Инженерная геология

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Губкинский  институт (филиал)

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 

Инженерная  геология

Контрольная работа 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил:    

        Студент

Строительного факультета           

  З/о Батлук А.___________

      шифр ____209803_____

        Проверил:

           ___Лебедев О. Ф.______ 
 
 

Губкин

2010

 

Задание:

1. Инженерная геология, основные направления ее изучения и связь с другими науками.

2. Происхождение,  строение и состав Земли. Тепловой  режим Земли.

3. Основные  физико-механические свойства горных  пород, необходимые для проектирования  и строительства.

4. Инженерно-геологические  изыскания для строительства.

5. Методы  определения абсолютного и относительного возраста пород. Эры и периоды геологической истории Земли.

 

2. Инженерная  геология, основные направления ее изучения и связь с другими  науками

 

     Инженерная  геология, отрасль геологии, изучающая  верхние горизонты земной коры и  динамику последней в связи с инженерно-строительной деятельностью человека. Рассматривает состав, структуру, текстуру и свойства горных пород как грунтов; разрабатывает прогнозы тех процессов и явлений, которые возникают при взаимодействии сооружений с природной обстановкой, и пути возможного воздействия на процессы с целью устранения их вредного влияния.

     Инженерная  геология зародилась в 19 в. В России первые инженерно-геологические работы были связаны со строительством железных дорог (1842—1914). В них принимали участие А. П. Карпинский, Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, И. В. Мушкетов, А. П. Павлов, В. А. Обручев и др. Как наука И. г. оформилась в СССР к концу 1930-х гг. в результате исследований, связанных главным образом с гидротехническим строительством. В её развитии большая роль принадлежит Ф. П. Саваренскому, И. В. Попову, Н. Н. Маслову, В. А. Приклонскому, М. П. Семенову и др.

     Инженерная  геология подразделяется на: грунтоведение, изучающее горные породы и почвы, исследуемые в качестве оснований, естественных материалов и среды для инженерных сооружений; инженерную геодинамику, рассматривающую наряду с природными геологическими процессами процессы, возникающие под влиянием инженерной деятельности человека, и региональную инженерную геологию, которая изучает региональный и зональный характер распространения инженерно-геологических процессов и явлений; оценивает применительно к данной территории геологические факторы, определяющие условия строительства и эксплуатации инженерных сооружений; даёт прогноз изменения инженерно-геологических условий в результате строительства. 

     Морская инженерная геология изучает возможности строительства в условиях субаквальной среды. Формируется направление, изучающее влияние инженерной деятельности человека на глубокие горизонты земной коры (зону катагенеза), а также изучающее сейсмические явления с инженерно-геологических позиций (инженерная сейсмогеология).

     Инженерная  геология тесно связана с гидрогеологией, геокриологией (мерзлотоведением), нефтяной геологией. При полевых исследованиях  она использует геофизические методы (электроразведка, микросейсмика, ультразвуковой и ядерно-пенетрационный каротаж), а также физические и химические методы.

 

     

     2.  Происхождение, строение  и состав Земли.  Геосферы Земли.  Тепловой режим  Земли.

     Строение  и состав Земли. Геосферы Земли. Земля - третья планета Солнечной системы (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Кроме них в Солнечной системе свыше 1000 малых планет и около 100 периодических комет.

     Солнце - газовый шар диаметром Д=1,4 млн. км, что в 109 раз больше диаметра Земли. От Земли до Солнца 150 млн. км. Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30 тыс. км/сек.

     Земля имеет шарообразную форму, точнее эллипсоид вращения (геоид), средний радиус которого R_средн=6371 км. Площадь Земли - 510 млн. км², объем - 1, 083х10¹² км³. Длина окружности - 40 тыс. км. Средняя плотность вещества Земли r=5,5 т/м³,  для поверхностных пород r=2,7 т/м³, внутри планеты r=11- 12 т/м³.

     Наибольшая  глубина океанического дна - Мариинская впадина (Н=11 км). Самая высокая горная вершина Эверест имеет высоту Н=8882 м над уровнем моря.

