда болуына әсер етеді.

Геологиялық орта мұндай анықтамаға ие болған кезде инженерлік геологияның әр заманауи бөлімі өзінің алдында тұрған талаптарға шешім табады.Оларға мыналар жатады: топырақ зерттеу (грунтоведение), инженерлік геодинамика, аймақтық инженерлік геология, пайдалы қазбалардың кенорындарының инженерлік геологиясы, тау жыныстарының массивтерінің инженерлік геологиясы, инженерлік- геологиялық зерттеулер мен қазбалар.

Негізгі әдебиеттер:

Сыздық Бәкіров. Геология негіздері. Алматы: Санат. 1995.

Ершов В.В. Новиков А.А. Попова Г.В. Основы геологии. М. Недра 1986.

Гальперин А.М. Гидрогеология и инженерная геология. М. Недра, 1989.

Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. М. Недра. 1984.

Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Основы геологии Москва 2004г.

Қосымша әдебиеттер:

Кейльман Г. А. Основы геологии. М. Недра. 1991.

Короновский Основы геологии.М. Недра. 19991.

Миловский А.В. Минералогия и петрография. М.. Недра, 1985

Бондарев В.П. Основы минералографии и петрографии. М Недра, 1984

№11 Дәріс. Тау жыныстары массивтерін инженерлік-геологиялық типтендіру. Кен жұмыстарын жүргізудің геодинамикалық жағдайы.

Жоспар:

1.Топырақтану.Тау жыныстарын танып-білу.

2.Топырақтың қасиетіне минералдық құрамның және органикалық заттардың әсері.

3.Инженерлік геодинамика.

4.Инженерлік-геологиялық үрдістер.

Топырақтану – адамның инженерлік-шаруашылық әрекеттеріне байланысты өзгеретін, кез-келген тау жыныстары мен топырақты көп компонентті динамикалық жүйе ретінде зерттейтін ғылым деп анықталатын термин.Тау жыныстары петрография мен литология арқылы зерттеледі.Бірақ тау жыныстары көп компонентті жүйе болғандықтан, оларға тек қана “грунтоведение” сәйкес келеді.

Нағыз “топырақтанудың” негізгі сипаты – грунттың құрамы, құрылымы және текстурасының сипаты.Тау жыныстарының қасиеттері құрам, құрылым, текстура арқылы олардың генезис үрдісі кезінде қалыптасады және постгенетикалық үрдістер – диагенез, эпигенез және гипергенез әсерінен өзгеріске ұшырайды.Сондықтан да жыныстарды инженерлік – геологиялық бағалау кезінде олардың құрамы, құрылымы және текстурасы, сонымен қатар олардың қасиеттері генезис пен постгенетикалық үрдіске байланысты зерттеледі.

Грунттарды генетикалық бағытта зерттеу – грунтоведениенің методологиялық негізі.Сондықтан да ол геологиялық циклдағы ғылымға жатады. Генетикалық бағытта зерттеу дегеніміз – территорияның геологиялық даму тарихының анализі, оның “геологиялық өмірін” зерттеу.

Тау жыныстарын инженерлік-геологиялық бағытта генетикалық зерттеудің негізінде оның үш топқа бөлінуі жатыр.Олар:магмалық, шөгінді және метаморфты.Бұлардың үшеуі де бір уақытта олардың генезисін және петрографиялық ерекшеліктерін көрсетеді.Тау жыныстарын одан әрі қарай тереңірек генетикалық және петрографиялық түрлерге бөлу – біздерге олардың ерекшеліктері туралы ақпарат беретін мүмкіндік.Ал бұл ақпарат өз кезегінде инженерлік – геологиялық сұрақтарды шешуге көмек болады.

Кейде бір жағдайда түзілген және бірдей геологиялық жасқа, құрамға ие тау жыныстарының бір-бірінен қазіргі кездегі жағдайы және қасиеттері жағынан айырмашылығы болуы мүмкін.Мұндай жыныстар постгенетикалық қайта түрленулерден өткендігімен түсіндіріледі.Бұған мысал ретінде Орыс платформасының Солтүстігі мен Солтүстік-Батысында кеңінен таралған кембрийлік гидрослюдалық саздарды келтіруге болады.Санкт-Петербургта бұл глинаның түрі жоғарғы қабатқа жақын орналасқан.Геологиялық тарих бойында олар екі рет қысқа уақытта шағын қысым көрді.Біріншісі палеозойда – өлшеміне қарай кішісі,(6-7 МПа) бірақ уақытына қарай ұзақ;екіншісі мұзды дәуірде – өлшеміне қарай үлкені (8-9 МПа) ,бірақ уақытына қарай қысқа.Біршама геологиялық уақыт ішінде кембрийлік саздарға қысымның әсері төмендеді, олар гидратацияға ұшырады.Нәтижесінде Санкт – Петербургтағы кембрийлік саздар өздерінің дамуында өзге “аналогтік” жатыстарға қарағанда қалып қойды.Мысалы,Вологда ауданында біршама тереңдікте жатқан және палеозойдан бастап қазіргі уақытқа дейін үздіксіз прогрессивті түрде гравитациялық тығыздалуды көрген кембрийлік саз.Сондықтан да Вологдадағы кембрийлік сазды жатыстар тақтатас іздері бар аргилиттер(табиғи ылғалдылығы – 5 , кеуектілігі – 15 ) болып келеді.Ал Ленинградта олар тығыз пластикалық және қаттылығы орташа (табиғи ылғалдылығы – 14 , кеуектілігі – 30 ) саз болды.(Ломтадзе.1973 жыл.)

Осы мысал тау жыныстарының постгенетикалық үрдістердің әсерінен қатты өзгеріске ұшырайтынын көрсетті.Сондықтан да грунттардың құрамы, құрылымы және қасиеттері олардың генезисі мен постгенетикалық үрдістеріне байланысты.Бұл байланыс олардың ерекшеліктерінің түрленуіне байланысты.Бірақ, олардың әр қайсысы жыныстың генетикалық және петрографиялық түріне байланысты, сонымен қатар қай қасиеттің зерттелуіне байланысты доминантты қасиетке ие болуы мүмкін.

Грунт – бұл көп компонентті жүйе ретінде қарастырылатын кез-келген тау жынысы және топырақ.Тау жыныстарын құрайтын компоненттер:қатты компонент – тау жыныстарының минералды және органикалық бөлігі, сұйық компонент – жыныс тесіктерінде кездесетін табиғи сулар, газтәрізді компонент – жыныс тесіктеріндегі газдар, тірі компонент – тау жыныстарында тіршілік ететін микроорганизмдер.Тау жыныстарындағы компоненттердің үлес салмағын олардың жағдайы мен қасиеттері анықтайды.Мысалы:құрғақ саз үлкен беріктілікке ие, ал суға қаныққан саз ауырлық күшінің әсерінен ағып, кете беруі мүмкін.

