- •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
46
ЧАСТЬ III. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕКТОНИКЕ
Тектоника- сгреческого«строение»; такимобразом, геотектоникаилитектоникаЗемли– геологическаянаука, изучающаяособенности строения и развития земной коры.
Глава 1. Роль тектоники в процессе осадконакопления и формирования рельефа земной поверхности
Многообразиегорныхпородчрезвычайновелико. Крайнеразнообразныиусловияихзалегания. Иногдамощностьтолщиосадочныхпород достигаетнесколькихкилометров, аиногдапрослойкикакой-либоразно- сти горной породы в общей толще осадочных пород измеряется сантиметрами.
Часто те или иные разности осадочных пород залегают в ограниченныхмассивах(например, вдолинереки– речныеотложения), виных случаяхонижепрослеживаютсянамногихтысячахквадратныхкилометров(отложенияписчегомелапростираютсяотДонадоБелыхскалДувра, Франция).
Вомногихслучаях(наравнинах) пластыосадочныхпородсменяютдругдругапоглубине, залегаягоризонтальноипараллельнодругдругу. 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.
Несмотрянатакоеразнообразиеусловийзалеганиягорныхпород, они все-таки подчиняются некоторым закономерностям.
Так, рыхлыеосадочныепороды(пески, галечники) встречаютсяв толщесовременныхимолодыхповозрастуречныхотложенийврезультате размыва продуктов выветривания горных пород, их сортировки и отложениявруслахрексозначительнымискоростямитечения. Такиеже отложенияокаймляютпомелководьюбереговыелинииморейикрупных озер.
Глинистыеразностиосадочныхпородсоответствуютотложени-
ямнизовьевравнинныхрекиихпоймам(малаяскоростьтечения), атакже морским и озерным приглубинным зонам в относительном удалении от берега, где мало сказываются течение и волнение.
47
Сцементированныеразностиобломочныхосадочныхпород(песчаники, конгломераты) и глинистых пород (аргиллиты, алевролиты) характерны для древних морских отложений, так как процесс цементации осадков идет медленно (несколько тысяч или миллионов лет).
Органогенныепороды(известняки) связанысобластямираспространения морей в геологическом прошлом. При этом разные виды известняков образовались при различных температуре, солености воды и видах образующих органических форм (организмов) в древних морях.
Залежикаменногоуглясвязанысприбрежнойзаболоченнойполосой древних тропических морей.
Химическиеосадки(гипс, каменнаясоль) образовалисьвотшнурованных 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 корынаходилаотражениеврельефеземнойповерхностинаконтинентах и на дне океанов. Это – горные цепи и целые складчатые горные сооружения с высочайшими вершинами(Гималаи, почти9000м) и гигантские разломы дна океанов (желоба) протяженностью тысячи километров и глубинойдо11000м, мощныепровальныеявления(озероБайкал, впадина Черного моря глубиной до 2км).
Приналичиивземнойкореглубокихразломовисоответствующих 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.
Вместестем, пригорообразованииивулканическихявленияхпроявлялись процессы метаморфизма горных пород, в результате которых малопрочныепороды(песок, глина) приобреталисвойстваскальныхпород (кварцит, сланцы).
Горные сооружения, как выступающие формы рельефа, являлись объектомнивелирующейдеятельностиразнообразныхагентоввыветривания, тесно связанных в своем проявлении с климатическими
условиями. Врезультатевоздействияэтихагентовнамассивыгорныхпороднакапливалисьпродуктывыветривания, явившиесяисходным материалом для образования осадочных пород. Положительные формы рельефасоздавалиособенноблагоприятныеусловиядлястокаатмосферныхосадковиобразованияводотоков. Рольводотоковвпереносеипереотложении продуктов выветривания очень велика. Еще более важна их размывающая деятельность (эрозия), как причина расчленения и выравнивания горных сооружений, сноса выступающих формрельефа с образованием вначале горных долин, а в дальнейшем – равнин и низменностей.
48
Накоплениеосадочныхпородсвязаносопусканиемконтинентови ихзатоплениемнаступающимиморями. Глубокиепрогибыослабленных участковземнойкоры(геосинклинали) являлисьместомнакопленияособенно мощных толщ осадочных пород.
Нельзя не отметить исключительную роль наступающих на сушу морейсформированиемобширныхвыровненныхтерриторийврезультате разрушения и размыва береговых форм рельефа (абразия).
Таким образом, образование тех или иных осадочных пород, особыеформыихзалеганияиформырельефаземнойповерхностиопределялись деформацией относительно тонкой и маложесткой земной коры, пассивноследующейзадеформациейсамогоземногошараиобязательно
– климатической обстановкой.
Этиусловия, всвоюочередь, являлисьследствиемвнутренних(эндогенных) процессов, протекавших и протекающих в недрах Земли.
Наличиеэндогенныхпроцессовнаходитотражениеинаповерхности земной коры – в виде землетрясений.
Перемещениябереговойлинииврезультатеподъемовиопусканий обширных территорий свидетельствует о том, что внутренние (эндогенные) процессынепостоянныповремени, чтоонипериодическиусиливаются и затухают.
