Хандуева В.Д. (сост) Практикум по инженерной геологии

Подождите немного. Документ загружается.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: минералы, горные породы,

геологический разрез, буровая скважина, тип отложений,

подземные воды.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО

ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Восточно-Сибирский государственный технологический

университет»

( ГОУ ВПО ВСГТУ)

ПРАКТИКУМ

по инженерной геологии

Составитель: В.Д. Хандуева

Улан-Удэ

Издательство ВСГТУ

2007

Задачи и упражнения практикума составлены так,

чтобы закрепить знания о минералах и горных породах, дать

студентам навыки чтения упрощенной инженерно-

геологической информации. Также приведены примеры,

которые дают студентам возможность самостоятельно

справляться с заданиями.

Содержание

Введение 3

1. Минералы и горные породы 5

2. Геологические карты и разрезы 9

3. Основы гидрогеологии 31

4. Геологические процессы и явления 43

5. Приложения 47

6. Список литературы 49

Подписано в печать 06.02.2007 г. Формат 60х84 1/16.

Усл.п.л. 2,79. Тираж 100 экз. Заказ № 18.

Издательство ВСГТУ.

670013. г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в.

Введение

В настоящее время необходимость подготовки

строителей в области инженерной геологии возрастает.

Участились аварии зданий из-за деформаций оснований. В

европейской части страны строительство ведется в пределах

существующей застройки, на землях, которые ранее не были

использованы из-за сложности инженерно-геологических

условий и зачастую дополнительно ухудшены свалками

грунта и отходов. Реконструкция существующих предприятий

потребует громадной работы по обследованию

существующих оснований и старых фундаментов;

расширение подземного строительства повышает долю

инженерной геологии и механики грунтов в общей работе по

проектированию зданий и сооружений.

Курс инженерной геологии готовит студентов к

чтению материалов изысканий, их анализу для выбора

оптимальных проектных решений по размещению

сооружений, конструкций и способов производства земельно-

скальных работ, соответствующих природным условиям.

Инженер-строитель должен самостоятельно анализировать

предназначенные для него геологические, инженерно-

геологические, гидрогеологические карты и разрезы

совместно с текстом отчета об изысканиях. Необходимо не

только грамотно использовать этот материал в проектной

работе, извлекая всю дорогостоящую информацию, но и

планировать дальнейшие исследования. На стройке

производитель работ сталкивается с проблемой

идентификации строительного котлована и проектного

чертежа. Аналогично дело обстоит с поставками природных

строительных материалов. Инженер должен свободно

опознавать песок, суглинок, щебень, гравий, гранит, мрамор и

многие другие горные породы. Неблагоприятные

геологические процессы, как показывает опыт, зачастую

связаны с недопониманием и игнорированием строителями

природных особенностей участка, на котором производятся

работы. Поэтому мы обязаны не только знакомить студентов

с ходом процессов, но и акцентировать внимание на

профилактике и экстренных методах борьбы с ними. Задачи и

упражнения сборника составлены так, чтобы закрепить

знания о минералах и горных породах, дать студентам навыки

чтения упрощенной инженерно-геологической информации.

Построение простых разрезов, гидрогеологических карт и

краткое описание природной инженерно-геологической

ситуации необходимо не для того, чтобы научить студентов

строить разрезы и карты. За отведенное на обучение время

это сделать невозможно. Строя несколько разрезов в процессе

обучения, студент должен получить представление об этой

важнейшей форме геологической документации и в

дальнейшем уметь ею пользоваться при прохождении других

дисциплин, дипломном проектировании и на производстве.

1. Минералы и горные породы.

1.1. Дайте характеристику указанных ниже минералов.

В состав каких горных пород они могут входить? Приведите

примеры.

Вариант Минералы

1. Анортит, графит, глауконит, кварц.

2. Хлорит, микроклин, альбит, гипс.

3. Мусковит, сильвин, авгит, каолинит.

4. Роговая обманка, галит, опал, оливин.

5. Пирит, ангидрит, тальк, кальцит.

6. Лимонит, биотит, халцедон, гранат.

7. Лабрадор, доломит, ортоклаз, монтмориллонит.

8. Оливин, авгит, апатит, сера.

9. Флюорит, ангидрит, хлорит, кальцит.

10. Магнетит, корунд, биотит, пирит.

