Основы структурной геологии и геологического картирования

19

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Процессы внутренней динамики (эндогенные)

2. Осадочные горные породы

2.1 Общая характеристика осадочных горных пород

2.2 Обломочные породы

2.3 Химические и органогенные породы

2.4 Прочие породы

3. Средства и методы познания недр Земли

Список использованной литературы

1. Процессы внутренней динамики (эндогенные)

Эндогенными (внутренними) процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико-химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

Тектоника плит - современная геологическая теория о движении литосферы. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков - плит, которые находятся в постоянном движении друг относительно друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория объясняет землетрясения, вулканическую деятельность и горообразование, большая часть которых приурочена к границам плит.

Вертикальные движения земной коры - движения земной коры, вызывающие перемещение земной поверхности в перпендикулярном направлении к ней, то есть параллельном радиусу Земли (поэтому они иногда ещё называются радиальными).

Среди эндогенных процессов весьма важное значение имеют магматические. Под магматизмом понимается совокупность геологических процессов, заключающихся в образовании и эволюции магмы в глубине земной коры и в подкорковой оболочке -- мантии Земли -- и перемещении ее к поверхности. Магма (от греч. magma -- тесто, густая мазь) представляет собой сложный расплав мантийного или корового вещества, насыщенный растворенными в нем газами. Как известно, температура Земли возрастает с глубиной и около 100 км от поверхности составляет 1300--1500°С. Можно было бы ожидать, что горные породы здесь расплавлены и твердая толща литосферы плавает на огненно-жидком субстрате. Однако данные геофизики неопровержимо свидетельствуют об отсутствии жидкого слоя, подстилающего литосферу. На глубине 100 км и более свободно распространяются не только продольные сейсмические волны, но и волны с поперечным направлением колебаний, которые в жидких средах невозможны.

Отсутствие жидкого состояния вещества объясняется возрастанием не только температуры, но и давления. Колоссальное давление в десятки тысяч атмосфер повышает температуру плавления горных пород на несколько сотен градусов и делает возможным нахождение их в твердом состоянии даже в условиях очень высокой температуры, которая имеет место на больших глубинах.

И тем не менее расплавы, из которых возникают горные породы, существуют. Об этом свидетельствуют не только особенности строения магматических горных пород и следы деятельности таких расплавов в геологическом прошлом, но и современные проявления магматизма на поверхности Земли в виде излияния лавы при вулканических извержениях.

Характер движения и глубина застывания магмы являются весьма важными показателями магматического процесса. Поэтому выделяют две его формы. В случае быстрого подъема магмы и излияния ее на поверхность говорят об эффузивном магматизме (от лат. effusio -- излияние). Эффузивный магматизм также называется вулканизмом. Процесс, при котором внедрившаяся магма не достигает поверхности и застывает на той или иной глубине, называют интрузивным магматизмом (от лат. intrusio -- внедрение). Интрузивный и эффузивный магматизм резко различаются по своим внешним проявлениям и по строению и петрографическому составу возникающих горных пород.

Магнетизм - форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля.

Метаморфизм - процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида.

Явления землетрясений, так же как и вулканизм, всегда поражали воображение человека. В тех случаях, когда толчки приходились на населенные пункты, землетрясения приносили человечеству значительные бедствия: гибель многих людей, разрушения построек и т.д. Одним из самых ярких проявлений внутренних сил являются складчатые и разрывные деформации земной коры. Эти явления, в большинстве случаев недоступные непосредственному наблюдению, хорошо запечатлелись в характере залегания осадочных пород, слагающих земную кору. Осадки морей и океанов выпадая из воды, ложатся обычно ровными горизонтальными пластами. Вследствие же складкообразования эти горизонтально залегающие пласты оказываются собранными в различного вида складки, а иногда разорванными или надвинутыми друг на друга.

Сейсмичность - статистическое распределение интенсивности землетрясения на выделенной территории в зависимости от его повторяемости и наличия возможных очагов; она устанавливается ведомственными картами сейсмического районирования, а также сейсмического микрорайонирования площадок строительства.

