Инженерно-геологические исследования грунтов

  • Вид работы:
    Отчет по практике
  • Предмет:
    Геология
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    10,1 Мб
  • Опубликовано:
    2015-05-12
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Инженерно-геологические исследования грунтов

            Введение


Целью практики является закрепление практических занятий о геологических процессах, горных породах и полезных ископаемых на основе непосредственного изучения геологических объектов и наблюдения физико-геологических явлений до получения теоретических знаний.

Продолжительность практики 12 дней, при этом студенты должны ознакомится с методикой полевых геологических исследований, приобрести навыки составления и использования геологических документов. По своему содержанию практика является учебно-исследовательской работой. В процессе практики составляются специальные вопросы для решения определенных практических проблем относящихся к оценке геологических условий. Практика проводится в пределах Подмосковного угольного бассейна. В процессе геологической практики студенты изучают геологическое строение одного из районов Подмосковного бассейна. Они выполняют геоморфологические наблюдения, описание естественных искусственных обнажений, производят отбор и испытания проб пород, приобретают навыки обобщения результатов геологических исследований.

По содержанию работ на практике выделяются три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. Основным видом работ на практике являются маршрутные исследования. В маршрутах выполняется изучение и описание всех естественных и искусственных обнажений пород, оползней, карстовых провалов характерных проявлений современных геологических процессов, а также изменение геологической среды под воздействием человека. Все маршруты наносятся на топографическую схему, делаются зарисовки (фотографии) наиболее интересных обнажений и других объектов исследования к наиболее выраженным ориентирам на местности.

По каждому обнажению делается послойное описание пород с характеристикой их состава, цвета, структуры, текстуры, условий залегания. Особое внимание уделяется проблемам, связанными с окружающей средой.

         1. Общие географические сведения


Учебная геологическая практика проводится в центральных районах Тульской области, в пределах северной окраины Среднерусской возвышенности. Эта территория представляет собой холмистую равнину, изрезанную долинами рек, ручьев и балок.

Водораздельные пространства характеризуются абсолютными высотными отметками от 200 до 240м. На юге области выделяется Плавское плато, где вершины холмов достигают отметок 250-293м. Севернее Тулы в междуречье Упы и Оки также имеются холмы с отметками более 250м (максимальная 275м).

Река Упа, главная водная артерия области, имеет протяженность 345 км. Она пересекает целый ряд районов, меняя направление течения. Начало реки находится в южной части области, и в верхнем течении она имеет почти меридиональную ориентировку. От Тулы отклоняется на северо-запад, затем делает крутые повороты на юго-запад, на юго-восток и еще более резкий на запад. Река Упа впадает в Оку на западной окраине Тульской области.

В среднем течении у города Тулы русло р.Упы по ширине достигает 40-50м. Глубина реки 3-4м. Скорость течения 0,1-0,2м/с. Отметки уреза воды 150-152м.

Река Упа и ее многочисленные притоки имеют довольно глубокие долины (до 50-60 м) с широкой поймой и сравнительно крутыми склонами у подмытого берега.

В северных районах формируется несколько сравнительно небольших, но более бурных речек, впадающих на северо-западе и севере непосредственно в реку Оку, огибающую здесь границы Тульской области.

Юго-восточный сектор Тульской области относится к водосборному бассейну верхнего Дона с притоками Непрядва и Красивая Меча.

Преобладающая территория Тульской области относится к лесостепной зоне. На севере и западе области лесные массивы занимают большую часть площади. Почвы серые лесные. Юго-восток области представляет степную зону с черноземными почвами. Климат территории - умеренно континентальный. Предельные колебания температуры от -42°С до +38°С. Среднегодовые температуры около +4,5°С. Годовое количество осадков 550-600 мм. Снежный покров удерживается со второй половины ноября до конца марта. Глубина промерзания грунта на открытых участках достигает 1,5-1,8 м.

Тульская область располагает значительными природными ресурсами и высоким уровнем развития промышленности. В разных районах имеются многочисленные горнодобывающие предприятия, крупные тепловые электростанции, химические комбинаты, предприятия стройиндустрии, легкой и перерабатывающей промышленности. В городе Туле сосредоточены металлургия, машиностроение, оборонные заводы. В области преобладает городское население. Наряду с развитой промышленностью существенное значение имеет развитое сельское хозяйство.

Через Тульскую область проходят важные железнодорожные и шоссейные магистрали южного направления. Имеется довольно густая сеть местных дорог.

Предприятия и многочисленные пункты обеспечиваются электроэнергией от единой системы, в которую включены действующие тепловые электростанции. К настоящему времени преобладающая часть городов и поселков газифицированы.

Для водоснабжения используются в основном подземные воды.

         1.1 Стратиграфия и литология


Вынесенные в заглавие подраздела понятия означают характеристику геологического разреза местности с описанием последовательности залегания разных по геологическому возрасту толщ (стратиграфия) и составляющих их пород (литология).

Район проведения практики - Тульская и прилегающие области - относятся к центральной части Русской (Восточно-Европейский) платформы. В геологическом разрезе этой территории четко выделяются два структурных мегакомплекса: докембрийский кристаллический фундамент и осадочный чехол.

Кристаллический фундамент, представленный архейскими и протерозойскими гранитами, гнейсами, другими магматическими и метаморфическими породами, залегает на глубине от 650-700м на юге Тульской области до 110-1200м в северных районах.

Осадочный мегакомплекс включает отложения верхнего протерозоя, среднего и верхнего девона, карбона, мезозоя и четвертичные образования. Они довольно разнообразны по составу и изменчивы по площади распространения, что обусловлено сравнительно сложной историей тектонических движений, неоднократной сменой палеографических условий в регионе.

