3. Построение инженерно-геологического разреза

1. Содержание задания.

В электронном виде студенты получают геологический материал: топографо-геологическую карту масштаба 1: 10 000; сводную стратиграфическую колонку, содержащей совмещенную информацию о всех грунтах определенного возраста и генезиса, залегающих на данном участке; описание буровых скважин, нанесенных на карту.

Студенты согласно заданию должны выполнить:

1. Снять копию карты 1 (2) масштаба 1:10000, раскрасить ее в соответствии с международной стратиграфической шкалой (см. Приложение 1). Стратиграфические границы, то есть границы пород разных возрастов, выходящих на земную поверхность, показаны на картах жирными черными линиями. Показать на карте заданный профиль, обозначенный на карте римскими цифрами (I-I, II-II и т.д.).

2) Пользуясь данными методическими указаниями, выполнить геологический разрез по линии, указанной в варианте, с использованием геологической карты 1 (2), и описания буровых скважин, находящихся по линии профиля. На разрезе показать литологический состав и возраст горных пород, уровни подземных вод, абсолютные отметки и глубину залегания слоев и забоя скважины. Рекомендуемые масштабы для построения разрезов: горизонтальный масштаб 1:10000, вертикальный масштаб 1:1000;

3) По построенному геологическому разрезу составить краткий инженерно-геологический отчет по пунктам:

1. Дать строительную характеристику грунтам, показанных на разрезе, согласно их происхождению, возрасту и литологическому составу;

2. Назвать типы подземных вод, приуроченность их к определенным водоносным горизонтам, глубины их залегания от поверхности земли и отметить их степень влияния на условия строительства;

3. Охарактеризовать по разрезу неблагоприятные явления и процессы, а также дать прогноз их возможного проявления на определенных участках (исходя из литологического состава грунтов и деятельности подземных и поверхностных вод);

4. Обозначить на разрезе наиболее благоприятные участки для строительства с учетом вышеперечисленных пунктов.

Разрез можно строить на миллиметровой бумаге формата А4 или с помощью компьютерных графических программ в надлежащем масштабе.

2. Порядок построения инженерно-геологического разреза.

1. Построение начинается с вычерчивания топографического профиля по выбранному направлению.

Профиль – это диаграмма, изображающая рельеф земной поверхности в разрезе по вертикальной плоскости. Профиль строят по линии инженерно-геологического разреза, которая указывается на карте (например I-I). Каждый профиль имеет горизонтальный масштаб, отложенный в определенных единицах на базисной линии и обычно совпадающий с масштабом карты, и вертикальный, который наносят на высотную шкалу перпендикулярно базисной линии. Чтобы четко выделить холмы и долины на участках местности с пологим рельефом, допускается преувеличение вертикального масштаба над горизонтальным, но не более чем в 10 раз, чтобы не допустить сильного искажения. При построении профиля по картам 1 и 2 горизонтальный масштаб берется исходя из масштаба карты 1:10 000, а вертикальный рекомендуется 1:1000. Линия топографического профиля проводится с таким расчетом, чтобы сверху осталось место для написания заголовка, а внизу – для изображения геологического строения и оформления профиля.

0. 1.1. Слева проводят шкалу абсолютных отметок в масштабе 1:1000 с таким расчетом, чтобы максимальная отметка была несколько выше верхней точки рельефа, а минимальная ниже забоя самой глубокой скважины;

1. 1.2. Затем проводят горизонтальную условно базисную (нулевую) линию, равную длине профиля (ограниченную рамками карты). Нулевая линия проводится ниже наиболее низкой точки рельефа в выбранном сечении;

2. 1.3. К линии профиля (линии разреза) прикладывают край листа бумаги, на которой штрихами отмечается каждая точка пересечения горизонталей с линией профиля, штрихи пересечения с реками и ручьями, а также скважины с их номерами;

3. 1.4. Из нанесенных на нулевую линию точек (пользуясь вертикальным масштабом профиля) восстанавливают перпендикуляры, на которых отмечают высоту каждой горизонтали или русла реки. Абсолютные отметки устьев скважин, находящихся на профиле, также используют для построения. Соединив концы перпендикуляров плавной линией, получают линию топографического профиля (рис.9). Географические ориентиры (реки, озера, вершины), через которые проходит линия профиля, подписываются соответствующими названиями;

Рис.9. Схема построения топографического профиля

V-V– линия профиля на топографической карте:

Масштабы: горизонтальный 1:10 000, вертикальный 1: 1000

2. На построенный профиль наносятся сплошными тонкими черными линиями осевые линии скважин, расположенных на разрезе. На проведенных осевых линиях скважин, используя таблицу «Описание буровых скважин» небольшими горизонтальными штрихами отмечают сверху вниз глубину залегания пройденных слоев, а рядом указывают условными обозначениями (Приложение 2) литологический состав и возраст каждого слоя. Иначе говоря, на профиль наносятся в вертикальном масштабе колонки скважин. Забой скважины подчеркивается горизонтальным штрихом, ниже проставляется отметка глубины скважины (рис.10).

