Основы инженерной геологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Инженерная геология это одна из геологических наук, изучающая верхнюю часть литосферы в связи со строительством различных сооружений. Важнейшими теоретическими и прикладными задачами инженерной геологии являются прогнозирование геологических процессов, вызываемых хозяйственной деятельностью человека, и разработка мероприятий, обеспечивающих устойчивую эксплуатацию инженерных сооружений в различных геологических условиях. Наиболее полный учет природных условий в строительстве позволяет выбирать наиболее экономичные и технически рациональные варианты зданий и сооружений, обеспечивает высокую их устойчивость, надежную эксплуатацию, создает условия для решения вопросов охраны природной среды. Курс "Основы инженерной геологии" даст возможность студенту более продумано изучать специальные дисциплины, позволит будущему специалисту принимать грамотные, обоснованные решения вопросов, возникающих при строительстве и эксплуатации объектов.

Инженерная геология тесно связана с другими геологическими науками, такими как общая, историческая, структурная геология, гидрогеология, петрография и др., с физикой, химией, математикой, с науками строительного цикла.

Геология - это наука о строении и истории развития Земли. Возникновение геологии как самостоятельной науки относится к 18 веку. Изначально геологи изучали состав и строение земной коры, расположение в ней раззличных полезных ископаемых и т. д. Однако сейчас перечень вопросов, которые изучает гелогия, вышел за пределы данной области. Хотя по-прежнему геологи занимаются разведкой полезных ископаемых, изучением пород, из которых сложена земная кора, важным объектом исследований являются и процессы, происходящие в недрах, без чего невозможно понять, как происходило развитие Земли в прошлом и чего нам стоит ожидать в будущем. Хотя само слово "геология" происходит от греческих слов "Гео" - "Земля" и "логос" - "знание", т. е. означает "изучение земли", сейчас выделились в геологии выделились и такие разделы, как космология и планетология, которые изучают другие планеты Солнечной системы.

Современная геология тесно связана и взаимодействует с другими науками, такими, как физика, химия, биология и т. д.

2.Гидрогеология (от гидро... и геология), наука о подземных водах, изучающая их состав и свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами. Гидрогеология тесно связана с гидрологией, геологией (в т. ч. инженерной геологией), метеорологией, геохимией, геофизикой и др. науками о Земле; опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Историческая справка. Накопление практических знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времён, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. Искусство сооружения копаных колодцев глубиной в несколько десятков м известно за 2-3 тыс. лет до н. э. в Египте, Средней Азии, Индии, Китае и др. странах. Имеются сведения о лечении минеральными водами в этот же период. В 1-м тыс. до н. э. появились зачатки научных представлений о свойствах природных вод, их происхождении, условиях накопления и круговороте воды на Земле [в Древней Греции - Фалес (7-6 вв. до н. э.), Аристотель (4 в. до н. э.); в Древнем Риме - Лукреций, Витрувий (1 в. до н. э.) и др.]. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений (например, кяризов у народов Кавказа и Средней Азии), добычей солёных вод для выпаривания соли путём копания колодцев, а затем бурения (территория России, 12-17 вв.). Возникли понятия о водах ненапорных, напорных (поднимающихся снизу вверх) и самоизливающихся. Последние получили в 12 в. название артезианских (от провинции Артуа во Франции). В эпоху Возрождения и позднее подземным водам и их роли в природных процессах были посвящены работы западноевропейских учёных Агриколы, Палисси, Стено и др. В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путём инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в соч. «О слоях земных» (1763). В конце 19 - начале 20 вв. были выявлены закономерности распространения грунтовых вод (В. В. Докучаев, П. В. Отоцкий) и составлена карта зональности грунтовых вод Европейской части России. До середины 19 в. учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину, которая в дальнейшем всё более дифференцируется. В формировании Гидрогеология большую роль сыграли французские инженеры Л. Дарси, Ж. Дюпюи, Шези, немецкие учёные Э. Принц, К. Кейльхак, Х. Хёфер и др., учёные США А. Хазен, Ч. Слихтер, О, Мейнцер, А. Лейн и др., русские геологи С. П. Никитин, И. В. Мушкетов и др. Большую роль в развитии Гидрогеология в России сыграла систематическая геологическая съёмка, производившаяся Геологическим комитетом. После Великой Октябрьской социалистической революции гидрогеологические исследования получили широкий размах. Изучение подземных вод приобрело систематический характер, была создана сеть гидрогеологических учреждений, организована подготовка специалистов-гидрогеологов. Индустриализация страны дала толчок к развитию гидрогеологических исследований для целей централизованного водоснабжения новых городов, крупных заводов, фабрик. За последующие годы сов. Гидрогеология превратилась в многогранную область геологических знаний, в которой начали развиваться многочисленные отрасли: общая Гидрогеология; динамика подземных вод; учение о режиме и балансе подземных вод; гидрогеохимия; учение о минеральных, промышленных и термальных водах; учение о поисках и разведке подземных вод; мелиоративная Гидрогеология; гидрогеология месторождений полезных ископаемых; региональная Гидрогеология

Общая Гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами. Творческий вклад в эту область Гидрогеология внесли советские учёные А. Ф. Лебедев, А. Н. Бунеев, В. И. Вернадский и др., австрийский геолог Э. Зюсс, учёный США А. Лейн, немецкий гидрогеолог X. Хёфер и др. Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и диагенеза позволило подойти к выяснению истории их формирования и содействовало возникновению в 30-40-х гг. 20 в. новой отрасли общей Гидрогеология- палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох).

