Шпаргалка по "Геологии"

1. Объект, предмет и задачи инженерной геологии. Место инженерной геологии в системе географических наук. Структура инженерно-геологической науки, связь с другими науками.

Инженерная геология - наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические и техногенно-геологические (инженерно-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в связи со строительной деятельностью человека.

Объект исследования инженерной геологии — верхние горизонты земной коры (часто называемые геологической средой), исследуемые в специальном инженерно-геологическом отношении.

Предмет изучения инженерной геологии — знания о морфологии, динамике и региональных особенностях верхних горизонтов земной коры (литосферы) и их взаимодействии с инженерными сооружениями (элементами техносферы) в связи с осуществленной, текущей или планируемой хозяйственной деятельностью человека.Одним из важнейших этапов в инженерно-геологической оценки территории являться выделение инженерно-геологического элемента, характеризующегося по однородным инженерно-геологическим свойствам .

Современная геология тесно  связана с очень большим числом других наук, главным образом наук о Земле. Широкое применение при  геологических исследованиях физических и химических методов способствовало бурному развитию таких пограничных  дисциплин, как физика Земли и геохимия. Физика Земли изучает физические свойства Земли и её оболочек, а также происходящие в этих оболочках геологические процессы. Геохимия рассматривает химический состав Земли и законы распространения и миграций в ней химических элементов. Геология не может обойтись без применения методов и выводов этих наук. Тесная связь объединяет геологию с геодезией и с комплексом физико-географических наук (геоморфологией, климатологией, гидрологией, океанологией, гляциологией и др.), в задачи которых входит изучение рельефа земной поверхности, вод суши и мирового океана, климатов Земли и других вопросов, касающихся строения, состава и развития географической оболочки. В вопросах происхождения и развития органической жизни на Земле геология взаимосвязана с биологическими науками и прежде всего с палеонтологией.

Инженерная геология включает в себя грунтоведение, инженерную геодинамику и региональную инженерную геологию, которые составляют три её основные научные направления (разделы).

Геология включает ряд научных дисциплин, занимающихся исследованием и описанием Земли. Предмет большинства геологических дисциплин относится ко всем трём направлениям геологии (описательной, динамической и исторической). Этим объясняется тесная взаимосвязь геологических дисциплин и трудность их классификации, разделения на четко разграниченные группы. 
Наиболее принятыми считаются следующие группы геологических дисциплин: научной дисциплины, изучающие вещество и структуру (строение) земной коры; дисциплины, рассматривающие современные геологические процессы (динамическая геоогия); дисциплины, изучающие историческую последовательность геологических процессов (историческая гология); дисциплины прикладного значения; в особую группу выделяется геология отдельных областей и районов (региональная геолоия). 
К первой группе относятся: минералогия (учение о минералах - природных устойчивых химических соединениях), петрография (учение о горных породах - структурно-вещественных ассоциациях минералов), структурная геология, изучающая формы залегания геологических тел, различные нарушения в залегании слоев - их изгибы, разрывы и т.п. Как одно из направлений минералогических исследований зародилась и долгое время развивалась кристаллография. Однако в последнее время изучение атомарного строения кристаллов сделало эту дисциплину в значительной мере физической.

Ко второй группе геологических  дисциплин (динамическая геология) относится  тектоника, изучающая движения земной коры и создаваемые ими структуры. Применительно к самым крупным  структурам Земли - материкам и океанам - её называют часто геотектоникой, а тектонику неоген - антропогенового  времени именуют неотектоникой. Обособленно стоит экспериментальная  тектоника, которая занимается изучением  тектонических процессов (например, образованием складок) на моделях. В  эту же группу входят разделы минералогии  и петрографии, изучающие процессы минерало- и породообразования, а также такие дисциплины, как вулканология, изучающая процессы вулканизма, сейсмогеология - наука о геологических процессах, сопровождающих землетрясения, и об использовании геологических данных для определения сейсмически опасных районов (сейсморайонирование) и геокриология, исследующая процессы, связанные с многолетнемёрзлыми породами.