Влияние состава пород объясняется тем, что скорость распространения землетрясения зависит от него: в твердых породах скорость гораздо больше, чем в рыхлых. В мощной толще рыхлых пород, например наносов (аллювий долин), волна ослабевает и может даже совсем затухнуть; но небольшая толща, лежащая на твердых коренных породах, не успевает смягчить удар, а подбрасывается на своем основании. В этих условиях разрушение будет сильнее, чем прямо на коренных породах.

Пространство, в котором происходят глубинные разломы плотных толщ, сопровождаемые их сдвигами, называется очагом землетрясения, а его центр -- гипоцентром (от греч. hypo -- под).

Геофизики Ч.Рихтер и Б.Гутенберг разработали шкалу оценки энергии землетрясений с учетом магнитуды (от лат. Magnitude -- величина) -- условной величины, равной логарифму отношения амплитуды смещения частиц грунта при данном землетрясении к амплитуде смещения частиц при эталонном слабом землетрясении, расположенном на расстоянии около 100 км от эпицентра. Значение магнитуды (шкала Рихтера) изменяется от 0 до 8,8.

Для изучения землетрясений и их распространения важное значение имело создание сейсмографа -- прибора, регистрирующего интенсивность сейсмических колебаний на подвижной ленте, двигающейся с определенной скоростью. По мере усиления интенсивности колебаний возрастает амплитуда вычерчиваемых на ленте отклонений. Запись на ленте называется сейсмограммой.

В среднем в течение года на всем Земном шаре регистрируется 16--18 очагов сильных землетрясений (VII баллов по 12-балльной шкале) и одно разрушительное (VIII баллов) или опустошительное (IX баллов). Общее количество землетрясений всех баллов за год составляет около 1 млн., т.е. около двух сотрясений в минуту. Одно из последних разрушительных землетрясений (летом 1999 г.) охватило северные районы Турции. При этом сильно пострадало несколько городов, в спасении жителей которых принимали активное участие группы спасателей из России. Несколько позже еще более сильное землетрясение произошло на Тайване, а зимой 2001 г. на западном побережье Индии и в Сальвадоре.

Табл.1 Шкала интенсивности землетрясений

Исторические сведения и результаты мониторинга сейсмических событий на земном шаре на протяжении второй половины XX в. Дают основание выделить области, подверженные наиболее мощным и частым землетрясениям. Они преимущественно приурочены к двум глобальным тектонически активным, характеризующимся молодыми поднятиями и проявлениями современного вулканизма, поясам.

Первый -- Средиземноморско-Гималайский пояс протягивается от Средиземноморского региона на восток через Карпаты, горы Малой Азии, Кавказ, Гиндукуш, Гималаи до островов Индонезии.

Второй -- Тихоокеанский -- включает тихоокеанские побережья Северной и Южной Америки, Новую Зеландию, Филиппины, Японию, Курильские острова и Камчатку. Более 80 % всех землетрясений приходится на Тихоокеанский пояс.

К сейсмическим областям также относятся континентальные рифты Восточной Африки и Байкала, поднятия Тянь-Шаня и Памира, а в системе Мирового океана -- срединно-океанические хребты и глубоководные желоба Тихого океана. В некоторых местах сейсмические явления на суше и океаническом дне обусловлены общим геотектоническим процессом, как это имеет место в зоне островных дуг и глубоководных желобов восточно-азиатской окраины Тихого океана.

Обводиенности. Причина: масса воды оказывает избыточное нагружение земной коры, а также происходит снижение прочностных свойств горных пород ввиду проникновения по трещинам воды.

2. Осадочные горные породы

2.1 Общая характеристика осадочных горных пород

Подавляющему большинству осадочных пород присуща слоистость: многие осадочные породы представляют собой осадки, отлагавшиеся слоями в течение длительного времени. Отдельные слои отличаются друг от друга составом минеральных зерен, их величиной, окраской, плотностью сложения.

