Задачи и методы геологии

Капиллярная вода. Возникает при условии полного заполнения пор в породе, если диаметр пор не превышает одного миллиметра, то вода будет находится, под влиянием МКТ и сил поверхностного напряжения. Столбики воды, заполняющие капилляр ограничен сверху и снизу вогнутыми поверхностями (менисками). Каждый из менисков притягивает воду к себе, поэтому вода находится в неподвижном состоянии. Если отсутствует нижний мениск, вода поднимается вверх по капилляру и изливается на поверхность в виде источника. Если отсутствует верхний мениск, то вода уходит вниз по капилляру в более глубокие зоны литосферы.

Гравитационная вода. Содержится в крупно пористых г.п. При наличии пара в порах диаметром до одного миллиметра. В таких порах вода начинает перемещаться под влиянием силы тяжести. При полном заполнении пор вода течет в сторону уклона, только гравитационные воды считаются истинно свободными (когда говорят о подземных водах имеют в виду воды гравитационного происхождения). 

Гидрогеологические свойства породю

К гидрогеологическим свойствам относятся:

1. Водопроницаемость
2. влагоемкость
3. пористость

Водопроницаемость ГП связана с пористостью и определяется в основном средними размерами пор. Если порода имеет полнокристаллическое строение то водопроницаемость ее может быть определена только опытным путем. Степень водопроницаемости принято характеризовать коэффициентом водопроницаемости или коэффициентом фильтрации (этот коэффициент указывает скорость с которой гравитационные воды просачиваются через породу с углом наклона в 45º                  литр/сутки). Порода степени водопроницаемости породы делятся на 5 групп:

1. хорошо водопроницаемые (галечник, крупнозернистые пески, сильно трещиноватые породы)
2. водопроницаемые (пески крупно-, средне-, мелкозернистые, трещеноватые породы)
3. слабоводопроницаемые (песчанник, супесь)
4. весьма слабоводопроницаемые или полупроницаемые (глинистый песчанник, суглинки, некоторые супеси)
5. непроницаемые (скальные породы)

   Влагоемкостью  называют способность вмещать и удерживать определенное кол-во воды при данных температуре и давлении. Различают:

1. максимальную или полную влагоемкость, которая определяется кол-вом всех видов воды содержащихся в породе при условии полного заполнения пор.
2. молекулярную, которая определяется кол-вом воды удерживаемой в породе силами молекулярного притяжения.

     Разница между полной  и молекулярной влагоемкостью  называется водоотдачей. 

 

Типы подземных вод  и их динамика.

    

Порода условиям залегания, движения среди подземных вод можно  выделить следующие типы:

1. Почвенные
2. Верховодка
3. Грунтовые
4. межпластовые

Почвенные воды располагаются в поверхностной зоне (до глубины проникновения дождевых осадков). Ниже зоны почвенных вод как правило сухие пласты горных пород.  В толще этих пород могут присутствовать линзы образованные инфильтрационными водами – такие линзы называются верховодкой. В областях с влажным климатом над первым сверху водоупорным слоем обычно располагается постоянный водоносный горизонт) т.е. горизонт грунтовых вод). Грунтовые воды питаются за счет проникновения атмосферных осадков. Горизонт грунтовых вод сверху ограничен зеркалом грунтовых вод. Выше зеркала грунтовых вод располагается зона капиллярного поднятия. Межпластовые воды расположены между двумя водоупорными пластами (сложены сухими горными породами). Межпластовые воды с большим региональным напором называются артезианскими (залегают в виде дугообразного горизонта).

 

Источники

В местах пересечения водного горизонта  с оврагами или речными долинами происходит вскрытие подземных вод. Подземные воды выходят на поверхность  в виде родников, ключей, небольших речек. Они по способу истечения делятся на два типа 1. Нисходящие 2. Восходящие.

В нисходящих источниках вода льется и изливается на поверхность земли  в безнапорном режиме (т.е. спокойно). В восходящих источниках вода изливается из источников под напором (бьет ключом). 

Температура подземных  вод.

Не глубоко залегающие грунтовые  воды меняют свою температуру по сезонам  года. Воды залегающие в полосе постоянной температуры  сохраняют свою температуру  постоянной в течении года. Их температура равна средне годовой температуре данной местности. Если средне годовая температура местности отрицательная то вода находится в твердом состоянии (в зонах многолетней мерзлоты). Зная величину геотермичной ступени и глубину залегания подземных вод можно подсчитать (по температуре источника) глубину с которой  поднимаются подземные воды.

