Инженерно-геологическую характеристика современных морских, лагунных, лиманных, озерных и болотных отложений

1. Дайте инженерно-геологическую  характеристику современных морских, лагунных, лиманных, озерных и болотных отложений.

     Море  – это одна из главных геологических  сил, преобразующих облик Земли. В морских бассейнах протекают  сложные процессы энергичного разрушения, перемещения продуктов разрушения, отложения осадков и формирования из них различных осадочных горных пород.

     Эти процессы наиболее интенсивно проявляются  в прибрежной зоне – зоне шельфа. В этой зоне морские осадки (обломочные горные породы) формируются как за счет продуктов разрушения берегов, так и за счет привноса материала ветром и особенно реками. В морях обитают многочисленные организмы, имеющие твердые скелеты (раковины, панцири), поставляющие тем самым органические осадки, образующие органические горные породы. Морская вода богата солями, поэтому среди морских отложений большое место занимают отложения химического происхождения.

      В морях и океанах, в силу транспортирующего  действия воды, осадки распределяются довольно закономерно. Так, у берегов  накапливается грубообломочная масса (галечники, гравий и т.д.). В зоне шельфа – пески различной крупности; на материковом склоне преобладает глинистый материал. По мере удаления от берега к обломочным накоплениям (глинистым осадкам) все более перемешивается органический материал, формируя илы и осадки химического происхождения. Главная масса осадков откладывается в прибрежной и мелководной части моря.

      На  низких берегах за пляжной зоной  формируются береговые валы из гальки, песка, битой ракушки (детрит).

     Между валами и берегом располагаются пляжные отложения – пески, илы, гравий, реже галечник. В зоне шельфа осаждается основная масса осадков, среди которых первое по распространенности, разнообразию и мощности занимают обломочные; второе – органогенные; третье – химические образования. Химическим осадкам в прибрежной зоне более свойственны мелководные участки моря и лагуны.

     К лагунным и лиманным отложениям относят отложения мелководных водоемов морского побережья (лагун, лиманов) и др. с опресненной или осолененной водой. Эти отложения разнообразны по составу и изменчивы по мощности и простиранию, но в основном в них преобладают пески и глины. Отложения опресненных лагун в частях, примыкающих к устьям рек, обычно представлены песками и в меньшей степени глинами, т.к. образование их идет за счет обломочного материала, приносимого реками. Отложения отдаленных от устья участков, а также замкнутых спокойных лагун в основном представлены тонкими глинами, часто с пластами углей, колчеданом и сидеритом, т.е. накопление осадков происходит в условиях недостатка кислорода; галечники обычно отсутствуют. Для отложений осолоненных лагун характерны тонкие глины, различные соли (поваренная, калийные, гипс, ангидрит) и доломиты. В разрезе лагунных отложений часто наблюдаются морские, а также наземные – дельтовые, речные и озерные образования, от которых их иногда нельзя отличить. Переслаивание лагунных отложение с морскими или наземными объясняется перемещением береговой линии в момент накопления осадков. Также к лагунным отложениям относятся и лагунные россыпи, которые образуются за счет выноса полезного ископаемого водными потоками.

     При оценке условий залегания морских  отложений важно знать: область  их распространения, чередуемость в  толще пород того или иного  вида и возраста, мощность отдельных пластов, слагающих толщу, и общая мощность ее. Осадочные породы морского происхождения (фации) резко отличаются от пород континентальной фации в виде озерных, болотных и др. отложений.

      Озерные осадки представлены большим комплексом различных накоплений обломочного, химического и органогенного происхождения. Вдоль побережий, где формируются пляжи, навеваются дюны. Озера откладывают в основном грубые обломки и различной крупности пески. Такой же материал, но уже в виде валов, накапливается при впадении в озера рек.

      Донная  часть озер заполняется глинистыми осадками, песками, илами. На дне соленых  озер самостоятельно или вместе с  механическими осадками отлагаются соли (хлориды, сульфаты и др.) В озерах формируются специфические образования, свойственные только озерам, такие как сапропель, торф, особые озерные мергели, иногда озерный мел, трепел.

      Важнейшей особенностью некоторых мелководных  озер является способность в определенных геологических и физико-геологических  условиях переходить в стадию болот.

     Брошенные рекой старые русла постепенно превращаются в замкнутые заболоченные понижения, и в период половодий они все более заполняются иловато-глинистым материалом – так образуются старицы. Нередко в них развивается процесс торфообразования, и тогда иловато-глинистые осадки обогащаются продуктами разложения остатков. В старицах создаются особые условия накопления осадков, в результате чего возникают так называемые старичные илы. Старичные отложения имеют мягкопластичную или текучую консенстенцию и совершенно непригодны в качестве оснований сооружений.

     В болотных отложениях преобладающее  значение имеют скопления растительных остатков, главным образом торфа  различного происхождения (сфагновый, травяной, древесный) в различных  стадиях его разложения, и отчасти глины и тонкие пески.

     Весьма  характерными для болотных отложений  являются разнообразные илы и  торф – как правило, грунты с низкой несущей способностью.

      К илам часто относят переувлажненные  глинистые образования на начальной  стадии формирования глинистых грунтов при участии микробиологических процессов.