Гидрогеоломгия (от др.-греч. ?дщс «водность» + геология) -- наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования. взаимодействие подземных вод с горными породам, поверхностными водами и атмосфере.

Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Законченную картину развития Земли можно получить, только изучая слои осадочных пород в различных местах земной поверхности и сопоставляя полученные результаты. В этом и состоит основная задача исторической геологии, главный раздел которой -- наука об исторической последовательности слоев земной коры -- именуется стратиграфией. Эта наука основывается на изучении состава горных пород (литология), а также на исследовании остатков животных и растений, «законсервированных» в горных породах, и на определении абсолютного возраста горных пород, основывающемся на закономерностях распада во времени радиоактивных элементов, содержащихся в этих породах.

Геология тесно связана с другими науками о Земле, например с астрономией, геодезией, географией, биологией. Геология опирается на такие фундаментальные науки как математика, физика, химия. Геология является синтетической наукой, хотя в то же время распадается на множество взаимосвязанных отраслей, научных дисциплин, изучающих Землю в разных аспектах и получающих сведения об отдельных геологических явлениях и процессах. Так, изучением состава литосферы занимаются: петрология, исследующая магматические и метаморфические породы, литология, изучающая осадочные горные породы, минералогия - наука, изучающая минералы как природные химические соединения и геохимия - наука о распределении и миграции химических элементов в недрах земли.

Геологические процессы, формирующие рельеф земной поверхности, изучает динамическая геология, частью которой являются геотектоника, сейсмология и вулканология.

Раздел геологии, занимающийся изучением истории развития земной коры и Земли в целом, включает стратиграфию, палеонтологию, региональную геологию и носит название LИсторическая геология.

Есть в геологии науки, имеющие большое практическое значение. Такие, как о месторождениях полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология, геокриология.

В последние десятилетия появились и приобретают все большее значение науки связанные с исследованием космоса (космическая геология), дна морей и океанов (морская геология).

Наряду с этим есть геологические науки, находящиеся на стыке с другими естественными науками: геофизика, биогеохимия, кристаллохимия, палеоботаника. К таковым относятся также геохимия и палеогеография. Наиболее близкая и разносторонняя связь геологии с географией. Для географических наук, таких как ландшафтоведение, климатология, гидрология, океанография, более всего важны геологические науки, изучающие процессы, влияющие на формирование рельефа земной поверхности и историю образования земной коры всей Земли.

3. Развитие инженерной геологии как науки рассматривается на трех этапах: возникновение новой геологической науки для решения задач геологии инженерно-хозяйственного освоения территорий (1923-1945); формирование трех научных разделов инженерной геологии - грунтоведения, инженерной геодинамики и региональной инженерной геологии (1846-1978); инженерная геология земного шара (с 1979 г.). Дальнейшее развитие отдельных научных направлений инженерной геологии рассматривается в связи с новой парадигмой геологии как науки.

История развития комплексных инженерно-геологических изысканий в России

Комплексные инженерно-геологические изыскания в нашей стране имеют давнюю историю. На первоначальных этапах в России проводились отдельные исследования грунтов с применением технических средств, явившихся прообразами современных пробоотборников. Имеются, например, сведения об изучении Петром I грунтов дна Каспийского моря, о чем писал офицер морского флота США М.Ф. Мори, всемирно известный исследователь морей: «Честь первой попытки достать образцы морского дна с большой глубины принадлежит Петру Великому. Этот замечательный государь придумал особый зонд для промеров в Каспийском море. Снаряд состоял из пары крючьев и грузила, приложенных таким образом, что при первом ударе о морское дно грузило соскакивало, а крючья возвращались на поверхность с куском захваченной ими земли» [3]. С конца XVIII века все промерные работы, выполняемые русскими мореплавателями, сопровождались отбором проб донных грунтов. На морских картах, помимо указания глубин, помещались сведения о грунтах.

Можно считать, что инженерно-геологические изыскания в России начались во второй половине XIX века. Тогда при строительстве железных дорог и промышленных предприятий к решению прикладных задач, связанных с геологией, привлекали таких знаменитых геологов, как К.И. Богданович, А.А. Борисяк, Д.Л. Иванов, А.А. Иностранцев, Л.И. Латугин, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.В. Львов, И.В. Мушкетов, В.А. Обручев, А.П. Павлов, Н.Ф. Погребов, А.Н. Рябинин и др. Работая как изыскатели, геологи применяли различные методы исследований: маршрутные наблюдения, проходку шурфов и шахт, ручное бурение, лабораторные испытания грунтов. Оценка физико-механических свойств грунтов в полевых условиях производилась по характеру и глубине внедрения в них заступа, лопаты, кайла, лома, клиньев, стального сверла. В начале XX столетия при изысканиях железных дорог начали применять прообраз современного статического зондирования -- погружение зонда в мягкие отложения под весом гирь. В 1887 г. появилась книга С. Вагнера «Приложение геологии к инженерному делу», вышедшая в России под редакцией И.В. Мушкетова [2].

В 1903-1911 гг. вопросы прикладной геологии ставились на повестку дня Всероссийских съездов деятелей по практической геологии и разведочному делу.