Следствиемпроявленияэндогенныхпроцессовявляютсятакназы-
ваемыетектоническиеявления, илипростотектоника, находящиесвое выражение в деформации земной коры.
Глава 2. Виды и масштаб тектонических движений
Под тектоническими движениями понимают перемещения материалаземнойкоры, вызванныевнутренними(эндогенными) силами, возникающими в недрах Земли.
Различают три основных вида тектонических движений: колебательные движения; складчатые движения; разрывные движения.
§ 1. Колебательные движения земной коры
Колебательныедвижениявыражаютсявмедленныхвертикальных поднятиях и опусканиях отдельных участков земной коры, причем в одномитомжеместеподнятиястечениемвременисменяютсяопусканиями, и наоборот. Иногда в оценке строительной площадки, особенно для долгосрочныхиособоответственныхсооружений(такихкакГЭС), необходиманализнаправленностиколебательныхдвижений. Подъемземной поверхностивызываетэрозиюречныхдолин, переуглублениеруселрек,
49
увеличение мощности речных отложений. Опускание поверхности, напротив, приводиткувеличениюмощностинаносов, изменениюхарактера рек на равнинный, с образованием стариц, меандр и заболачиванием.
Колебательныедвижениявцеломнеизменяютусловийзалегания горных пород. Их можно поделить на современные, новейшие и колебательные движения предшествующих геологических эпох.
Современными колебательными движенияминазываюттакие движения земной коры, которые произошли в исторический период и происходятвнастоящеевремя. Обихналичии, направленностииамплитуде судят по историческим документам, археологическим данным и по геодезическимнаблюдениям. Современныеколебательныедвиженияохватывают 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.
ВИталии, близНеаполя, наберегуНеаполитанского залива, вначале нашей эры был построен так называемый «храм Серапиона». В результатемедленногоопусканиясушионкVIII векуполностьюушелпод водуиоставалсявтакомсостояниидоXVI в. Мраморныеколонныразъедены морской водой и источены моллюсками. По этим признакам был определенмаксимальныйуровень, докоторогодоходилавода– 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 моряпрепятствуетосушениютерритории«храма», чтосвидетельствовало, 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.
Другойклассическийпример– продолжающеесяопусканиепобережьяГолландиииСевернойБельгиисоскоростьюоколо4ммвгод. Еслибынеплотины, которыеместноенаселениевынужденопостояннодостраивать, 2/3 территории этих стран оказались бы под водой.
Опусканиесушиврайонег. Севастополя, Украина, привелокзатоплениюдревнегреческогогородаХерсонесиобразованиюСевастопольской бухты. Район г. Баку, Азербайджан, за последние 800 лет пережил опускание и новый подъем примерно на 16м.
Новейшимиколебательнымидвижениямисчитаютсядвижения земной коры, происшедшие в антропогеновый (четвертичный) период, т.е. втечениепоследних1млнлет. Онихсудят, главнымобразом, повы-
50
сотеморскихтеррас, позатоплениюморемустьеврекипопереуглублению 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 первобытногочеловека, чтосвидетельствуетотом, чтозатоплениепроисходило здесь в четвертичное время. На этой же схематической карте пунктиром показаны русла древних рек, затопленные ныне морем. Эти русла являются продолжением современных рек.
современной суши |
иАтлантического океана |
. 3.1. Распределение древней и |
современного Северного моря |
Рис |
области |
|
в |
Нарисунке3.2. представлендругойяркийпримерновейшихколебательных движений - история р. Волги в районе Жигулевских гор. Перед началом четвертичного периода здесь произошло крупное сводовое
51
поднятиенавысотуоколо500м. Волга, приспособляяськсвоемупрежнему профилю, размыла приподнятые породы на значительную глубину, сформировавновуюдолину. Далеепроизошлоопускание, иВолгазаполниласвоюдолинуосадкамимощностью250м. Затем– новоеподнятие, и Волга разработала в толще своего же аллювия, а частью в коренных породахправого берегановуюдолину с глубиной вреза дна 180м. Позднее этотпроцессвновьповторялся, причемамплитудаколебательныхдвижений постоянно уменьшалась.
Рис. 3.2. а) строение аллювиальных отложений в долине р. Волги близ Жигулевских гор (схематический профиль); б) схема колебательных дви-
жений для того же района.
Колебательные движенияпредшествующих эпохобнаружива-
ются, главнымобразом, поперерывамвотложенияхосадковипозакономерностивсменепластовгорныхпород. Перерыввотложенияхназывается стратиграфическим несогласием. Например, если на отложениях каменноугольногопериодазалегаютюрскиепороды, тоизразрезавыпадаютпермскиеитриасовыеотложения. Следовательно, вкаменноугольныйпериодтерриториябыланижеуровняморя, издесьпроисходилонакопление осадков. Затем произошло поднятие, и морское дно стало сушей. Континентальныйпериодпродолжалсявтриасовоеипермскоевремя, азатемместностьвновьпогружаетсянижеуровняморя. Колебательные движения земнойкорывызывали частое перераспределение сушии моря. Вследствие этого море то наступало на сушу, то отступало, т.е.