Уақытқа байланысты тау жыныстарының өзгеріске ұшырайтынын біз бәріміз білеміз, бірақ, тау жынысын құрайтын компоненттердің үлес салмағы тез өзгерген жағдайда ғана тау жынысы тез өзгеріске ұшырайтынын біз біле бермейміз.

Бұл сипатқа көбіне – көп бөлшектік грунттар ие.Оларда, әсіресе, екі компонент қозғалмалы.Олар:су және ауа.Олардың тесіктерінде су немесе ауаның болу-болмауына (толықтай немесе бөліктеп) байланысты және тірі организмдердің болу-болмауына байланысты грунттар екі, үш және төрт компонентті жүйе құрауы мүмкін.

2.Тау жыныстарын инженерлік-геологиялық танып-білу кезінде олардың құрамындағы көптеп кездесетін және олардың қасиетіне тікелей әсер ететін жыныстүзуші минералдар туралы толық ақпарат білу аса маңызды.Бұған иондық-ковалентті түрдегі ішкі кристалдық байланысы өте жоғары бірінші сатылы силикаттар класы (далалық шпат, оливин, пироксендер, амфиболдар, сонымен қатар шартты түрде оған кварц жатады), иондық байланысқа ие қарапайым тұздар (карбонаттар, сульфаттар, галоидтер), ковалентті,иондық,сутектік,молекулалық байланысқа ие сазды минералдар (гидрослюдалар, монтморилионит,каолинит және т.б.) жатады.Бұдан басқа тау жыныстарының құрамына сутектік және молекулалық байланысқа ие органикалық заттар кіреді.

Минералдардың қасиеттері олардың химиялық құрамының ерекшеліктеріне, ішкі құрылысына және минералдардың ішінде жүретін атомдық, иондық, радикалдық байланыстарға байланысты.Минералдардың қасиеттері, сәйкесінше, оларды қалыптастыратын грунттардың қасиеттерін қалыптастырады.Бұған көптеген мысалдар келтіруге болады.

Көптеген силикаттардың сығылуы атомдардың химиялық байланысының табиғаты мен кристалдық тордың құрылымдық түріне байланысты.Минералдардың құрылымындағы атомдар қабығының тығыздық шамасының артуы олардың сығылуын төмендететіні анықталып отыр.Міне, сондықтан да оливин тобындағы минералдар кварц және дала шпатына қарағанда сығылымының төмендігімен ерекшеленеді.Оливин тобындағы минералдарға кремнекислородты тетраэдрлі қабаттың жоғарғы тығыздығы тән, ал кварц пен далалық шпатқа төменгі тығыздық тән.

Инженерлік геодинамикада халықшаруашылығы мақсатында игерілетін аймақты бағалау кезінде, инженерлік құрылыс (гидротехникалық және су сепкіштік құрылғы, жол және құбыр, өнеркәсіп объектілері және тұрғылықты аймақ,шахталар және терең карьерлер, жер асты мұнай қоймалары, газ қоймалары, су қоймалары және т.б.) салуда маңызы зор заманауи геологиялық үрдістер, сонымен қатар территорияның геологиялық қалыптасуына өзіндік үлес қосқан ежелгі геологиялық үрдістер қарастырылады.Геологиялық үрдістер туралы ақпараттар табиғатта адамның әсерінен болып жатырған өзгерістерді алдын-ала көру үшін, сонымен қатар олардың қоршаған ортаға әсерін бағалау үшін керек.

Халықшаруашылық мақсатта белгілі-бір аймақты бағалау кезінде инженерлік геология саласында жұмыс істейтін геолог сол территорияда қандай өзгерістер болатынын көрсетуі керек.

Жеке жобаларды жасаған кезде,әсіресе, ірі инженерлік құрылыстарды жобалаған кезде бұдан асқан қатаң талаптар қойылады:геологиялық үрдістердің жобаланған объектіге әсерін жорамалдау керек.Бұл кезде жорамал геологиялық үрдістердің уақытқа және кеңістікке байланысты интенсивтілігін көрсетуі қажет.

Тек қана дұрыс жорамал жасалғанда,инженерлік-геологиялық ерекшеліктер ескерілгенде ғана объект дұрыс жобаланады,адамдардың қауіпсіздігі сақталады.

Инженерлік құрылыстар тек қана инженерлік-геологиялық жағдайларға қарап қоймайды, сонымен қатар олар эканомикалық тәуелділікте болады.Сонымен қатар құрылыс объектілерін табиғи апатты жағдайларға қарай бейімдеп салу керек.Табиғи апатты жағдайларға мысал ретінде мыналарды келтіруге болады:жер сілкінісі, сел ағыны және т.б.Өзен аңғарының профиліне қарама-қайшы орналасқан жер қабығының заманауи тектоникалық қозғалысы бөгет салуда кедергі болады.Тау жыныстарының жел әсерінен шөгілуі сол жерде орналасқан құрылыстың (канал, карьер, темір жол)берік тұру уақытын қысқартады.

Осы жағдайларды ескере отырып, жұмыс барысында барлық геологиялық үрдістерді зерттеу қажет.

Егер инженерлік құрылыс объектісі табиғи жағдайлармен үндесіп тұрса тіптен жақсы.Мекеме,канал, карьер, тоннель тұрғызу,орман кесу,тың жерлерді игеру әртүрлі геологиялық өзгерістерге әкеліп соқтырды.Адамның әрекетінен туындаған үрдістер – антропогенді үрдістер.

Инженерлік геология эндогенді де, экзогенді де үрдістерді қарастыра береді. Инженерлік геологияның бастапқы даму сатысында экзогенді үрдістерге көбірек, ал эндогенді үрдістерге азырақ көңіл бөлінді. Қазіргі кезде эндогенді үрдістер өздеріне көбірек қаратуда, себебі үш жағдай анықталды.

Біріншіден, эндогенді үрдістер аса маңызды көлемде инженерлік-геологиялық шарттарды қанағаттандыра алады.Мысалы, заманауи эпейрогеникалық қозғалыстың масштабы мен интенсивтілігін көптеген әлем аймақтарынан анықтауға болады.Голландия территориясы төмендеу сатысында тұр;бірнеше ғасырлар бойы голландықтар төніп келе жатырған теңізбен күресуде.Севастополь ауданында құрлықтың төмендеуі гректердің ежелгі Херсонеса қаласының суға батып кетуіне және Севастополь бухтасының түзілуіне әкеліп соқты.Керісінше, Бакудегі құрлықтың көтерілуі соңғы жүзжылдықта 16 метрге жетті.

