Тема 2. Класифікація геологічних процесів

Геологічне середовище є простором для будівництва різномасштабних споруд та інженерних комунікацій. Широке розповсюдження і розвиток різноманітних геологічних процесів і явищ викликає необхідність охорони територій, життя і діяльності людини від стихійного, небезпечного, а іноді і катастрофічного прояву.

Закони і закономірності розвитку геологічних процесів повинні служити основою при виконанні робіт по охороні і раціональному використанню територій.

Геологічні процеси проявляються в розвитку геологічних явищ, тобто в послідовній і закономірній зміні рельєфу поверхні Землі та її внутрішньої будови.

Геологічні процеси в залежності від джерел енергії, які їх обумовлюють, і місць проявлення відносять до ендогенних чи екзогенних. Ендогенні процеси пов'язані з внутрішніми силами Землі, їх дія виражається в тектонічних рухах, в сейсмічних і вулканічних явищах. Екзогенні процеси обумовлені зовнішніми силами, що діють неоднаково в різних кліматичних і фізико-географічних умовах під впливом енергії тепла і світла Сонця.

Ендогенні процеси сприяють збільшенню контрастності рельєфу, створюють найбільш крупні форми рельєфу Землі і тим самим умови для розвитку екзогенних процесів. Екзогенні процеси, навпаки зменшують енергію рельєфу, нівелюють нерівності земної поверхні. До числа екзогенних відносяться також процеси і явища, що пов'язані з інженерною і господарською діяльністю людини. Ендогенні та екзогенні процеси тісно зв'язані одне з одним, та обумовлюють одне одного.

Геологічні процеси тісно пов'язані з особливостями рельєфу. В умовах гірського рельєфу, а також на ділянках високих схилів широко розповсюджені різноманітні гравітаційні явища – обвали, осипи, зсуви, снігові лавини і ін. Лише в гірських умовах розповсюджені сельові явища. В рівнинних місцевостях часто спостерігаються явища заболочування територій, еолові явища, просідання в лесових породах.

Під інженерно-геологічними умовами територій слід розуміти всю сукупність природних умов, що визначають планування розміщення і вибір місць розташування споруд, умови їх будівництва, стійкість і експлуатацію.

Для прогнозу змін інженерно-геологічних умов тієї чи іншої території необхідно: 1) знати, які геологічні процеси вже діють, яка тенденція їх розвитку; 2) на основі вивчення і аналізу інженерно-геологічних умов досліджуваної території передбачати, які нові геологічні процеси можуть тут виникнути. Знаючи масштаб і значення того чи іншого явища, можна отримати кількісну оцінку його загрози.

Контрольні запитання

1. Дайте визначення ендогенних процесів.

2. Що таке екзогенні процеси?

3. Що розуміють під інженерно-геологічними умовами території?

Тема 3. Карст

При розчиненні і вилуговуванні поверхневими і підземними водами вапняків, доломітів, крейди, мергелів, гіпсу, кам'яної солі на поверхні землі утворюються воронки, провали та інші форми рельєфу, а в товщі гірських порід – різноманітні пустоти, канали, печери. Всі поверхневі і підземні форми, що утворилися таким шляхом, називають карстом.

Карст виникає в тих районах, де розповсюджені практично розчинні у воді гірські породи – карбонатні, сульфатні, кам'яна і калійна сіль. У відповідності з цим розрізняють карст карбонатний, сульфатний і соляний. В інших породах карст утворюватися не може. Розчинні породи можуть утворюватися біля денної поверхні, або залягати на тій чи іншій глибині серед нерозчинних порід того ж віку, або бути перекритими більш молодшими утвореннями. У відповідності з цим, в першому випадку має розвиток поверхневий (відкритий) карст, що проявляється помітно або сильно в рельєфі місцевості, в іншому – глибинний (підземний) карст з характерним для нього утворенням пустот, каналів, печер і інших форм в породах, що карстуються. Може мати місце і змішаний тип карсту – поверхневий і глибинний, коли умови для його розвитку сприятливі.