К третьей группе относится  историческая геология, восстанавливающая  по следам, сохранившимся в осадочной  оболочке Земли, события геологической  истории и их последовательность. К этой же группе относится стратиграфия, занимающаяся изучением последовательности отложения слоев горных пород  в осадочной оболочке Земли, и  палеогеография, которая на основании  геологических данных занимается восстановлением  физико-географических условий прошлых  геологических периодов. В силу своеобразия  применяемых методов исследования изучение геологической истории  последнего антропогенового периода  выделилось в особую дисциплину, неточно  называемую четвертичной геологией.

Четвёртая группа (прикладная геология) включает: геологию полезных ископаемых; гидрогеологию - науку о  подземных водах; инженерную геологию, изучающую геологические условия строительства различных сооружений, и военную геологию, занимающуюся вопросами применения геологии в военном деле.

Особое место среди  геологических дисциплин в смысле методики и задач занимает геология дна морей и океанов, или морская  геология, которая успешно развивается  в связи с возросшим интересом  к использованию природных ресурсов морей и океанов. 
Сказанное не исчерпывает перечня геологических дисциплин. Их дифференциация, а также сращивание со смежными дисциплинами ведут к появлению новых направлений. Например, поскольку методы исследования горных пород глубинного и осадочного происхождения оказались существенно различными, петрография разделилась на петрографию изверженных и петрографию осадочных пород, или литологию. Внедрение химических методов в изучение изверженных пород привело к возникновению петрохимии, а изучение деформаций внутри горных пород породило петротектонику.

Резко дифференцирована геология полезных ископаемых: геология нефти  и газа, геология угля, металлогения, рассматривающая закономерности размещения рудных месторождений. Применение в  геологии новейших физических и химических методов послужило основой для  появления таких новых специализаций, как тектонофизика, палеомагнетизм, экспериментальная физическая химия силикатов и др.

2. Состав, строение и тепловой режим Земли и земной коры. Значение взаимодействия геосфер.

Приняв приближенно форму земли  в виде шара со средним радиусом 6371,1 км, строение ее можно характеризовать  совокупностью геосфер. К внешним  геосферам относятся атмосфера, гидросфера и биосфера. К внутренним – земная кора (ЗК), литосфера, мантия и ядро. ЗК толщиной около 70 км состоит из трех слоев, названных по характеру типичных пород: осадочный, гранитный и базальтовый; в океанической ЗК гранитный слой отсутствует. Мантия подразделяется на верхнюю (до 900км) и нижнюю (глубже до 2900). Верхний слой мантии вместе с ЗК образуют литосферу (до 140 км глубины). В ядре выделяют его внешнюю оболочку (2900 – 5000 км) и само ядро. В них и нижней мантии протекают процессы движения и преобразования вещества, приводящие к выделению внутренней – эндогенной – энергии Земли. Она проявляется в образовании минералов и горных пород, структур литосферы и ЗК, рельефа, т. е. характера поверхности последней. Таким образом, имеет место взаимодействие всех перечисленных геосфер. Наиболее распространенными в ЗК являются следующие химические элементы: кислород (46,5), кремний (25,7), алюминий (7,6), железо (6,2). В скобках приведены массовые доли элементов в %. Далее следуют Ca, Na, Mg, K, H, Ti, C. Остальные элементы в сумме составляют менее 1%. Геотермический режим ЗК определяется взаимодействием вышеуказанной эндогенной энергии и внешней (экзогенной), главным образом солнечной. В итоге в ЗК выделяют три зоны: в верхней преимущественное значение имеет влияние солнечного тепла и соответственно проявляются суточные, сезонные и другие колебания температуры; глубже следует нейтральный слой, в котором температура постоянна и близка к среднегодовой. Еще глубже наблюдается устойчивый рост температуры, интенсивность которого характеризуется указанием геотермических ступени и (или) градиента.

О совокупности природных  условий и процессов, протекающих  в области соприкосновения и  взаимодействия геосфер, выделяют специфические оболочки (например, географическую оболочку). В пределах географической оболочки сталкиваются и сложно взаимодействуют силы разного происхождения (в частности — солнечная энергия, энергия внутренних слоёв Земли, сила тяжести, движения воздушных, водных и литогенных потоков).

3. Породообразующие минералы, их классификация, диагностические признаки и основные физические свойства.

Минералы, слагающие горные породы, называют породообразующими. Минералов  в природе насчитывается более 2000, пород около 1000. В образовании  горных пород участвует свыше 50 наиболее распространенных минералов.