Верхний протерозой (PR3) представлен неподверженными метаморфизму осадочными породами вендского комплекса рифея. Это пестро окрашенные песчано-глинистые породы с четкой слоистостью. По данным глубокого бурения, они распространены к северу от города Тулы, и их мощность возрастает в северном направлении от 50 м до 150-200 м. В нижнем палеозое от кембрия до раннего девона включительно изучаемая территория была, очевидно, все время сушей, осадков этого этапа здесь не установлено.

Средний девон представлен отложениями живетского яруса (D2gv). Они подразделяются на три литологических комплекса. К нижнему комплексу относят остаточные продукты выветривания и грубообломочные породы, залегающие непосредственно на кристаллическом фундаменте за пределами площади распространения вендских отложений. Средний комплекс включает сульфатно-карбонатную толщу (ангидриты, доломиты) с мощным пластом каменной соли. Верхняя часть живетского яруса сложена пестроцветными терригенными осадками (пески и песчаные глины). Общая мощность среднедевонских отложений 250-300м.

Верхний девон ознаменовался почти непрерывным накоплением осадков, мощность которых достигает 500-600м. Здесь выделяются два яруса: франский и фаменский.

Франский ярус (D3fr) снизу состоит также из терригенных пород (преимущественно пески), преобладающая верхняя часть его сложена известняками, несколько различающимися по литологическим признакам и палеонтологическим остаткам.

Фаменскй ярус (D3fm) представлен в основном карбонатными породами. В нижнем подъярусе преобладают известняки, в верхнем доломиты. Верхнефаменские породы выходят на поверхность в речных долинах на юге области. В северном направлении он погружаются на глубину 100-150 м, и в их составе отмечается значительная гипсоносность. Промышленная толща гипса мощностью до 20м в озерских слоях верхнего девона прослеживается в субширотной зоне, которая совпадает с площадью максимальной угленосности.

Карбон (каменноугольный период С) проявился в регионе частыми тектоническими колебаниями, многократной сменой морского и континентального режима осадконакопления с неоднократными перерывами. В пределах изучаемой территории карбон представлен сравнительно полным разрезом нижнего отдела и останцами самой нижней части среднего отдела. Южные районы Тульской области были приподнятыми в течении ряда геологических этапов, включая современный. Поэтому здесь оказалась размытой верхняя часть и нижнекарбоновых отложений, причём самые нижние слои залегают здесь на небольшой глубине и выходы их отмечаются по долинам рек и ручьёв.

В составе отложений нижнего карбона выделяются все три яруса: турнейский, визейский и серпуховский.

Турнейскип ярус (C1tr) включает горизонты Малевский, Упинский и имеющий весьма ограниченное распространение Черепетский (в бассейне речки с одноимённым названием).

Малевский горизонт (C1ml) сложен плотными голубовато-серыми глинами, в которых отмечаются прослойки мергелистого и характерного органогенного известняка с раковинами карликовой фауны. Горизонт, мощность которого обычно составляет 5-8 м, является важным региональным водоупором, который разделяет подземные воды девонских отложений с повышенной минерализацией и верхние водоносные горизонты.

Упинский горизонт (C1up) представлен довольно однотипными светлыми желтовато-серыми микрозернистыми известнякам, мощность которых достигает 20-30 м. Известняки обладают значительной трещиноватостью и являются мощным водоносным горизонтом. Их называют известняковым фундаментом (относительно залегающей выше угленосной толщи). Поверхность известнякового фундамента характеризуется довольно сложным рельефом, который отражает влияние тектонических факторов, эрозионных процессов и карста.

Визейский ярус (C1vz) залегает с перерывом на турнейских отложениях. Он включает локально сохранившиеся Малиновские осадки (бассейн реки Черепеть вблизи г.Суворов) и почти повсеместно распространённые яснополянский и окский надгоризонты.

Яснополянский надгоризонт (C1jp) объединяет бобриковский и тульский горизонты. Бобриковский горизонт (С1bb) является главной угленосной толщей Подмосковного угольного бассейна. Это серые и тёмно-серые песчано-глинистые породы, к которым приурочено несколько пластов и прослоев бурого угля. Угленосная толща мощностью 10-20м сформировалась в условиях обширной заболоченной низменности с множеством речных проток. Она имеет циклическое строение. В зонах до угленосных эрозионных врезов, где преобладают песчаные осадки, мощность горизонта достигает 30-50м.

Тульский горизонт (C1tl) состоит из двух толщ. Нижняя толща (10-15м) сложена в основном мелко- и тонкодисперсными светло-серыми песками с включениями пирита, линзами серых глин и углей, не отличающихся от бобриковских. В песках отмечается характерная косая слоистость руслового типа.

Верхнетульская толща (15-25 м) отличается преобладанием мелководных морских осадков. Это зеленовато-серые тонкодисперсные глины с морской фауной, пласты органогенно-детритовых известняков. Подчинённое значение имеют песчаные породы, отмечаются линзы углей.

Нижнетульская песчаная толща является надугольным водоносным горизонтом. Водоносными являются также пласты известняка.

Окский надгоризонт (C1ok) представлен мощной толщей известняков (35-40 м) и пачкой подстилающих песчаных пород (5-7 м). Известняки светлосерые и коричневато-серые преимущественно фораминиферовые довольно крепкие, толсто- и средне слоистые с прослоями более мягкого, состоящего в основном из раздавленных обломков раковин брахиопод. Отмечаются также прослои пятнистых коралловых известняков и особенно характерных более тёмных микрозернистых известняков со следами корней растений (стигмарии и ризоиды). По литологическим признакам и палеонтологическим остаткам в составе окской толщи выделяются снизу вверх горизонты: алексинский (C1al), Михайловский (C1mh) и венёвский (C1vn). В Михайловском горизонте, которому особенно характерны ризоидные микрозернистые известняки, отмечаются прослои сажистых глин. В целом для окского надгоризонта типичны крупные раковины гигантопродуктусов.