Пример ответа. Графит (С) относится к классу

самородных элементов. Характеризуется твердостью 1,

стально-серым до черного цветом, металловидным

жирным (иногда матовым) блеском, серовато-черной

блестящей чертой, совершенной спайностью в одном

направлении, мелкозернистым изломом. На ощупь графит

жирный, пачкает руки, пишет на бумаге, растирается

пальцами в черную пыль. Огнеупорен и кислотоупорен,

проводит электричество. Образуется в процессе

контактового и регионального метаморфизма осадочных

карбонатных и органических отложений. Встречается в

виде сплошных чешуйчатых, плотных аморфных или

землистых масс, а также в виде включений в мраморах,

гнейсах, слюдяных и других кристаллических сланцах,

гранулитах.

1.2. В состав каких горных пород входят

перечисленные минералы в качестве породообразующих?

Дайте сравнительную оценку их устойчивости при

выветривании и растворении.

Вариант Минералы

1. Доломит, лимонит.

2. Лабрадор, серицит.

3. Сильвин, ортоклаз.

4. Хлорит, микроклин.

5. Ангидрит, авгит.

6. Мусковит, галит.

7. Гипс, роговая обманка.

8. Кальцит, биотит.

9. Глауконит, кварц.

10. Оливин, доломит.

Пример ответа. Альбит (натриевый плагиоклаз)

относится к группе полевых шпатов класса силикатов.

Образуется при кристаллизации кислой или средней магмы и

в процессе гидротермальной метаморфизации силикатных и

алюмосиликатных минералов. В воде практически

нерастворим. При выветривании относительно устойчив,

однако менее чем кварц. Входит как главный

породообразующий минерал в состав ряда магматических

(граниты, липариты, гранодиориты и др.), осадочных

(пески, песчаники) и метаморфических (гнейсы) пород.

Встречаются зернистая сахаровидная и листовая

разности.

1.3. Укажите происхождение, минеральный состав,

структуру, текстуру горных пород, отметьте их основные

свойства.

Вариант Горные породы

1. Диатомит, обсидиан, грейзен, алевролит.

2. Опока, тальковый сланец, доломит, базальт.

3. Известняк-ракушечник, скарн, роговик, липарит.

4. Слюдяной сланец, пемза, пегматит, мергель.

5. Трахит, туф вулканический, трепел, перидотит.

6. Лесс, кварцевый порфир, дацит, известняк.

7. Порфирит, гнейс, гравелит, мрамор.

8. Хлоритовый сланец, песок, сиенит, туффит.

9. Мел, глинистый сланец, глина, андезит.

10. Серпентинит, габбро, диорит, аргиллит.

11. Пироксенит, конгломерат, яшма, диабаз.

12. Лабрадорит, кварцит, брекчия, дунит.

Пример ответа. Гранодиорит – магматическая

глубинная кислая порода, образовавшаяся в результате

медленного остывания и кристаллизации магмы под

высоким давлением. Это обусловило полнокристаллическую

крупно-, средне- и мелкозернистую и массивную, иногда

пятнистую, текстуру. Минеральный состав (в %): полевые

шпаты – до 65 (кислые и средние плагиоклазы преобладают

над калиевыми полевыми шпатами), кварц – 20…25, темные

минералы (биотит, роговая обманка) – 15…20.

Гранодиориты занимают промежуточное положение

между гранитами и диоритами. Окраска светлая, но

темнее, чем у гранитов, что объясняется повышенным

содержанием биотита и роговой обманки. Цвет серый,

розовый, красный, коричневатый и др. В сохранном

состоянии гранодиориты отличаются высокой прочностью

и плотностью.

1.4. В результате цементации каких рыхлых пород или

связных отложений образовались перечисленные ниже

горные породы? Укажите преобладающие размеры и формы

обломков или частиц, возможный минеральный состав,

структуру, текстуру.

Вариант Горные породы

1. Алевролит.

2. Туффит.

3. Конгломерат.

4. Брекчия.

5. Песчаник.

6. Аргиллит.

7. Гравелит.

Пример ответа. Дресвелит – сцементированная

крупнообломочная порода, образовавшаяся в результате

цементации дресвы – рыхлой породы с преобладанием

угловатых обломков размеров 2…10 мм. В промежутках

между обломками могут присутствовать песчаный или

глинистый заполнитель и цементирующие компоненты.