В зависимости от условий накопления пластов, различают слоистость горизонтальную, характерную для морских отложений; косую, характерную для речных отложений; диагональную и перекрестную, характерную для эоловых образований. Однако существуют и такие осадочные породы, в которых слоистость не наблюдается (например, в химических и органогенных отложениях).

Количество пород осадочного происхождения достаточно велико. По условиям образования их разделяют на три группы:

1) обломочные (кластические), образовавшиеся благодаря механическому разрушению ранее существовавших пород;

2) химические, образовавшиеся в результате выпадения осадков из растворов;

3) органогенные, возникшие как следствие жизнедеятельности организмов.

Многие породы двух последних групп имеют общее происхождение и иногда их называют биохимическими.

Структуру осадочных пород различают по размерам, форме и составу слагающих их частиц.

По размерам различают следующие структуры: крупнообломочная, диаметр частиц, слагающих породу, составляет более 2,0 мм; псаммитовая (песчаная), диаметр частиц 2,0-0,05 мм; алевритовая (пылеватая), диаметр частиц от 0,05 до 0,005 мм; пелитовая (глинистая), диаметр частиц менее 0,005 мм. В случае скопления более или менее одинаковых частиц, структура носит название равномерно-зернистой, в противном случае - разнозернистой. По форме частиц породы бывают с окатанной и неокатанной структурой.

Для химических пород характерны оолитовая (зерна имеют форму шариков), игольчатая, волокнистая, листоватая и зернистая структуры. Породы органического происхождения, состоящие из хорошо сохранившихся раковин или растений, имеют биоморфную структуру.

Текстура осадочных пород чаще всего пористая и компактная (непористая).

Если осадочные породы представляют собой скопление отдельных, не соединенных друг с другом частиц, они называются сыпучими. Когда отдельные более крупные частицы скрепляет тонкозернистый материал, называемый цементом, породы получают название сцементированных и характеризуются компактной текстурой. Цементирование пород может происходить одновременно с их образованием, а также и после, в результате выпадения различных солей из циркулирующих по порам растворов. По составу различают глинистый, битумный, известковый, железистый, кремнистый и другие цементы. Характер цемента в значительной мере обусловливает плотность и прочность сцементированных пород. Самыми слабыми считаются породы на глинистом цементе, а породы же с кремнистым цементом отличаются наибольшей прочностью.

Ниже приводится краткое описание наиболее распространенных осадочных горных пород.

2.2 Обломочные породы

Они состоят из обломков различных пород и минералов. По величине обломков выделяют:

1) крупнообломочные породы (псефиты), состоящие в основном из обломков диаметром более 2,0 мм;

2) среднеобломочные (псаммиты), состоящие из обломков диаметром от 2,0 до 0,05 мм;

3) мелкообломочные (алевриты), состоящие из обломков диаметром от 0,05 до 0,005 мм;

4) глинистые породы (пелиты), состоящие в основном из частиц диаметром менее 0,005 мм.

Имеется несколько классификаций обломочных пород, в которых размеры указанных выше обломков, относимых к тому или иному виду пород, несколько колеблются.

Крупнообломочные породы. К ним относят породы, состоящие из обломков размером от 2,0 мм до нескольких метров в поперечнике. В зависимости от структуры и текстуры выделяются следующие разновидности пород.

Глыбы - угловатые обломки размером свыше 200 мм, щебень - угловатые обломки размером от 200 до 40 мм и дресва - от 40 до 2,0 мм. Если же обломки указанных размеров окатанны, то их соответственно называют валунами, галькой и гравием.

Сцементированные щебень и дресва называются брекчией, а сцементированные галька и гравий - конгломератом.

Все крупнообломочные породы широко используются в качестве строительных материалов. Необходимо помнить, что названия «валуны», «щебень», «галька» и т.д. не говорят о свойствах пород, а лишь о размерах их обломков, а поэтому в строительстве их следует называть «галька песчаника», «щебень гранита» и т.п.