Серпуховский ярус (C1sp) объединяет тарусский, стешевский и протвинский горизонты. Тарусский горизонт (C1tr) сложен светло-серыми плитчатыми известняками, в верхней части которых отмечаются прослои красноватой глины. Мощность известняков составляет 5-7м.

Стешевский горизонт (Cist) представлен тёмно-серыми почти чёрными глинами с красноватым оттенком. Глины тонкодисперсные высокопластичные. В нижней и средней части глинистой толщи, мощность которой достигает 15-18м, отмечаются прослои органогенных известняков и сами глины приобретают неравномерную зеленоватую окраску. Местами встречаются скопления тонкостенных брахиопод.

Протвинский горизонт (C1pr) завершает разрез нижнего карбона и сохранился от размыва на водоразделах в северных районах Тульской области. Это сильно трещиноватые окремнелые известняки мощностью 3-5м.

Среднекаменноуголъные отложения залегают на породах нижнего карбона с явным перерывом. На описываемой территории они представлены останцами пёстро цветных песчано-глинистых пород иерейского горизонта (C2vr), распространённых в самых северных районах Тульской области. Реже они встречаются на широте г.Тулы и даже южнее преимущественно в карстовых провалах и в тектонических впадинах. Другие среднекарбоновые и особенно верхнекарбоновые отложения распространены значительно севернее уже на территории Московской области.

        

         1.2 Тектоника и карст


Тульская область и преобладающая часть южного крыла Подмосковного угольного бассейна в структурно-тектоническом отношении находятся в зоне сочленения северного склона Воронежской антеклизы и южного борта Московской синеклизы, которые являются платформенными структурами первого порядка. Воронежская антеклиза (крупное по площади поднятие) характеризуется близким к поверхности залеганием кристаллического фундамента. По направлению к Москве и далее на северо-восток происходит постепенное его погружение. Соответственно все палеозойские отложения залегают с наклоном к северу, который в среднем составляет 1-2м на 1км.

На фоне этого пологого наклона выделяются участки более сложного залегания слоев. Вдоль южного крыла Подмосковного бассейна с юга Рязанской области через линию Тула - Новомосковск протягивается одна из наиболее сложных структур второго порядка (Тульско-Калужская структурная зона). Она состоит из двух линейных зон поднятий, которые разделены зоной прогибов. Поднятия и прогибы (структуры третьего порядка) имеют обычно вытянутую форму, поперечник их составляет от 2-3 км до 4-5 км, а протяжённость их достигает 10-15 км. Амплитуда гипсометрического положения в смежных структурах противоположного знака достигает 40-50 м. На сочленении их часто наблюдаются довольно резко выраженные флексурообразные перегибы слоев, где наклон достигает 20-30м на 1км.

Группы локальных структур, одиночные поднятия и прогибы отмечаются и за пределами Тульско-Калужской зоны. По северной окраине Тульской области выделяются довольно протяжённые флексурные перегибы слоев, отражающие разломную тектонику кристаллического фундамента.

Тектоническая неоднородность территории фиксируется по гипсометрическому положению основных опорных горизонтов. Это кровля малевских глин и почва окских известняков. Она проявляется также по кровле известнякового фундамента (в отношении положительных структур более надёжно) и, несомненно, отражается в гипсометрическом положении угольных залежей.

С тектоническими напряжениями связно образование вертикальной трещиноватости горных пород, которые оказывают огромное влияние на их водопроницаемость, а также на заложение эрозионных форм рельефа. Установлено, что системы трещин имеют достаточно постоянную ориентировку.

Карст в Подмосковном бассейне связан с разными стратиграфическими толщами. Для разработки угольных месторождений особое значение имеют карстовые нарушения в известняках упинского горизонта. Многочисленные проявления карста наблюдаются в окско-тарусских известняках, в верхнедевонских доломитах. Они являются результатом длительного развития и приурочены к зонам повышенной трещиноватости. На карьерах можно наблюдать нарушения разной стадии формирования от небольшого проседания слоев до крупных смещений без признаков существования каких-либо пещер. Здесь же имеется возможность проследить горизонты с очагами палеокарста, которые выделяются повышенной кавернозностью, наличием мелких пещер и «затёков» рыхлых пород.

Вместе с тем в регионе отмечается особый тип карста с образованием крупных провалов, часто превращающихся в озёра. На примере такого явления вблизи п.Скуратово можно судить о связи его с образованием полостей в толще гипса верхнего девона.

Мелкий современный приповерхностный карст в карбонатных породах, залегающих вблизи поверхности, отмечается в пологих ложбинах и на склонах речных долин. В карстовых воронках этого типа часто происходит поглощение потоков дождевых и талых вод и, иногда, заметны открытые «поноры».

В вершинах глубоких суходольных балок на юге области имеются и более крупные современные карстовые воронки.

         1.3 Полезные ископаемые


Тульская область располагает многими видами полезных ископаемых. Это железные руды, бурые угли, огнеупорные глины, разнообразные строительные материалы и сырьё для стройиндустрии, сырьё для металлургии и химического производства, минеральные воды, фосфориты.

Железные руды в Тульской области известны, по крайней мере, с времён правления Ивана Грозного. На территории от Косой горы почти до Богородицка в основном в Киреевском районе сосредоточено большое количество залежей бурого железняка мощностью 1-2м. Рудный горизонт приурочен к контакту нижнего карбона мезозоя. Он залегает на глубине до 10-20м, местами до 30м. Бурый железняк жеодистый, кусковатый ноздревато-пористого строения, охристый. Содержание железа в руде составляет 40-45%. Руды легкоплавкие, что позволяло в прошлом плавить металл с помощью древесного угля.

Кустарная добыча бурых железняков производилась примитивными горными выработками круглого сечения («дудки»). В период индустриализации страны были построены небольшие шахты, а потом стали переходить на открытый способ разработки. Разработка местных железных руд, которые перерабатывались на Косогорском и Новотульском заводах, прекратилась на рубеже 60-70-х годов в связи с мощным ростом добычи и подготовки высококачественного металлургического сырья на комбинатах Курской магнитной аномалии.

