лекции / Маслов В.В. Лекции по дисциплине «Инженерная Геология»

Схема движения и режима грунтовых вод

Химический состав подземных вод

Формирование химического состава подземных вод связано с их происхождением, взаимодействием с различными горными породами, в которых они находятся, а также со степенью водообмена.

Выделяется четыре группы подземных вод:

●пресные (до 1 г/л);

●солоноватые (от 1 до 10 г/л);

●соленые (от 10 до 50 г/л);

●рассолы (более 50 г/л).

31

Карстовые процессы

Карст (по названию известнякового плато Крас, (нем. - Karst) в Словении) — совокупность процессов и явлений, связанных с растворением горных пород поверхностными и подземными водами, приводящих к образованию своеобразных форм рельефа, а также различных пустот и полостей в самих карстующихся породах.

Для развития карста необходимы:

●наличие у поверхности мощной толщи пород, способных подвергаться растворению;

●периодическая фильтрация сквозь эту толщу вод, поступающих с поверхности массива;

●относительно низкий уровень стояния грунтовых вод.

По составу карстующихся пород выделяют три типа карста:

●карбонатный (труднорастворимые породы — известняк, доломит, мел, мрамор);

●сульфатный (среднерастворимые породы — гипс, ангидрит);

●хлоридный, или соляной (легкорастворимые породы — галит, сильвин).

Условия образования карста

Более интенсивно подвержены карсту однородные породы с высокой трещиноватостью, где открытость трещин составляет 1 мм и более – по таким трещинам может свободно циркулировать гравитационная вода.

Неоднородность пород, наличие в них нерастворимых включений, тормозит карстование, так как вынос водой этих частиц приводит к залечиванию трещин. В карстующемся массиве выделяются три зоны циркуляции подземных вод: в верхней (зона аэрации) происходит периодическое просачивание с поверхности дождевых или талых вод; движение воды здесь происходит вертикально. Вследствие неравномерного поступления вод к первому водоносному горизонту, в нем возникает зона периодически полного насыщения, где карстование происходит наиболее интенсивно. Границами этой зоны являются наивысшее и наинизшее положение уровня грунтовых вод (УГВ). Движение воды здесь близко к горизонтальному, и определяется уклоном УГВ к границе массива.

32

Ниже находится зона постоянно полного насыщения, подошвой которой является поверхность водоупора. Движение воды здесь также горизонтально, выходы вод на поверхность дают начала источникам, и питают реки.

При углублении долин, дренирующих карстовый массив, карстованию подвергаются все более глубокие горизонты, что приводит к образованию так называемого этажного карста.

Карст наиболее интенсивно развивается в условиях теплого, влажного климата, с частыми ливнями, удаляющими с поверхности массива остатки нерастворимых пород, и относительно медленно тающим снежным покровом.

Карстовые формы рельефа

Карры — система чередующихся рытвин и гребней, развитых на поверхности карстующихся пород, обычно параллельно их падению или трещиноватости. При широком распространении формируют карровые поля.

Поноры — каналы, отводящие поверхностные воды вглубь карстующегося массива. Образуются по трещинам.

Карстовые воронки формируются при расширении устьев понор; могут иметь различные размеры и форму. Слившиеся поверхностные воронки могут формировать т.н. слепые овраги.

Полья — более крупные (до нескольких километров в поперечнике) понижения с плоским дном и крутыми стенками. Развитие воронок в глубину приводит к образованию карстовых колодцев или шахт, глубина которых может достигать нескольких сотен метров.

Карстовые пещеры – субгоризонтальные полости, образующиеся на границе зон периодически- и постоянно-полного насыщения, где растворяющая способность вод проявляется наиболее сильно. Протяженность ходов карстовых пещер может достигать сотен километров. В них нередки подземные реки и озера.

Суффозия — (от лат. suffossio - подкапывание), вынос мелких минеральных частиц из рыхлых обломочных пород фильтрующейся через них водой.

