1 ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Экзогенными (от греч. éxo – вне, снаружи) называют геологические процессы, которые обусловлены внешними по отношению к Земле источниками энергии: солнечной радиацией и гравитационным полем. Они протекают на поверхности земного шара или в приповерхностной зоне литосферы. К ним относятся гипергенез (выветривание), эрозия, абразия, седиментогенез и др.

13 Геологическая деятельность ветра - это экзогенный процесс, происходящий в поверхностном слое земной коры под действием перемещающихся воздушных масс, и заключающийся в динамическом воздействии ветра на горные породы. Она проявляется в разрушении, размельчении пород, сглаживании и полировке их поверхностей, перемещении мелкого обломочного материала с одного места на другое, в отложении его на поверхности Земли (на континентах и в океанах) ровным слоем или в виде холмов и гряд на определенных участках суши. Отложения, образованные геологической деятельностью ветра также называют эоловыми, а саму деятельность - эоловыми процессами.

Геологическая работа ветра особенно интенсивна там, где отсутствует растительный покров. Таким благоприятным районом являются пустыни, горные вершины и морские побережья. Чем больше скорость ветра, тем значительнее производимая им работа.

Геологическая деятельность ветра состоит из следующих процессов:

•  разрушение горных пород;

•  перенос разрушенного материала;

•  аккумуляция с образованием эоловых отложений.

Разрушительная деятельность ветра состоит из дефляции и корразии. Дефляция - это выдувание и разрушение ветром рыхлых частиц горных пород на поверхности Земли вследствие непосредственного давления воздушных масс. Дефляция бывает площадная и локальная. Площадная дефляция - это разрушение горных пород на отдельных небольших участках земной коры, самым распространенным примером является образование дефляционных котловин. Локальная дефляция распространяется на большие территории, например в пустынях, горных районах.

Большую работу по разрушению горных пород производит корразия путем механической обработки породы с помощью мелких твердых частиц, гонимых ветром, ударяясь в стенки и выступы горной породы, обтачивая их и разрушая. Корразия может быть точечная, царапающая (бороздящая) и сверлящая. В результате корразии в горных породах возникают ниши, ячейки, борозды, царапины, "скульптурные" формы.

 ледом за переносом происходит аккумуляция - отложение и накопление перенесенного материала. Среди эоловых отложений выделяют глинистые, пылеватые и песчаные. Песчаные эоловые отложения чаще всего образуются в непосредственной близости от областей дефляции и корразии, т.е. у подножия обнаженных гор, а так же в нижних частях речных долин, в дельтах и на морских побережьях. Цвет эоловых отложений различен. Преобладают желтая, белая, серая окраски, но встречаются и другие цвета. С аккумуляцией связана сортировка материала и слоистость. Сортировка материала происходит из-за того, что более легкие (мелкие) частицы откладываются позднее, чем более тяжелые (крупные). Слоистость зависит от условий осадконакопления, материала, гравитационных процессов. Она бывает прямая, косая, волнистая и т.д. Скорость накопления эоловых отложений бывает различной и достигает иногда катастрофической быстроты.

Положительными формами рельефа, созданными в результате аккумуляциоонной деятельности ветра, являются прибрежные дюны. Дюны встречаются, как правило, скоплениями и образуют косы и полуострова. Это происходит из-за того, что образовавшаяся около берега дюна отползает по ветру, освобождая место для образования новой, и т.д., надо отметить, что средняя скорость дюн 20 м/год. Дюны имеют крутой подветренный и пологий наветренный склоны. Средняя высота дюн - 5-24 м. Но бывают и дюны-гиганты высотой до 100 м.

Во время летней геологической практики в Калининградской области мы наблюдали на западном берегу Вислинской косы. Дюны образовались в связи с переносом материала ветром на берегу Гданьского залива Балтийского моря. Средняя высона дюн на Вислинской косе - 6 м. Дюны на косе в основном "мертвые" потому, что вся их поверхность покрыта слоем растительности, что защищает их от выдувания и от движения. Они образуют устойчивую поверхность. Так называемых "живых" дюн. представляющих действительную опасность для хозяйственной деятельности человека, на Вислинской косе нам не встречалось.