Захист від небезпечних наслідків розвитку карсту (деформацій і провалів споруд та ін.) досягається здійсненням різноманітних інженерних заходів. Все це визначає проблему будівництва споруд в карстових районах.

Карст розповсюджений там, де в геологічному розрізі є розчинні породи, які пов'язані з історією того чи іншого району. Вік цих порід самий різноманітний – від докембрійського до неогенового включно. В результаті тектонічних піднять в карстових районах спостерігається активізація карсту і його розвиток на глибину. В депресіях і западинах при опусканні закарстованих територій відмічається послаблення карстових процесів.

Карст виникає в результаті дії поверхневих і підземних вод на практично розчинні гірські породи. Але він може не виникати чи протікати дуже повільно. Для того, щоб цей процес мав розвиток, необхідні певні причини порушення хімічної рівноваги між підземними та поверхневими водами і розчинними породами. Умови, при яких виникає порушення такої хімічної рівноваги і відбувається реалізація корозійного процесу, і є основними причинами утворення карсту. Цими умовами є: наявність розчинних гірських порід, їх розчинна здатність. Коли виключити одну з перерахованих умов, причини виникнення корозійного процесу не буде, якщо він і виникне, то швидко зупиниться.

Карст зустрічається в найрізноманітніших географічних зонах, але найбільший розвиток він має в умовах вологого і надлишково вологого клімату. Певне значення на розвиток карсту має рельєф поверхні землі. Як відомо, карст зустрічається як на рівнинах, так і в гірських країнах, але в останніх проявляється сильніше, охоплює товщі гірських порід на більш значну глибину. В гірських районах розчинні породи виходять безпосередньо на поверхню і швидше входять у сферу дії корозійного процесу. Тому в гірських районах найбільш яскраво виражені різноманітні поверхневі форми карсту.

На рівнинах породи, що карстуються, часто прикриті товщами пухких або більш молодих порід, і тому поверхневі форми карсту тут не мають великого різноманіття, хоча і виникають іноді несподівано, катастрофічно швидко у вигляді провалів і осідань.

Великий вплив на розвиток карсту мають властивості розчинних гірських порід, що підлягають корозії. Головне значення з них мають мінеральний склад порід, різноманітні домішки в них (глинистої речовини, доломіту і ін.) і структура (мікрозерниста-пелітоморфна, кристалічнозерниста і ін.). На розвиток карсту суттєво впливають умови залягання порід, їх тріщинуватість і роздробленість. В породах, ізольованих з поверхні більш молодшими водонепроникними породами, карст розвивається слабо або взагалі не утворюється, і, навпаки, в породах, оголених чи прикритих рихлими водопроникними породами малої потужності, карст розвивається легше. Тектонічні тріщини утворюють взаємно перетинаючі системи, які визначають напрямок шляхів руху потоків води, розчинення і вилуговування порід і, відповідно, просторовий розподіл глибинних форм карсту. По тріщинам і системам тріщин і в місцях їх перетинання формуються карстові канали, проходи, печери і інші форми.

Із геологічних чинників значний вплив на розвиток карсту мають також новітні і сучасні тектонічні рухи. Коливальні рухи позитивного знаку, що проявляються у піднятті територій, підтримують або підсилюють контрастність (енергію) рельєфу, великі градієнти і ухили поверхні і рівня підземних вод, швидкості їх руху – все це при інших рівних умовах сприяє інтенсивності розвитку карсту. Необхідно звернути увагу також на роль інженерної і господарської діяльності людини. Будівництво підпірних гідротехнічних споруд, інтенсивна відкачка води з надр Землі і багато інших дій людини створюють умови, що сприяють розвитку карсту.