Сейсмикалық белсенді аудандарда территорияның сейсмикалылығын бағалау – инженерлік-геологиялық шарттарды анықтау кезіндегі негізгі талап.

Екіншіден, эндогенді үрдістер экзогенді үрдістердің дамуына әсер ете алады.Мысалы:таулы аймақтардағы жер сілкінісінен опырылымдар (обвал) түзіледі, ал платформалардың жеке бөліктерінің көтерілуіне әкелетін эпейрогендік қозғалыстар эрозия үрдісінің белсенді дамуына, көшкіндердің түзілуіне,өзен арналарының төмендеуіне әсер етеді.Волга даласындағы Ульяновсктан басталып Волгоградқа дейін созылған көшкінді осыммен түсіндіруге болады.Аталған территория төрттік период кезінде көтеріліп тұрды.Волганың оң жағалауы асақалың саздан құралғандықтан,оның бір жағы эрозияға ұшырап отырды, ал бұл өз кезегінде үлкен көшкінді туғызды.

Үшіншіден, эндогенді үрдістер адамның әсерінен туындауы мүмкін,яғни инженерлік-геологиялық үрдістердің ішінде экзогенді үрдіс көптеп кездескенімен,аздап болса да эндогенді үрдіс те кездесуі мүмкін.Мысалы:сейсмобелсенді аймақта жасанды жолмен салынған су қоймаларының әсерінен туындаған жер сілкінісі, үлкен жарылыс кезіндегі тау жыныстары массивтерінің ығысуы және тағы да сол сияқтылар.

Жеке аудандардағы геодинамикалық жағдайды бағалаған кезде климат жағдайларын,геологиялық үрдіс өтіп жатырған аймақтың ендік және бойлық зонасын ескеру қажет.

Инженерлік-геологиялық шарттарды бағалауда заманауи және ежелгі геологиялық үрдістерді зерттеу үлкен рөл атқарады.Бұлар палеогеодинамикалықжағдайды туындатады және белгілі бір территорияның геологиялық құрылысына,рельефіне тәуелді болады.

Бұны келесі мысалдармен дәлелдейік.

Инженерлік-геологиялық (антропогендік) үрдістер мен құбылыстар дегеніміз – инженерлік құрылыстар мен геологиялық ортаның байланысуының әсерінен туындаған үрдістер мен құбылыстар.

Адамның инженерлік әрекеттерінен туындаған құбылыстар алуан түрлі.Олардың классификациясы әртүрлі принциптерге байланысты құрылуы мүмкін.Олардың бірі – адам әсер ететін әртүрлі құрылыс кезіндегі тереңдіктерді есептеу.

Егер де олардың кемшіліктері уақытында ескерілмесе және болжамы дұрыс жасалмаса, онда инженерлік-геологиялық үрдістер де геологиялық үрдістер сияқты құрылыстардың беріктілігіне қауіп төндіруі мүмкін.

Аймақтық инженерлік геология.

Аймақтық инженерлік геология инженерлік-геологиялық шарттардың таралуы мен түзілу заңдылықтарын зерттейді.Территорияның инженерлік-геологиялық шарттары дегеніміз – территорияны инженерлік-шаруашылық мақсатта игеруде анықталатын геологиялық факторлардың жиынтығы.Оларға мыналар жатады:геологиялық құрылыстар (және тау жыныстары), рельеф, гидрогеологиялық шарттар,геологиялық және инженерлік-геологиялық үрдістер.Инженерлік-геологиялық үрдістер адамның іс-әрекеті әсерінен туындайды, сондықтан да қазіргі таңда инженерлік-геологиялық шарттар тек қана табиғатта болып жатырған үрдістердің әсерінен емес, сонымен қатар адамзаттың инженерлік және шаруашылық мақсатта жасаған әрекеттерінен пайда болады.Қазіргі таңда инженерлік-геологиялық шарттар мен адамның әрекеттерінің арасындағы байланыс туралы айтуға болады.Бұл екеуі бір-бірінің өзгерісіне тікелей әсер етеді.Ал бұл мәселелерді аймақтық инженерлік геология қарастырады.Осыдан, инженерлік-геологиялық шарттардың өзгерісін болжау – инженерлік геологияның негізгі мақсаттарының бірі екенін білеміз.

Геологиялық даму тарихы бірдей немесе бірдей табиғи-климаттық аймақтағы инженерлік-геологиялық шарттар бірдей болады.Егер салыстырылып жатырған территорияның геологиялық даму тарихы екі түрлі болса немесе олар екі түрлі табиғи-климаттық аймақта орналасса, онда олардың инженерлік-геологиялық шарттары ұқсамай екі түрлі болады.Осыдан мынадай түйін жасауға болады:территорияның инженерлік-геологиялық шарттары сол территорияның геологиялық даму тарихын зерттегенде ғана білуге болады, әсіресе, қазіргі таңда.Аймақтық инженерлік геология территорияны зерттеген кезде тарихи геологияға сүйенуі керек.Нақтылап айтсақ, территорияның геологиялық даму тарихын сараптамадан өткізгенде тектоника, палеогидрогеологиядағы сұрақтарға көптеп көңіл бөлу керек.

Егер қызықтыратын территорияның геологиялық, гидрогеологиялық, геоморфологиялық және т.б. карталары болса, сонымен қатар оның геологиялық даму тарихы зерттелсе, онда аймақтық инженерлік геологияның алдында тұрған жұмыстар біраз жеңілдейді.Бұл үшін инженерлік геологияның екі бөлімінде – грунтоведение мен инженерлік геодинамикада қарастырылған мәселелерді біріктіру керек.Басқаша айтқанда, территорияда болып жатырған геологиялық үрдістерді рельефтің геологиялық құрылысын, гидрогеологиялық және ландшафты-климаттық шарттарын зерттеп барып қарастыру керек.Сонымен қатар бұның барлығы тарихи сипатта болуы керек.Бұл кезде тектоника, палеоклимат, денудация және аккумуляция үрдістері бір уақытта қарастырылады.

Ал керекті карталар қолда болмаған кездерде аймақтық инженерлік геологияның алдында үлкен қиындықтар туындайды.Бұл жағдайда инженер геологтарға қарастырылатын сұрақтарға жауап іздеуден басқа, қосымша зерттеу жұмыстарын жүргізуге тура келеді.