Среднеобломочные породы. К ним относят широко распространенные в природе пески и песчаники. Пески представляют собой рыхлые скопления обломков размером от 2,0 до 0,05 мм, а песчаники - сцементированные между собой обломки той же величины. В зависимости от величины обломков выделяют следующие фракции, мм: грубая (2,0-1,0), крупная (1,0-0,5), средняя (0,5-0,25), мелкая (0,25-0,10) и тонкая (0,10-0,05). По составу обломков пески и песчаники чаще бывают кварцевыми, иногда с примесями полевых шпатов, слюд, глауконита и других минералов.

Мелкообломочные, или пылеватые породы представлены лёссами, лёссовидными суглинками, супесями, суглинками.

Лёсс - порода, состоящая главным образом из частиц кварца размером 0,05-0,01 мм, с примесью глинистых частиц (диаметром менее 0,005 мм) и кальцита. Лёсс обладает большой пористостью (на долю пустот приходится 40 - 50% объема породы), в сухом состоянии порода прочна и выдерживает без изменения значительные нагрузки. При увлажнении лёсс очень быстро теряет связь между составляющими его частицами и уплотняется. Явление уменьшения объема породы при увлажнении называют просадочностью. Уменьшение мощности лёсса при увлажнении может достигать 10%, что обычно вызывает разрушение возведенных на нем сооружений.

Мощные толщи лёсса (100 м и более) имеются в Северном Китае. Лёсс широко распространен также и на территории Украины, республик Средней Азии и в ряде районов Сибири.

Лёссовидные суглинки отличаются от лёссов тем, что в них помимо крупнопылеватых частиц (диаметром 0,05-0,01 мм) содержится значительное количество частиц более мелких. Состав же их близок к лёссу и они обладают просадочностью.

Супеси - породы, содержащие до 10% глинистых (диаметром менее 0,005 мм) частиц, разделяются на легкие (3,0-6,6%) и тяжелые (6,0-10,0%).

Суглинки - породы, содержащие от 10 до 30% глинистых частиц, подразделяются на легкие (10-15%), средние (15-20%) и тяжелые (20-30%) разновидности.

Сцементированные супеси и суглинки называются алевролитами. Эти породы в воде не размокают.

Глинистые породы. К ним относят глины, которые весьма широко распространены на поверхности Земли. Эти породы состоят как из механически образовавшихся при разрушении других пород тончайших обломков, так и из частиц, возникших в результате химического разложения коренных пород. Типичными минералами глин являются каолинит, иллит и монтмориллонит. Содержание глинистых частиц в этих породах превышает 30%. Плотные, сцементированные кремнеземом глины называются аргиллитами. Они раскалываются на слои и не размокают.

Для определения супесей, суглинков и глин в полевых условиях применяют довольно простой способ. Комочек породы размельчают, слегка смачивают водой и скатывают в шарик, который затем сдавливают пальцами. Если при этом шарик рассылается, то породу относят к супеси; если не рассыпается, но по краям лепешки образуются трещины - к суглинку; типичная глина расплющивается в лепешку без образования трещин по краям.

2.3 Химические и органогенные породы

Они в подавляющем большинстве своем образуются в водных бассейнах. Первые - путем выпадения осадков из растворов в результате различных реакций; вторые - в результате накапливания отмирающих организмов, поглощавших из растворов некоторые соли для создания своего тела и скелета. Все эти осадки в результате последующего перерождения (диагенеза) превращаются в горные породы химического и органического происхождения. Многие из этих пород связаны друг с другом рядом переходов, что затрудняет установление принадлежности породы и поэтому ее зачастую называют биохимической.

Классификация химических и органогенных пород обычно производится по их химическому составу. Среди них выделяют карбонатные, кремнистые, железистые, галоидные, сульфатные и другие породы. Особо выделяются горючие породы или каустобиолиты.

Карбонатные породы являются наиболее распространенными из рассматриваемой группы. Представлены они чаще всего известняками и мергелями.