Пример: Температура источника = 15⁰С, средне годовая температура местности = 5⁰С, глубина пояса постоянной температуры = 10 м., а геотермическая ступень = 30м. Глубина восхождения = (температура источника + температура местности)* геотермическую ступень – глубина пояса постоянной температуры. (15-5)*30-10=290.

Тепловые источники до 30⁰С называются термы. Горячие источники +60⁰С гидра термы. Гидра термы расположены в близи магматического очага  на большой глубине. По происхождению гидра термы определяются как ювелирные воды. 

 

Химический состав подземных  вод 

Подземные воды содержат растворенные газы и соли, образуясь за счет атмосферных  осадков, они заносят с поверхности земли растворимый кислород, азот углекислоту. Проходя через почву, обороченную органическим веществом, воды насыщаются метаном и др. углеводородами. Грунтовые воды по своему составу сильно зависят от климата. В областях с влажным климатом – это пресные или слабоминерализованные воды. В областях с засушливым климатом – это сильноминерализованные, соленые, карбонатные, обогащенные сульфидами (Na, Ca, Mg, K), обогащенные хлоридами. Характер минерализации сильно влияет на лечебные свойства воды (бальнеологическая вода).

Геологическая работа подземных  вод.

Геологическая работа подземных вод  проявляется в трех процессах:

1.Карст

2.Суфозии

3.Грязевые вулканы.

Карст. На своем пути подземные воды встречают растворимые породы: каменную соль, ангидриды, известняки, доломиты, мрамора. При это происходит процесс высщейлачивания, выноса химических элементов. Протекая по трещинам г.п. вода размывает г.п. и образует полости и пустоты. Совокупность процесса выноса химических элементов и образования пустот называется карста образование. Более всего процесс карста распространяется в карбонатных породах. Соляной и гипсовый карст является редким явлением. Подземные карстовые ходы начинаются с поверхности воды и по своей форме могут быть различными. Процесс карста образования включает образование карстовых воронок. Карстовые воронки образуются в местах пересечения двух наклонных трещин. Карст развивается сотни миллионы лет, для областей карста характерны степные долины. Карстовые ходы могут быть вертикальными (карстовые колодцы) и наклонными (карстовые шахты). Эти ходы образуют сложную систему связанных между собой туннелей (галерей). 

Суффозии - это перенос, происходящий в определенных условиях твердых частиц и г.п. Суффозия проявляется на выходах источников. Вынос глины и песка уменьшает объем породы, способствует ее обрушению. Обрушившаяся г.п. переносится водой. Суффозия является основой для массового и глинистого карста.

   Грязевые вулканы – это извержение растворенных г.п. (редкие явления). Для возникновения грязевого вулкана необходимо наличие следующих условий:

1.Наличее напорных подземных  вод

2.Скопление нафтеновых газов

3.Наличие глинистых пород –  дислоцированных в складки. 

4.Наличее тектонических нарушений  (трещин, разломов).

Сущность грязевого вулканизма заключается в следующем: Горючие  газы, которые выделяются из нефтяных залежей, поднимаются вверх по тектоническому разлому. Встречают растворные напорными  водами глинистые брички и выносят их на поверхность. Таким образом, давление газов является главной причиной грязевого вулканизма.

Гравитационные явления.

Под гравитационными явлениями  подразумевается перемещение г.п. под действием силы тяжести и  воды. Происходит разрушение г.п. и накопление рыхлого материала (терригенный). Породы разрушаются, накапливаются на склонах гор и у подножья. Накопившийся материал называется каллювий. Обязательным условием для развития гравитационных явлений является наличие подземных пустот, обрывов или крутых склонов. В зависимости от силы тяжести и воды, гравитационные явления можно подразделить на четыре основные группы:

1.Собственно или полно гравитационные  явления.

2.Гравитационно-аквальные явления

3.Аквально-гравитационные явления

4.Гравитационно-субаквальные явления.

Собственно г.я. обусловлены полностью силой тяжести. Происходят в горах имеющие обрывистые склоны (чем плотнее г.п. тем больше будут обломки их разрушения). В том случае если обломки разрушения сильно трещиноватые, то породы образуют осыпи. К категории Собственных г.я. относятся снежные лавины.