33

Грязевой вулканизм

Грязевой вулканизм – явление самопроизвольного периодического выброса из каналов газа, воды и грязи. По строению грязевые вулканы напоминают естественные источники магматогенных вод – гейзеры. Если среди продуктов грязевого вулканизма преобладают газы и воды, то на поверхности образуется сальза – бассейн, заполненный жидкой грязью, газом и водой.

В случаи преобладания среди продуктов выброса грязи твердых обломков пород на месте сальзы постепенно вырастает пологий холм – грязевая сопка сложена она сопочной брекчией. Канал, выходящий на вершине сопки, образует

кратер.

Геологический разрез грязевого вулкана

В результате многолетних исследований, начатых еще академиком И. М. Губкиным, установлено, что грязевые вулканы образуются в результате прорыва и затем постоянного или периодического поступления углеводородных газов на поверхность. Вместе с газом поступает и вода, которая, размывая глины, образует "грязь", также выходящую на дневную поверхность.

Условные обозначения:

1 - нефть,

2 - газ,

3 - сопочная брекчия

34

Геологическая деятельность озер и болот

Озерами называются замкнутые впадины-котловины на поверхности суши, заполненные водой. Площадь озер на Земле 2,7 млн. км^2. Озера не обладают непосредственной связью с океанами или морями и наиболее широко развиты в областях гумидного климата, занимая чуть больше 2 % поверхности континентов.

Озерные котловины имеют различное происхождение, как экзогенное, так и эндогенное.

Экзогенные озера — распространены наиболее широко, образование связано с внешними процессами динамики.

Эндогенное озера — связаны с молодыми грабенами или их системами в активных рифтовых зонах.

По происхождению озерных котловин выделяют:

●Тектонические озера, большая часть которых занимает грабены.

●Вулканические озера занимают кратеры и кратеры вулканов.

●Ледниковые озера выполняют котловины ледникового выпахивания, центральные котловины, подпруженные конечной мореной и др.

●Водноэрозионные и водноаккумулятиеные озера занимают речные старицы, образуются в дельтах и участках долин, отделенных от русла береговыми валами и пр. В озера превращаются также затопленные морем устьевые участки рек (лиманы), а также лагуны (отделенные от моря пересыпью заливы и бухты).

●Карстовые, провальные, термокарстовые и суффозионные озера связаны с деятельностью подземных вод

●Эоловые озера занимают котловины выдувания. К этому же типу относят дюнные озера, располагающиеся в котловинах между дюнами п питающиеся частично водой, просачивающейся из моря.

●Плотинные озера возникают при подпруживанин водных потоков оползнями и обвалами, ледниковой мореной и т. п. К этому типу относится оз. Севан, или Гокча в Армении

35

Минеральный состав озер

Состав воды в озерах разнообразен и определяется источниками питания озера, составом пород, слагающих озерную котловину и водосборный бассейн, отношением испарения или расхода воды к ее поступлению.

Озера по солености воды делят:

●пресные с содержанием суммы солей до 0,10 вес. %

●солоноватые — от 0,10 до 0,35 вес. %

●соленые от 0,35 вес. % и более

Геологическая деятельность озер

Характеризуется как разрушительной, так и созидательной работой, т.е.

накоплением осадочного материала.

Абразия берегов — разрушение береговой зоны волновым движением.

Осадконакопление в озерах осуществляется как за счет привноса обломочного материала реками, так и биогенным, а также хемогенным путями

Органогенное осадконакопление обусловлено обильной растительностью на мелководьях, хорошо прогреваемых солнцем.

Сапропелевые илы — называют органический ил, подвергшийся под водой при слабом доступе кислорода действию бактерий, превративших его в жирную коллоидную массу. Сапропели образуются за счет остатков многих видов простейших организмов.

Сапропелевые угли — ископаемые сапропелиты представлены сапропелевыми углями и горючими сланцами. Сапропелевые угли состоят в основном из водорослей.

Хемогенные отложения особенно характерны для озер аридных зон, где вода интенсивно испаряется и поэтому происходит выпадение в осадок поваренной и калийной солей (NaCl), (КС1), мирабилита, соды, соединений бора, серы и др.