Развернутое в 20-30-х гг. XX столетия строительство гидроэлектростанций, каналов, дорог и промышленных предприятий в СССР потребовало всестороннего изучения условий строительства. (В 1923 году в Петрограде было создано Дорожно-исследовательское бюро, давшее начало «дорожному грунтоведению», проводившее изыскания грунтов во многих регионах Центральной России и др. В его работе участвовали П.А. Земятченский, Н.И. Прохоров, Н.Н. Иванов и др.) Индустриализация и электрификация страны ставили задачи проведения большого количества разнообразных геологических исследований, которые и привели к выделению инженерной геологии как самостоятельной отрасли геологической науки (формально это произошло в 1929 году, когда был учрежден Центральный институт гидрогеологии и инженерной геологии). Для обоснования проектов использовались новые методы исследований. Например, при изысканиях для строительства верхней Свирской плотины проводились полевые опыты на срез в шурфах, а на Камышинском створе были выполнены уникальные сдвиговые испытания на дне камеры кессона. При изысканиях для гидротехнического строительства проводились опытно-фильтрационные работы, велись наблюдения за динамикой подземных вод. На площадках промышленных предприятий в комплексе полевых исследований применялось динамическое зондирование грунтоносом. По данным испытаний выбиралась допускаемая нагрузка на грунты основания. При изысканиях под мостовые переходы проводились испытания одиночных свай и кустов свай.

Основоположником инженерной геологии в нашей стране считается Ф.П. Саваренский. Большая заслуга в ее развитии принадлежит также В.А. Приклонскому, И.В. Попову, М.П. Семенову, Н.В. Коломенскому и др.

В предвоенные годы инженерно-геологические изыскания пополнились опытными работами по закреплению естественных оснований и по оценке устойчивости пород с помощью взрывов.

Во время войны в 1941-1945 гг. инженерно-геологические изыскания не прекратились, но изменился их характер. Война не оставляла времени на длительные исследования, предваряющие строительство. Изучение условий залегания грунтов и их свойств производилось параллельно со строительными работами. Так, по трассе 30-километровой свайно-ледяной железнодорожной переправы через Ладожское озеро во время блокады Ленинграда в 1943 г. было забито 34 000 опытных свай без предварительных инженерно-геологических исследований. При забивке каждой сваи фиксировалось количество ударов на 1 м погружения, а также конечные отказы. На основании полученных данных удалось установить протяженность и мощность слабых ленточных глин, что позволило выделить вдоль трассы участки для забивки свайных опор разных конструкций (применительно к несущим свойствам грунтовых оснований). Работа конструкций свайных опор была проверена опытными нагрузками. Выполненные исследования содействовали постройке переправы в сжатые сроки.

После окончания войны инженерно-геологические изыскания получили новый мощный толчок. В связи с восстановлением разрушенного хозяйства потребовалось выполнение изыскательских работ в сжатые сроки. В этот период на строительных площадках стало широко применяться зондирование. Вначале использовалось преимущественно динамическое зондирование, а позже -- и статическое. С конца 1950-х гг. стали развиваться такие методы, как испытания грунтов штампами, на вращательный, кольцевой и поступательный срез, а также прессиометрические испытания. Все в больших объемах стали проводиться испытания натурных свай, а затем и моделей свай. Важную роль стали играть геофизические методы: электроразведка, сейсморазведка, радиоизотопные методы. Появился пенетрационно-каротажный метод, объединивший статическое зондирование с радиоизотопными методами.

В послевоенный период были построены совершенно уникальные сооружения: крупные гидроузлы, теплоэлектростанции, атомные станции, объекты оборонного назначения. В ряде городов появились метрополитены. Крупные стройки способствовали дальнейшему развитию инженерно-геологических методов исследований.

60-70-е гг. XX столетия ознаменовались быстрым развитием полевых и лабораторных методов инженерно-геологических исследований. В этом большую роль сыграли такие ведущие ученые страны, как Е.М. Сергеев, В.Д. Ломтадзе, Г.К. Бондарик, И.С. Комаров, В.И. Ферронский, Б.М. Ребрик, Л.С. Амарян, М.В. Чуринов, Ю.Г. Трофименков, Н.Н. Маслов, А.К. Ларионов и мн. др.

Наметилась тенденция к полной замене ручного бурения механизированным. С целью упорядочения и усовершенствования техники и методики отбора образцов грунта ненарушенного сложения (монолитов) был разработан нормальный ряд грунтоносов, представленный обуривающим, забивным и тремя вдавливаемыми грунтоносами. Кроме того, в различных организациях (ПНИИИС, ЛенТИСИЗ, ВСЕГИНГЕО, УралТИСИЗ, ЛенГРИИ и др.) были разработаны свои оригинальные конструкции грунтоносов.

Крупные изыскательские организации осваивали широкий комплекс методов полевых исследований свойств грунтов. Например, в ЛенТИСИЗе в 1973 г. на вооружении имелись следующие технические средства для производства полевых опытных работ: установка статического зондирования С-979, установка для испытаний грунтов штампом площадью 5 000 см2 с упором в стенки выработки, канатно-рычажная установка КРУ-600 для испытания грунтов штампом площадью 600 см2, установка вращательного среза, пневмоэлектрический прессиометр, комплект приспособлений и приборов для испытания строительных свай. Позже этот список пополнился инвентарной сваей, установкой ударно-вибрационного зондирования, лопастным штампом, установкой поперечного среза, штамповой установкой МШУ-1. Опытные работы применялись и в других трестах инженерно-строительных изысканий (ТИСИЗах). Особенно следует отметить УралТИСИЗ -- одну из ведущих организаций в области применения полевых методов исследований. Широко применялись опытные работы также в Гидропроекте, Фундаментпроекте, Теплоэлектропроекте и других организациях.

В 1960-е гг. было построено специальное судно «Геолог-1», на котором были смонтированы буровая установка УГБ-50М, подводная станция пенетрационного каротажа и сейсмоакустическая станция.