Известняк - широко распространенная мономинеральная порода, состоящая из кальцита; она легко определяется по бурной реакции с соляной кислотой. Цвет известняков обычно белый или светло-желтый, но за счет примесей может быть изменен вплоть до черного. Известняки бывают органогенного и химического происхождения. Если удается определить, из остатков каких организмов состоит известняк, то по ним ему дается более точное название, например фузулиновый, коралловый и др. Если организмы не определены и порода состоит из целых и битых раковин, то она называется ракушечник.

Разновидностью органогенного известняка является мел, состоящий главным образом из мельчайших раковин фораменифер, их обломков, порошковидного кальцита и скелетов простейших морских водорослей. Мел - белая землистая порода, широко используется в народном хозяйстве.

Известняки химического происхождения встречаются в виде:

а) плотных известняков с тонкокристаллической массой;

б) оолитовых известняков, состоящих из мелких шариков скорлуповатого или радиально-лучистого строения, соединенных карбонатным цементом;

в) известковистого туфа, который состоит из мелкокристаллического кальцита. Эта пористая масса образуется из растворенного в подземной воде углекислого кальция, выпадающего в осадок. Известковистый туф называют также травертином;

г) натечных образований кальцита, образующихся из подземных вод. Наиболее характерными из них являются пещерные образования - сталактиты и сталагмиты.

Доломит состоит из минерала того же названия. Внешне он похож на известняк, но отличается от него слабой реакцией с соляной кислотой, буроватым цветом и большей твердостью. Образуется он путем химического изменения известковых осадков. Доломит применяется в качестве флюса, огнеупора, а также в строительном деле.

Мергель - порода смешанного состава, состоящая на 50-75% из кальцита и на 25-50% из глинистых частиц. Внешне мергель мало отличим от известняка: характерным его признаком является реакция с соляной кислотой, после которой на поверхности мергеля остается серое пятно, образование которого связано с концентрацией глинистых частиц на месте реакции. Порода широко применяется для производства цемента.

Кремнистые породы встречаются как химического, так и органогенного происхождения. Среди них наиболее известны диатомит, трепел и опока.

Диатомит - белая, легкая, пористая порода, пачкает руки, легко растирается в порошок, липнет к языку. Состоит из мельчайших опаловых скорлупок диатомовых водорослей. Применяется как фильтрующий материал, служит сырьем для получения жидкого стекла.

Трепел - внешне трудно отличим от диатомита, хотя состоит он не из органических остатков, а из мельчайших зерен опала, с незначительной примесью скорлупок диатомовых водорослей. Цвет трепела от белого до темно-серого. Характерным его признаком является низкая удельная масса и способность жадно впитывать влагу (прилипает к языку).

Опока - твердая порода белого, серого или черного цвета, часто обладающая характерным раковистым изломом. Наиболее твердые ее разновидности при ударе раскалываются с характерным звенящим звуком. Опока состоит из зернышек опала и остатков кремниевых скелетов, сцементированных кремнистым веществом.

Железистые породы образуются в результате разрушения (выветривания) магматических и метаморфических пород, содержащих иногда 2-3% железа. Железо может накапливаться на месте выветривания или переноситься в растворенном виде в моря и озера, где и осаждается.

Наиболее распространенными железистыми породами являются лимониты, представляющие собой гидроксид железа с песчаным или глинистым материалом. По внешнему виду это чаще всего бобовые или оолитовые образования, иногда натечные формы. Цвет - от желтого до бурого различных оттенков.

Сидериты - образуют сплошные зернистые массы, служат ценной рудой на железо. Состоят из одноименного минерала.

2.4 Прочие породы

Галоидные и сернокислые породы образуются химическим путем. Сюда относятся каменная соль, гипс, ангидрит и другие мономинеральные породы, состоящие из породообразующего минерала и различных, главным образом механических, примесей.

Фосфатные породы. К ним относятся песчаники и глины, обогащенные кальциевыми солями фосфорной кислоты с содержанием их до 40%. Встречаются они в виде конкреционных или желваковистых разностей или пластовых залежей.