Инженерлік-геологиялық зерттеулердегі тереңдік адамзаттың мүмкіндігімен анықталады.Қазіргі таңда фундаментті салу, шахталар,туннельдер,карьерлер қазу тереңдіктері артуда, сәйкесінше , аймақтық инженерлік-геологиялық зерттеу тереңдігі де артып отыр.Аймақтық инженерлік-геологиялық зерттеулердің тереңдігі геологиялық ортамен тығыз байланысты.Бірақ барлық жағдайларда да территорияны пайдаланудың алдағы уақыттағы перспективасын ескеру қажет.

Бұған қоса аймақтық (зоналық) инженерлік-геологиялық факторлар зерттеледі.Зоналық инженерлік-геологиялық факторлар дегеніміз – геологиялық үрдістердің даму заңдылықтары мен жер қабығының жоғарғы бөлігінде жататын тау жыныстарның жағдайларының өзгерісі.Бұлар ең алдымен, жылуалмасумен, ылғалалмасумен, климатпен байланысты.Зоналық инженерлік-геологиялық факторлардың есебін жүргізу үшін оның (территорияның антропогендегі және қазіргі таңдағы даму тарихы) тарихын білу қажет.

Нақты территорияны инженерлік-геологиялық тұрғыда зерттегенде аймақтық факторларды ескеру өте маңызды.Себебі бұл факторлар территорияның инженерлік-геологиялық ерекшеліктерін айқындайды.

Негізгі әдебиеттер:

Сыздық Бәкіров. Геология негіздері. Алматы: Санат. 1995.

Ершов В.В. Новиков А.А. Попова Г.В. Основы геологии. М. Недра 1986.

Гальперин А.М. Гидрогеология и инженерная геология. М. Недра, 1989.

Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. М. Недра. 1984.

Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Основы геологии Москва 2004г.

Қосымша әдебиеттер:

Кейльман Г. А. Основы геологии. М. Недра. 1991.

Короновский Основы геологии.М. Недра. 1991.

Миловский А.В. Минералогия и петрография. М.. Недра, 1985

Бондарев В.П. Основы минералографии и петрографии. М Недра, 1984.

№12 Дәріс. Кен орындарының пайдалы қазбаларын шығару кезіндегі физикалық-геологиялық және инженерлік-геологиялық құбылыстар.

Жоспар:

1. Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының негізі.

2. Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының мазмұны мен талаптары.

3. Кен орындарының геологиялық құрылысы.

4. Кен орындарының гидрогеологиялық шарттары.

5. Геологиялық ортаны тау-кен өндіру өнеркәсіптерінің бұрыс әсерлерінен қорғау.

6. Пайдалы қазбалардың кен орындарының генетикалық және өндірістік түрлері.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясы инженерлік геологияның жаңадан жақсы дамып келе жатырған бөлімі (ғылыми бағыты) болып табылады.Ол тау-кен өндіретін өнеркәсіптердің тиімді жұмысын қамтамасыз етеді және ауыл шаруашылығының негізгі, маңызды бағыттарының дамуына үлес қосады.Инженерлік геологияның бұл бөлімінің мазмұнының ауқымы өте кең.Олар: геологиялық сұрақтар және пайдалы қазбалардың кен орындарын (кен, көмір, мұнай, газ, таухимиялық шикізат, минералды тыңайтқыш, ) игеру кезінде туындайтын практикалық тапсырмалар.

Пайдалы қазбалардың кен орындарын инженерлік-геологиялық зерттеудің негізгі талаптары: оларды өндірістік бағалаудың, ашу түрлері және жоспарлау жүйесінің, карьерлер конструкциясы және жер асты қазбаларының, құрылыс және тау жұмыстарының өндіріс жоспарларының, карьер беткейіндегі,кертпеш қиябетіндегі, жер асты қазба және үйінділеріндегі тау жыныстарының тұрақтылығының бағалаудың нақты геологиялық негіздемесі; геологиялық ортаны рациональді қолданудың және оны тау өндірісінің бұрыс әрекеттерінен қорғаудың инженерлік-геологиялық негізінің қазбасы; инженерлік-геологиялық зерттеулердің принциптерінің және әдістерінің, сонымен қатар кен орындарын барлаудың барлық сатыларында және қазу кезінде, қолайсыз геологиялық үрдістер туындауын болжағанда және адамға тиімді бағытта игеруде оларды жоспарлау.

Қарастырылып жатырған инженерлік геологияның бөлімінің зерттелу объектісі болып, барлық геологиялық объектілер сияқты, геологиялық орта болып табылады; құралдары – шахталарды, карьерлерді тасымалдау мен салудың геологиялық шарттары және тау жұмыстарының өндірісі, яғни геологиялық ортаның функционалдық жүйесі – құрылыстар және инженерлік жұмыстар; талаптары – қолайсыз геологиялық үрдістер мен құбылыстардың туындауы мен дамуын бағалау және болжау,оларды басқарудың әдіс-тәсілдерін табу; әдістері – инженерлік геологияның жалпы ғылыми және арнайы әдістері.

Бұның барлығы қарастырылып отырған бөлімнің ғылым ретінде инженерлік геологиядағы жеке даралығын айқындайды.Бұған қоса ол инженерлік геологияның мағызды бөлігі, оның ғылыми әдістеріне бағынады.Бұл өз кезегінде адамның ісіне және өміріне, құрылыс пен территорияның сақтығына қауіп төндіретін шарттардың, геологиялық үрдістердің, құбылыстардың пайда болуына жауап беретін геологиялық зерттеулер әдістерінің жиынтығы. Оның ішінде үрдістер мен құбылыстарды инженерлік-геологиялық сараптаудың әдістері, оларды бағалау және бақылау аса маңызды.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының барлық сұрақтары бірдей қарастырылмаған және зерттелмеген.Қазіргі таңда басты көңіл қатты пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясына бөлініп отыр.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының алдында, барлық инженерлік геологияның алдында секілді, үлкен жаңа проблема туындады.Оның мәні мынада: геологиялық ортаны рациональді пайдалану және оны тау-кен өндірісінің бұрыс әсерінен қорғауға байланысты нақты талаптар қарастыру.Бұл проблеманы зерттеу жүріп жатыр, алғашқы оң нәтижелер алынуда, алайда көп сұрақтар арнайы қарастыруды талап етіп отыр.