При региональных исследованиях и стационарных наблюдениях использовались дистанционные методы: аэрофотосъемка, аэровизуальные наблюдения, радиолокационная съемка, космическая съемка.

С начала 1970-х гг. для обработки информации стали применяться ЭВМ. А с конца 1970-х гг. началась разработка систем автоматизированных изысканий. Была автоматизирована регистрация пенетрационного каротажа, статического, динамического и ударно-вибрационного зондирования. Было создано измерительное устройство статического зондирования типа ПИКА. Появились самописцы на штамповых установках. В грунтовых лабораториях стали использоваться автоматизированные сдвиговые и компрессионные приборы.

Важную роль в развитии инженерно-геологических исследований сыграли нормативные документы, разработанные ведущими научно-исследовательскими и изыскательскими организациями. Были созданы периодически обновляемые стандарты на все методы инженерно-геологических исследований, кроме бурения.

С конца 1980-х гг. началось широкое внедрение персональных компьютеров. Их применение произвело настоящую революцию в камеральной обработке материалов изысканий.

Таким образом, история инженерно-геологических исследований в нашей стране показывает их планомерное развитие, постоянное расширение комплекса методов, автоматизирование процессов, стандартизацию полевых и лабораторных исследований грунтов, развитие применения компьютерных методов.

Однако с начала середины 1990-х гг. в связи с упадком промышленного производства резко сократились объем изыскательских работ и численность персонала, причем из I организаций ушли как молодые, так и опытные специалисты. Практически прекратился выпуск технических средств для полевых исследований, был утрачен ряд технических достижений. Наметилась тенденция к сокращению комплекса методов опытных полевых работ. Основными методами исследований остались, как и прежде, бурение скважин и лабораторные исследования. В случае применения свайных фундаментов использовалось статическое зондирование. Другие методы практически перестали применяться. Эта тенденция сохранилась и позже, когда вновь начался подъем промышленного производства. Например, в ЛенТИСИЗе из опытных работ в настоящее время применяется только статическое зондирование, которое, конечно, позволяет повысить качество инженерно-геологических изысканий, но, несмотря на ряд достоинств, имеет и недостатки, поэтому не может полностью заменить другие методы полевых исследований.

В связи с подъемом промышленного производства и особенно гражданского строительства в начале XXI столетия объемы инженерно-геологических изысканий опять стали возрастать (например, объем инженерно-геологических изысканий в Санкт-Петербурге в 2007 г. увеличился в два раза даже по сравнению с 2005 г.). Изыскательские организации начали приобретать новую буровую технику, установки статического зондирования, лабораторное оборудование. Однако дали себя знать кадровые проблемы. Опытных специалистов практически не осталось. В изыскательских opганизациях сейчас трудятся преимущественно специалисты со стажем работы не более 1-5 лет, что отрицательно сказывается на качестве инженерно-геологических работ. Вместе с тем в последние годы все чаще стали проектироваться и возводиться высотные здания, возобновились изыскания для энергетического строительства. А ведь, как известно, изыскания для высотного строительства и энергетических объектов (атомных станций, гидроэлектростанций, тепловых электростанций) требуют применения широкого комплекса полевых и лабораторных методов исследований с участием самых опытных специалистов.

Мало того, что бурение во многих случаях стало единственным методом полевого изучения инженерно-геологических условий, но и качество его по сравнению с предыдущим периодом (до начала 1990-х гг.) существенно снизилось. Изыскательские организации при бурении песчаных и глинистых грунтов применяют преимущественно шнековый поточный способ (как наиболее простой и производительный), хотя он является наименее информативным среди существующих. При шнековом способе смещаются геолого-литологические границы, могут быть пропущены прослои, линзы, гнезда и даже слои грунтов средней мощностью до 0,5 м. Глинистые отложения устойчивой консистенции, имеющие прослои водонасыщенных песков, при шнековом бурении перемешиваются и превращаются в текучие грунты. В то же время нормативные документы серьезно не ограничивают применение шнекового поточного способа, хотя существуют другие, достаточно информативные способы бурения, такие как ударно-вибрационный, ударно-канатный кольцевым забоем, колонковый «всухую».

Еще одним серьезным недостатком периода с начала 1990-х гг. стало исчезновение из практики работ грунтоносов нормального ряда и других конструкций. Отбор образцов якобы с ненарушенным сложением производится в основном выдавливанием (а то и выбиванием) столбика грунта из колонковой трубы. Также уменьшились объемы геофизических работ: электроразведки, сейсморазведки, каротажных исследований. Сократилось количество опытных кустовых и одиночных откачек воды из скважин, а также опытных наливов воды. На площадках изысканий в основном применяются кратковременные откачки и наливы. Не являются исключением и экологически опасные объекты, где возможно загрязнение подземных вод радионуклидами, химическими веществами, нефтепродуктами и где требуются длительные наблюдения с проведением полевых экспериментов. Однако на выполнение изысканий на экологически опасных объектах обычно отпускается очень мало времени, что никак не способствует повышению качества работ. Требования выполнения изысканий в чрезмерно сжатые сроки и с минимальными затратами обусловлены тем, что сроки и стоимость чаще всего устанавливают финансисты, а не специалисты в области инженерной геологии. Однако нельзя забывать слова академика Б.Е. Патона: «Знание стоит дорого, а незнание обходится гораздо дороже».

К достижениям последнего периода следует отнести существенное улучшение качества камеральных и оформительских работ и сокращение сроков их выполнения, что стало возможным благодаря широкому использованию персональных компьютеров. Однако красивое и быстрое оформление технических отчетов не может компенсировать серьезные недостатки полевых инженерно-геологических работ.

