- •ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ
- •Введение. Основные задачи и значение инженерной геологии
- •Глава 1. Основные сведения о Земле
- •§ 1. Происхождение Земли
- •§ 2. Форма, масса и плотность Земли
- •§ 3. Строение Земли
- •ЧАСТЬ II. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
- •§ 1.3. Метаморфические процессы минералообразования
- •§ 2. Строение минералов
- •§ 3. Химический состав минералов
- •§ 5. Классификация и распространенность минералов
- •§ 1. Структура и текстура горной породы
- •§ 2. Магматические горные породы
- •§ 3. Осадочные горные породы
- •§4. Метаморфические горные породы
- •ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ
- •§ 1. Колебательные движения земной коры
- •§ 2. Складчатые и разрывные движения
- •§ 3. Ненарушенное и нарушенное залегание горных пород
- •§ 1. Трещиноватость горных пород
- •§ 2. Геометрические элементы тектонических разрывов
- •ЧАСТЬ IV. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
- •ЧАСТЬ V. ГРУНТОВЕДЕНИЕ
- •ЧАСТЬ VI. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
- •Глава 1. Виды подземных вод
- •Глава 2. Химический состав подземных вод
- •Глава 3. Законы движения подземных вод
- •§ 1. Связь расхода и напора подземного потока
- •§ 2. Общие условия движения подземных вод
- •§ 3. Методы определения коэффициента фильтрации
- •Глава 4. Воздействие подземных вод на горные породы и грунты
- •§ 1. Гидростатическое и гидродинамическое давление в нескальных грунтах
- •§ 2. Явление плывунности
- •ЧАСТЬ VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
- •Глава 1. Выветривание и связанные с ним явления
- •§ 1. Виды выветривания
- •§ 2. Меры борьбы с процессами выветривания
- •§ 3. Геологическая деятельность ветра
- •Глава 2. Геологическая деятельность атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Виды речных долин и русловых отложений
- •§ 2. Методы борьбы с негативными последствиями геологической деятельности атмосферных и поверхностных вод
- •§ 1. Ледники, моря и озера. Защита берегов
- •§ 2. Неблагоприятные процессы и явления, возникающие на искусственных водохранилищах и меры борьбы с ними
- •Глава 4. Суффозия механическая и химическая. Плывуны. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •§ 1. Суффозия механическая и химическая
- •§ 2. Методы борьбы с суффозией и плывунами
- •Глава 5. Движение грунтов на склонах и откосах. Меры предупреждения и борьбы с оползнями
- •§ 1. Движение грунтов на склонах и откосах
- •§ 2. Меры предупреждения и борьба с оползнями
- •Глава 6. Процессы и явления, связанные с промерзанием и оттаиванием грунтов
- •Глава 7. Просадочные явления
- •Глава 8. Процессы и явления, возникающие в грунтах под сооружениями
- •ЧАСТЬ VIII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
- •Глава 1. Стадии проектирования
- •Глава 2. Методы инженерно-геологических исследований
- •Глава 3. Инженерно-геологические исследования для гидротехнического строительства
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- •СОДЕРЖАНИЕ
31
связисизменениемтемпературы(турмалин). Пьезоэлектричество: заряд возникает в кристаллах при их растяжении или сжатии (кварц).
−люминесценция: способностьсвечениявультрафиолетовыхили рентгеновских лучах; выделяют флюоресценцию – свечение в процессе облученияифосфоресценцию– свечениепродолжаетсяпослеоблучения.
§ 5. Классификация и распространенность минералов
Таккаккаждыйминералпредставляетсобойопределенноехимическое соединение с характерной структурой, современная классификация минералов исходит из химического состава и кристаллического строения.
Существуетдесятьклассовминералов: силикаты, карбонаты, окислы, гидроокислы, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты, вольфраматы
имолибдаты, самородные элементы.
1.Силикаты. Наиболее многочисленный и распространенный классминералов. Длясиликатовхарактеренсложныйхимическийсостав
иизоморфныезамещенияоднихэлементовикомплексовэлементовдругими. Общим для всех силикатов является наличие в анионной группе
кремнекислородныхтетраэдров[SiO4]4- вразличныхсочетаниях. Общее количествоминеральныхвидовсиликатовоколо800. Пораспространенностинадолюсиликатовприходитсяболее75% отвсехминераловлитосферы. Силикатыявляютсяважнейшимипородообразующимиминералами, из которых сложена основная масса горных пород (полевые шпаты, слюды, роговаяобманка, пироксены, оливин, хлорит, глинистыеминералы). Самымираспространеннымивприродеявляютсяминералыгруппы полевых шпатов.
2. Карбонаты. Карбонаты – соли угольной кислоты. Это многочисленная группа минералов, из которых многие имеют значительное распространение. Наиболее широко они распространены на земной поверхностиивверхнейчастиземнойкоры. Карбонатывстречаются, восновном, в осадочных и метаморфических (мрамор) горных породах. Большинство карбонатов безводные и представляют собой простые соединения, главнымобразомCa, Mg иFe скомплексныманионом[CO3]2-. Характерные представители класса карбонатов кальцит, доломит, малахит, сидерит, магнезит.