     Оболочки  Земли:  1. Атмосфера - газовая оболочка состоит из 3-х оболочек:

     1) Тропосфера распространена до высоты Н=18 км, содержит ¾ массы воздуха: азот N=76%, кислород О=23%, аргон Аr =1,3%. СО₂=0,04%, другие газы составляют 0,01% (Н, Не) и водяной пар. Выше увеличивается содержание водорода Н. Вес 1м³ воздуха над у.м. - 1,3 кг. Выше по барометрическому закону происходит быстрое уменьшение плотности воздуха.

     

     2) Стратосфера достигает высоты Н = 80 км, в ней много озона О₃, который сильно поглощает солнечную радиацию, ультрафиолетовые лучи и защищает жизнь (3О₂ 2О₃). Озоновые дыры.

     3) Ионосфера - слой весьма разреженных ионизированных газов, распространена до высоты 1000-1300 км. С ионизацией связаны полярные сияния, распространение радиоволн и другие атмосферные

     2. Гидросфера - совокупность всех вод Земли, прерывистая водная оболочка, состоящая из океанов и морей - 1370 млн. км³, подземных вод - 400 млн. км³, ледников - 30 млн. км³, организмов (Дюбуа: "жизнь - одушевленная вода") - 6 тыс. км³, реки 1,25 тыс. км³. Средняя соленость мирового океана - 3,5 %, т.е. в 1 л - 35 г соли; в Средиземном море - 3,9%, в Черном - 1,8%, в Балтийском - 5%.  Состав солей:

     1) хлориды NaCl=78%, MgCl₂=10%, KCl=2%, всего - 90%; 2 - сульфаты: MgSO₌6%, K₂SO₄=4%, СаСO₃=0,3%. Есть другие химические элементы: Fe, Si, Al, F, P и даже золото Au. В воде океанов растворено около 22 млн. км³ солей. Этот слой покрыл бы земной шар оболочкой толщиной Н=42 м.

     3. Литосфера - "земная кора" толщиной от 7 км (в океанах) до 70 км (горы), состоит из 3-х слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Толща осадочных пород (стратисфера) достигает 15-20 км.                                    

     Химический состав поверхностных пород: кислород - О=47,2%, кремний - Si=27,6%, алюминий - Al=8,8%, железо - Fe=5,1%, кальций - Ca=3,6%, натрий - Na=2,64%, калий - K=2,60%, магний - Mg=2,1%, водород - H=0,15%,  остальные - 0,15%.

     4. Биосфера - особая прерывистая зона распространения живых организмов в литосфере, гидросфере и атмосфере. По В.И.Вернадскому, "зона жизни" распространена в верхней части литосферы, гидросфере и нижней части атмосферы. Жизнь на суше проникает на глубину до 5 км, а в океане - до дна. На глубине более 500 м в литосфере могут существовать только анаэробные организмы. В атмосферу организмы забираются не высоко. В.И.Вернадский: "На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом". Зеленые растения способны аккумулировать солнечную энергию и на основе простых веществ неживой природы (СО₂, Н₂О и др.) создавать сложные органические соединения. Этот процесс идет в огромном масштабе. Ежегодно растения Земли образуют 380 млрд. тонн биомассы (сухое вещество). При этом усваивается 650 млрд. т СО₂, а из почвы - 5 млрд. т азота, 1 млрд. т фосфора и 10-15 млрд. т других элементов. Выделяется 350 млрд. т свободного кислорода. 

     

     Тепловой  режим Земли обеспечивают два источника: Солнце (внешний, дает 99,5% энергии) и внутренний источник (распад радиоактивных элементов в недрах планеты). Солнце дает на 1 см² земной поверхности в минуту 1,94 кал. Эта величина названа "солнечной постоянной".