Различают главные и второстепенные породообразующие минералы. Один и  тот же минерал для одной группы пород может быть главным, а для  другой второстепенным. 

 Большинство минералов  кристаллического строения, встречаются  минералы и некристаллического  строения – аморфные, например, кремень. 
  Классификация минералов основывается на учете их химического состава. Наиболее распространенной является классификация, предложенная С.Д. Четвериковым, по которой минералы делятся на 10 классов.

  
  Силкаты представляют собой наиболее многочисленный класс включавший примерно около одной трети всех известных минералов. Они составляют около 85% состава земной коры. 

 Распознавание минералов проще  всего осуществляется по их физическим свойствам, главнейшими из которых являются цвет, твердость, спайность, блеск, характер излома и др.  

Цвет минералов обусловливается их химическим составом, однако он может изменяться в зависимости от наличия примесей: 
1) минералы светлые, к которым относятся бесцветные и окрашенные в светлые цвета: белый, светло-серый, желтый, розовый (например, кварц, гипс);

2) минералы темные, обычно малопрозрачные, имеющие черный, темно-зеленый, темно-серый,  коричнево-бурый (например, роговая  обманка, змеевик и другие цвета).   

Спайность - способность минералов раскалываться при ударе по определенным направлениям с образованием гладких плоскостей раскола. 
 Различают 4 вида спайности:

– весьма совершенную, когда минерал  расщепляется на очень тонкие листочки или пластинки (например, слюда); 
– совершенную – при расщеплении минерал даст обломки, ограниченные правильными плоскостями (например, каменная соль, известковый шпат, ортоклаз);

– несовершенную, когда на осколках минерала только местами бывают заметны небольшие гладкие площадки (например, апатит);  
– отсутствие спайности – при ударе распадается без образования признаков плоскостей спайности (например, кварц). 
  Блеск минерала обусловливается различным отражением света от его поверхности. Различают следующие виды блеска: стеклянный (кварц, полевые шпаты); жирный (тальк); металлический (пирит), шелковистый (гипс-селенит)! перламутровый (слюда), матовый (каолинит). 
  Излом минерала различают по спайности (кальций), раковистый (кварц), землистый (каолинит) и др. 
  Перечисленные в табл. минералы являются главными породообразующими минералами, помимо них в верхней части земной коры наибольшее распространение имеют следующие породообразующие минералы: полевой шпат, роговая обманка, авгит, слюда, оливин (перидот), хлорит, каолинит, бурый железняк или лимонит и др.  

Полевые шпаты – в эту группу входит целый ряд кристаллических минералов I класса (силикаты), родственных по химическому составу и близких по физическим свойствам. Полевые шпаты характеризуются большой твердостью (в шкале твердости Мооса стоят на 6-ом месте), совершенной спайностью и хорошо заметным стеклянным блеском. Различают два основных вида полевых шпатов – ортоклазы и плагиоклазы.   

Ортоклаз – калиевый полевой шпат К₂О•Аl₂О₃•SiО₂, т.е. это калевая соль алюмокремниевой кислоты. Он имеет розовый, желтый или серо-розовый цвет, реже белый или серый. 

Удельная масса – 2500-2600 кг/м³. Раскалываются с образованием плоскостей спайности в двух направлениях, пересекающихся под прямым углом.  

Ортоклазы входят в состав гранитов, гнейсов, сиенитов и других пород. 
  Плагиоклазы - представляют собой натрокальциевые соли алюмокремниевой кислоты с различными соотношениями натрия и кальция. Раскалываются с образованием косого угла между плоскостями спайности. Цвет темно-серый или серый; удельная масса – 2600-2650 кг/м³.

Разновидность плагиоклаза, обладающая красивым синевато-фиолетовым отливом  носит название лабрадора. 
  Роговая обманка и авгит. Оба минерала представляют собой сложные силикаты (соли кремниевых кислот). Они входят в группу железомагнезиальных силикатов, т.е. содержащих железо, кальций, магний. Твердость по шкале Мооса 5-6 , удельная масса 2900-3500 кг/м3. Цвет темно-зеленый до черного. Роговая обманка является составной частью гранитов, сиенитов, диоритов и других горных пород. 
  Слюды – водные алюмосиликаты сложного состава, легко расщепля-ются на очень тонкие пластины, поэтому присутствие их понижает проч-ность и стойкость пород.