Бурые угли в Подмосковном бассейне выявлены в 1722г. Систематическая разработка угольных месторождений зарегистрирована с середины XIX века. Подмосковный бассейн занимает территорию ряда областей, прилегающих с юга и запада к Московской области. Как уже отмечалось, в составе бобриковского горизонта, который является главной угленосной толщей, распространено несколько угольных пластов, из которых рабочей мощности достигают один или два. Мощность основного угольного пласта изменяется в широком диапазоне, преобладают мощности 1,8-2,5 м. Угольный пласт обычно состоит из двух-трёх пачек, разделённых прослойками глин. Уголь залегает преимущественно в глинах, но на некоторых месторождениях в кровле и почве пласта довольно широко распространены неустойчивые песчаные породы. Глубина залегания угольного пласта изменяется от 20-30м до 100-120м. Она возрастает с общим погружением слоев в северном направлении, но заметно изменяется и в пределах каждого месторождения в зависимости от тектонического положения и современного рельефа.

Месторождения представляют собой разобщённые безугольными зонами залежи довольно сложной конфигурации, залегания которых осложнены карстовыми нарушениями.

Подмосковные угли в основном гумусовые с прослоями и линзами сапропеллевых. Они характеризуются высокой зольностью (преобладает 28-33%), которая при добыче возрастает за счёт засорения вмещающими породами (до 40-45%). Уголь отличается высокой влажностью (около 30%). Зольность и влажность угля составляют «балласт» топлива и снижают его теплоту сгорания. Угли характеризуются повышенным содержанием серы, которая является вредной примесью.

Разработка месторождений производится подземным и открытым способом. Основными потребителями угля были тепловые электростанции. В 60-70 -е годы добыча подмосковных углей стала снижаться с 50-60 млн. тонн в год до 20 млн. тонн в связи с ростом использования других видов топлива (мазут, газ), а в последнее время сократилась до 2-3 млн. тонн.

Огнеупорная глина в бобриковском горизонте отмечается на многих участках. Крупные месторождения огнеупорных глин расположены в Суворовском районе, имеются разведанные месторождения и в Калужской области. Слой огнеупорных глин мощностью 1-3 м залегает на глубине 20-30 м и разрабатывается открытым способом. Глины принадлежат к разным типам (сухарные, пластичные, углистые) и характеризуются высоким качеством. Температура плавления их превышает 1780 °С. Добыча глин и производство огнеупорного сырья в Суворовском районе обеспечивает потребности большого числа металлургических производств центральных областей.

В регионе производилась добыча тугоплавких глин (тульский горизонт) для использования на Щёкинском заводе кислотоупорных изделий.

Карбонатные породы (известняки, доломиты), распространённые на ограниченных территориях области, издавна разрабатываются для использования в строительстве. В прошлом они применялись для получения стенового камня и извести. В настоящее время основным направлением является производство строительного щебня. Окские известняки используются как металлургический флюс, как техническое сырьё для сахарной промышленности, в производстве карбида кальция. Есть опыт производства полированных изделий для облицовки зданий.

Гипс является важнейшим сырьём для строительной индустрии. Он используется для получения алебастра и производства различных строительных конструкций. Добыча гипса производится в г.Новомосковске. Гипсовый комбинат обеспечивает потребности в этом виде сырья всех центральных областей России. Имеются разведанные участки гипса в других районах области

Легкоплавкие глины (температура плавления 1050-1100°С) широко используются в производстве строительных материалов. В Тульской области ведётся разработка Пореченского месторождения стешевских глин для производства керамзита (лёгкий заполнитель бетона). Попутная добыча этих глин осуществляется на ряде каменных карьеров в северной половине области.

Четвертичные суглинки являются сырьем при производстве красного строительного кирпича, который выпускается на нескольких крупных заводах.

Строительные пески используются как мелкий заполнитель бетона, для штукатурных и кладочных растворов. Особую ценность в этом направлении представляют речные пески, которые добываются при расчистке русла реки Оки. Кроме того, ведется разработка песков нижнетульского подгоризонта. Это преимущественно мелкозернистые пески, требующие дополнительного расхода цемента.

Каменная соль в отложениях среднего девона залегает на глубине 900-950м. В Новомосковске действует солепромысел (безшахтный способ), обеспечивающий потребности химкомбината. Сооружены одиночные скважины на других объектах для технических целей. Ведется подготовка к созданию производства пищевой соли на закрытой шахте «Комсомольская», где также будет использована технология растворения через скважины.

Минеральные воды выявлены в области в девонских отложениях. Издавна известны минеральные источники Краинки. Практически идентичные воды, используемые для питьевого лечения, имеются и в других районах в верхнедевонских породах на глубине до 200-250м. На более значительных глубинах воды обладают высокой минерализацией. Благодаря присутствию брома они пригодны для ванного лечения, но пока не используется.

Фосфориты, залегающие в основном в нижнемеловых отложениях, довольно широко распространены в районе Кимовска и пригодны для производства фосфатных удобрений. Они разрабатывались в течение нескольких лет в период существования совнархозов. Из-за плохой организации работ производство удобрений было признано нерентабельным.

         песчаный карст тульский гранулометрический

        
2. Горный компас


Горный компас используется для ориентирования на местности для глазомерной съемки, для замера элементов залегания слоев и трещин.

