Литература по Основам грунтоведения / Ананьев_Потапов_Инженерная Геология

магматическими и метаморфическими породами. В их составе присутствуют:

SiO2, TiO2, A12O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, Na2O, K2O, BaO, MnO, PbO, SO3. За исключением корундовых и магнезитовых материалов, резко отличающихся по химическому составу, в остальных технических камнях так же, как и в магматических породах, преобладают кремнезем или кремнезем с оксидом алюминия. В составе всех технических материалов отсутствует вода (за исключением бетона), отличительной чертой является совершенно необычное сочетание химических элементов, которое в горных породах не наблюдается. Например, шамот состоит из SiO2 и А12О3, а другие оксиды присутствуют в минимальном количестве. Доменные шлаки представляют собой сложный материал, состоящий из CaO, A12O3, SiO2.

Минеральный состав технических камней весьма своеобразен. С одной стороны, они содержат природные минералы (кварц, корунд, полевые шпаты,

оливин), а с другой — группу искусственных минералов, которые в горных породах не встречаются (алит, белит, целит, муллит и др.). Минеральный состав и структуры некоторых технических материалов показаны в табл. 7.

например, в фарфоре, она бывает стекловатая.

В технических камнях, даже в кристаллических структурах, почти всегда в том или ином количестве присутствует аморфное стекло. Например,

шамотный огнеупор имеет зернистую структуру, но кристаллы муллита погружены в аморфную алюмосиликатную массу. На свойства технических камней существенное влияние оказывает количественное взаимоотношение кристаллов и аморфной массы, также их взаиморазмещение.

Петрургия. В области искусственных каменных материалов создана новая область технологии — петрургия или каменное литье. С помощью петрургии получают различные изделия, в том числе и строительные, путем плавления и последующей кристаллизации расплавленного базальта. В

настоящее время чтобы получить литье разного цвета, улучшенного состава,

структуры и свойств, переплавление проводят при наличии самых разнообразных добавок, в качестве которых используют доломит, кварцевый песок, другие природные минералы и горные породы.

В результате переплавления получают каменнолитейные изделия заданной формы, с высоким качеством по твердости, прочности и стойкости в агрессивных средах. Необходимо отметить, что изделия кислотоупорны,

имеют большое сопротивление истиранию, даже более высокое, чем у некоторых легированных сталей.

Каменное литье широко применяют в строительстве (трубы, обли-

цовочные плитки) и на химических предприятиях (керамика, метал-

локерамика).

Радиоактивность технических материалов связана с присутствием в них материалов с природными или искусственно созданными радио-

активными химическими элементами. Природные радиоактивные минералы в технические материалы попадают с сырьем, из которых они изготовляются,

например, это может быть радиоактивный щебень гранита или промышленные отходы. Повышенную радиоактивность могут иметь бетоны,

полученные на основе золы-уноса, шлакобетон, красная керамика.

В настоящее время все природные и искусственные строительные материалы и сырье, подобные продукты промышленности, используемые в строительстве, обязательно исследуются на наличие в них радиоактивных излучений. Согласно существующим нормативам определяется степень их пригодности в строительном производстве.

ГЛАВА 4

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Историю и общие закономерности развития и образования земной коры изучает специальная наука — историческая геология. Для восста-

новления истории развития земной коры используют геологические

«документы» в виде толщ пород, которые характером своих напластований,

остатками ископаемых организмов свидетельствуют об этапах развития земной коры.

Установление возраста горных пород необходимо для оценки их)

свойств и определения положения среди других пород. Вся геологическая документация, в частности геологические карты и разрезы, требуют применения показателей возраста пород. Различают абсолютный и относительный возраст горных пород.

Абсолютный возраст —это продолжительность существования

(«жизни») породы, выраженная в годах. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, которые имеют место в некоторых химических элементах

(уран, калий, рубидий и др.), входящих в состав пород. С помощью одних элементов устанавливают возраст в миллионах лет, другие дают возможность вычислить более короткие отрезки времени. Так, зная, какое количество свинца образуется из 1 г урана в год, определяя их совместное содержание в данном минерале, можно найти абсолютный возраст минерала и той горной породы, в которой он находится. Это позволяет определять возраст в миллионах лет. По углероду 14С, период полураспада которого равен 5568

лет, можно устанавливать возраст более молодых образований. Абсолютные

значения возраста горных пород приведены в геохронологической шкале

(табл. 8).

Таблица 8

Относительный возраст позволяет определять возраст пород относительно друг друга, т. е. устанавливать, какие породы древнее, какие моложе. Для установления относительного возраста используют два метода:

стратиграфический и палеонтологический.

Стратиграфический метод применяют для толщ с ненарушенным 1

горизонтальным залеганием слоев. При этом считают, что нижележащие слои (породы) являются более древними, чем вышележащие. Из ~J рис. 15, а

видно, что самым молодым является верхний слой 3, самым древним — нижний 1. Этот метод не используют при залегании слоев в виде складок. На рис. 15, б показан выход на склон рельефа слоев, смятых в складки. Видно,

что более древние слои (7 и 2) лежат на более молодом слое 3.