Так же нами изучены результаты разрушительной работы ветра, а именно дефляционные котловины. В одном из маршрутов мы наблюдали котловину высотой 10 м, шириной 20 м и длиной 30 м. Один склон дефляционной котловины, как правило, крутой (подветренный), а другой - наветренный - пологий. Это происходит благодаря направлению преобладающих ветров, в данном случае западным.

В склоне одной из котловин мы наблюдали ярко выраженную эоловую слоистость. Она представляет собой чередование различных по мощности, плотности и цвету слоев песка. Образуется она следующим образом: песок надувается ветром, затем вследствие изменения сезона направление ветра меняется, поэтому меняется и направление отложения материала.

14 Поверхностные воды (моря, океаны, водохранилища, реки, озе­ра, временные водотоки и др.) выполняют на земной поверхности огромную геологическую работу — разрушительную и одновремен­но созидательную. В инженерно-геологической и строительной прак­тике наибольшее внимание уделяется изучению таких процессов, как оврагообразование, подмыв и разрушение берегов рек, абразия мор­ских берегов, переработка берегов водохранилищ, селевые потоки и др. 

Геологическая деятельность поверхностных текучих вод может быть подразделена на три основных вида: плоскостной смыв, овра­гообразование и речную эрозию. 

Под плоскостным смывом (или плоскостной эрозией) понимают процесс смещения мелких частиц горных пород вниз по склону дож­девыми и талыми снеговыми водами, без образования постоянных русел или рытвин. Формирующиеся у основания склона отложения получили название делювия (от лат. «делюо» — смываю). В тех слу­чаях, когда делювий покрывает не только основание склонов, но и прилегающие к нему пространства, образуется делювиальный шлейф.

Делювиальные отложения (суглинки, супеси, реже глины) имеют исключительно широкое распространение в равнинных степных рай­онах. Развиты они и в горных и предгорных районах, где к ним до­бавляются дресва и щебень. Мощность делювия увеличивается вниз по склону, достигая 15—20 м, а в горных районах до 30—50 м.

Делювиальные отложения часто образуются совместно с други­ми генетическими типами континентальных отложений. В этих слу­чаях формируются смешанные элювиально-делювиальные, делювиально-аллювиальные отложения и т. п.

В строительной практике отмечены многочисленные случаи опол­зневых смешений делювиальных отложений при искусственной под­резке нижней части склона. В целом они отличаются недостаточной устойчивостью и рыхлостью.

15 Эрозионная работа рек.Различают эрозию донную, или глубинную, на­правленную на врезание потока в породы, слагающие дно русла, и боковую, ведущую к подмыванию и разрушению берегов и в целом к расширению доли­ны.

Под влиянием донной эрозии но мере углубления дна долины вырабаты­вается продольный профиль равновесия. Выработка профиля равновесия идет неравномерно, т.к. породы, по которым протекает река, неодинаковы по твердости. В местах выхода очень твердых пород глубинная эрозия замедля­ется и здесь возникают пороги и водопады. Пороги представляют собой как бы перемычки из более твердых пород в русле реки, благодаря чему течение здесь становится быстрым и бурным. Водопады возникают там, где в русле реки образуются крутые, почти отвесные уступы, с которых поток низверга­ется вертикально вниз.

Струи воды, с силой ударяясь о дно, завихряются, подмывая подножие уступа. Поэтому вдоль него образуется желобообразное углубление, над ко­торым нависают породы в виде карниза.

Уровень того бассейна, куда впадает река, определяет глубину врезания реки и поэтому называетсябазисом эрозии. Он является общим для всей реч­ной системы (главной реки со всеми притоками).