Горный компас имеет следующие особенности: он спроектирован с прямоугольным основанием, что позволяет визировать (направлять на определенный объект), основной лимб компаса, разградуирован против часовой стрелки, что позволяет определить непосредственно азимут направления по северному концу стрелки. Цена деления лимба 1 градус. Компас снабжен отвесом и шкалой для замера вертикальных углов (эксиметром). Цена деления шкалы 2 градуса. Горный компас состоит из магнитной стрелки и большого (круглого) лимба, необходимых для замера азимутов, а также из клинометра и полулимба для замера угла падения слоя. Горный компас монтируется на прямоугольной пластинке имеющей длину 9-11 см и ширину 7-8 см, в середине пластинки прикреплен лимб, разделенный на 360. Градуировка лимба произведена против часовой стрелки. Данный компас можно увидеть на рисунках 2.1 и 2.3.

Порядок работы:

При отборе образцов горных пород обычно замеряют азимут угол наклона линии падения плоскостей маркировки.

Ребро линейки направляют на вершину измеряемого объекта, одновременно нажимая пальцем на кнопку ориентира, фиксируют положение отвеса и по шкале определяют угол наклона.

Измерив угол и зная одну из сторон прямоугольного треугольника, можно определить искомую высоту или расстояние. По значению sin , нанесенному на шкалу отвеса, можно определить cos α и tg α.

 α = sin α (90° - α)

Для сохранения точности работы компаса при измерениях азимутов необходимо своевременно (сразу после каждого замера) арретировать магнитную стрелку.

         3. Геологические маршруты

        

         3.1 Маршрут №1


Рис. 3.1 Обзорная карта района с нанесенными точками маршрута №1: 1. Карстовый провал близ села Фалдино; 2. Карьер Демидовский; 3. Река Упа

         3.1.1 Карстовый провал близ села Фалдино


Рис. 3.2 Карта местности

7 октября 1981 года. Тихий осенний вечер: люди ложатся спать, погода за окном ясная, на небе звезды. И вдруг, в 23:00 раздался грохот, похожий на очень близкие раскаты грома, земля содрогнулась… затем еще и еще раз. Никто не может понять, что происходит, люди покидают свои дома, потому что думают, что это землетрясение. Ночь прошла в напряжении, а ранним утром выяснилось, что в соседнем лесу, рядом с пионерлагерем Факел, образовалась овальная воронка диаметром около 70 и глубиной около 35 метров. На дне воронки виднелось 15-тиметровое темное отверстие, в которое и провалился участок поверхности вместе с деревьями. Дна воронки видно не было, но прибывшие геологи определили общую глубину провала - 87 метров. В течение периода активного формирования, с 7 по 16 октября, воронка поглотила с площади в полгектара около 250-300 тысяч кубометров земли вместе с росшими на ней пятнадцатиметровыми дубами. В дальнейшем рост воронки продолжался, но уже не такими стремительными темпами. На её дне начала скапливаться вода, вытекающая из надугольных и межугольных песков, постепенно превратившая провал в озеро.

Данное природное явление называется карст.

Карст (от нем. Karst, по названию известнякового плато Крас в Словении <https://ru.wikipedia.org/wiki/Словения>) - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды, выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа <https://ru.wikipedia.org/wiki/Рельеф>, возникающих на местностях, сложенных из сравнительно легко растворимых в воде горных пород - в первую очередь карбонатных пород (известняк), доломитов и сульфатных пород (гипс). Следует отметить, что процесс растворения происходит при условии наличия в подземных водах органических, минеральных кислот и газов.

В Тульской области имеется большое количество карстовых проявлений, связанных с обилием тектонических трещин и ослабленных зон. Процесс растворения указанных пород начинается с образования в массиве мелких пор, переходящих в каверны. Наличие пор, трещин и каверн способствует образованию системы трещин, что ведёт к образованию пустот в массиве. С течением миллионов лет размер пустот достигает больших размеров (так называемые пещеры), арка не выдерживает вышележащих пород и обрушивается, образуя карстовый провал, спустя некоторое время заполняющийся водой.

Территории к югу от поселка Скуратово отличаются особо выразительным холмистым рельефом местности. Эта территория относится к Тульскому тектоническому поднятию, в пределах которого наблюдается повышенное залегание слоев на фоне их пологого наклона к северу. Примерно в 2 км к югу от Скуратово вблизи территории бывшего п/л "Факел" и д. Левинская на пологом склоне водораздела на опушке леса находится карстовое озеро поперечником до 100м, о котором шла речь выше.

Карстовый провал образовался в сентябре 1981 года. Поперечник его первоначально имел эллипсовидную форму с осями 75x55м и видимая глубина провала более 70м. На дне провала была разжиженная масса грунта. При обрушении бортов были слышны всплески воды. В бортах провала были видны следующие породы:

·        четвертичный суглинок;

·        глины тульского горизонта;

·        пески нижнего карбона;

·        глины с пластами угля - бобриковский горизонт;

·        известняки упинского горизонта.

В первые дни после образования провала происходило интенсивное обрушение бортов. Он заметно расширился. Затем постепенно произошло наполнение грунтовыми водами и на его месте образовалось озеро.

Установлено, что образование провала связано с карстовым процессом в толще гипса, который залегает здесь на глубине около 100м. В последующие годы на прилегающей территории были проведены специальные исследования. По буровым скважинам на прилегающих участках в толще гипса были обнаружены практически полые интервалы свидетельствующие о наличии карста в этой толще. Карстовое озеро аналогичного типа отличается у д. Левинская и в пологой ложбине на противоположной стороне от дороги.

Карстовые нарушения имеют большое распространение. Они могут оказать отрицательное влияние на условия строительства и особенно вредно влияют на ведение горных работ.

В экологическом отношении закарстованные территории опасны возможностью загрязнения с поверхности водоносных горизонтов нечистотами которые выбрасываются в провальные понижения на рисунке 3.3 представлен разрез участка карстового озера

Рис. 3.3 Геологический разрез по линии А-Б (участок карстового озера в районе п/л «Факел»)

На данном участке имеется несколько карстовых озёр. Повышенная закарстованность этой территории приурочена к тектоническому поднятию и глубоким эрозийным врезом. на рисунке 3.4 представлена схема карстовых нарушений. Далее на рисунках 3.5-3.6 даны виды карста сразу после образования.