Тау жыныстарының, территорияның инженерлік-геологиялық шарттарының, кенорындарының, геологиялық ортаның қасиеттерін бағалау және олардың табиғи, жасанды факторлардың әсерінен өзгерісін болжау инженерлік-геологиялық зерттеулердің басты талабы болып келеді. Практикада кен орындарын барлау мен оларды игерудің арасында үлкен айырмашылық бар екендігі дәлелденіп отыр.Сондықтан шахта, карьер, тау жұмыстары өндірістерін жобалау кезінде қосымша зерттеулер – кен орындарында (алынулар) изыскания жүргізіледі.Бұл мысал барлау кезінде (тау-кен тасымалдау жұмысы үрдістері кезінде сияқты) инженерлік-геологиялық талаптардың толық шешілмейтіндігін дәлелдейді.Тау-кен өнеркәсібінің инженерлік қызметі пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының арнайы мамандарымен қамтамасыз етілмеген.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының жаңа ғылыми бағыт ретіндегі негізгі талабы: геологиялық орта деп саналатын функционалды жүйені қарастыратын жалпы теорияны қалыптастыру.Бұл жүйенің функционалды шарттарын зерттеу мынаны жобалайды: құрылыс, шахта мен карьерлерді салу және тау-кен жұмыстарының қауіпсіздігін қамтамасыз ету.

Тау жыныстары табиғи жатыс кезінде тепе-теңдікте болады.Шахталар мен карьерлер салу кезінде бұл тепе-теңдік көптеген себептермен жиі бұзылады.Осыған байланысты түрлі-түрлі геологиялық үрдістер мен құбылыстар пайда болып, дамиды.Яғни, бұл әр түрлі көлемдегі тау жыныстары массаларының бұзылуы, деформацияға ұшырауы, қозғалуы және жылжуынан көрініс табады.Жер асты жұмыстары мен карьерлерде су ағындарымен және фильтрациялық деформациямен, ал көп жылдық тоң басқан аудандарда тоң басу комплексінің құбылысымен сипатталады.Сонымен қатар фильтрациялық деформация мен тоң басу комплексінің құбылысы тау жынысы массасының жылжуына әкеліп соғады.

Жер асты және карьер қиябетіндегі тау жыныстары массасының жылжуы мен қозғалу механизмі, табиғаты аса күрделі.Оларды сан қырлы зерттеу, сонымен қатар даму заңдылықтарын, болжаудың әдістерін жасау және игеру – пайдалы қазбалардың кен орындарын инженерлік-геологиялық зерттеудің негізгі талаптарының бірі.

Пайдалы қазбалардың кен орындарын игеруге байланысты түрлі геологиялық сұрақтарды инженерлік аспектте зерттейді және бағалайды, ал геологиялық өзгерістердің болжамын құрылыстар (шахталар, карьерлер және т.б.) салу және инженерлік шаралар өткізу барысында құрастырады.Бұның өзінде инженерлік-геологиялық зерттеулер кен орындарының игерілу сатысына қарай бөлек аймақта, шахта және карьер алаңдарында, олардың бөліктерінде және шахталар мен карьерлердің өзінде өткізіледі.

Пайдалы қазбалардың кен орындарын жобалау және жасау кезінде инженерлік геологияға үлкен талаптар қойылады.Тау-кен жұмыстарының одан әрі қарай тереңге кетуі, қиын шарттармен бірнеше кен орындарының жасалуы, құрылыс салынған территорияда (кей жағдайларда сумен толтырылған) жер асты қазбасы арқылы жұмыстың аяқталуы, сонымен ашық әдіспен инженерлік жұмыстардың жүргізілуі инженерлік-геологиялық шарттардың зертелуін өзге қырынан қарауды талап етті. Бұдан басқа тау жыныстарының қысымын, тау қиябеттері мен қазбалары массаларының тепе-теңдігін есептеп бөлу үшін; тау қысымын, құрылыс негізі және кентірек (целик) беріктілігі мен тұрақтылығын анықтау үшін; қорғаулы инженерлік шараларды жобалау үшін негізделген есептік схемалар; тау жыныстары қасиеттерін, көкжиектер мен аймақтар, кешендер сулылығын көрсететін есептік көрсеткіштер; олардың түрлі қысымда, уақытта өзгеруі және тау жыныстары қасиеттерінің жұмыс істеу шарттарына байланысты анизотропты, біртекті емес болуы туралы мәліметтер қажет. Сонымен қатар бұл ақпараттар есептеуде, пайдалы қазбалар кенорындарында қазу жұмыстарында жаңа әдіс-тәсілдерді пайдаланғанда қолданылады.

Көп жағдайда кен орындары суға толғандықтан қазбаларға да біршама су ағындары келеді. Сондықтан да сулы көкжиектерді, аймақтарды және кешендерді алдын ала жүйелі түрде кептіру керек. Тау қазбаларындағы тау кендерінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін және тау жұмыстарын қауіпсіз жүргізу үшін қолданылатын мұндай мәжбүрлі шаралар жер асты суларының тепе-теңдігін жиі бұзады, тұрғылықты аймақтарды немесе өндірістік және ауылшаруашылық өнеркәсіптерін сумен қамтамасыз ету шарттарын жоққа шығарады және олардың ресурстарын азайтады. Сондықтан да пайдалы қазбалардың кен орындарының сулылық, газдылық, геотермиялық шарттарын зерттеу мен бағалау, ал көпжылдық тоң басу аудандарында – тоңдық құбылыстар инженерлік-геологиялық зерттеулердің маңызды жұмыстары болып табылады.

Тау-кен кәсіпорындарының құрылысы және тау-кен тасымалдау жұмыстары үнемі қоршаған ортаның, жер үсті рельефінің, территория мен құрылыстың өзгеруіне, су қоймаларының, өзендердің, жер асты суларының және т.б. ластануына әсер етіп отырады. Сол себепті территорияның инженерлік-геологиялық шарттарының өзгерісінің болжамы мен бағасы , оларды рациональді түрде пайдалану және тау-кен өндірісінің зиян нәтижелерінен қорғау, олардың рекультивациясы бойынша жобаларды геологиялық негіздеу – пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының басты талаптарының қатары.Сонымен бірге бұл проблемалар қатарына тау-кен өндірісінің бос жыныстарының (пайдалы копоненттерінен айрылған) үінділері мен гидроүінділерінің рациональді қозғалысына, олардың тұрақтылық бағасы мен болжамына, жанасқан территорияның зиянды әсерлерінен қорғалуына байланысты сұрақтар қосылады. Бұған қоса тағы да бір маңызды сұрақ – жұмыс жасалған кен орындарында немесе олардың жеке бөлігінде түрлі қолданыс объектілері үшін тау-кен қазбаларын пайдалану мүмкіндігі. Мұнда түрлі қолданыс объектілері – қоймалар, гараждар, өндірістік кен орындары және тағы да басқалар.