В настоящее время весь мир охвачен финансовым кризисом, который серьезно затронул и Россию. Во многих городах полностью или частично прекратилось строительство, приостановилась работа многих предприятий. Сразу сократились и объемы изыскательских работ. Однако кризис не вечен -- через какое-то время строительство возобновится в полном объеме и вновь возрастут объемы инженерно-геологических работ. А сейчас надо подумать, как восстановить утраченные полевые методы исследований.

Совершенно очевидно, что полный набор полевых методов исследований могут иметь лишь крупные изыскательские организации со стабильной загрузкой заказами на инженерные изыскания. Финансовые возможности небольших организаций (а их большинство) невелики -- они могут в лучшем случае приобрести аппаратуру для производства прессиометрических испытаний или испытаний грунтов крыльчаткой. Но и крупные организации, имеющие большой набор полевых методов, могут постепенно их растерять в случае непостоянной загрузки аппаратуры (что вполне вероятно даже в благополучные годы).

Многолетний опыт показывает, что полевые опытные работы сохраняются только в тех организациях, где для их проведения имеется специализированное подразделение. Однако во многих организациях руководство считает, что, поскольку опытные исследования должны сопровождать геологические работы (иными словами, бурение скважин), то оборудование для производства опытных работ должно находиться в том же подразделении, где находятся буровые установки. Теоретически это правильно. Но на практике руководители подразделений, выполняющих преимущественно буровые работы, смотрят на опытные исследования как на помеху, поскольку все они уникальны и поточное их выполнение невозможно (в отличие от бурения, которое почти всегда обеспечивает получение оптимальной прибыли). К тому же опытное оборудование не всегда загружено. В этих случаях его отправляют на склад, а геолога, занимающегося опытными исследованиями, переводят на буровые работы. А потом, когда надо срочно выполнить какой-нибудь опыт, оказывается, что специалист куда-то уехал с буровой установкой или уволился, оборудование утеряно и выполнять работы некому и нечем. В специализированных подразделениях по проведению полевых опытных работ такого не случается. При отсутствии загрузки руководитель ищет заказчика (которым часто оказывается другая изыскательская организация, не имеющая своего оборудования) и принимает другие меры. В результате и кадры, и оборудование сохраняются.

В условиях рыночной экономики целесообразно создание специализированных фирм по выполнению полевых опытных работ. К таким фирмам должны обращаться изыскательские организации, не имеющие для этого своих технических средств и специалистов. Но опыт показывает, что заказчики, как правило, возражают против дополнительных затрат, связанных с выполнением каких-либо иных опытных работ, кроме статического зондирования, которое предусматривается нормативными документами в обязательном порядке (другие методы только рекомендуются). Поэтому, чтобы фирмы полевых опытных исследований работали с прибылью (а значит, вообще работали), необходимы рычаги воздействия на заказчиков изысканий. В рамках многих саморегулируемых организаций, например Ассоциации Инженерные изыскания в строительстве (АПИС), такие рычаги вполне возможны.

Несмотря на все трудности текущего периода, мы все же с оптимизмом смотрим в будущее инженерно-геологических изысканий, гарантией чему может послужить создание саморегулируемых организаций.

4.ГЕОДИНАМИКА (от греческого ge -- Земля и dэnamis -- сила * а. geodynamics; н. Geodynamik; ф. gйodynamique; м. geodinбmica) -- наука о глубинных силах и процессах, возникающих в результате эволюции Земли как планеты и определяющих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в её внешних твёрдых оболочках. Объекты исследования геодинамики недоступны непосредственному изучению, и о них удаётся судить по косвенным признакам, теоретическим построениям и результатам их проявления на поверхности Земли. Поэтому геодинамика тесно связана с другими науками о Земле и прежде всего с геофизикой, геохимией, петрологией, тектоникой; она опирается на общие законы физики и химии, широко использует сведения по планетологии.

Геодинамика как наука начала обосабливаться от других наук о Земле в 1950-е гг. У её истоков стояли немецкий учёный А. Вегенер, американские учёные А. Холмс, Х. Xecc. Большой вклад в развитие геодинамики внесли советские учёные В. А. Магницкий, В. В. Белоусов, В. Н. Жарков, П. Н. Кропоткин, О. Г. Сорохтин, Е. В. Артюшков и др.

При изучении природы глубинных процессов очень важны исходные теоретические концепции об образовании и эволюции планет Солнечной системы, О природе глубинных процессов можно судить по их проявлению в близповерхностных структурах земной коры и в магматизме. Исходя из построений фиксистов о неподвижности материков (см. Фиксизм), геодинамическая интерпретация предусматривала главным образом вертикальный подъём разуплотнённых за счёт радиоактивного разогрева масс вещества -- астенолитов (гипотезы В. В. Белоусова и др.; см. также Астеносфера), которые считались причиной тектонических деформаций и магматизма. Возрождение в 1960-х гг. мобилистских представлений о дрейфе континентов и создание теории тектоники литосферных плит (см. мобилизм, тектоника плит) привели к новому толкованию природных глубинных процессов. В качестве движущего механизма перемещения литосферных плит рассматриваются конвективные течения в мантии Земли. В соответствии с одной точкой зрения (американские учёные У. Эльзассер и др.), конвективные течения охватывают только верхнюю мантию, а сама конвекция связана с выделением радиоактивного тепла.