Рис. 3.4 Схема участка карстовых нарушений в районе п/л «Факел». М1:2000

Рис. 3.5 Фалдинский провал в разрезе (схема)

        

         3.1.2 Демидовский песчаный карьер


Рис. 3.6 Схематическое изображение геологического разреза Демидовского песчаного карьера

Демидовский песчаный карьер находится на расстоянии 8 км от западной части г.Тулы (от стадиона «Металлург»). В геоморфологическом плане данный песчаный карьер находится на левом склоне реки Бежка.

В геологическом плане пески приурочены к верейскому ярусу C1vr нижнего карбона C1 тульского горизонта C1tl (возраст около 250 млн. лет). Сверху залегают четвертичные суглинки. В разрезе частично прослеживается верхняя пачка C1tl2.

Карьер работает по добыче песков. Основным потребителем является ООО «Туладорстрой». Производительная мощность карьера составляет около 750000мъ в год. В зимнее время добыча не ведется. Себестоимость 1 м3 - 125 руб (актуально на 2014г.).

Пески кварцевые (Si02). Пески - осадочная горная порода. Класс - песчаные. Структура - мелкозернистая. Текстура - рыхлая. Используется при подсыпке балластного слоя дороги. Коэффициент фильтрации около 1 м в сутки.

Тульский горизонт подразделяется на две пачки: нижнюю, которая представлена исключительно мелкими песками C1tl и верхнюю C1tl2, в которой переслаиваются пески, глина и 2-3 слоя тульского известняка. Изветчики представляются одной плитой мощностью до 1,5м.

Общая мощность достигает 30м тульские отложения перекрыты четвертичными суглинками Q. В настоящие время разработка песков ведется в северном борту одним добычным уступом и одним вскрышным уступом. Песок добывается экскаватором типа ЭКГ, грузится на КАМАЗы, МАЗы и отправляется потребителю. На вскрышном уступе суглинки экспортируются экскаватором типа «Драглайн». Эти суглинки должны рекультивироваться.
на рисунке 3.11 показан Cхематичный разрез Демидовского карьера.

Рис. 3.7 Cхематичный разрез Демидовского карьера

В бортах карьера снизу вверх открыты следующие отложения:

Первый слой - в нижнем уступе, который в настоящее время не разрабатывается; в бортах видны неравномерно - ожелезненные мелкозернистые пески. Ожелезнение связано с окислением сульфатов железа. В основании нижнего уступа примерно на уровне его бровки складируются вскрытые породы с целью рекультивации выработанного производства. Здесь видны песчаные породы и серые глины. Поверхность отвала относительно ровная. Мощность слоя - 3,5-4 м.

Второй слой - светло-серые, мелкозернистые пески с нечеткой слоистостью и слабым озеленением, местами заметны признаки косой, «диагональной» слоистости руслового типа. Слойки в косых сериях наклонены к югу. Примерно в средней части уступа в песках прослеживается свело-серый, слабопесчаный слой глины мощностью до 1,5 м. в верхней части заметны включения «обломков» глины в песке. Мощность слоя - 1-8 м.

Третий слой - еще боле светлые, ограниченно вскрытые, тонкозернистые пески. В песках видны горизонтальные серии толщиной от 15 до 40 см. В сериях также просматривается косая наклонная сложность в южном направлении. Основание почти везде закрыто осыпью. Мощность слоя - 5-6 м. добываемые здесь пески используются строительными организациями города Тулы для штукатурных и кладочных растворов. Пески не вполне соответствуют требованиям по гранулометричности состава, поэтому их использование сопровождается повышенным расходом цемента (до 20-25%).

Четвертый слой - светло-серые, мелкозернистые глинистые пески, местами каменистые. Вблизи верхней границы слоя (0.5 м) в песках наблюдается отпечатки морских растений. Мощность слоя - до 3м.

Пятый слой - известняк серый, средней крепости, на поверхности глыб выветренный. Залегает в виде сплошной плиты, расчерченной вертикальными трещинами. Мощность слоя 1,2м.

Шестой слой - серая глина со слабым синеватым оттенком, слабо оливритовая с мелкими частичками слюды, слоистость горизонтальная, топкая, неравномерная, в сухом состоянии глина раскалывается на плиточки толщиной 1-1,5 см. Мощность слоя - 1,5м.

Седьмой слой ~ песок желтовато-бурый, мелкозернистый, сильно глинистый. Слоистость песка неравномерная, включает прослойки свело серой пластичной глины. По слоям наблюдается неравномерное ожелезнение. На поверхности этого слоя у основания верхнего подступа вскрыши видны скопления обломков бурого железняка, а также скопления пестроцветной глины, охристо-желтоватого и серовато-красного тонов, связанные с окислами сульфидов в глинистых породах.

Восьмой слой - в верхнем подступе над осыпью виден буровато-желтый мелкозернистый оливрит. Мощность слоя - 0.4м.

Девятый слой - суглинок желто-бурый и бурый пылеватый, довольно пористый, местами оглиненный. Нечеткими прослоями, местами окрашен в буровато-черный цвет (гидроксид железа и марганца)

Десятый слой - почвенно-растительный слой (оподзоленный чернозем). Вблизи верхней границе слоя (около 0,5м) в песках наблюдается отчётливые отпечатки корней растений (вертикальные).

Геологическая работа рек.

Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее течения. Чем больше масса и скорость, тем больше совершаемая работа. Она складывается из смыва, размыва (эрозии), переноса и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения горных пород. Деятельность поверхностных вод, или водная денудация, имеет огромное значение в формировании рельефа. Она приводит к расчленению и в целом к понижению поверхности материков.

Строение речной долины.