Рис.10. Схема построения колонок буровых скважин

3. Перенесение инженерно-геологической ситуации с карты на топографический профиль.

0. 3.1. Определение местоположения геологических (стратиграфических) границ.

На топографический профиль переносят с карты точки пересечения линии разреза со стратиграфическими границами, отмечая между точками относительный возраст пород. Эти границы на разрезе (то есть выходы пород на дневную поверхность) затем соединяются с границами (кровлей и подошвой) идентичных слоев в буровых скважинах (рис. 11).

0. 3.2. На разрезе выделяются границы долин рек, изображенных на карте 1 и на карте 2.

Долина реки представляет собой вытянутое корытообразное углубление, образующееся в процессе размывающей и аккумулятивной деятельности реки в коренных породах. Долина имеет следующие элементы: дно долины, русло, пойму и террасы (рис. 10). Дно – низшая часть долины, заключенная между подошвами склонов. Русло – часть долины, занятое водным потоком. Поперечный разрез потока называют живым сечением. Пойма – часть речной долины, заливаемая водой в период паводка в силу таяния снега весной. Поймы бывают низкие, заливаемые ежегодно, и высокие, которые заливаются один раз в 10-15 лет. Старицы – изолированные старые русла рек, в которых вода не движется, а стоит как в озерах. Речные террасы – горизонтальные или слабонаклоненные площадки, расположенные вдоль склонов долины и ограниченные уступами. Первую террасу, которая возвышается на руслом, называют пойменной. Выше располагаются надпойменные террасы I, II и т.д. В пределах равнинных рек обычно выделяют 3-5 надпойменных террас, в долинах горных рек – 8-10 и более, что связано с тектонической подвижностью этих районов.

0. Рис.11. Строение речной долины: 1– русловой аллювий; 2 – надпойменный аллювий; 3 – старичные отложения; 4 – ледниковые отложения; 5 – пески; 6 – глины; 7 – известняки

Подошва долины реки на разрезе вычерчивается по глубинам залегания четвертичных аллювиальных и флювиогляциальных отложений в скважинах (fgQ₁ и аQ₃). В плане долина реки ограничивается распространением аQ₃- и аQ₄- отложениями.

0. 4) Для правильного построения разреза необходимо проследить историю геологического развития изучаемого участка.

1. 4.1. Геологическая история формирования отложений по карте 1.

2. Рассматривая стратиграфическую колонку и колонки скважин на разрезе, очевидно, что наиболее древними породами являются протерозойские граниты, между ними и залегающими выше верхнедевонскими аргиллитами имеется стратиграфический перерыв, во время которого происходило разрушение гранитов и формировался рельеф их кровли, поверхность которого имеет сложную форму. На верхнедевонских аргиллитах (D₃)₎ без стратиграфического перерыва залегают нижнекаменноугольные известняки (C₁). Граница между ними является почти горизонтальной. В послекаменноугольное время до четвертичного периода осадконакопления на данном участке не происходило. В нижнечетвертичное время (Q₁) по понижениям данной территории проходил поток, частично размывший каменноугольные известняки и верхнедевонские аргиллиты, оставив свои отложения в виде крупных песков с гравием и галькой (fgQ₁). В верхнечетвертичное время начала вырабатываться долина реки. Река частично размыла водно-ледниковые отложения (fgQ₁) и поверх них оставила свои (аQ₃). В верхнечетвертичный период уровень реки несколько раз менялся, в результате чего были размыты верхнечетвертичные осадки, а затем отложены современные (аQ₄).

3. 4.2. Геологическая история района, изображенного на карте 2.

4. На карте 2 изображен участок с низкогорным рельефом, где породы смяты в складки и прорезаны глубокими долинами. Вид складки, выполненной мезозойскими отложениями (T, J, К), студенты определяют самостоятельно (см. рис.3). Формирование складчатости происходило в постмезозойский период, затем наблюдался перерыв в осадконакоплении и частичный размыв меловых отложений в палеогеновый период. На эти отложения произошло накопление морских неогеновых пород (N₁) (пески с гравием м галькой и алевролиты с песчаными прослоями). В четвертичный период накапливались элювиально-делювиальные осадки (edQ) на приподнятой морской террасе и позднечетвертичные и современные отложения в долине реки и на поверхности склонов. Далее выявляются основные геоморфологические элементы: долина реки с поймой, долина ручья с конусом выноса, морская терраса и оползневые бугры.