Согласно другой гипотезе (А. С. Монин, О. Г. Сорохтин, Е. В. Артюшков), предполагается, что конвекция охватывает всю мантию Земли и вызывается выделением энергии вследствие физико-химической реакции, обособления ядра Земли и высвобождения при этом более лёгкого материала, всплывающего вверх. Такая конвекция по своей природе -- химико-плотностная, или гравитационная. Если в Земле устанавливается одноячеистая конвекция, состоящая из одной восходящей и одной нисходящей ветвей, то все континенты собираются вместе над нисходящей ветвью, образуя единый суперконтинент -- Пангею, существовавшую в позднем палеозое. Если конвективные течения распадаются на много ячей, то происходит раскол континентов и образование новых океанов, например, как это было в мезозойское время, когда возникли Атлантический и Индийский океаны.

Геотектонические гипотезы, предполагающие сокращение, расширение или попеременное изменение радиуса Земли (пульсационная гипотеза В. А. Обручева и американского геолога У. Бачера), также составляют объект исследований геодинамики, рассматривающей возможные физичские причины таких вариаций размера Земли.

Геодинамика исследует механизм движения литосферных плит, изучая динамические условия (разрыв материковых глыб в зонах растяжения, надвиги, поддвиги и складчатость в зонах сжатия), возникающие вдоль их границ и связанные с ними тектонические (в том числе сейсмические) и магматические процессы. При этом используются данные палеомагнетизма (позволяющие определить ту географическую широту и ориентировку, которую имели глыбы земной коры в геологическом прошлом), сейсмологии, тектоники и результаты измерения современных напряжений в земной коре. При изучении движений литосферных плит пользуются законами сферических геометрий. Зная параметры движения плит, можно предсказать, какие события и с какой интенсивностью, в частности какой магматизм и какие тектонические деформации, будут происходить на границах плит, и прогнозировать картину распределения материков через десятки млн. лет в будущем.

По объектам исследований в геодинамике можно выделить несколько направлений. Общая геодинамика, или геодинамика внутренних оболочек, имеет дело с познанием глубинных процессов. Частная геодинамика изучает процессы во внешних оболочках, т.е. движение литосферных плит, геодинамические обстановки и т.д. Региональная геодинамика изучает взаимодействия литосферных плит и результаты их проявлений в рамках конкретных территорий земной поверхности. Историческая геодинамика, или палеогеодинамика, занимается восстановлением геодинамических обстановок геологического прошлого, в первую очередь, реконструкцией былого расположения и взаимодействия литосферных плит, наиболее существенная роль при этом принадлежит палеомагнитным исследованиям. С 1975 важнейшей международной геологической программой стал Геодинамический проект, объединяющий усилия учёных в области изучения глубинных причин геологических явлений, исследования движений и деформаций литосферы, с 1980 -- Проект литосферы.

5.О геологии наверняка знает каждый, несмотря на то, что она является, пожалуй, единственной естественнонаучной дисциплиной, не изучаемой в школьном курсе. Развитие «геологических» знаний сопутствовало развитию человечества на всех этапах его истории. Достаточно вспомнить, что общая периодизация истории основана на характере используемых для производства орудий труда материалов: каменный, бронзовый и железный век. Добыча и совершенствование технологии обработки полезных ископаемых неизбежно связаны с увеличением знаний о свойствах минералов и горных пород, выработкой критериев поиска месторождений и совершенствованием способов их разработки. Технологический прогресс, в том числе и на современном этапе развития цивилизации, немыслим без использования природных ресурсов.

Вместе с тем, в понимании, близком к современному, термин «геология» впервые был применен лишь в 1657 году норвежским естествоиспытателем М. П. Эшольтом, а как самостоятельная ветвь естествознания геология начала складываться только во второй половине 18 века. В это время были разработаны элементарные приёмы наблюдения и описания геологических объектов и процессов, первые методы их изучения, проведена систематизация разрозненных знаний, возникли первые гипотезы. Этот период связан с именами выдающихся учёных А. Броньяра, А. Вернера, Ж. Кювье, Ч. Лайеля, М. Ломоносова, У. Смита и многих других. Геология становится наукой.

Наука - выработанная в результате деятельности человека взаимосвязная развивающаяся система знаний о законах мира.

Геология - развивающаяся система знаний о вещественном составе, строении, происхождения и эволюции геологических тел и размещении полезных ископаемых.

Таким образом, объектами изучения геологии являются:

состав и строение природных тел и Земли в целом;

процессы на поверхности и в глубинах Земли;

история развития планеты;

размещение полезных ископаемых.

Намечается определенная иерархия геологических тел (где тела каждого последующего ранга организации вещества образованы закономерным сочетанием тел предыдущего ранга): минерал - горная порода - геологическая формация - геосфера - планета в целом. «Минимальным» объектом, изучаемым в геологии, выступает минерал (составляющие минералы элементарные частицы и химические элементы рассматриваются в соответствующих разделах физики и химии).

Минералы - однородные по составу и строению кристаллические вещества, образовавшиеся в результате природных физико-химических процессов. Изучению минералов посвящена одна из ветвей геологии - минералогия. Минералогия - это наука о составе, свойствах, строении и условиях образования минералов. Это одна из старейших геологических наук, по мере развития которой от неё отделялись самостоятельные ветви геологических наук.

Горные породы - естественные минеральные агрегаты, образующиеся в глубинах Земли или на её поверхности в ходе различных геологических процессов. По происхождению (генетически) выделяются три типа горных пород:

магматические, образующиеся в результате кристаллизации огненно-жидких природных преимущественно силикатных расплавов - магмы и лавы;

осадочные, формирующиеся на поверхности Земли в результате физического и химического разрушения существующих пород, осаждения минералов из водных растворов или в результате жизнедеятельности живых организмов;

метаморфические, возникающие при преобразовании магматических, осадочных или ранее образовавшихся метаморфических пород в глубинах Земли под воздействием высоких температур и давлений.