Боковая эрозия приводит к образованию излучин, стариц и общему рас­ширению долины. Боковая эрозия начинается одновременно с линейной, нона первых стадиях развития речной долины роль ее невелика и основными процессами являются углубление русла и перенос обломочного материала. Значение боковой эрозии возрастает по мере достижения рекой профиля рав­новесия. Этому способствует меандрированиереки, сопровождаемое подмы­ванием вогнутого берега и переотложением обломочного материала на про­тивоположном выпуклом берегу (меандр - это излучина реки - по древнему названию извилистой реки Большой Мендерес в Малой Азии; меандрирова­ние - образование извилин речного русла). Таким образом, излучины или ме­андры возникают вследствие того, что река, стремясь сохранить первона­чальное направление, прижимается к вогнутому берегу и отходит от выпук­лого. Поэтому вогнутый берег подмывается, становится крутым и обрыви­стым, а выпуклый заносится песком и становится пологим.

Встретив на своем пути вогнутый берег, струи подмывают его и отража­ются иод таким же углом к противоположному берегу. В результате русло реки приобретает вид чередующихся изгибов, называемых излучинами, или меандрами.

 

Постепенно кривизна излучин все более и более увеличивается, а пере­мычки между ними становятся все уже и уже; наконец может произойти про­рыв перемычки. В этом случае река течет уже минуя излучину. Отделившая­ся таким путем излучина образует озеро подковообразной формы, называе­моестарицей.

Элементы речной долины

У речных долин различают следующие элементы.

1. Склоны - поверхности, ограничивающие долину с боков.

2. Дно - наиболее низкая часть долины, в пределах которой течет река и происходит аккумуляция речных отложений.

3. Русло - наиболее низкая полоса дна долины, по которой течет река.

4. Пойма - часть дна, при половодьях заливаемая водой.

5. Речные террасы - площади, ограниченные уступами, идущими вдоль склонов. В широком смысле слова террасы - это формы рельефа, имеющие вид ступеней с более или менее горизонтальной поверхностью.

Стадии развития рек

В геологической деятельности рек можно выделить четыре фазы.

1. Фаза глубинной эрозии (врезания долины) характеризуется преоблада­ нием донной эрозии. Долины, находящиеся в фазе врезания, принято назы­ вать «молодыми». Молодые долины имеют небольшую ширину, крутые склоны, порожистое русло. Такие долины характерны для горных рек.

2. Фаза боковой эрозии (расширения долины) частично перекрывает фазу врезания или начинается после ее окончания. В течение этой фазы работа ре­ ки направлена в основном на расширение долины. В результате долина при­ обретает в поперечном сечении U-образную или ящикообразную форму. До­ лины, имеющие такую форму, называют «зрелыми». Течение реки в них бо­ лее плавное, спокойное.

3. Фаза накопления наносов (заполнение долины аллювием) протекает одновременно с фазой боковой эрозии, но заканчивается позже ее, когда река уже выработает профиль равновесия. В эту фазу идет интенсивный процесс отложения аллювия в русле и пойме реки.

4. Фаза покоя, или переноса, наступает после выработки профиля равно­ весия долины. Работа реки в основном сводится к транспортировке рыхлого материала и выносу его за пределы речного бассейна. Долины становятся широкими, склоны их очень пологими, дно плоским. Реки текут в них плавно с небольшими скоростями. Образуется много излучин и стариц.

В результате движений земной коры базис эрозии может понизиться. В этом случае вновь наступает фаза глубинной эрозии, т.е. происходит омоло­жение эрозии. Возобновление врезания приводит к образованию речных тер­рас, по числу которых можно судить о том, сколько раз происходило омоло­жение эрозии в данном регионе.

16 Процессы, протекающие на склонах, ведут к перемещению, а при благоприятных условиях—к накоплению продуктов выветривания, т. е. к образованию как выработанных, так и аккумулятивных форм рельефа. Склоновая денудация является одним из основных экзогенных факторов формирования рельефа и основным поставщиком материала, из которого образуются потом аллювиальные, ледниковые, морские н другие генетические типы отложений.