В развитии речной долины намечается определенная направленность и последовательность - переход от одной стадии к другой и цикличность. Первая стадия развития речной долины, для которой характерно преобладание глубинной эрозии и каньонообразный, или V - образный, поперечный профиль долины, называется стадией морфологической молодости. Вторая стадия называется морфологической зрелостью. Ей соответствует выработанный продольный профиль реки, приближающийся к кривой равновесия, и широкий плоскодонный U -образный поперечный профиль долины с хорошо развитой поймой. При несущественных изменениях климата и тектонических движений земной коры совместное действие смежных рек (с системой протоков) и склонового смыва приводит к понижению и выравниванию рельефа. Так возникает выровненная поверхность суши, названная американским ученым В. М. Дэвисом - пенеплен, то есть почти равнина: волнистая или холмистая, иногда с отдельными возвышенностями - останцами, сложенными очень твердыми породами.

Известно, что эпохи слабого проявления тектонических движений, когда происходит выравнивание рельефа, сменяются эпохами относительно быстрых поднятий и опусканий земной коры. На месте плоскодонных долин появляются молодые эрозионные врезы V - образного типа. Происходит как бы «омоложение» речной долины. Река вновь начинает вырабатывать продольный профиль применительно к новым соотношениям с базисом эрозии. В результате в реке формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Прежняя пойма останется у коренного склона долины в виде площадки, сочленяющейся с новой поймой уступом и не заливаемой талыми водами. Последующее оживление тектонических движений вновь вызовет врезание потока в коренные породы и формирование плоской долины на еще более низком уровне.

Таким образом, в речных долинах образуется лестница террас, возвышающихся друг над другом. Они называются надпойменными террасами. Самая высокая терраса является наиболее древней, а низкая - самой молодой. Нумеруются террасы снизу, от более молодой. У каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ или склон, бровку террасы, тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей террасой или с коренным склоном. В основании аллювиальных отложений каждой террасы всегда располагается цоколь, сложенный коренными горными породами. В зависимости от высотного положения цоколя и мощности аллювия выделяются три типа террас:

. Эрозионные террасы (размыва), в которых почти вся террасовидная площадка и уступ слагаются коренными породами, и лишьместами на поверхности сохраняется аллювий. Они образуются в молодых горных сооружениях в результате интенсивных тектонических движений.

. Аккумулятивные террасы, в которых площадка и уступ полностью сложены аллювиальными отложениями, а цоколь из коренных пород всегда ниже уровня реки и никогда не обнажается. Они образуются в пределах низменных платформенных равнин, в межгорных и предгорных впадинах.

. Цокольные или смешанные, эрозионно-аккумулятивные террасы характеризуются тем, что в нижней части уступа выходит на поверхность цоколь, а верхняя часть уступа и площадка сложены аллювием. Они образуются в переходных зонах от поднятий к погружениям, реже к равнинам.

Устья рек.

Различают два типа устьев рек - дельты и эстуарии.

Дельты - это плоские низменные равнины, полого наклоненные в сторону моря, часто имеющие форму, близкую к треугольной. В их пределах река распадается на многочисленные радиально расходящиеся рукава и потоки, образуя аллювиально-дельтовые равнины. Река, впадая в моря и озера, приносит с собой большое количество обломочного материала, как влекомого по дну, так и во взвешенном состоянии. Часть его уносится в море, значительная же часть оседает в прибрежной зоне, образуя подводный конус выноса. Постепенно нарастая в сторону моря, в ширину и высоту, он начинает выступать на поверхности в виде выдающегося в море широкого конуса (дельты) с вершиной, обращенной к реке. Дельты образуются при относительно небольшой глубине моря, обилии обломочного материала, отсутствии приливов и отливов и сильных вдоль береговых течений и сравнительно медленных колебательных тектонических движений.

В речных дельтах встречаются различные по своему составу и генезису отложения:

1.  Аллювиальные отложения русловых потоков (на равнинах - пески и глины, более грубый материал - в горах);

2.      Озерные отложения, в отшнурованных руслах (глинистые осадки, богатые органическим веществом);

.        Болотистые отложения (торфяники, на месте зарастающих озер);

.        Морские осадки.

Эстуарии - воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Они хорошо выражены у Сены, Эльбы, Темзы и других рек. Для образования эстуариев благоприятны условия там, где наблюдаются приливы и отливы, вдольбереговые течения и прогибание земной коры. Во время приливов море далеко вдается в устьевые части рек, а во время отливов морская вода вместе с речной образуют мощный поток, движущийся со значительной скоростью. При этом обломочный материал, принесенный рекой, выносится в море, где подхватывается береговыми течениями.

С эстуариями по форме сходны лиманы - расширенные устья рек, затопленные водами моря, не имеющие приливов и отливов, и превращенные в заливы. Их образование связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек.

Характеризуя речную сеть Тульской области, можно заключить следующее:

. Все реки области относятся к равнинному типу. Они, как правило, имеют спокойное течение и малое падение. Это объясняется тем, что разница высот между истоками и устьями рек незначительна;

2.      По режиму питания реки области относятся к смешанному типу: преимущественно снеговые с участием дождевого и грунтового питания. Для всех рек области характерны значительные сезонные колебания уровня воды и неравномерность стока по сезонам года.

Наиболее полноводными реки бывают весной, когда они дают около 75 % годового стока. Летом же, несмотря на увеличение количества осадков, сток резко уменьшается, реки мелеют, а самые мелкие нередко совсем пересыхают.

Большинство рек области берет начало в пределах ее территории и течет от центральной части области в различных направлениях, что определяется особенностью рельефа местности.