     В верхней части земной коры выделяют три температурных зоны: 1) сезонных колебаний (до глубины 20-25 м), 2) постоянных температур (25-50 м), 3) нарастания температур (в среднем 3 градуса на 100 м, геотермический градиент), или 1 градус на 33 м (геотермическая ступень). Таким образом, на глубине 3,3 км будет 100ºС, на 12 км – 374,6ºС (критическая температур воды), 33 км – 1000ºС, 50 км – 1500ºС,  66 км - 2000ºС. В Москве  на глубине 1630 м – 41ºС, Симплтонский тоннель  в Альпах (2,7 км) – 50ºС, в Ставрополе (завод Люминофоров, в скважине глубиной 1800 м) – 90ºС, т.е. геотермическая ступень менее 30 м. В Кольской сверхглубокой скважине на глубине 12 км температура - 180ºС. Образцы, выбуренные с этих глубин, как бы взрываются, разрушаясь на отдельности. Температура вулканов  примерно 1500ºС. Лава Везувия в Помпее расплавила медные сосуды (температура плавления меди 1083ºС).

     Ниже  гранитной (SiAl) оболочки рост температур резко замедляется. В центре Земли возможна температура 3000-4000ºС. В гранитной оболочке находится основная часть урана и тория, которые изнутри разогревают Землю. Скорость их распада не зависит от изменений температуры и давления, а количество убывает с глубиной.  

     Земной  магнетизм и палеомагнетизм. Земля – гигантский магнит, имеющий два полюса (С и Ю), которые не совпадают с географическими С и Ю полюсами. Отсюда возникло магнитное отклонение. Природу земного магнетизма объясняют перемещением расплавленной магмы, обладающей электропроводностью  и движением электрического тока в ионосфере. Местные магнитные аномалии (КМА, Тургайское месторождение) связаны с залежами магнитного железняка.

     Палеомагнетизм и плавание магнитных полюсов в течение истории Земли.

     Происхождение Земли – проблема в естествознании наравне с происхождением жизни  на Земле и происхождением человека. Крупнейший астроном и географ древности Клавдий Птолемей – автор «Географии» считал, что Солнце, звезды и планеты вращаются вокруг Земли, которая является центром Вселенной. Эту геоцентрическую гипотезу очень долго поддерживали религии всего мира. Лишь в 16 веке великий польский астроном Николай Коперник (1473-1543) математически развил гелиоцентрическую систему. Его последователями стали Джордано Бруно, Галилей, Кеплер, Ньютон. По учению Дж. Бруно, Вселенная бесконечна, у нее нет центра. Солнце, звезды и планеты вращаются по своим орбитам и вокруг своих осей, а жизнь может быть и на других планетах. Это учение католическая церковь назвала «ересью». Дж. Бруно был сожжен как еретик на костре в Риме в 1600 г. Галилея инквизиция заставила отказаться от этих взглядов. Галилей впервые посмотрел на небо через зрительную трубу с увеличением 35 крат, На Луне увидел глубокие впадины, горы и равнины, на Солнце обнаружил пятна и убедился, что оно вращается, открыл 4 спутника Юпитера, установил, что Млечный путь на небе состоит из бесконечного множества звезд, т.е. показал безграничность Вселенной.  Кеплер установил, что орбиты планет не окружности, а эллипсы (Коперник ранее считал их круговыми). Ньютон открыл закон всемирного тяготения, объясняющий движение небесных тел, т.е. основной закон небесной механики. Но он считал Солнце …обитаемым.

     В 1755 году нем. философ  Эммануил Кант и затем в конце 18 века независимо от него фр. ученый Лаплас предположили, что Земля и Солнце возникли из раскаленной газовой туманности. До них, в начале 18 века наш великий Ломоносов – зачинатель многих наук, в т. ч. и геологии, стал утверждать, что не только Солнце, но и Земля была раньше раскаленным телом, а землетрясения и горообразование – результат внутреннего жара Земли.

     Гипотеза  Лапласа не смогла объяснить многие явления в Солнечной системе  и была оставлена.  В 1901 г. Мультон  и Чемберлен объяснили происхождение планет за счет вещества Солнца, вытянутого из него проходящей близко звездой. Солнечный протуберанец распался на отдельные сгустки-планеты. В 30-г.г. эту гипотезу попытался улучшить англ. ученый Джинс, но был раскритикован советским ученым  Парийским.