Фосфориты образуются путем выпадения химического осадка в морских условиях. Цвет их серый, темно-серый, черный. Они используются для удобрений и получения фосфора.

Каустобиолиты. Под этим названием объединяется большая группа органогенных пород и минералов. Они бывают твердыми (торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит, горючие сланцы, асфальт, озокерит, янтарь), жидкими (нефть) и газообразными (горючие газы). Каустобиолиты имеют большое народнохозяйственное значение.

Строительные свойства осадочных горных пород. Осадочные породы широко применяются в строительстве. Крупнообломочные и песчаные породы используют в дорожном строительстве, а также как наполнители бетонов. Песчаники служат хорошими основаниями для сооружений; глины используют для производства кирпича; известняки - для получения извести и т.д.

3. Средства и методы познания недр Земли

Методы изучения внутреннего строения и состава Земли можно разделить на две основные группы: геологические методы и геофизические методы. Геологические методы базируются на результатах непосредственного изучения толщ горных пород в обнажениях, горных выработках (шахтах, штольнях и пр.) и скважинах. При этом в распоряжении исследователей имеется весь арсенал методов исследования строения и состава, что определяет высокую степенью детальности получаемых результатов. Вместе с тем, возможности этих методов при изучении глубин планеты весьма ограничены - самая глубокая в мире скважина имеет глубину лишь - 12262 м (Кольская сверхглубокая в России), ещё меньшие глубины достигнуты при бурении океанического дна (около - 1500 м, бурение с борта американского исследовательского судна «Гломар Челленджер»). Таким образом, непосредственному изучению доступны глубины, не превышающие 0,19% радиуса планеты.

Сведения о глубинном строении базируются на анализе косвенных данных, полученных геофизическими методами, главным образом закономерностей изменения с глубиной различных физических параметров (электропроводности, механической добротности и т.д.), измеряемых при геофизических исследованиях. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны - упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные - распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные - распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки - сотни километров.

После открытия в конце XIX века французским физиком Анри Беккерелем явления радиоактивности и установления законов радиоактивного распада появился еще один способ определения абсолютного возраста геологических объектов. Радиоизотопные методы вскоре, если не вытеснили, то существенно потеснили остальные методы датирования. Во-первых, они, казалось бы, дают возможность абсолютного определения возраста, а, во-вторых, они давали очень большой возраст пород порядка миллиардов лет, который устраивал эволюционистов.

Рассмотрим сущность метода радиоизотопного датирования. Радиоактивный распад подобен песочным часам: по отношению числа атомов элемента, возникшего в результате распада, к числу атомов распадающегося элемента возможно определение продолжительности процесса распада.

Рис.1. Схема внутреннего строения Земли

При этом считается, что скорость распада является постоянной величиной и не зависит от температуры, давления, химических реакций и других внешних воздействий. Чаще всего применяются методы и основанные на реакциях превращения атомных ядер. Процесс распада происходит в несколько стадий, от урана до свинца, их 14 и приводит к образованию стабильного изотопа Pb206. Ясно, что чем больше отношение числа атомов Pb206 к числу атомов U238 , тем старше должна быть проба, но при этом надо считаться с возможностью загрязнения свинцом Pb206 первоначальной породы.

Список использованной литературы

горный осадочный порода землетрясение эндогенный

1. Добровольский В. В. Геология: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. - М: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. - 320 с.

2. Жарков В.Н. «Внутреннее строение Земли и планет» Издательство «Наука», 2-е изд. М., 1983. - 416 с.

3. Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение. - М.: Недрабизнесцентр, 2007. - 512 с.

4. Михайлов А.Е. Основы структурной геологии и геологического картирования. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1958. - 376 с.

5. Пендин В.В. Инженерная геодинамика. (Инженерная геология) Учебник для студентов ВТУЗов. - Гриф МО. КДУ, 2007. - 440 с.

Размещено на Allbest.ru