        Торф представляет собой волокнистый сильносжимаемый грунт буро-черного цвета, способный удерживать в себе очень большое количество воды. Характерной особенностью торфа является малая его плотность и высокая влажность.

      Особые  сложности при строительстве  на торфянисто-болотистых грунтах возникают  вследствие очень низкой прочности  и устойчивости илистых отложений  или из-за наличия в толще торфяников сапропелей, а также из-за очень высокой сжимаемости торфов. 

2. Химический  состав подземных вод, жесткость  воды, виды агрессивности воды к  строительным материалам.

   Подземная вода представляет собой сложный водный раствор, содержащий растворенные соли, газы (СО₂, Н₂S, СН₄ и др.), органические вещества и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обуславливают физические свойства и химический состав подземных вод.

   Подземная вода не встречается в химически  чистом виде. В ней обнаружено 60 элементов  периодической системы Менделеева. Основные компоненты (ионы), определяющие химический тип воды.         

     Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод, фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде в меньшем количествах. Однако даже в небольших количествах  они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодности подземных вод для различных целей.

     Суммарное содержание растворенных в воде минеральных  веществ называют общей минерализацией. О величине которой судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105-110 0С. Между общей минерализацией подземных вод и их химическим составом существует определенная зависимость.

     Растворенные  в воде газы придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обуславливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают загрязнены органическими примесями (различные болезнетворные бактерии, органические соединения, поступающие из канализационных систем и т.д.).

      В подземных водах наибольшее распространение  имеют хлориды. Сульфаты и карбонаты. По общему содержанию растворенных солей  подземные воды разделяют на пресные (до 1 г/л растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые (10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). Количество и состав солей устанавливают химическим анализом. Полученные результаты выражают в виде катионов и анионов (в мг/л ил мг-экв/л).

     Количество  растворенных солей не должны превышать 1,0 г/л.

     В подземной воде почти всегда содержаться органические вещества и микроорганизмы. Некоторые их виды представляют серьезную опасность для питьевой воды. В подземной воде также могут находится коллоиды – твердые минеральные частицы, недиссоциированные SiO₂, Fe₂O₃ и т.д., находящиеся во взвешенном состоянии.

     Свойство  воды, обусловленное содержанием  в ней ионов кальция и  магния, называют жесткостью. Различают несколько  видов жесткости.

     Общая жесткость определяется суммарным  содержанием в воде всех ионов  кальция и магния.

     Карбонатная жесткость (устраняемая при кипячении воды) – обусловлена содержанием в виде только гидрокарбонатных и карбонатных солей кальция и магния.

     Постоянная  жесткость определяется вычитанием из общей жесткости карбонатной. Жесткость выражается в мг-экв/л  Ca²⁺ и Mg²⁺.  Воды определенного химического состава могут оказывать разрушающее действие на бетонные и металлические конструкции, фильтры скважин, обсадные трубы, насосы и т.д.

     Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности на портландцемент. Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. Агрессивное воздействие вод на бетон проявляется в растворении его основного компонента – карбоната кальция, а также в образовании солей СaSO₄ 2H₂O, MgSO₄  2H₂O и сульфоалюмината кальция («цементная бацилла»), вызывающая вспучивание и крошение бетона.

     Виды  агрессивности подземных  вод.

     Степень агрессивного воздействия подземных  вод на арматуру железобетонных конструкций  оценивается по суммарному содержанию в них сульфатов и хлоридов.

     По  степени воздействия на строительные конструкции подземные воды согласно СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» разделяют на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные. В нормах помимо химического состава воды учитывается также коэффициент фильтрации пород, толщина конструкций и марка бетона по водонепроницаемости.

     Подземная вода с растворенными в ней  солями и газами может обладать интенсивной  коррозионной активностью по отношению  к железу и другим металлам. Примером может служить окисление металлических поверхностей с образованием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде:

     2Fe+O₂=2FeO

     4FeO+O₂=2FeO₃

     2FeO₃+3H₂O=2Fe(НО)₃

     Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также  агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода (с общей жесткостью менее 3,0 мг-экв) действует значительно агрессивнее, чем жесткая. Наибольшему разъединению могут подвергаться металлические конструкции под влиянием сильно кислых и сильно щелочных вод. Коррозии способствуют повышению температуры подземной воды, увеличение скорости ее движения, электрические токи.

3. Опишите основные типы метаморфизма и дайте характеристику главнейших пород по каждому типу.

   Метаморфическими называют горные породы  магматического, но преимущественно осадочного происхождения, после образования подвергшиеся в глубинах земной коры воздействию большого давления, высокой температуры, минерализированных растворов и газов, т.е. более или менее значительным химическим и физическим видоизменениям.

      Различают три формы метаморфизма: контактовый, динамометаморфизм и региональный.

      Контактовый метаморфизм проявляется под воздействием на окружающие горные породы высокой температуры, газов и горячих растворов при порыве магматических масс в толщу ранее отложившихся пород. В результате этого контактный метаморфизм выражается с одной стороны, в оплавлении породы, с другой – в их перекрисстализации и цементации. В зонах контактового метаморфизма песчано-глинистые породы переходят в плотные роговики, а осадочные карбонатные породы – в скарны, связанные обычно с рудными месторождениями. Конденсация водных пород магмы, обогащенных различными компонентами, ведет к карбонизации, хлоризации и окварцеванию материала, заполняющего трещины.