Минеральный состав определяется составом исходной

породы и продуктами ее выветривания. В качестве

природных цементов встречаются кальцит. Гипс,

глинистые минералы, кварц, халцедон, опал, водные окислы

железа. Структура угловато-обломочная, разнозернистая

(брекчевидная); текстура беспорядочная.

1.5. Упорядочьте ряд – исходная осадочная горная

порода и продукты ее видоизменения в процессе

уплотнения, цементации и метаморфизма. Поставьте первой

исходную породу, последней – максимально

преобразованную.

Вариант Горные породы

1. Кварцит, песок, роговик, песчаник.

2. Аргиллит, слюдяной сланец, суглинок, роговик.

3. Конгломерат, грейзен, галька, гнейс.

4. Гнейс, глина, слюдяной сланец, глинистый сланец.

5. Роговик, известняк, скарн, мрамор.

Пример ответа. Гнейс, лесс, алевролит, слюдяной

сланец.

Лесс, алевролит, слюдяной сланец, гнейс.

1.6. Для каких генетических типов горных пород

характерна слоистость, для каких сланцеватость, а для каких

массивность? Что означают эти термины? Приведите

примеры слоистых, сланцеватых и массивных горных пород.

2. Геологические карты и разрезы.

2.1. Расположите геологические периоды в

хронологическом порядке и напишите их условные

обозначения. Между породами какого возраста имеется

стратиграфический перерыв?

Вариант Геологические периоды

1. Пермь, палеоген, триас, неоген.

2. Мел, палеоген, девон, карбон.

3. Девон, юра, мел, карбон.

4. Пермь, кембрий, триас, ордовик.

5. Карбон, триас, пермь, неоген.

6. Юра, девон, мел, карбон.

7. Ордовик, силур, юра, кембрий.

8. Силур, юра, триас, ордовик.

9. Девон, палеоген, мел, кембрий.

10. Палеоген, девон, неоген, силур.

11. Мел, неоген, карбон, палеоген.

12. Триас, ордовик, юра, пермь.

Пример ответа. Карбон, неоген, пермь, четвертичный.

Четвертичный – Q, неогеновый – N, пермский – Р,

каменноугольный – С периоды. Стратиграфический перерыв

наблюдается между неогеном и пермью; отсутствуют

породы палеогенового, мелового, юрского и триасового

возраста.

2.2. Схематически покажите указанные ниже формы

залегания горных пород. Для каких генетических типов

пород эти формы характерны? Объясните почему?

Вариант Формы залегания горных пород

Батолит, лавовый покров, слой.

Линза, пласт, дайка.

Поток лавовый, силл, прослой.

2.3. Покажите схематически синклинальную и

антиклинальную складки. На схеме укажите элементы

складки: крылья, замок, ядро, угол складки (при вершине),

осевую плоскость.

2.4. В процессе проведения геологической съемки

получены данные о литологическом составе, возрасте,

мощности, несущей особенности пород, слагающих

изучаемую территорию, и уровнях подземных вод. Ответьте

на вопросы.

1. Какой из признаков принимается для проведения

границ на геологической карте?

2. Какие из признаков отражаются на геологической

карте и каким образом?

3. Какие из признаков отражаются на геологическом

разрезе и каким образом?

2.5. В процессе проведения геологической съемки

получены данные о литологическом составе, возрасте,

происхождении, мощности, водоносности четвертичных

отложений, слагающих изучаемую территорию, и об уровнях

подземных вод. Ответьте на вопросы.

1. Какие признаки отражаются на карте

четвертичных отложений и каким образом?

2. Какие признаки показываются на разрезе

четвертичных отложений и каким образом?

3. Какие признаки являются основой для проведения

границ на карте четвертичных отложений?

2.6. Изучив геологический разрез, представленный на

рис.1., назовите относительный возраст горных пород,

слагающих рассматриваемую территорию. Между какими

геологическими периодами произошла тектоническая

деформация и как называется изображенная на разрезе

дислокация? Какие слои залегают между собой согласно и

какие несогласно? Наблюдается ли в разрезе

стратиграфический перерыв

Пример ответа. 2.6.а. Территория сложена породами

каменноугольного, пермского, триасового, неогенового,

палеогенового и четвертичного возрастов, тектоническая

деформация произошла в триасовый период или в

послетриасовое время (до палеогена), о чем

свидетельствуют смятые в антиклинальную складку

породы триаса, перми и карбона, залегающие между собой

согласно. Стратиграфический перерыв наблюдается между

триасом и палеогеном. В это время происходило разрушение

верхней части антиклинали. В кайнозойское время

произошло накопление палеогеновых, неогеновых и

четвертичных отложений, залегающих между собой

согласно. Толща же кайнозойских отложений залегает

несогласно по отношению к отложениям более древним.