Горные породы рассматриваются петрографией. Петрография - наука, занимающаяся изучением состава, строения, происхождения и закономерностей распространения горных пород. Обычно из петрографии выделяется, как самостоятельная наука, литология, изучающая осадочные горные породы.

Геологические формации - закономерное сочетание определенных генетических типов горных пород, связанных общностью условий образования.

Геологические формации рассматриваются во многих разделах геологии (петрографии, литологии, геотектонике и др., даже выделяется особое направление - учение о формациях). Учитывая, что выявление формаций, как объектов высокого ранга, возможно лишь при изучении крупных участков земной коры, важная роль в их исследовании отводится региональной геологии. Региональная геология - раздел геологии, занимающийся изучением геологического строения и развития определенных участков земной коры.

Геосферы - концентрические слои (оболочки), образованные веществом Земли. В направлении от периферии к центру Земли расположены атмосфера, гидросфера (образующие внешние геосферы), земная кора, мантия и ядро Земли (внутренние геосферы). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой.

Важнейшая роль в изучении геосфер, их состава, протекающих в них процессов и их взаимосвязи, отводится геофизики и геохимии. Геофизика - комплекс наук, изучающих физические свойства Земли в целом и физические процессы, происходящие в её твёрдых сферах, а также в жидкой (гидросфера) и газовой (атмосфера) оболочках. Геохимия - наука, изучающая историю химических элементов, законы их распределения и миграции в недрах Земли и на её поверхности. Наука, исследующая глубинные процессы, изменяющие состав и строение твердых оболочек Земли, называется геодинамика.

Минералы и горные породы залегают в виде определённых геологических тел. Важными направлением геологии является науки, изучающие формы залегания пород, механизм и причины образования этих форм. Наука, изучающая формы залегания горных пород в земной коре и механизм образования этих форм называется структурная геология (обычно рассматривается как раздел тектоники). Тектоника - наука о строении, движениях и деформациях литосферы и её развитии в связи с развитием Земли в целом.

Геологами приходится иметь дело с толщами горных пород, накопившимися на миллиарды лет. Поэтому ещё одним важнейшее направление включает науки, восстанавливающие по следам, сохранившимся в толщах горных пород, события геологической истории и их последовательность. Геохронология - учение о последовательности формирования и возрасте горных пород. Стратиграфия - раздел геологии, занимающийся изучением последовательности образования и расчленением толщ осадочных, вулканогенно-осадочных и метаморфических пород, слагающих земную кору. Обобщающей дисциплиной этого направления является историческая геология - наука, изучающая геологическое развитие планеты, отдельных геосфер и эволюцию органического мира. Все названные геологические науки тесно связаны с палеонтологией, возникшей и развивающейся на стыке геологии и биологии. Палеонтология - наука, изучающая по ископаемым остаткам организмов и следам их жизнедеятельности историю развития растительного и животного мира прошлых геологических эпох.

Прикладное направление геологических наук также включает в себя ряд важных разделов: геологию полезных ископаемых; гидрогеологию - науку о подземных водах; инженерную геологию, изучающую геологические условия строительства различных сооружений и др.

Многогранность объектов изучаемых геологией превращает её комплекс взаимосвязанных научных дисциплин. При этом, в большинстве случаев, каждая отдельная дисциплина включает в себя три аспекта: описательный (изучающий свойства объекта, классифицирующий их и пр.), динамический (рассматривающий процессы их образования и изменения) и исторический (рассматривающий эволюцию объектов во времени).

По области использования результатов научные исследования делятся на фундаментальные и прикладные. Цель фундаментальных исследований - открытие новых основополагающих законов природы или способов и средств познания. Цель прикладных - создание новых технологий, технических средств, предметов потребления. Применительно к геологии необходимо отметить следующие практические задачи:

открытие новых месторождений полезных ископаемых и новых способов их разработки;

изучение ресурсов подземных вод (также являющихся полезным ископаемым);

инженерно-геологические задачи, связанные с изучением геологические условия строительства различных сооружений;

охрана и рациональное использование недр.

Геология имеет тесную связь со многими науками. На приведенном рисунке указаны разделы наук, возникшие в результате взаимодействия геологии со смежными дисциплинами:

Связь геологии с другими науками

В заключение кратко коснёмся особенностей методов геологических исследований. В этом отношении прежде всего следует отметить, что в геологии очень тесно связаны теоретические и эмпирические методы. Важнейшим методом геологических исследований является геологическая съёмка - комплекс полевых геологических исследований, производимых с целью составления геологических карт и выявления перспектив территорий в отношении наличия полезных ископаемых. Геологическая съёмка заключается в изучении естественных и искусственных обнажений (выходов на поверхность) горных пород (определение их состава, происхождения, возраста, форм залегания); затем на топографическую карту наносятся границы распространения этих пород с указанием характера их залегания. Анализ полученной геологической карты даёт возможность создания модели строения территории и данных о размещении на ней различных полезных ископаемых.

инженерная геология минерал горная порода

Что такое биосфера?

Биосфера - сфера Земли, в которой существует жизнь. Биосфера включает в себя верхнюю часть литосферы (15-20 километров), гидросферу и нижнюю часть атмосферы. Этот термин ввел ученый Зюсс в XIX веке.

