Мосин К.Ю. Инженерная геология. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Часто те или иные разности осадочных пород залегают в

ограниченных массивах (например, в долине реки – речные

отложения), в иных случаях они же прослеживаются на многих

тысячах квадратных километров (отложения писчего мела

простираются от Дона до Белых скал Дувра, Франция).

Во многих случаях (на равнинах) пласты осадочных пород

сменяют друг друга по глубине, залегая горизонтально и параллельно

друг другу. А в других условиях (в горных образованиях) пласты смяты

в разнообразные складки или разорваны, залегают наклонно, часто

несогласны друг с другом, разбиты трещинами.

Столь же разнообразны и формы рельефа земной поверхности.

Равнины и низменности прерываются горными цепями,

расчлененными ущельями и речными долинами.

Несмотря на такое разнообразие условий залегания горных

пород, они все-таки подчиняются некоторым закономерностям.

Так, рыхлые осадочные породы (пески, галечники)

встречаются в толще современных и молодых по возрасту речных

отложений в результате размыва продуктов выветривания горных

пород, их сортировки и отложения в руслах рек со значительными

скоростями течения. Такие же отложения окаймляют по мелководью

береговые линии морей и крупных озер.

Глинистые разности осадочных пород соответствуют

отложениям низовьев равнинных рек и их поймам (малая скорость

течения), а также морским и озерным приглубинным зонам в

относительном удалении от берега, где мало сказываются течение и

волнение.

Сцементированные разности обломочных осадочных пород

(песчаники, конгломераты) и глинистых пород (аргиллиты,

алевролиты) характерны для древних морских отложений, так как

процесс цементации осадков идет медленно (несколько тысяч или

миллионов лет).

Органогенные породы (известняки) связаны с областями

распространения морей в геологическом прошлом. При этом разные

виды известняков образовались при различных температуре, солености

воды и видах образующих органических форм (организмов) в древних

морях.

Залежи каменного угля связаны с прибрежной заболоченной

полосой древних тропических морей.

Химические осадки (гипс, каменная соль) образовались в

отшнурованных от морей заливах (лагунах) в условиях жаркого

климата.

Всякого рода нарушения в залегании пластов связаны с

деформациями земной коры. Возникавшая в разное время деформация

земной коры находила отражение в рельефе земной поверхности на

континентах и на дне океанов. Это – горные цепи и целые складчатые

горные сооружения с высочайшими вершинами (Гималаи, почти

9000м) и гигантские разломы дна океанов (желоба) протяженностью

тысячи километров и глубиной до 11000м, мощные провальные

явления (озеро Байкал, впадина Черного моря глубиной до 2км).

При наличии в земной коре глубоких разломов и

соответствующих условий перегрева в их очагах создавались

благоприятные условия для внедрения в толщу земной коры и прорыва

на поверхность магматических масс с последующим образованием

магматических пород.

Вместе с тем, при горообразовании и вулканических явлениях

проявлялись процессы метаморфизма горных пород, в результате

которых малопрочные породы (песок, глина) приобретали свойства

скальных пород (кварцит, сланцы).

Горные сооружения, как выступающие формы рельефа, являлись

объектом нивелирующей деятельности разнообразных агентов

выветривания, тесно связанных в своем проявлении с климатическими

условиями. В результате воздействия этих агентов на массивы

горных пород накапливались продукты выветривания, явившиеся

исходным материалом для образования осадочных пород.

Положительные формы рельефа создавали особенно благоприятные

условия для стока атмосферных осадков и образования водотоков. Роль

водотоков в переносе и переотложении продуктов выветривания очень

велика. Еще более важна их размывающая деятельность (эрозия), как

причина расчленения и выравнивания горных сооружений, сноса

выступающих форм рельефа с образованием вначале горных долин, а в

дальнейшем – равнин и низменностей.