5. Наклон пластов складки определяется по двум точкам: выходу пласта на поверхность земли (по карте) и по глубинам залегания пласта в буровой скважине. Если пласт не вскрыт скважиной, его залегание изображается параллельно другим пластам складки.

6. Подземные воды приурочены к нескольким водопроницаемым слоям, не имеющих гидравлической связи между собой, так как изолированы друг от друга круто падающими пластами складки. Местами они имеют свободную поверхность, местами приобретают напор.

7. 5) Затем приступают к увязке разреза, к выделению литологических границ.

Производя увязку, соединяют непрерывными линиями в одно целое каждый пласт, вскрытый в отдельных выработках. В первую очередь увязывают наиболее характерные, выдержанные слои, встреченные в нескольких соседних скважинах. Они служат «руководящими», «опорными» или «маркирующими» горизонтами (для скважин на карте 1 – это девонские аргиллиты и кровля протерозойских гранитов). На тех участках, где построение разреза основано на предположениях автора, границы между слоями наносятся предположительно.

Если порода, обнаруженная в одной скважине, в соседней отсутствует, то изображают ее постепенное выклинивание к середине расстояния между скважинами.

Выход пластов на земную поверхность должен совпадать со стратиграфическими границами пород на карте.

После увязки всех стратиграфических и литологических границ литологический состав пород каждого слоя показывается штриховкой согласно общепринятым условным геологическим обозначениям (Приложение 2).

На разрезе внутри каждого слоя пишутся индексы, которые указывают на возраст и происхождение пород (aQ_IV ).

6) На разрез наносят отметки уровней подземных вод, вскрытых буровыми скважинами.

В описании скважин даны два относительных уровня подземных вод, принадлежащих к различным водоносным горизонтам: появившийся, начальный уровень воды в процессе бурения скважины, и установившийся, измеренный с помощью уровнемера через несколько часов (месяцев). Сравнительные значения уровней приводятся для установления характера напора вод в различных водоносных пластах. Если уровень подземных вод, принадлежащих одному водоносному пласту, практически не изменяется (в пределах 1м), то воды безнапорные, их уровень – установившийся, – показывается в скважине штриховой линией. Если отметка уровня подземных вод (относительно поверхности земли) изменяется значительно, это свидетельствует о напорном характере подземных вод; подъем уровня воды показывается стрелкой, параллельной линии скважины, и отмечается штрих-пунктирной линией.

Уровни подземных вод в скважинах, приуроченных к различным водоносным пластам, соединяют между собой в единую линию уровня (рис. 11), на разрезе показаны несколько уровней подземных вод.

Рис.11. Перенесение стратиграфических границ с карты на геологический разрез. Увязка пород различного литологического состава границ

Рассмотрим различные водоносные горизонты и типы подземных вод, вскрытые скважиной №3 (табл. 2).

Таблица 2.

№ скважины	№ слоя	Геолог возраст	Описание пород	Глубина залегания (подошва) слоя	Глубина залегания уровня воды, м (дата замера)
					Появившегося	Установившегося
__3_ 141,3	1	de Q4	Супесь серая заторфованная текучая	2,2	0,8 (19.01)	0,6 (18.09)
	2	С3	Глина черная плотная твердая	8,8
	3	С1	Известняк трещиноватый	69,8	40,1 (25.01)	40,7 (18.09)
	4	D3	Аргиллит серый	89,3
	5	γPR	Гранит крупнокристаллический трещиноватый	92,0	89,3 (28.01)	22,6 (29.01)

Первый водоносный горизонт, приуроченный к супеси серой заторфованной текучей (de Q₄), принадлежит к грунтовым водам безнапорным (относительный уровень воды: 0,8м –появившийся, 0,6м – установившийся).

Второй водоносный горизонт залегает в известняках трещиноватых нижнекаменноугольного возраста (С₁), также носит безнапорный характер (уровень воды изменяется от 40,1м до 40,7 м) и относится к межпластовым подземным водам.

Третий водоносный горизонт залегает в протерозойских гранитах трещиноватых (γPR), является напорным (уровень воды изменяется от 89,3 м до 22,6 м) и относится к артезианским напорным водам.

7) Оси буровых скважин и шурфов выделяются четкими линиями, а их забои подчеркиваются. Справа от оси скважин приводятся абсолютные или относительные отметки подошвы пластов, а слева – отметки подземных вод и дата их замера.

Номера скважин, расстояние между ними и абсолютные отметки их устьев указывают в таблице, под геологическим разрезом.