3-4. Окислы и гидроокислы. Окислы – соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долюокисловигидроокисловприходится около17%. НаиболеераспространеннымиминераламиэтогоклассаявляютсяокислыSi, Al, Fe, Mn, Ti, приэтомминералкварцSiO2 – самыйраспространенныйминералназемле(около12%). Вкристаллическихструктурахминераловклассаокислов катионыметалловнаходятсявокружениианионовкислородаО2- (вокис-
32
лах) илигидроксила[ОН]1- (вгидроокислах). Характерныепредставители: кварц, корунд, магнетит, гематит– окислы; лимонит, боксит– гидроокислы.
5.Сульфиды. Сернистых ианалогичных им минераловнасчитываетсяболее200 видов, нообщееихсодержаниевземнойкореневелико, около1%. Схимическойточкизренияониявляютсяпроизводнымисеро-
водорода H2S. Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, редко – экзогенное. Минералы класса сульфидов образуются, как правило, на глубине, ниже границы проникновениявземнуюкорукислородаатмосферы. Попадаявприповерхностнуюобласть, сульфидыразрушаются, крометого, реагируясводойикислородом, ониобразуютсернуюкислоту, котораяагрессивновоздействуетнагорныепороды. Такимобразом, сульфидыявляютсявреднойпримесью в природных строительных материалах. Наибольшее распространениеимеютсульфидыжелеза– пирит, халькопирит; другиепредставители
–галенит, сфалерит, киноварь.
6.Сульфаты. Сульфаты – соли серной кислоты. Многие из них растворимы в воде, поскольку являются осадками морских или озерных соленых водоемов. Некоторые сульфаты являются продуктами зоны окисления; известнысульфатыикакпродуктывулканическойдеятельности. Надолюсульфатовприходится0,5% массыземнойкоры. Различают сульфаты безводные и водные, содержащие кроме общего для всех ани-
онногокомплекса[SO4]2- такжедобавочныеанионы(ОН)1-. Представители: барит, ангидрит – безводные, гипс, мирабилит – водные.
7.Галоиды. К этому классу относятся фтористые, хлористые и оченьредкиебромистыеийодистыесоединения. Фтористыесоединения, большейчастью, связанысмагматическойдеятельностью, ониявляются возгонамивулкановилипродуктамигидротермальныхпроцессов, иногда имеют осадочное происхождение. Хлористые соединения Na, K и Mg преимущественноявляютсяхимическимиосадками морейиозериглавными минералами соляных месторождений. Галоиды составляют около 0,5% массы земной коры. Типичные представители: флюорит (плавиковый шпат), галит (каменная соль), сильвин, карналлит.
8.Фосфаты. Минералы этого класса представляют собой соли фосфорнойкислоты; кристаллическаяструктураэтихминераловхаракте-
ризуетсяналичиеманионныхкомплексов[РО4]3-. Преимущественноэто редкиеминералы; наиболееширокораспространеныминералмагматического происхождения апатит и имеющие тот же химический состав осадочные биогенные фосфориты.
9. Вольфраматы и молибдаты. Этот класс содержит небольшое количество минеральных видов; по составу минералы отвечают солям
33
вольфрамовойимолибденовойкислот. Главныепредставителивольфрамит и шеелит.
10. Самородные элементы. В самородном состоянии в природе известнооколо40 химическихэлементов, нобольшинствоизнихвстречаетсяоченьредко; вообщесамородныеэлементысоставляютоколо0,1% массыземнойкоры. Всамородномсостояниивстречаютсяметаллы– Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; полуметаллы – As, Sb, Bi и неметаллы – S, C (алмаз и графит).
Глава 2. Горные породы
Земная кора сложена различными минеральными агрегатами, называемыми горными породами. Горные породы могут быть мономинеральными(мрамор) иполиминеральными(гранит). Минеральныйсостав каждойгорнойпородыболееилименееодинаков. Горнаяпородаобразуетсявопределенныхгеологическихусловиях, которыевлияютнаформу еезалегания, характеривзаимоотношениясоставляющихееминералов.
Горнаяпорода– агрегатболееилименеепостоянныхминеральных зерен, отличающийсяопределеннымстроением, физическимисвойствами и геологическими условиями образования.
По своему происхождению горные породы разделяются на три группы:
1.Магматические - связанные с процессами магматической деятельности;
2.Осадочные – связанные с экзогенными процессами;
3. Метаморфические– образовавшиесяврезультатепреобразования магматических и осадочных пород.
Распространениеэтихпороднеодинаково. Около95% литосферы сложено магматическими и метаморфическими породами и только 5% - осадочными. Втожевремяземнуюповерхностьпокрываютна75% осадочные породы и на 25% - две другие группы.
Изучениемгорныхпородзанимаетсянаукапетрография, онатесно связана с минералогией и другими геологическими дисциплинами.