Накопление осадочных пород связано с опусканием континентов

и их затоплением наступающими морями. Глубокие прогибы

ослабленных участков земной коры (геосинклинали) являлись местом

накопления особенно мощных толщ осадочных пород.

Нельзя не отметить исключительную роль наступающих на

сушу морей с формированием обширных выровненных территорий в

результате разрушения и размыва береговых форм рельефа (абразия).

Таким образом, образование тех или иных осадочных пород,

особые формы их залегания и формы рельефа земной поверхности

определялись деформацией относительно тонкой и маложесткой

земной коры, пассивно следующей за деформацией самого земного

шара и обязательно – климатической обстановкой.

Эти условия, в свою очередь, являлись следствием внутренних

(эндогенных) процессов, протекавших и протекающих в недрах Земли.

Наличие эндогенных процессов находит отражение и на

поверхности земной коры – в виде землетрясений.

Перемещения береговой линии в результате подъемов и

опусканий обширных территорий свидетельствует о том, что

внутренние (эндогенные) процессы не постоянны по времени, что они

периодически усиливаются и затухают.

Следствием проявления эндогенных процессов являются так

называемые тектонические явления, или просто тектоника,

находящие свое выражение в деформации земной коры.

Глава 2. Виды и масштаб тектонических движений

Под тектоническими движениями понимают перемещения

материала земной коры, вызванные внутренними (эндогенными)

силами, возникающими в недрах Земли.

Различают три основных вида тектонических движений:

колебательные движения; складчатые движения; разрывные движения.

§ 1. Колебательные движения земной коры

Колебательные движения выражаются в медленных

вертикальных поднятиях и опусканиях отдельных участков земной

коры, причем в одном и том же месте поднятия с течением времени

сменяются опусканиями, и наоборот. Иногда в оценке строительной

площадки, особенно для долгосрочных и особо ответственных

сооружений (таких как ГЭС), необходим анализ направленности

колебательных движений. Подъем земной поверхности вызывает

эрозию речных долин, переуглубление русел рек, увеличение

мощности речных отложений. Опускание поверхности, напротив,

приводит к увеличению мощности наносов, изменению характера рек

на равнинный, с образованием стариц, меандр и заболачиванием.

Колебательные движения в целом не изменяют условий

залегания горных пород. Их можно поделить на современные,

новейшие и колебательные движения предшествующих геологических

эпох.

Современными колебательными движениями называют

такие движения земной коры, которые произошли в исторический

период и происходят в настоящее время. Об их наличии,

направленности и амплитуде судят по историческим документам,

археологическим данным и по геодезическим наблюдениям.

Современные колебательные движения охватывают всю поверхность

Земли. Наблюдения показывают, что их амплитуда в отдельных

районах достигает 10мм в год.

Ниже приводятся некоторые примеры проявления современных

колебательных движений земной коры.

В Италии, близ Неаполя, на берегу Неаполитанского залива, в

начале нашей эры был построен так называемый «храм Серапиона». В

результате медленного опускания суши он к VIII веку полностью ушел

под воду и оставался в таком состоянии до XVI в. Мраморные колонны

разъедены морской водой и источены моллюсками. По этим признакам

был определен максимальный уровень, до которого доходила вода –

5,7м. После, в результате поднятия суши «храм» вновь вышел из-под

воды. К 1803г. относится замечание одно инженера о том, что

фундамент постройки содержит некоторое количество воды и населен

малярийными комарами. В 1812г. другой исследователь отметил, что

высокое стояние моря препятствует осушению территории «храма»,

что свидетельствовало, очевидно, о возобновлении процесса

опускания. К 1954г опускание достигло 2,5м и приостановилось. Легко

вычислить, что в этот период скорость опускания составила около 2см

в год. Вероятно, в ближайшее время следует ожидать новых движений

данной территории.