Внизу или в правой части от разреза показывают условные обозначения пород (их возраст и состав), которые располагаются в строгой последовательности от более молодых к более древним. Разрез подписывается вверху: «Инженерно-геологический разрез по линии I-I». Ниже указываются вертикальный и горизонтальный масштабы.

Защита геологического разреза.

При защите разреза студенты должны проанализировать неблагоприятные явления и процессы, отраженные на построенном разрезе и геологической карте, выявить их связь с причинами, их вызывающими – литологическим составом грунтов и подземными водами.

Геологические процессы и явления возникают при наличии определенных несоответствий (противоречий) в природе:

– неравновесие в системе «минеральный состав породы – гидрохимическая среда» вызывает развитие карста;

– несоответствие характера размываемости пород – скорости водного потока вызывает эрозию и т.п.

На развитие любого процесса влияют факторы: климат, состав пород, рельеф, характеристики воды, характер тектонических движений, растительность и т.д.

Закономерности, определяющие развитие определенных геологических процессов:

1. Литологический состав и тип породы:

- карст – развивается в растворимых породах;

- плывуны – в песках;

- просадки – в лессовых породах;

- пучение – в глинистых породах.

2. Определенный тип рельефа:

- болота – на равнинах, в понижениях;

- обвалы – на расчлененном, крутом склоне…

3. Подземные воды: их глубина залегания, напорность, скорость, характер движения…

4. Определенные широтные и высотные зоны.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 3. Геохронологическая таблица

Возрастная группа, млн. лет	Эра (группа)	Подгруппа	Период (система)	Эпоха (отдел)	Цветовое обозначение
1,5 - 2	Кайнозойская-KZ		Четвертичный (четвертичная) - Q	Современная (современный) Q1V	Желтовато – светло- серый
				Позднечетвертичная (верхнечетвертичный)– Q111
				Сраднечетвертичная (среднечетвертичный)– Q11
				Раннечетвертичная (нижнечетвертичный) – Q1
26			Неогеновый (неогеновая) - N	Поздненеогеновая или плиоценовая (плиоценовый) – N2	Лимонно- жёлтый
				Ранненеогеновая или миоценовая (миоценовый) – N1
67			Палеогеновый (палеогеновая) - ₣	Позднепалеогеновая или олигоценовая (олигоценовый) - ₣3	Оранжево-жёлтый
				Среднепалеогеновая или эоценовая (эоценовый) - ₣2
				Раннепалеогеновая или палео-ценовая (палеоценовый) - ₣1
137	Мезозойская-MZ		Меловой (меловая) - K	Позднемеловая (верхнемеловой) – K2	Зелёный
				Раннемеловая (нижнемеловой)– K1
195			Юрский (юрская) - J	Позднеюрская (верхнеюрский) – J3	Синий
				Среднеюрская (среднеюрский)– J2
				Раннеюрский (нижнеюрский– J1
240			Триасовый (триасовая) - Т	Позднетриасовая (верхнетриасовая) – Т3	Фиолетовый
				Среднетриасовая (среднетриасовый) – Т2
				Раннетриасовый (нижнетриасовый) – Т1
285	Палеозойская - PZ	Верхнепалеозойская – PZ3	Пермский (пермская) – Р	Позднепермская (верхнепермский)– Р2	Оранжево-коричневый
				Раннепермская (нижнепермский) – Р1
340			Каменноугольный (каменноугольная)- С	Позднекаменноугольная (верхнекаменноугольная)- С3	Серый
				Среднекаменноугольная (среднекаменноугольный) – С2
		Среднепалеозойская – PZ2		Раннекаменноугольная (нижнекаменноугольный) – С1
410			Девонский (девонская)- D	Позднедевонская (верхнедевонский) – D3	Коричневый
				Среднедевонская (среднедевонский) – D2
				Раннедевонская (нижнедевонский) – D1
440			Силурийский (силурийский) - S	Позднесилурийская (верхнесилурийский)– S2	Серо-зелёный
				Раннесилурийская (нижнесилусрийский– S1
500		Нижнепалеозойская – PZ1	Ордовикский (ордовикская) - О	Позднеордовикская (верхнеордовикский)– О3	Оливковый
				Среднеордовикская (среднеордовикский)– О2
				Раннеордовикская (нижнеордовикский)– О1
570			Кембрийский (кембрийская) - Є	Позднекембрийская (верхнекембрийский)- Є3	Голубовато-зелёный
				Среднекембрийская (среднекембрийский)– Є2
				Раннекембрийская (нижнекембрийский)- Є1
700	Протерозойская - PR	Верхнепротерозойская – PR3	Вендский- V		Розовый
1600			Рифейский- R
1900		Среднепротерозойская – PR2
2500		Нижнепротерозойская – PR1
	Архейская - A				Сиренево-розовый

ПРИЛОЖЕНИЕ 2