2.7. На рис.2. изображены фрагменты геологических

карт территорий с примерно горизонтальной поверхностью

рельефа масштаба 1:2000. Покажите возможный разрез по

линии I-I в предположении, что слои горных пород залегают

согласно, и каждый слой в пределах карты имеет постоянную

мощность. Какая форма нарушенного залегания пород

(дислокация) видна на карте и разрезе? Между породами

какого возраста наблюдается стратиграфический перерыв?

Варианты № рисунка Варианты № рисунка Варианты № рисунка

1 2, а 4 2, г 7 2, ж

2 2, б 5 2, д 8 2, з

3 2, в 6 2, е 9 2, и

Рис. 1. Схематические геологические разрезы

Пример построения разреза I-I по фрагменту карты,

изображенной на рис. 2,к, приведен на рис. 2,л и 2,м. Разрез

рекомендуется строить в следующем порядке. Проводят

линию топографического профиля поверхности Земли,

которая по условию задачи горизонтальна. На профиль

переносят точки пересечения разреза со

стратиграфическими границами на карте, как показано на

рис. 2,л. В разрезе эти точки будут лежать на линиях границ

слоев (кровле или подошве), поэтому справа и слева от точек

на топографическом профиле карандашом обозначают

индексы возраста пород. До проведения границ между слоями

необходимо в самых общих чертах восстановить

геологическую историю развития района. Наиболее древними

отложениями, выходящими на поверхность в пределах

карты, являются пермские (Р). Рядом с ними на тех же

абсолютных отметках симметрично обнажаются породы

триаса (Т) и далее юры (J). Первоначально эти породы

лежали горизонтально: внизу – пермские, на них триасовые и

выше – юрские. Оказаться на одной высоте над уровнем

моря они могли только вследствие погружения в одних

местах и поднятия в других, то есть вследствие

деформации. Деформация привела к смятию слоев в складки,

прогнутые вниз (синклинали) и выпуклые вверх(антиклинали).

При размыве и формировании равнинного рельефа складки

срезаны. Обнажено ядро антиклинали, в котором залегают

наиболее древние породы и ядро синклинали, в котором

сохранились от размыва наиболее молодые породы. Они

повсеместно залегали наверху и потому размыты в первую

очередь. Сделав такой анализ, возрастные геологические

границы (между Р и Т и др.) проводим наклонно и так, чтобы

древние породы везде лежали под более молодыми (рис. 2,м).

Разрушенные части складки восстанавливают пунктиром.

Карандашные записи убирают. Несмотря на принципиально

правильную рисовку антиклинальной и синклинальной

складок, их углы при вершинах, а следовательно, и наклон

крыльев принимают произвольно, так как для однозначного

решения вопроса информации в данном случае недостаточно.

В последующих задачах рассматриваются случаи построения

геологических разрезов при наличии более полной

информации. Между юрой и неогеном имеется

стратиграфический перерыв.

2.8. На рис.3. изображены фрагменты геологических

карт на топографической основе масштаба 1:2000 и условные

обозначения к ним. Постройте геологический разрез по линии

I-I, приняв вертикальный масштаб 1:500, горизонтальный

1:1000.

Какая форма залегания осадочных горных пород

представлена в разрезе? Между какими слоями наблюдается

стратиграфический перерыв? Назовите геологический возраст

каждой литологической разности горных пород, развитых в

пределах карты. На какие периоды пришелся

стратиграфический перерыв?

Варианты № рисунка Варианты № рисунка Варианты № рисунка

1 3, и 4 3, в 7 3, е

2 3, а 5 3, г 8 3, з

3 3, б 6 3, д 9 3, к

Пример построения разреза I-I по варианту 9 приведен

на рис.4.