Другой классический пример – продолжающееся опускание

побережья Голландии и Северной Бельгии со скоростью около 4мм в

год. Если бы не плотины, которые местное население вынуждено

постоянно достраивать, 2/3 территории этих стран оказались бы под

водой.

Опускание суши в районе г. Севастополя, Украина, привело к

затоплению древнегреческого города Херсонес и образованию

Севастопольской бухты. Район г. Баку, Азербайджан, за последние 800

лет пережил опускание и новый подъем примерно на 16м.

Новейшими колебательными движениями считаются

движения земной коры, происшедшие в антропогеновый

(четвертичный) период, т.е. в течение последних 1млн лет. О них судят,

главным образом, по высоте морских террас, по затоплению морем

устьев рек и по переуглублению русел рек.

Например, в недалеком прошлом Англия и Ирландия не

отделялись проливами от континента Европы, а составляли с ним одно

целое (рис. 3.1). На приведенном рисунке заштриховано пространство

суши, в настоящее время затопленной морем. В пределах затопленной

зоны со дна Северного моря неоднократно извлекались обломки

орудий первобытного человека, что свидетельствует о том, что

затопление происходило здесь в четвертичное время. На этой же

схематической карте пунктиром показаны русла древних рек,

затопленные ныне морем. Эти русла являются продолжением

современных рек.

На рисунке 3.2. представлен другой яркий пример новейших

колебательных движений - история р. Волги в районе Жигулевских

гор. Перед началом четвертичного периода здесь произошло крупное

сводовое поднятие на высоту около 500м. Волга, приспособляясь к

своему прежнему профилю, размыла приподнятые породы на

значительную глубину, сформировав новую долину. Далее произошло

опускание, и Волга заполнила свою долину осадками мощностью 250м.

Рис. 3.1. Распределение древней и современной суши

в области современного Северного моря и Атлантического океана

Затем – новое поднятие, и Волга разработала в толще своего же

аллювия, а частью в коренных породах правого берега новую долину с

глубиной вреза дна 180м. Позднее этот процесс вновь повторялся,

причем амплитуда колебательных движений постоянно уменьшалась.

Рис. 3.2. а) строение аллювиальных отложений в долине р. Волги

близ Жигулевских гор (схематический профиль); б) схема колебательных

движений для того же района.

Колебательные движения предшествующих эпох

обнаруживаются, главным образом, по перерывам в отложениях

осадков и по закономерности в смене пластов горных пород. Перерыв в

отложениях называется стратиграфическим несогласием. Например,

если на отложениях каменноугольного периода залегают юрские

породы, то из разреза выпадают пермские и триасовые отложения.

Следовательно, в каменноугольный период территория была ниже

уровня моря, и здесь происходило накопление осадков. Затем

произошло поднятие, и морское дно стало сушей. Континентальный

период продолжался в триасовое и пермское время, а затем местность

вновь погружается ниже уровня моря. Колебательные движения земной

коры вызывали частое перераспределение суши и моря. Вследствие

этого море то наступало на сушу, то отступало, т.е. происходило

перемещение береговой линии, а вслед за ней и смещение условий

осадконакопления.

При наступлении моря, ранее отложившиеся в прибрежной

полосе грубообломочные осадки (галька, гравий, песок) окажутся

значительно удаленными от берега, и поэтому будут перекрыты более

тонкими (глинистыми) осадками. При отступлении моря, наоборот,

тонкие глубинные отложения перекроются грубыми прибрежными.

§ 2. Складчатые и разрывные движения

В отличие от колебательных движений земной коры, складчатые

и разрывные движения проявляются на значительно меньших

территориях, протекают значительно быстрее и с большей амплитудой.

Эти движения вызывают изменение (нарушение) первоначального

залегания пород: пласты пород изгибаются в складки, разрываются и

перемещаются по трещинам разрыва. Такое нарушение

первоначальных форм залегания пород называется дислокацией.

Сильное проявление дислокационных процессов приводит к

образованию гор и горных систем.