Гравитационно-аквальные  явления. Эти явления имеют наиболее широкое распространение. Главным фактором является сила тяжести и вода (оползни). Оползни, которые развиваются в долинах рек, называются эрозионными. Оползни, которые развиваются на побережье морей, называются абразии. Оползни, которые происходят в результате деятельности человека, называются искусственными. 

Аквально-гравитационные явления. Происходят под действием воды и силы тяжести. И делятся на явления:

1.Оплывины

2.Сели (селевые потоки)

3.Оползневые потоки

Сели (селевые потоки). Образуются под действием небольших водных потоков, стекающих по поверхности склона. Селевые потоки насыщены глинистым, песчаным материалом, щебнем и в редких случаях глыбами.

Оплывины имеют небольшие размеры. Происхождение данного вида в Аквально-гравитационных явлениях, характеризуется процессом солифлюкции (данный процесс происходит в полярных и высокогорных областях, где грунт, насыщенный водой сильно промерзает). В случаи оттаивания начинает «скользить» по склону, под действием силы тяжести.

Оползневые потоки образуется, когда вода пропитывает г.п. и нарушает связь между отдельными частицами породы. В оползневом потоке г.п. существенно меняет свою структуру.

Гравитационно-субаквальные явления. Происходит в подводных условиях, главным фактором является сила тяжести.

Геологическая деятельность текучих вод.

Под текучими водами подразумевают  всю воду стекающею с поверхности  суши. Текучие воды являются самым мощным экзогенным фактором преобразующий поверхность земли. Существует две формы проявления геологической работы:

1.Линейный размыв. Под этим процессом понимается разрушительная работа русловые, водных потоков.

2.Площядный смыв. Т.е. работа воды стекающей по склонам. Наиболее интенсивно под действием тающих снегов и прохождения дождей.

 

Динамика русловых водных потоков.

Простейшим случаем движения воды в русле является ламинарное движение. При котором вода движется строго параллельными струями. Ламинарное движение при скорости от 0,1 до 0,7 будет называться турбулентным. Интенсивность работы текучих вод зависят от степени многоводности (т.е. от массы воды), протекающем через поперечное сечение в единицу времени. Различают: нежен (min) и паводки (расход воды max).

 

Классификация рак по их режиму.

1.Реки преимущественно снегового  питания (Высокие паводки и  низкие летние и зимние межень).

2.Реки залежей  питания, горных снегов и ледников.

3.Реки с дождевым летним питанием  в условиях муссонного и экваториального климата. Для них характерны длительные летние паводки, которые совпадают с сезоном дождей.

4.Реки со смешенным питанием. За счет талых вод и летних  и осенних дождей.

 

Эрозионные долины.

Эрозия – это процесс разрушения г.п. под действием текучих вод. Эрозия может быть:

1. Донная

2. Боковая

В результате прохождений процессов  эрозий, образуются различные по форме речные долины. Долины, которые пересекают высокогорные местности  и достигают, глубинны нескольких сотен метров (максимальная глубина 1 – 2км.). По форме речные долины могут быть  V образными или представляют собой каньоны (Колорадо, глубинна 600-900м.). 

 

Речные долины.

Антецедентные долины – долина древнее  чем, пересекающий ее хребет.

Долины прорыва – это поперечные долины, которые моложе горных хребтов.

 

Водопады, водоскаты, пороги.

При прохождении боковой эрозии развиваются процессы мерондрирование. Образование: элювия, пролювия и делювия.

Олювий – это обломочный материал, который переносится текучими водами и отлагается на дне реки или в  ее русле.

 

Терраса.

Террасы могут быть аккумулятивные, цокольные, смежные и эрозионные. Террасой называется более или менее плоская поверхность, которая может целиком или частично заполнятся речными водами. Олювий – который отлагается в русле реки называется русловый олювий. В медленно текучих равнинных реках олювий состоит из чистого песка. Отложения олювия в разных частях русла не одинакова (от мелкого к крупному). В качестве разновидностей олювия можно рассмотреть самостоятельный генетический тип. В континентальных отложениях пролювий и делювий. Делювий – это отложения накапливающееся у основания склонов, в итоге работы небольшой струи воды. Пролювий обломочный материал накапливается у основания склона, в итоге работы сильных речных потоков. Пролювий и делювий существенно отличаются друг от драга. Пролювий представляет собой крупные обломочные породы, делювий мелкие. Пролювий и делювий отличаются по климатическим областям образования. Делювий характерен длю равнинных областей с влажным климатом.