Горныепородыизучаютвполевыхусловияхнасвежихсколахобразцавизуальноилиспомощьюлупы. Детальноеизучениегорныхпород производитсявлабораторииспомощьюспециальныханализовиоптическихприборов(химический, спектральныйанализыимикроскопические исследования). Микроскопическиеисследованиявключаютвсебяисследования шлифов – очень тонких (до 0,03мм) срезов горных пород в проходящемчерезнихсветеианшлифов– полированныхпластиноквотраженном свете.
34
Определениеминералогическогосоставагорнойпороды(тоесть– изкакихминераловонасостоит) позволяетустановитьеекачественныйи количественныйвещественныйсостав. Ответнавопрос, какгорнаяпорода образовалась из этих составных частей – минералов, дает изучение
структуры и текстуры горной породы.
§ 1. Структура и текстура горной породы
Структура– особенностистроениягорнойпороды, зависящиеот степеникристаллизации, размеров, формы, генезисаивзаимоотношений минералов в ней.
По степени кристаллизации выделяют следующие структуры: полнокристаллические(гранит, мрамор); некристаллическиеилистекловатые (вулканическое стекло); и смешанные или полукристаллические. Еслисоставныечастипородыразличимытольковмикроскоп, кназванию структуры добавляют слово «микро», например, микрокристаллическая структура.
Поразмерамминеральныхчастицвыделяютструктуры: крупно-
зернистые (размер частиц более 5мм); среднезернистые (размер частиц 1-5мм); мелкозернистые (менее 1мм); и разнозернистые структуры. Размеркомпонентовгорнойпородычастовводитсявееназвание, например, крупнозернистый гранит, микрокварцит.
Погенезису(происхождению) минераловвыделяютструктуры:
кристаллические (гранит, каменная соль); органогенные (породы, образующиеся из остатков организмов); и смешанные (органогеннообломочная структура).
Повзаимномурасположениюминеральныхкомпонентовраз-
личают структуры: однородные, зернистые (при изометричной форме и равныхразмерахчастиц); беспорядочные(снеправильнойформойибеспорядочнойориентировкойчастиц); иориентированные(привытянутой форме частиц с упорядоченной ориентировкой).
Текстура горной породы показывает, как минеральные агрегаты распределенывпространстве, тоестьпоказываетсложениегорнойпороды.
Таким образом, структура – характеристика, определяющая особенностивнутреннегостроениягорнойпороды, атекстура– отображает ее внешний облик.
Поспособузаполненияпространстваразличаюттекстуры: мас-
сивную, плотную(гранит, мрамор); пористую(пемза, известняк, базальт). Плотные текстуры присущи кристаллическим породам, пористые – некристаллическим осадочным и излившимся на поверхность магматическим породам, которые характеризуются наличием пустот (пор), остав-
35
шихся от пузырьков газов, улетучившихся при застывании лавы или образовавшихся при формировании осадочной горной породы.
По расположению компонентов породы в пространстве разли-
чаюттекстуры: однороднуюинеоднородную. Приоднороднойтекстуре весь объем породы занят однородным по цвету, составуи структуре минеральнымагрегатомбезориентировки. Неоднороднаятекстурахарактеризуетсяналичиемвпородеполосипятен, различныхпоцвету, составу, структуре.
Среди неоднородных текстур выделяют:
-шлировую (или такситовую) – порода сложена из отдельных участков, отличающихся друг от друга по составу или по структуре или по составу и структуре одновременно;
-гнейсовидную(полосчатую) – минералывпородерасполагаются параллельно друг другу под направленным давлением;
-флюидальную(флюидально-полосчатую) – различныеминера-
лы вытянуты в одном направлении, напоминая поток;
-миндалекаменную – поры и пустоты в породе заполнены вторичными минералами (кальцитом, халцедоном);
-сланцеватую – порода характеризуется плоскопараллельной ориентировкой структурных элементов, способных при ударе раскалываться на тонкие плитки, рассланцовываться (см. рис.2.4).
Существуюттриосновныхтипа(формы) залеганиягорныхпород: пластовыетела, массивыижилы. Поотношениюквмещающимгорным породамонимогутбытьсогласнымиинесогласными, секущими(см. рис. 2.5).
Пластовая форма тел – наиболее распространена в верхних частяхземнойкоры; характернадляосадочныхпород, встречаетсяумагматических и метаморфических пород.
Массивы– крупныетеланеправильнойформы, которыепрорываютвмещающиепороды; характерныдлямагматическихпород, вменьшей степени – для метаморфических и редко – для осадочных пород.
Жилы– теласложнойформы, заполняющиетрещиныиполостив массивахипластах; формызалеганиямагматическихиметаморфических пород. Жилымогутбытьразличногосечения, толщины, направления. Как правило, вдлинуонидостигаютнескольких километров (до сотенкилометров) при средней мощности в несколько метров. Жильные тела с параллельными краями называются дайками (от шотландского «daike» - стена из камня).
36
Рис. 2.4. Структуры и текстуры горных пород. Структуры: 1 - порфировидная; 2 – порфировая; 3 – пегматитовая. Текстуры: 4 – полосчатая; 5 – неоднородная; 6 – флюидальная; 7 – сланцеватая.