Как правило, нарушение горизонтального залегания пластов

ухудшает условия строительства, т.к. при наличии неоднородного

грунтового основания возрастает вероятность появления

неравномерности осадок сооружений.

Вторым отличительным свойством дислокационных движений

является их влияние на свойства горных пород и грунтов. Если

колебательные движения не участвуют в формировании свойств

горных пород, то дислокации приводят к видоизменению состава и

состояния горных пород, т.е. обуславливают процессы метаморфизма и

образование метаморфических пород.

Третьей особенностью дислокационных процессов является

нарушение сплошности пород из-за появления в массивах пород

тектонической трещиноватости. Эти трещины идут по закономерно

ориентированным направлениям, обусловленным тектонической

историей развития массива пород.

И, наконец, дислокационные движения могут создавать зоны

интенсивного дробления пород, в пределах которых прочность пород

резко снижается.

§ 3. Ненарушенное и нарушенное залегание горных пород

Как уже указывалось ранее, характерной формой залегания

осадочных пород являются пластовые тела. Такую же форму иногда

имеют метаморфические породы, и изредка – магматические.

Основной первичной ненарушенной формой залегания

осадочной породы является слой или пласт. Это – примерно

горизонтально лежащее геологическое тело, сложенное однородной

горной породой и ограниченное относительно параллельными

поверхностями. Нижняя поверхность называется подошвой слоя,

верхняя – кровлей слоя.

Если в слое горной породы проходит тонкий слой другой

породы, он называется прослойком или пропластком.

Если слой постепенно уменьшается в мощности или совсем

исчезает, это называется выклиниванием слоя. Если слой

выклинивается на небольшом расстоянии и с обеих сторон, он

называется линзой (см. рис. 3.3).

а) б)

в)

Рис. 3.3. а) прослой глины 1 в толще песка 2; б) линза песка 1 в слое глины 2;

в) выклинивание слоя галечника 1 в толще песка 2.

Когда в разрезе осадочных пород установлена хронологическая

непрерывность в образовании слоев, такое залегание называется

согласным.

Когда фиксируется перерыв в осадконакоплении,

выражающийся в отсутствии слоев какого-либо возраста, залегание

несогласное.

Нарушения в залегании осадочных горных пород, самые

разнообразные по форме, можно, в общем, разделить на две большие

группы:

- нарушения без разрыва сплошности пластов - складчатые

(пликативные) дислокации;

- нарушения с разрывом сплошности слоев - разрывные

(дизъюнктивные) дислокации.

Глава 3. Складчатые нарушения (пликативные

дислокации)

Среди пликативных дислокаций наиболее простым видом

является моноклинальное залегание – наклон пластов в одну сторону

(см. рис. 3.4).

Рис. 3.4. Моноклинальное залегание пластов. Известняки с прослоями

мергелей.

Для определения положения пласта в пространстве нужно знать

элементы его залегания: простирание, падение и угол падения (см. рис.

3.5).

Простиранием пласта называется направление линии

пересечения пласта с горизонтальной плоскостью. Положение линии

простирания определяется горным компасом и измеряется в градусах.

Падение пласта – линия, перпендикулярная линии простирания,

указывающая направление падения пласта. Так же как и линия

простирания, положение линии падения относительно стран света

проще всего определяется в азимутах или румбах горным компасом.

Угол падения пласта – наклон пласта к горизонтальной

плоскости (измеряется в градусах).

Рис. 3.5. Элементы залегания пласта.

Складки – волнообразные изгибы пластов горных пород

различной формы и величины.

В складках различают следующие элементы (рис. 3.6): крылья –

боковые части складки; замок (или шарнир) – место перегиба складки;

ядро – внутренняя часть складки, заключенная между замком и

крыльями; осевая плоскость – вертикальная плоскость, которая делит

складку на равные части; ось складки – линия пересечения осевой

плоскости складки с поверхностью Земли.