Қатты пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының мазмұны мен талаптары басты орында. Ол үлкен ғылыми мазмұнға және практикалық мағынаға ие.Кен орындарының инженерлік геологиясындағы пайдалы қазбалардың кен орындарын игеруге байланысты туындайтын ғылыми, методикалық, өндірістік проблемалар мен сұрақтарды шешу үшін (оның өзге де бөлімдерінде сияқты) мынадай әдістер кеңінен қолданылады: геологиялық (тарихи-жаратылыстық сараптама), геологиялық сияқты, тәжірибелік, модельдеу, статистикалық мүмкіндік және есептік-теориялық.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының дамуын атап отырып, гелогиялық құрылысты, кен орындарының гидрогеологиялық шарттарын, грунттардың физика-механикалық қасиеттерін, құбылыстардың геологиялық үрдістерін және тау-кен өндірісінің теріс әсерінен геологиялық ортаны қорғауды зерттегендегі көптеген маңызды және қиын сұрақтардың шешілмегендігін де айтып кетуіміз керек.

Сонымен, мазмұн мен талаптарды қамтитын негізгі сұрақтарды зерттеумен және қарастырумен тоқталайық.

Кен орындарының құрылысы.Кен орындарының инженерлік-геологиялық шарттарын оларды ашқаннан кейін ғана зерттеуге болады, яғни алдын ала бөлшектеп барлағанда және қазғанда.Нақты осы сатыларда инженерлік-геологиялық зерттеулер геологиялық барлау жұмыстарының міндетті құрама бөлігі болуы қажет.Сонымен қатар алдағы уақытта кен орындарын инженерлік мақсатта геологиялық зерттеудің бөлшегі болуы керек.Осыған сәйкес кен орындарының инженерлік-геологиялық зерттелуі геологиялық құрылыс (cәйкесінше, геологиялық барлау жұмыстарының сатылары) толығымен талданып, зерттелгенде ғана басталады.

Геологиялық материалдар кен өндіретін аудандарда, бассейндерде, кен белдеулері мен аймақтарда, бөлек кен орындарында, шахталарда және карьерлерде көптеп кездеседі.Олардың кейбіреулері көрсетілген, бірақ біршамасы геологиялық қорларда сақталған.Қазіргі таңда пайдалы қазбалардың кен орындарына байланысты генетикалық, минерологиялық, петрографиялық, стратиграфиялық, құрылымдық-тектоникалық және т.с.с. сұрақтарды қамтитын монографиялар, кітаптар, сілтемелер кездеседі.Кен орнының геологиялық жақтарын қамтитын материалдар, сонымен қатар, баяндама және мақалаларда кездесіп жатады.Жалпы айтқанда, пайдалы қазбалардың кен орындарының геологиялық құрылысы (әсіресе, барланған және қазылған аймақтар) жақсы зерттелген.

Әйткенмен де инженерлік-геологиялық зерттеулердің алдында тұрған кейбір сұрақтар өз шешімдерін таба алмай отыр.Мысалы: барлық уақытта кен орындарының аршылымын (вскрыша) (немесе кенді және көмірлі қыртыстардың петрографиялық ерекшеліктерін, таралу және жатыс шарттарын туғызатын ) түзетін қабаттардың геологиялық қиындысы түбегейлі зерттеле бермейді.Әдетте сандық мағынада тау жыныстарының жарылу дәрежесі, желдетілуі (выветривование) және тағы да басқа құрылымдық-петрографиялық, құрылымдық-тектоникалық ерекшеліктері жеткілікті түрде зерттеле бермейді.Кен орындарының инженерлік-геологиялық зерттеулерінің алдында тұрған тағы да бірқатар сұрақтар бар.Олар: кен орындарын қазбалауды және аршу шарттарын, тау қазбаларының беріктілігін бағалау, таулық құрылыстардың жобаларының негіздемесін құру.

Кен орындарының гидрогеологиялық шарттары.Жер асты сулары – кен орындарының инженерлік-геологиялық шарттарының маңызды элементі.Көптеген кен орындарында олардың үлесі басқа элементтерге қарағанда көбірек.Сондықтан, кен орындарын кептіргенде, жер асты суларының зиянды әсерімен күрескенде көптеген жұмыстар жасауға, көптеген заттар жұмсауға, біршама еңбек етуге тура келеді.Осыған байланысты кен орындарының сулану шарттарын, қазба жұмыстарын бағалау әдістерін, тау қазбасына жер асты суларының ағуын зерттеу керек болса, тау қазбаларын зиянды әрекеттерден қорғау мақсатында техникаларды құрастыру қажет.

Осының нәтижесінде көптеген кен орындарының гидрогеологиялық шарттары олардың инженерлік-геологиялық шарттарына қарағанда толық зерттелген.Міне, гидрогеологияда осылай “Пайдалы қазбалардың кен орындарының жер асты сулары” немесе “Пайдалы қазбалардың кен орындарының гидрогеологиясы” атты атауға ие жаңа бөлім пайда болды.Бұл бөлім қазіргі таңда мықты теориялық және әдістемелік базасы бар кен орындарының инженерлік-геологиялық шарттарын зерттеумен айналысады.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының жер асты суларын сипаттайтын мәліметтер кең көлемде және үздіксіз толықтырылып келеді.Кен орындарының жер асты суларын, олардың түзілу заңдылықтарын, динамикасын, режимін, бақылану әдістерін сипаттауға арналған біршама капиталды жұмыстар бар.Көптеген мақалалар әдістемелік сұрақтарға (әсіресе, кенді және көмірлі кен орындарының кептірілу әдіс-тәсілдері мен шарттарына қатысты сұрақтар) құрылған.

Сондықтан, пайдалы қазбалардың кен орындарының гидрогеологиялық шарттарының зерттелу дәрежесі жалпы жеткілікті түрде жоғары деуге болады.Әйтсе де, көп жағдайда бұл зерттеулер кен орындарын кептіруге арналған сұрақтарды шешуге бағытталған.Сонымен қатар барынша зерттелді деуге болмайтын сұрақтар бар.Олар: кен орындарын түзетін тау жыныстарының қасиеттерінің өзгеруіне, түрлі геологиялық құбылыстар (сәйкесінше тау қазбаларының беріктілігіне әсер ететін) мен өзге құрылыстардың дамуына әсер ететін жер асты сулары.Осы жерде инженерлік геология мамандарының бір қателігін айта кеткен жөн болар. Ол: біздердің міндетімізге кірмейді (яғни, бұрынғы кезде тарихи жағдайда істеп жүргендей жасайды) деп, кен орындарының жер асты суларын зерттемеуі.Енді шахталар мен карьерлердің, тау-кен жұмыстарының жобаларын геологиялық негіздеу үшін басқаша қадам қажет.