Ерозійний процес в якійсь мірі регулюється положенням базису ерозії, тобто рівнем, або точніше, зоною, до якої стікають поверхневі води з поверхні, що карстується і де відбувається розвантаження підземних карстових вод. Базис ерозії – це дренуюча зона, в межах якої подальше розчинення і вилуговування гірських порід практично зупиняються. Він може відбуватися на рівні базису ерозії або гіпсометричне вище чи нижче його, бути місцевим по відношенню до масиву, що карстується, або бути загальним для всього карстового району. По відношенню до базису ерозії в межах карстового масиву гірських порід можна виділити певні зони, що розрізняються за ступенем розвитку карсту, умовам руху підземних вод і їх режиму.

Проектування і будівництво споруд в карстових районах. Наявність карсту в тому чи іншому районі, завжди вказує на можливе порушення монолітності і стійкості порід. Тому проектування і будівництво різноманітних споруд в карстових районах і господарське засвоєння територій завжди повинні грунтуватися на результатах більш детальних інженерно-геологічних досліджень. В матеріалах цих досліджень зі ступенем детальності, що відповідає стадії інженерних вишукувань і проектування, повинні отримати характеристику і оцінку наступні питання:

1) глибина залягання розчинних гірських порід від поверхні землі, рельєф їх поверхні, потужність, склад і властивості покриваючих відкладів;

2) потужність розчинних порід, ступінь їх закарстованості, вплив на стійкість території;

3) активна зона споруд, що проектується, величина розповсюдження її в межі закарстованих порід;

4) водопроникність і водонасиченість закарстованих порід, глибина залягання рівня карстових вод, їх напір при проектуванні споруд глибокого закладання;

5) інтенсивність розвитку карсту, види, форми і частота його проявлення, причини і умови, що сприяють його розвитку;

6) принципи і методи, що застосовуються при будівництві споруд для забезпечення їх стійкості на основі узагальнення досвіду будівництва і експлуатації споруд.

Для кількісної оцінки стійкості карстових територій рекомендується визначати середньорічну кількість провалів, віднесену до одиниці площі і середньорічну ураженість територій карстовими провалами.

При інженерно-геологічному районуванні територій розповсюдження карсту для масових видів будівництва необхідно підкреслювати вплив карсту на умови будівництва споруд, а тому необхідно складати схему розташування конкретних територій, що виділяються за наступними ознаками:

1. Території стійкі і відносно стійкі, в межах яких розчинні породи слабо закарстовані і середньорічне число провалів на площі 1 км² не перевищує 0.01, а також такі, де слабозакарстовані породи залягають на глибині більш 10 м і перекриті щільними і стійкими породами.

2. Території з декілька зниженою стійкістю, де розчинні породи мають підвищену закарстованість, середньорічне число провалів на площі 1 км² досягає 0.01-0.05. На них рекомендується обмежувати висотність будинків.

3. Території недостатньо стійкі, характеризуються підвищеною закарстованістю порід, де середньорічне число провалів досягає 0.05-0.1 і вони проявляються досить часто. На таких територіях допускається будівництво споруд висотою до 5 поверхів.

4. Території нестійкі, де розчинні породи мають підвищену закарстованість, провали поверхні спостерігаються часто. На них будівництво капітальних споруд і будинків не допускається.

При детальних вишукуваннях склад питань, що підлягають вивченню, той самий, що і на минулій стадії, але ці вишукування проводяться для кожного конкретного комплексу споруд і повинні закінчуватися кількісними оцінками і прогнозом стійкості. Детальні дослідження повинні давати матеріал для обгрунтування проекту протикарстових заходів.

В карстових, як і в інших районах, де будівництво споруд ведеться у звичайних умовах, приходиться застосовувати комплекс захисних міроприємств, що дозволяють управляти небезпечним геологічним явищем або попереджати його виникнення, обмежувати його вплив на стійкість споруди і безпеку експлуатації.

Контрольні запитання

1. Що таке карст?

2. Які причини виникнення карсту?

3. Як поділяють території за ступенем розвитку карстових процесів?