- •Основы геологии и грунтоведения
- •Isbn 5-06-003690-1
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные сведения о геологии 7
- •Глава 2. Земная кора и её состав 26
- •Глава 3. Грунтоведение 80
- •Глава 1. Основные сведения о геологии
- •1.1. Планета Земля
- •1.1.1. Происхождение планеты Земля
- •1.1.2. Форма Земли
- •1.1.3. Строение Земли
- •1.2. Геологическая хронология
- •1.2.1. Абсолютный возраст
- •1.2.2. Относительный возраст
- •1.2.3. Общая геохронологическая шкала
- •Глава 2. Земная кора и её состав
- •2.1. Земная кора
- •2.2. Тепловой режим земной коры
- •2.2.1. Температурные зоны
- •2.2.2. Геотермика
- •2.2.3. Многолетнемёрзлые грунты
- •2.3. Состав земной коры
- •2.3.1. Природные минералы
- •2.3.1.1. Общие сведения
- •2.3.1.2. Генезис и свойства минералов
- •2.3.1.3. Кристаллохимическая классификация минералов
- •2.3.2. Горные породы
- •2.3.2.1. Магматические породы
- •2.3.2.2. Осадочные породы
- •2.3.2.3. Метаморфические породы
- •2.3.3. Антропогенные образования
- •2.4. Расход продуктов земной коры
- •Глава 3. Грунтоведение
- •3.1. Концепция грунтоведения
- •3.2. Общие сведения о составе грунтов
- •3.3. Твёрдые компоненты грунтов
- •3.3.1. Силикаты природные (первичные)
- •3.3.2. Соли простые
- •3.3.3. Сульфиды природные
- •3.3.4. Минералы глинистые
- •3.3.4.2. Связи между минералами
- •3.3.4.3. Виды минералов
- •3.3.5 Вещества органо-минеральные
- •3.3.6. Лёд в поровом пространстве
- •3.3.6.1. Строение, виды и свойства льда
- •3.3.6.2. Мельтинг льда и режеляция воды
- •3.4. Жидкие компоненты грунтов
- •3.4.1. Вода – основная составляющая жидкого компонента
- •3.4.2. Классификация воды, пара и льда в поровом пространстве грунтов
- •3.4.2.1. Вода связанная (аномальная)
- •3.4.2.2. Вода переходного типа (от связанной к свободной)
- •3.4.2.3. Свободная вода (обычная)
- •3.4.2.4. Водяной пар (газообразная вода)
- •3.4.2.5. Лёд (твёрдая модификация воды)
- •3.5. Газообразные компоненты грунтов
- •3.5.1. Газы геологические
- •3.5.2. Газы подземные
- •3.5.3. Газы биогенные
- •3.5.4. Газы техногенные
- •3.5.5. Влияние газов на свойства грунтов
2.4. Расход продуктов земной коры
По данным ООН, на Земле каждый большой город с населением 250 тыс. человек ежегодно вводит в хозяйственный оборот в природном и в переработанном состояниях 20 наименований крупнотоннажных земных ресурсов минералов, горных пород и полезных ископаемых (табл. 8).
Важное значение в производстве промышленных материалов и изделий имеют минералы недр Земли, включая энергетическое сырьё и металлическую руду. К таковым относятся различные глины, используемые для изготовления буровых и тиксотропных глинистых растворов, кирпича и иных керамических изделий; уголь, нефть – для производства пластмассовых изделий; пески, силикаты, бура, поташ (в стекольной промышленности) и т.п.
Таблица 8 – Потребление минеральных ресурсов городом с населением 250 тыс. ч. 13
№ |
Горные породы, полезные ископаемые |
Ежегодно, тыс. т/г |
№ |
Горные породы, полезные ископаемые |
Ежегодно, тыс. т/г |
1 |
Песок, гравий |
1650 |
11 |
Гипсы |
20 |
2 |
Камень |
500 |
12 |
Доломиты |
2,5 |
3 |
Нефть |
600 |
13 |
Фосфаты |
2,0 |
4 |
Уголь |
500 |
14 |
Сера |
7,0 |
5 |
Известняк |
350 |
15 |
Торф |
6,5 |
6 |
Железо |
50 |
16 |
Нерудные |
6,5 |
7 |
Цемент |
25 |
17 |
Поташ |
6,0 |
8 |
Глины |
100 |
18 |
Алюминий |
5,0 |
9 |
Промотходы (песок) |
80 |
19 |
Каолинит |
4,0 |
10 |
Каменная соль |
50 |
20 |
Медь |
3,5 |
В табл. 9 приведены наименования строительных и промышленных материалов и изделий, для производства которых используются соответствующие минералы, горные породы, сырьё.