Тау жыныстарының физика-механикалық қасиеттері.Аршу әдісі мен қазу жүйесі, тау қазбасының конструкциясы, олардың беріктілігі, үңгілеу жылдамдығы, үйінді беріктілігі және тағы да сол сияқты пайдалы қазбалардың кен орындарын игеруге қатысты сұрақтар маңызды дәрежеде оларды құрайтын тау жыныстарының қасиеттерімен анықталады.Сондықтан да тау жыныстарының қасиеттерін бағалауға және зерттеуге әрқашан мол көңіл бөлініп отырған.Әсіресе, мұндай зерттеулер соңғы 20-25 жылда (тау-кен жұмыстары терең жерлерде, қиын инженерлік-геологиялық шарттарда, жиі ашық әдіспен жүргізілген кезде) жүргізілген.

Нәтижесінде көмірлі бассейндер мен кенді аймақтар, жеке кен орындары туралы аналитикалық материалдар жинала бастады.Бұл материалдар жүйеленген, өңделген және жалпыланған.

Тау жыныстарының қасиеттерін зерттегенде зертханалық (жиірек) және далалық (сирек) әдістер қолданылады.Сондықтан кең көлемдегі аналитикалық материалдардың өздері де толық емес болып жатады, тау жыныстарының қасиеттерінің өзгерісінің себебін түсіндіруге, оларды сенімді және тиімді бағалауға,жорамалдауға мүмкіндік бермейді.

Тау жыныстарының қасиеттерін зерттеудің түрін өзгерту қажет.Инженерлік-геологиялық және тау-кен профиліндегі мамандар жоба, құрылыс, эксплуатация кезінде талаптарды ұжым болып шешуді тәжірибеді көрулері тиіс.

Геологиялық үрдістер мен құбылыстар.Әдетте шахталар және карьерлер құрылысы кезінде тау жыныстарының табиғи күйі мен тепе-теңдігі бұзылады, салмақ түсіру, тығыздалу, қабатталу, үгілу, бұзылу, ісу, көшу, құлау, ағу сияқты жай және жылдам ығысулар, қозғалулар, бекітпелерге қысым түсірулер болып жатады.Осылар және тағы да басқа геологиялық құбылыстар тау қазбаларының беріктілігін бұзады, тау-кен жұмыстарын жүргізуге қиындық және зиян келтіреді.Бұл геологиялық құбылыстар тау қазбаларына арнайы үңгілеу әдістерін, оларды бекітудің түрлерін пайдалануды және пайдалы қазбаларды қауіпсіз өндіруді қамтамасыз ететін әр қилы мерекелерді өткізуді талап етеді.

Бұл мағынада инженерлік, ғылыми және әдістемелік өндірістердің нәтижелері мен тәжірибелерін қамтитын үлкен жетістіктер, кең ауқымды ғылыми және әдістемелік әдебиеттер бар.

Уақыт өте келе тау-кен өндірісінің практикалық сұрақтары геологиялық құбылыстарды арнайы геологиялық және инженерлік-геологиялық бағытта зерттеуді талап етті.

Геологиялық құбылыстар мен үрдістерді зерттеудің айқын нәтижелері көптеген әртүрлі карьерлерде байқалады. Дәл осы карьерлерде зерттеулердің маңызды және қызықты нәтижелері (көшкін, үгілу, опырылым, тау жыныстарының желдетілу (выветривование) үрдісі, фильтрационды деформация болған кезде) алынып отыр. Жер асты әдісімен өндірілетін кен орындарында геологиялық құбылыстарды инженерлік-геологиялық зертеулердің нәтижелері жалпы жағдайда барынша шектеулі.Әйтсе де Донбасс аймағы мен шахтасындағы, Подмосковный бассейніндегі, Прибалтикалық тақтатас бассейніндегі айқын нәтижелер көрініп отыр. Сонымен қатар пайдалы қазбалардың кен орындарындағы геологиялық үрдістер мен құбылыстарды инженерлік-геологиялық зерттеу талап етілген деңгейден төмен тұр. Бұл – пайдалы қазбалардың кен орындарының инженерлік геологиясының басты талаптарының бірі.

Геологиялық ортаны кен өндіру кәсіпорындарының зиянды әсерлерінен қорғау.Қазіргі таңда қоршаған ортаны қорғауға көптеп көңіл бөлініп жатыр. Бұл проблемаға арналған мақалалардың саны күннен-күнге өсуде.

Әртүрлі министрліктер, ведомствалар, өнеркәсіптер және ғылыми ұйымдар мұндай проблемалармен жеке күресуде. Қазіргі кездегі заңдар мен нормативті құжаттар жобалаудың,құрылыс салудың және эксплуатациялаудың әр бір сатыларында табиғатты қорғауды талап етіп отыр.Қоршаған ортаны қорғауға байланысты зерттеулер орындалып, қандай да бір нәтижелер айқын көрініп жатыр.Мұнда геологиялық ортаны тау-кен өндірісінің зиянды әсерінен қорғау мәселесі үлкен рөл атқарады.

Зерттеулердің заманауи жағдайын бағалай отырып, оларды шешу үшін теориялық, методикалық және ұйымдастыру жұмыстарын атқару керек.Сонымен қатар бұл проблемеға қатысты зерттеулер геологиялық ортаны, қаршаған ортаға тау-кен өндірісінің кері әсері мен оларды болжауды ғана қарастыруы қажет.

Пайдалы қазбалардың кен орындарының генетикалық және өнеркәсіптік түрлері. Металдық, бейметалдық және жанғыш пайдалы қазбалардың кенорындары жер бетінде біркелкі орналаспаған (А.Г.Батехтиннің классификациясын қараңыз).Түрлі элементтердің тектоникалық құрылымының түзілу тарихына сәйкес кен орындарының түзілу шарттары да сан қилы.Сондықтан да табиғатта олардың көптеген (минералдық,петрографиялық құрамы мен пайдалы қазбалардың жатыс формасына, тектоникалық құрылысының түрлілігіне, рельефтің қай элементіне байланысты болатынына қарай және т.б.) генетикалық түрлері кездеседі.

Негізгі әдебиеттер:

Сыздық Бәкіров. Геология негіздері. Алматы: Санат. 1995.

Ершов В.В. Новиков А.А. Попова Г.В. Основы геологии. М. Недра 1986.

Гальперин А.М. Гидрогеология и инженерная геология. М. Недра, 1989.

Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. М. Недра. 1984.

Ермолов В.А., Ларичев Л.Н., Мосейкин В.В. Основы геологии Москва 2004г.

Қосымша әдебиеттер:

Кейльман Г. А. Основы геологии. М. Недра. 1991.

Короновский Основы геологии.М. Недра. 1991.

Миловский А.В. Минералогия и петрография. М.. Недра, 1985

Бондарев В.П. Основы минералографии и петрографии. М Недра, 1984.