Разрез строят на миллиметровой бумаге в следующем

порядке. На горизонтальной линии отмечают начало и конец

разреза в принятом масштабе. У начала разреза строят (в

заданном масштабе) вертикальную шкалу абсолютных

отметок в пределах, встречающихся на карте. Далее строят

топографический профиль. На полученный топографический

профиль проектируют стратиграфические границы слоев,

попадающих в разрез (линии с короткими пунктирными

штрихами), и карандашом справа и слева от

стратиграфических границ отмечают

Рис. 2. Фрагменты геологических карт для участков с

горизонтальной поверхностью Земли

1 – известняк; 2 – аргиллит; 3 – глина; 4 – мергель; 5 – алевролит; 6 – сланец; 7 –

мел; 8 – песчаник; 9 – доломит; 10 – опока

Рис. 4. Пример построения геологического разреза по карте

при отсутствии скважин

индексами возраст пород. Теперь рассматривают состав и

возраст пород, попавших на разрез.

Наиболее древними из них являются доломиты

каменноугольного возраста (С). За ними следуют пермские

аргиллиты (Р) и глины триаса (Т). Между триасом и мелом

(К) наблюдается стратиграфический перерыв:

отсутствуют юрские отложения. Проведение границ слоев

начинают с линий, имеющих максимальное количество точек

на топографическом профиле (граница между пермью и

триасом, мелом и триасом). Размытую часть границы

показывают пунктиром; границы остальных слоев проводят

также, то есть параллельно построенной, через точки

стратиграфических границ на топографическом профиле. В

заключение штриховкой обозначают литологический состав

пород, индексами – возраст; карандашные записи стирают.

В разрезе видна антиклинальная складка с размытым ядром.

2.9. Используя описания буровых скважин (табл.1),

постройте геологическую колонку скважины, пробуренной в

пределах геологической карты №1 (рис.6). Изучите

стратиграфическую колонку к карте (рис.5) и назовите

относительный возраст горных пород, вскрытых скважиной.

Варианты №

скважины

Варианты №

скважины

Варианты №

скважины

1 6 10 10 19 19

2 1 11 11 20 20

3 2 12 12 21 21

4 3 13 13 22 22

5 4 14 14 23 23

6 5 15 15 24 24

7 7 16 16 25 25

8 8 17 17 26 26

9 9 18 18 27 27

Пример геологической колонки скважины 6 (вариант 1)

показан на рис. 7. Масштаб колонки принимают 1:500. В

графе 1 проставляют в заданном масштабе шкалу глубин,

считая началом устье скважины (точку пересечения ствола

скважины с поверхностью Земли). Затем по данным гр. 5

откладывают на шкале глубин глубину залегания подошвы

каждого слоя и через полученные точки проводят

горизонтальные линии. Мощность первого слоя (гр. 4) равна

глубине залегания его подошвы.

Мощность остальных слоев вычисляют как разность

глубин залегания подошв последующего и предыдущего слоев.

Например, для слоя 3 мощность равна 20,8-13,9=6,9 м.

Абсолютные отметки подошв слоев определяют как

разность абсолютной отметки устья скважины и глубины

залегания подошвы соответствующего слоя. Например, для

слоя 3 абсолютная отметка подошвы равна 116,7-20,8=95,9

м. После записи в гр. 5 можно сделать проверку: разность

абсолютных отметок подошв соседних слоев равна

мощности слоя. Например, для слоя 3 мощность определим

повторно вычитанием 102,8-95,9=6,9 м. В середине гр. 6

двумя тонкими линиями обозначают ствол скважины и с

обеих сторон от ствола показывают условными

обозначениями литологический состав пород каждого слоя.

Эти обозначения берут из стратиграфической колонки (см.

рис. 6). Стволы скважин в интервалах развития водоносных

слоев затемняют. В гр. 7 приводят абсолютные отметки

установившегося уровня грунтовых вод и обоих уровней

напорных вод. Вертикальной линией со стрелкой на конце

показывают высоту подъема напорных вод. Из описания

видно, что скважиной вскрыты (сверху вниз)

верхнечетвертичные отложения, представленные тремя

слоями: суглинком бурым плотным, супесью желтой и

песком средней крупности. Ниже лежат

нижнекаменноугольные трещиноватые известняки,

подстилаемыми верхнедевонскими серыми аргиллитами. Под

аргиллитами встречены протерозойские трещиноватые

граниты.

2.10. Постройте геологический разрез по линии,

указанной в соответствующем варианте, с использованием

геологической карты 1 масштаба 1:10000 (см. рис.6),

стратиграфической колонки (см. рис.5) и описания буровых

скважин (табл.1). Охарактеризуйте в общих чертах историю