Палеонтологический метод позволяет определять возраст осадочных пород по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставлять возраст пород, залегающих на различных участках, В основу метода положена история развития органической жизни на Земле. Животные и растительные организмы развивались постепенно, последовательно.

Остатки вымерших организмов захоронялись в тех осадках, которые накапливались в тот отрезок времени, когда они жили.

Зная последовательность и период жизни вымерших организмов, по их остаткам можно определить относительный возраст слоев осадочных пород

(рис. 16).

Шкала геологического времени Земли. Все геологическое время раз-

делили на отрезки. Так была создана геохронологическая шкала. Для слоев пород, которые образовались в эти отрезки времени, были предложены свои названия, что позволило создать стратиграфическую шкалу (табл. 9).

Таблица 9

Самый длительный отрезок времени — эон Толщу, образованную за это время из слоев пород, называют эонотемой. Самый короткий отрезок — век. Толщу, образующую в течение века, называют ярусом. Каждый отрезок времени получил наименование и обозначение в видеиндекса (табл. 8), а на геологических картах—свою окраску. Так, современный период называют четвертичным, его индекс — Q; на геологических картах для его обозначения принят серо-зеленый цвет. Самый древний период — кембрийский.

Периоды делят на эпохи {отделы), например, триасовый период,

подразделяют на нижнюю (T1), среднюю (Т2) и верхнюю (Т3) эпохи. Каждую эпоху разделяют на века (ярусы) например K2dat, что читается как меловой период, верхняя эпоха, датский век. Верхний индекс дает наименование века.

Современный четвертичный период имеет деление на эпохи, обозначенные римскими цифрами — QI, QII, QIII и QIV. Кроме того, перед индексом Q

ставят знаки, обозначающие генезис (происхождение) пород, например, aQIII

— породы аллювиального (речного) происхождения, eoQII —эолового

(ветрового) генезиса, mQI —морского происхождения и т. д.

Инженеры-строители должны знать, что понимают под возрастными индексами горных пород, и использовать это в своей работе, чтении геологической документации (карт и разрезов) при проектировании зданий и сооружений.

ГЛАВА 5

ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Строение земной коры, геологические структуры, закономерности их расположения и развития изучает раздел геологии — геотектоника.

Рассмотрение движений земной коры в данной главе является пред-

ставлением внутриплитной тектоники. Движения земной коры, вызывающие изменение залегания геологических тел, называют тектоническими движениями.

Тектонические движения

Тектонические движения в земной коре проявляются постоянно. В

одних случаях они медленные, мало заметные для глаза человека (эпохи покоя), в других—в виде интенсивных бурных процессов (тектонических революций). В истории земной коры таких тектонических революций было несколько.

Подвижность земной коры в значительной степени зависит от характера ее тектонических структур. Наиболее крупными структурами являются платформы и геосинклинали. Платформы относятся к устойчивым,

жестким, малоподвижным структурам. Им свойственны выровненные формы рельефа. Снизу они состоят из жесткого неподдающегося складчатости участка земной коры (кристаллического фундамента), над которым горизонтально залегает толща ненарушенных осадочных пород. Типичным примером древних платформ служат Русская и Сибирская. Платформам свойственны спокойные, медленные движения вертикального характера. В

противоположность платформам геосинклинали представляют собой подвижные участки земной коры. Располагаются они между платформами и представляют собой как бы их подвижные сочленения. Для геосинклиналей характерны разнообразные тектонические движения, вулканизм,

сейсмические явления. В зоне геосинклиналей происходит интенсивное накопление мощных толщ осадочных пород.

Тектонические движения земной коры можно разделить на три

основных типа:

•колебательные, выражающиеся в медленных поднятиях и опусканиях отдельных участков земной коры и приводящие к образованию крупных поднятий и прогибов;

•складчатые, обусловливающие смятие горизонтальных слоев земной коры в складки,

•разрывные, приводящие к разрывам слоев и массивов горных пород Колебательные движения. Отдельные участки земной коры на

протяжении многих столетий поднимаются, другие в это же время опускаются. Со временем поднятие сменяется опусканием, и наоборот..

Колебательные движения не изменяют первоначальных условий залегания горных пород, но инженерно-геологическое их значение огромно. От них зависит положение границ между сушей и морями, обмеление и усиление размывающей деятельности рек, формирование рельефа и многое другое.

Различают следующие виды колебательных движений земной коры: 1)

прошедших геологических периодов; 2) новейшие, связанные с четвертичным периодом; 3) современные.

Для инженерной геологии особый интерес представляют современ-

колебательные движения, вызывающие изменение высот поверхземли в данном районе. Для надежной оценки скорости их применяют геодезические работы высокой точности. Современные колебательные движения наиболее интенсивно происходят в районах геосинклиналей. Установлено, например,

что за время с 1920 по 1940 гг. Донецкий бассейн поднимался относительно Ростова-на-Дону со скоростью 6—10 мм/год, а Среднерусская возвышенность — до 1,5—2,0 см/год. Средние скорости современных опусканий в Азо-во-Кубанской впадине составляют 3—5, а в Терской впадине —5— 7 мм/год. Таким образом, годичная скорость современных колебательных движений чаще всего равна нескольким миллиметрам, а 1 — 2 см/год — это очень высокая скорость. Известная предельная скорость