Существует тесная взаимосвязь между выветриванием и склоновыми процессами: быстрое удаление со склонов рыхлых продуктов выветривания обнажает «свежую» породу н тем самым способствует усилению выветривания. Медленная денудация склонов, напротив, приводит к накоплению продуктов выветривания, которое затрудняет дальнейшее выветривание коренных пород, но способствует интенсификации склоновых процессов. Таким образом, отмечает С. С. Воскресенский, темп склоновых процессов определяет в конечном счете быстроту денудации.

Склоны медленной солифлюкции. Медленная солифлюкция — движение массы грунта, обладающего вязко-текучей консистенцией, т. е. способностью растекаться толстым слоем. Возникает медленная солифлюкция в случае, если рыхлые массы песчано-глинистого материала, насыщенные водой, не в состоянии длительное время сохранять уклон своей поверхности. К склонам медленной солифлюкции относится большинство склонов в арктических и субарктических районах. Как разновидность склонов медленной солифлюкции можно рассматривать курумы. Курумы—поверхности, образованные скоплением глыб размером от десятка сантиметров до 3 м в поперечнике с незаполненными мелкоземом межглыбовыми полостями. Курумы довольно широко распространены в горных районах и на плоскогорьях, в строении которых участвуют скальные породы. 

Оползневые склоны. В отличие от рассмотренных выше процессов при оползании происходит перемещение монолитного блока породы. Процессы оползания всегда гидрогеологически обусловлены. Они возникают в случае, если водопроницаемые породы подстилаются горизонтом водоупорных пород, чаще всего глин. Образованию оползней особенно благоприятствует такое залегание пород, когда падение кровли водоупорных пород совпадает с направлением уклона поверхности. Водоупорный горизонт при этом служит поверхностью скольжения, по которой более или менее значительный блок породы соскальзывает вниз по склону. При оползании порода может частично дробиться, превращаться в бесструктурную массу. Скопление оползневых масс у подножья склонов называется деляпсием. Размеры оползней сильно варьируют. Встречаются громадные оползни, захватывающие сотни тысяч кубических метров породы, и малые, объем которых не превышает нескольких десятков кубометров.

Осыпные склоны. Образование осыпей связано преимущественно с физическим выветриванием. Наиболее типичные осыпи наблюдаются на склонах, сложенных мергелями или глинистыми сланцами. У классически выраженной осыпи различают осыпной склон, осыпной лоток и конус осыпи. Осыпной склонсложен обнаженной породой, подвергающейся физическому выветриванию. Продукты выветривания—щебень, дреева, перемещаясь вниз по склону, оказывают механическое воздействие на поверхность склона и вырабатывают в нем желоб—осыпной лоток глубиной 1—2 м при ширине в несколько метров, В нижних частях денудационных участков склонов желоба объединяются в более крупные ложбины, ширина которых может достигать десятков метров. Талые и дождевые воды еще более углубляют желоба, расчленяют денудационную часть склонов, бровка склона становится фестончатой. Иногда рельеф денудационной части осыпных склонов оказывается очень сложным, образованным системой башен, колонн и т. п.

17 Гравитационные геологические процессы развиваются только на крутых склонах с углом наклона более 30°. Главной областью их распространения являются горы. На равнинах они встречаются там, где имеются очень крутые склоны. При обрывистых и нависающих склонах развивается процесс обваливания - внезапное обрушение громадных блоков горных пород. На склонах меньшей крутизны возникает процесс осыпания, при котором основную роль играет скатывание обломков на поверхности склона.