В табл. 10 (с. 80) приведены физико-механические свойства некоторых горных пород, изделий и материалов, получаемых из них, а также древесины, стали и пластмасс, применяемых в строительной отрасли.
По некоторым данным, к 2050 г. численность населения Земли вырастет в 1,5 раза, что приведёт к увеличению потребления полезных ископаемых, как минимум, на 25-30 %. В связи с этим в будущем ожидается развитие следующих направлений в поиске источников сырья:
– открытие месторождений, глубоко залегающих или расположенных в труднодосягаемых местах, а также содержащих более бедное сырьё;
– расщепление соответствующих горных пород – вместо добычи руд – для извлечения необходимого продукта вплоть до
Таблица 9 – Отрасли промышленности и важнейшие промышленные минералы 14
Промышленность, виды материалов |
Наименование минералов, горных пород, сырья |
Абразивы |
Корунд, алмаз, кварцевый песок, магнетит, шпинель |
Керамика, кирпич |
Глины, сланцы, поташ, пирофиллит |
Химическая |
Уголь, известь, поташ, соль, силикат, медь |
Фильтры |
Диатомит, пирофиллит |
Стекло, в т.ч. строительное |
Силикат, бура, поташ |
Изоляторы |
Асбест*, диатомит, графит, перлит |
Смазочные материалы |
Графит, тальк |
Пигментная основа красителей |
Чёрные титаноферриты, ильмениты, рутилы |
Основа пластмасс |
Уголь, нефть |
Моющие средства |
Поташ, соль |
Сорбенты, наполнители |
Бентонит, диатом, каолин (китайская глина) |
Флюсы в металлургии |
Доломит, флюорит, известняк |
* - использование асбеста существенно снижается из-за его канцерогенности |
|
металлов (что станет возможным благодаря появлению дешёвой энергии);– освоение ресурсов Мирового океана (воды, дна и особенно недр). В настоящее время доля этого ресурса составляет 12 %, а в III тысячелетии станет преобладающей, по сравнению с континентальной;
– желательна добыча отдельных элементов на Луне, поиск которых на южной стороне спутника запланирован на 2020 г.
Таблица 10 – Физико-механические свойства некоторых горных пород, материалов и изделий 15
Наименование горной породы |
Предел прочности на одноосное сжатие |
Средняя плотность скелета грунта, материала |
||
МПа |
оценка долговечности |
кг/м3 |
оценка |
|
Гранит, диорит, кварцит |
100-250 |
очень прочный |
2500-2700 |
очень плотный |
Известняк плотный |
50-150 |
прочный |
1800-2200 |
плотный |
Известняк ракушечник |
0,5-5 |
пониженной прочности |
900-1400 |
рыхлый |
Кирпич керамический |
7,5-30 |
средней прочности |
1450-1600 |
плотный |
Кирпич силикатный |
10-20 |
малой прочности |
1800-1900 |
плотный |
Бетон тяжёлый |
5-80 |
прочный |
1800-2500 |
плотный |
Бетон лёгкий |
2-15 |
малопрочный |
500-1400 |
рыхлый |
Древесина сосновая вдоль волокон |
30-50 |
средней прочности |
300-700 |
очень рыхлый |
Сталь (Ст.3, при растяжении) |
380-450 |
зависит от коррозии |
7800-7900 |
– |
Пластмассы |
120-200 |
очень прочный |
100-1200 |
– |
Портландцемент, кг/см2 (марка) |
300-600 |
высокая прочность |
Насыпная плотность 1200-1300 |
рыхлый |
«Состав, строение, состояние и свойства
грунтов определяются их генезисом…»
(Из осн. закона грунтоведения)