№13 Дәріс. Сулы қабаттар және сулы кешендер. Жер асты суларының динамикасы. Кен қазбаларына судың келуі.

Жоспар

1. Жерасты суларының түрлері мен пайда болуы.

2. Тау жыныстарының сулы қасиеті.

3. Жерасты суларының физикалық және химиялық қасиеті.

Жерасты суларының түрлері мен пайда болуы. Жер қабығының жоғарғы бөлігіндегі суларды жерасты сулары дейміз. Жерасты сулары мен оның пайда болуын, жатыс шартын, атмосфералық және жерүсті суларымен байланысын зерттейтін ғылым саласы гидрогеология деп аталады.

Жерасты сулары кейбір жағдайларда сумен қамтамассыздау көзі болса, басқа жағдайда құрылысты қиындататын фактор болып табылады. Олар қопсымалы және сазды жыныстардың механикалық қасиетін нашарлатады. Құрылыс материалдарына келгенде жерасты сулары жебірлі орта болып табылады.

Табиғатта кіші және үлкен су айналымы болады:

-Кіші су айналым: - теңіз - ауа (атмосфера) – теңіз;

-Үлкен су айналым: - теңіз –ауа (атмосфера) – құрлық – теңіз;

Үлкен айналымда құрлыққа түскеннен кейін су жерасты суы түрінде қайта теңізге қайтады.

Жерасты суының пайда болуының 3 түрі бар:инфильтрациялы, конденсациялы, ювенильді.

Инфильтрациялы жерасты сулары жер бөлігінен өтіп,суға қарсы қаттарды кездестіретін, ауа шөгінділерінен пайда болатын сулар. Ол тұрақталып, қуыстарды толтырады да сулы көкжиек түзеді.

Конденсациялы жерасты сулары жердің асты мен үстіндегі температуралардың әртүрлі болуынан пайда болады, бу конденсациясы жүреді де жерасты суларының аспалы көкжиегі түзіледі.

Ювенильді жерасты сулары магмамен бөлінетін оттегі мен сутегі нәтижесінде түзіледі. Жер бетінде тау кендерінің көздері ретінде кездеседі.

Жай және өте жай су айналымдары жүретін аймақтарда тұнбалану (седиментация) нәтижесінде минералды (тұзды) сулар пайда болады. Бұл сулар жер қабығының геологиялық тарихында теңіз шөгінділерінің тұнбалануынан кейін түзілген.

Тау жыныстарының сулы қасиеттері.

Судың құрамы мен оның қозғалысы әртүрлі қуыстардың бар-жоқтығымен анықталады. Қопсымалы және сазды тау жыныстары суды тетіктерінде сақтайды. Топырақ сипаттамасы:жыныс ылғалдылығы ( ) – ылғал салмағының құрғақ үлгі салмағына қатынасы.

Мұндағы жыныстағы ылғал салмағы; - құрғақ үлгі салмағы.

Жыныстарды ылғалдылық көрсеткішінен ажыратады. Бұл көрсеткіш тетіктердің сумен толу шамасын көрсетеді.

Мұндағы - кеуектілік коэфициенті, - топырақ салмағы, шынайы ылғалдылық. G=0.5 (50 шамасында сумен толтырылған) жыныстар аз ылғалды, G=0.5…0.8 ылғалды, ал G=0.8…1.0 суға қаныққан жыныс деп есептеледі.

Ылғалсыйымдылық дегеніміз – жыныстың өзінің құрамында су сыйғызып, су сақтау қасиеті.

Жыныстардың субергілік қасиеті дегеніміз – сумен қаныққан жыныстың суды бос ағымдар түрінде беруі. Сазда субергілік нольге тең, ал үлкен субергілік сынғыш қасиеті жоғары жыныстарға тән.

Суөткізгіштік – тетіктер мен сынықтар арқылы жыныстың су өткізу қасиеті. Ол сүзілу коэффициентімен kф сипатталады. (см/с, м/сағ, немесе м/тәулік). Сүзілу коэффициентіне қарай жыныстар төмендегідей бөлінеді: суөткізгіш жыныстар, мұнда kф>1 м/тәулік. (малта тас,құм т.б.); жартылайөткізгіш, мұнда kф=1...0,001 м/тәулік. (сазды құм, лесс, шымтезек, кеуекті әк, мергель); өткізбейтін, мұнда kф <0,001 м/тәулік (массивті жыныстар,саз). Су өткізбейтін жыныстар басқаша суға төзімді қаттар болса, жартылайөткізгіш және суөткізгіштер – сулы қаттар, яғни сулы көкжиектер түзеді.

Жерасты суларының физикалық және химиялық қасиеттері.

Жерасты суларына баға бермес бұрын оның дәмі, иісі, түсі, температурасы және т.б. физикалық қасиеттері зерттеледі. Бұл жерасты суларының оргонолептикалық (сезім мүшелері арқылы анықталады) қасиеттері болып табылады.

Жерасты суларының температурасы сулы қабаттардың жатысының тереңдігіне, геологиялық құрылымының ерекшкліктеріне, табиғат жағдайларына байланысты өзгеріп отырады. Суларды салқын, жылы, термальды (субтермальды), қыздырылған деп айыруға болады.Көп жағдайда су 7... .

Химиялық таза су түссіз болады.Оның мөлдірлігі тұнбаның болу-болмауына байланысты. Дәмі еріген заттарға байланысты:тұзды-хлорлы натрий, ащы-сульфатты магний т.с.с.

Иісі биохимиялық газға қатысты болады.

Химиялық құрамы органикалық қосылыстар мен газдардың, тұздардың, еріген қосылыстардың мөлшерімен анықталады.

Суда еріген газдар оған белгілі бір дәм мен қасиет береді. Газдардың көлемі мен типтері судың ішуге, техникалық қолданыстарға жарақтылығын өзгертеді.Жерасты сулары жер бетінде көп жағдайларда органикалық қосылыстармен ластанылады.

Жерасты суларындағы тұздар.Жерасты суларындағы ең көп тараған тұздар хлоридтер, сульфаттар, карбонаттар.Құрамында еріген тұздардың болуына байланысты жерасты сулары төмендегідей бөлінеді:

Тұщы-1г/л дейін ерітілген тұз, тұздылау – 1-10г/л;тұзды – 10...50г/л;рассолы – 50г/л-ден астам ерітілген тұз болса.

Суда ерітілген минералды заттардың көлемі жалпы минералдану деп аталады. Жерасты суларының минералдану көлемі оны 105...1100С шамасында судың сәйкесінше көлемін қыздырғаннан кейін қалған құрғақ немесе тығыз қалдығына қарап анықталады. Жалпы минералдану – жерасты суларының ең маңызды көрсеткіштерінің бірі.