Обвальные процессы, или горные обвалы представляют собой обрушения крупных массивов горных пород, происходящие внезапно и сопровождающиеся дроблением сорвавшейся массы при её падении к подножию склона. Важнейшими условиями образования обвалов являются крутизна склонов, сложная тектоника, присутствие крупных трещин, длительная подготовка склона, выражающаяся в развитии трещиноватости в скальных породах. Непосредственной причиной обвалов могут быть землетрясения, сильные ливни, удары молнии. В результате обвальной денудации склонов возникают гравитационные или обвальные обрывы и обвальные цирки и ниши. К аккумулятивным формам относятся обвальные гряды и холмы. Гряды располагаются обычно вдоль склона, но встречаются и поперечные гряды, расположенные под обвальными цирками. Поверхность обвальных гряд имеет крайне неправильный, хаотический рельеф и изобилует беспорядочно расположенными скальными выступами и глыбами. Обвальные отложения, слагающие эти формы рельефа, характеризуются полным отсутствием сортировки обломков, совместным нахождением очень крупных глыб, мелко раздробленного материала, средних и мелких обломков, хаотически сгруженных и совершенно не скатанных. Петрографический состав обломков обычно однороден и полностью соответствует составу пород, слагающих обрыв.  Особым типом обвалов являются лавинные обвалы, связанные с лавинами. Снежные лавины увлекают за собой большое количество грунта и почвы,щебня, глыб и валунов, и с огромной скоростью проносят все это к подножью склона, где образуются лавинно-обвальные гряды и холмы. Главной денудационной формой являются лавинные лотки - желобообразные углубления на склонах.

Осыпные процессы развиваются намного медленнее обвальных, но распространены намного шире. Осыпи являются характерным элементом горноголандшафта. Они имеют большое значение для хозяйственной деятельности человека в горах. Под осыпями понимают скопления обломков, скатывающихся по склону под действием силы тяжести и отлагающихся у его подножия. Главными условиями для образования осыпей являются крутой уклон земной поверхности, обилие скальных выходов коренных пород, сухой или морозный климат с интенсивным накоплением продуктов выветривания в виде щебня. Осыпи особо характерны для высокогорной зоны, т.е. там, где продукты выветривания не закрепляются растительностью.

Коллювий обрушения (обломочный материал, накопившийся на склонах гор или у их подножий путём перемещения с расположенных выше участков под влиянием силы тяжести (осыпи, обвалы, оползни) и движения оттаивающих, насыщенных водой продуктов выветривания в областях распространения многолетнемерзлых горных пород). Обвальные и осыпные отложения, находясь часто в тесном переплетении друг с другом, образуют в горных странах чрезвычайно распространенный там коллювий обрушения, сплошным плащом одевающий подножье горных склонов. Знание его особенностей имеет важное значение при проведении горных и геологоразведочных работ. В связи с тем, что встречаются древние, ныне задернованные осыпи и обвалы, важно умение распознавать их по внешним формам рельефа. Проходка буровых скважин и горных выработок в них весьма затруднена. Главную опасность представляет собой увлажнение толщи коллювия природными или производственными водами. Особо опасны в этом отношении древние осыпи, обычно уже совершенно задернованные с поверхности. Вследствие увлажнения, при вскрытии их горными работами, они приходят в движение, которое может иметь катастрофические последствия.

Сель (селевый поток) — бурный грязевый или грязекаменный поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек.

Характеризуется резким подъемом уровня воды, волновым движением, кратковременностью действия (в среднем от одного до грех часов), значительным эрозионно-аккумулятивным разрушительным эффектом.

Селевые потоки создают угрозу населенным пунктам, железным и автомобильным дорогам и другим сооружениям, находящимся на их пути.

Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, интенсивное таяние снега, прорыв водоемов, реже землетрясения, извержения вулканов.

Классификация селей

Все если по механизму зарождения подразделяются на три типа: эрозионный, прорывной и обвально-оползневый.

При эрозионном вначале идет насыщение водною потока обломочным материалом за счет смыва и размыва прилегающего грунта, а затем уже формируется селевая волна.

Прорывной характеризуется интенсивным процессом накопления воды, одновременно размываются горные породы, наступает предел и происходит прорыв водоема (озера, внутриледниковой емкости, водохранилища). Селевая масса устремляется вниз по склону или руслу реки.

При обвально-оползневом происходит срыв массы водонасыщенных горных пород (включая снег и лед). Насыщенность потока в этом случае близка к максимальной.