36

Геологическая деятельность болот

Болото представляет собой аккумулятивное образование, характеризующееся временным или постоянным избыточным увлажнением, наличием влаголюбивой растительности и присутствием торфяных залежей.

Необходимые условия формирования болот:

●высокий уровень стояния грунтовых вод

●наличие впадин в рельефе поверхности Земли

●достаточное количество осадков

●значительная биомасса влаголюбивой растительности

Типы болот:

Низинные болота характерны для понижений в рельефе и приурочены к плоским, иногда обширным низинам, окаймленным возвышенностями.

Верховые болота имеют меньшие размеры, чем низинные, и располагаются во впадинах на возвышенных участках рельефа. Питаются верховые болота за счет атмосферных осадков.

37

Переходный тип болот характеризуется питанием за счет как подземных вод, так и атмосферных осадков, и в таких болотах развита растительность, не требующая большого количества минеральных веществ.

Болота приморских низин занимают обширные пространства побережий во влажных субтропиках и тропиках, где развиваются особые типы древесной растительности, корни которой расходятся от ствола еще над водой и погружены ниже уровня болота.

Болотные отложения

Торф — продукт неполного разложения отмерших болотных растений в условиях избыточной влажности и затруднительного доступа кислорода воздуха. Главнейшими растениями являются мхи, хвощи, тростники, камыши, осоки, кустарники и деревья.

Ископаемые угли — после того как торфяник оказывается погребенным под толщей осадочных пород, начинается превращение торфа сначала в бурый, а затем в каменный уголь. Это превращение сопровождается полным разложением растительных веществ.

38

Геологическая деятельность снега, льда и ледников

Ледники покрывают почти 17 млн. км^2 поверхности суши (11%), а в полярных областях ледниковый покров распространяется и на шельфовую область моря.

Геологическая работа ледников заключается:

1.Разрушение горных пород

2.Транспортировка обломочного материала

3.Отложение обломочного материала. Изучением строения, развития и деятельности ледников занимается наука гляциология.

Ледники состоят из глетчерного льда. Глетчерный лед образуется из снега. В горных условиях снег не успевает растаять, масса его растет из года в год, превращаясь в зернистую массу. Такой уплотненный зернистый снег называется фирном, область его накопления – фирновым полем.

Условия возникновения ледника:

●Низкая среднегодовая температура

●Большое количество осадков, выпадающих в виде снега

●Наличие пологих склонов и впадин, защищенных от солнца и ветра.

Уровень, выше которого снег не успевает полностью растаять за лето, называется снеговой линией. Гипсографическое положение снеговой линии зависит от климатических условий.

Структура ледника

У ледников выделяют области:

1.Область питания – происходит накопление снега и превращение его в фирн, а затем в глетчерный лед.

2.Область стока – по которой движется стекающий лед.

39

Классификация ледников:

1) Горно-долинный тип ледников

Горно-долинный тип ледников (альпийский) — сравнительно маломощные ледники высокогорных районов (Альпы, Гималаи, Тянь-Шань, Памир, Кавказ). Лед стекает по горным долинам с крутыми склонами, образуя один или несколько ледяных потоков – языков.

Среди горных ледников выделяют несколько разновидностей:

●Долинные – наиболее крупные. Они имеют область питания и область стока.

●Карровые – образуются в углублениях гор почти на уровне снеговой линии.

●Висячие – ложе ледника нарушается крутым уступом, ледяной поток нависает над ним, периодически срываясь вниз в виде лавин.

2) Покровные ледники

Покровные ледники – образуются в полярных районах и располагаются почти на уровне моря. Характеризуются огромной площадью и значительной мощностью. В настоящее время существуют два крупных покровных ледника. Один в Антарктиде и второй — в Гренландии.

3) Промежуточный тип

Промежуточный тип – относятся плоскогорные ледники, которые образуются на горах с плоской или плосковыпуклой вершиной. Такие ледники развиты на Скандинавском полуострове, называются ледниками скандинавского типа.

40