Биосфера состоит из живого материала (биотического) и неживого (абиотического) материала. Биотический материал представлен различными животными и растениями, биотический материал составляет биотический компонент биосферы. Абиотический материал представлен совокупностью воды, воздуха, химических элементов и других «неодушевленных» материй. Это все составляет абиотический компонент биосферы.

Биосфера живет за счет постоянного круговорота веществ и энергий. Основной источник энергии, Солнце, поставляет на Землю колоссальное количество энергии. 40% полученной энергии излучается обратно в космос, примерно 15% идет на «разогрев» планеты, а остальное - видимый свет - первоисточник жизни на нашей планете.

Существуют также потоки вещества. Так, есть 4 основных процесса, которые характеризуют круговорот вещества: это брожение, хемосинтез, фотосинтез и дыхание. Именно благодаря этим процессам и «крутятся» различные вещества в природе, изменяя форму, вид и свойства.

Жизнь на Земле невозможна без воды, ведь вода - источник водорода для всех живых организмов нашей планеты. Все процессы, связанные с метаболизмом, происходят в жидкой среде, и вода служит транспортом для шлаков, позволяя таким образом очищать организмы от естественных ядов.

Внешние оболочки Земли - литосфера, гидросфера, атмосфера - формировались одновременно и всегда были тесно взаимосвязаны посредством обмена веществом и энергией. В слое самого тесного их контакта при непосредственном участии солнечной энергии сформировалась особая комплексная оболочка Земли, называемая географической оболочкой. Именно в ней появилась и развилась жизнь на Земле. Организмы быстро захватывали все большее пространство, все теснее объединяли и изменяли компоненты (составляющие) географической оболочки. При этом они сами стали важнейшим ее компонентом. Так образовалась биосфера - часть географической оболочки, заселенная и измененная организмами. Организмы еще не заселили всей географической оболочки, но влияние результатов их жизнедеятельности сказывается не только на заселенной ее части. Так, например, организмы влияют на состав атмосферы на больших высотах. Границы биосферы постепенно приближаются к границам географической оболочки. Некоторые ученые считают, что они уже совпадают.

Границы географической оболочки исследователи проводят по-разному. Верхнюю границу совмещают с границей тропосферы или с озоновым экраном. За нижнюю принимают границу земной коры или нижнюю границу ее осадочного слоя. В любом случае географическая оболочка включает тропосферу, верхние слои литосферы, всю гидросферу и организмы. Сверху в географическую оболочку поступает солнечная энергия, снизу - тепло Земли. Она испытывает одновременно воздействие космоса и процессов, совершающихся внутри Земли (тектонические движения, вулканизм и др.).

Геосфера ( гео - Земля, сфера - шар ) - географические концентрические оболочки ( сплошные или прерывистые ), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное -- субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера (Родоман Б. Б., 1979), социосфера (Ефремов Ю. К., 1961) и ноосфера (Вернадский В. И.). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).Антропогенные изменения географической оболочки.

(Антропогенез - процесс историко-эволюционного формирования физ. типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества.)

Каждый природный комплекс, независимо от его размеров, представляет собой единое целое. Поэтому при изменении одного из его компонентов должны изменяться и все другие, а следовательно, и весь комплекс. Эти изменения могут происходить с разной скоростью, в разных масштабах, но они неизбежны. Поскольку географическая оболочка едина, изменения, вызванные теми или другими причинами в одном ее месте, со временем сказываются на всей оболочке в целом.

Естественные изменения в географической оболочке происходили всегда. Без этого невозможно представить себе ее развитие. Но с ростом населения Земли и развитием общества естественный ход процессов, протекающих в природных комплексах, все более нарушается, становится иным и все чаще вызывает нежелательные последствия. Не изменять географическую оболочку люди не могут. Природа - единственный источник их существования, и тем внимательнее, бережнее нужно относиться к использованию ее богатств и ресурсов. Правильное использование природных ресурсов требует хорошего знания взаимосвязи и взаимозависимости всех компонентов природного комплекса, глубокого понимания их единства. Без соответствующих знаний невозможно восстановление и улучшение природных условий.

Нектон (от греч. nektуs -- плавающий, плывущий), совокупность активно плавающих пелагических животных, способных противостоять силе течения и перемещаться на значительные расстояния. К Н. относятся рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие, водные змеи, черепахи, пингвины. Для нектонных животных характерны обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Н. противопоставляют планктону; промежуточное положение между ними занимает микронектон, представленный животными, способными к ограниченным активным перемещениям: молодь и мелкие виды рыб и кальмаров, крупные креветки, эвфаузиевые рачки и др.

9. Литосфера (от лито... и сфера), внешняя сфера "твёрдой" Земли, включающая земную кору и верхний слой мантии (субстрат). Нижняя граница Л. проводится над астеносферой. До 60-х гг. 20 в. понималась как синоним земной коры. Литосфера - твердая каменистая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии Земли, расположенную выше астеносферы. Мощность литосферы составляет от 50 до 200 км.

10. Атмосфемра (от. др.-греч. ?фмьт -- пар и уцб?сб -- шар) -- газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.

Строение атмосферы

2.1 Тропосфера

2.2 Тропопауза

2.3 Стратосфера

2.4 Стратопауза

2.5 Мезосфера

2.6 Мезопауза

2.7 Линия Кармана

2.8 Граница атмосферы Земли

2.9 Термосфера

2.10 Термопауза

2.11 Экзосфера (сфера рассеяния)

11. Гидросфера (от гидро... и сфера), прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав Г. включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды Г. сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье -- лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды Г. Химический состав Г. приближается к среднему составу морской воды.