Реки области относятся к двум бассейнам - бассейну Дона и бассейну Оки. На бассейн Оки в пределах области приходится 75 % территории Тульской области, на бассейн Дона - 25 %. При этом юго-восточная часть области орошается верхним течением Дона и его притоков, вся остальная территория - системой реки Оки. Реки производят огромную денудационную и аккумулятивную работу, существенно преобразуя рельеф. Питание рек бывает: снеговое, ледниковое, дождевое, смешанное, за счет подземных вод. Для каждой реки в течение года характерно чередование периодов высокого и низкого уровня воды. Состояние низкого уровня называется меженью, а высокого - паводком или половодьем. Движение воды в реках всегда турбулентное (беспорядочное, вихревое). В поперечном сечении потока максимальные скорости наблюдаются в наиболее глубокой части потока - стержне, меньше - у берегов.

Современный ландшафт земной поверхности сформирован под действием последнего оледенения и стока поверхностных вод.

Сток поверхностных вод делится на площадной и линейный. Реки бывают горные и равнинные. Реки делятся по возрасту на молодые, стареющие и старые. Каждая река отмечается как разрушительной, так и созидательной деятельностью. Разрушительная деятельность заключается в эррозии. Эррозия имеет три составляющих компонента:

разрушение горных пород "живой силой" воды;

корразия - разрушение дна и берегов путем царапанья частицами влекомыми водой;

коррозия - химическое растворение.

В верховьях реки преобладает донная эррозия, в среднем течении - донная береговая и перенос смытого материала, в низовье - аккумуляция всех пород, переносимых рекой.

Река Упа относится к типичным равнинным рекам. Для нее характерно медленное течение (0,1 м/с), отсутствие порогов, перекатов, водопадов. Она имеет корытообразный врез в горные породы. Упа - старая река.

На участке от машиностроительного техникума и выше по течению реки на правобережной части долины довольно четко выделяется уступ пойменной террасы, высота которого над урезом воды около 4м и ширина 50-70м. Пойменная терраса на левобережной части имеет большую ширину (до 1,5км). Пойменная терраса представляет собой аккумулятивный элемент рельефа речной долины, формирование их связано с накоплением осадков в период высокого половодья. Речные осадки (аллювий) на реках равнинного типа представляются обычно |песками и суглинками.

Упа имеет ширину 35-45м, глубина реки достигает 3-4м, русла реки сильно заилены.

По результатам специального экологического исследования реки установлено, что данные осадки реки на этом участке содержат значительную примесь техногенных веществ, в частности примесь золы от смягчения углей, а выше по течению в осадках присутствует металлический хлам.

В результате, в осадках отмечается повышенная концентрация железа, цинка, ванадия и других тяжелых металлов.

Рис. 3.8 Поперечный профиль реки Упы

Изучение выходов Упинских известняков и родников.

Обнажение упинских известняков обнаружено на склоне первой надпойменной террасы на правом берегу р.Упы. На расстоянии 300м от участка начала спрямления реки. У подножия склона выступают крупные глыбы известняка размером до 1м.

Известняк (осадочная порода, состоящая из кальцита (СаСОЗ) светло-желтый, мелкозернистый, массивный, средней крепости, с частыми тонкими каналами (следы водорослей), которые покрыты мелезистыми пинками. Такой известняк по склону и у основания склона отмечается дальше вплоть до самой крутой извилины реки. У основания склона на высоте до 1,5-2м отличаются небольшие родники и слабая заболоченность, связанная с выходом на поверхность водоносного горизонта. На этом участке русла реки Упы полностью прорезает ютложения нижнего карбона и в глубокой части вреза вскрываются карбонатные породы озерско-хаванской толщи верхнего карбона.

На расстоянии 600м от начала участка спрямления р. Упы в районе Криволучья находится родник. Дебит родника: 15 литров/мин, вода прозрачная, бесцветная, вкус освежающий, температура воды составляет +5°С; родник для питьевых целей пригоден. В воде находится повышенное содержание железа.

Родник истекает из упинских известняков по почве малевских глин. Родник не каптирован. Вокруг основного родника наблюдается несколько родников малого дебита, а также пластовые выходы воды.

Схема выхода известняков представлен на рисунке 3.9.

Рис. 3.9 Схема выхода упинских известняков

3.2 Маршрут №2

Изучение строительных и облицовочных камней г.Тулы.

Одной из основных задач учебной геологической практики является получение знаний о наиболее распространённых горных породах и приобретение навыков определения их по внешним признакам. Многие магматические и метаморфические породы крупными блоками и полированными плитами использованы при строительстве зданий в городе Туле. Это создаёт благоприятные возможности для ознакомления студентов со структурой, текстурой и физико-механическими свойствами этих пород из разных уголков страны.

Маршрут начинается с учебного корпуса №6. Полы в вестибюле корпуса выложены полированными плитами среднезернистого красного гранита.

Гранит - кислая магматическая интрузивная порода. Состоит из кварца, плагиоклаза, калиевого полевого шпата и слюд (биотита или мусковита). Граниты очень широко распространены в континентальной земной коре. Эффузивные аналоги гранитов - риолиты. Плотность 2600 кг/м³.

Морфологические признаки. Структура кристаллически-зернистая, в зависимости от размера зерен полевых шпатов и кварца - мелкозернистая (1-2 мм), среднезернистая (3-5 мм) или крупнозернистая (до 1 см ж более). Нередко также порфировидная. Текстура массивная.

Состав гранита: полевые шпаты - 60-65% (ортоклаз и плагиоклаз, причем первый преобладает), кварц - 25-30% и темноцветные минералы - 5-10% (главным образом биотит, значительно реже роговая обманка).

Цвет серый, желтоватый, розовато-серый до розового и мясо-красного.

Твердость высокая. В свежем (не выветренном) виде граниты весьма крепкие породы: временное сопротивление сжатию 1200-1800 кг/см2, редко снижающееся до 1000 и иногда повышающееся до 3000 кг/см2.

В главном корпусе ТулГУ вестибюль облицован полированным светлым мрамором с характерной полосчатой и пятнистой текстурой. Для ступенек здесь использован розоватый мрамор, похожий на гранит из-за присутствия тёмноцветных минералов.

Структура пород мрамора чаще всего гранобластовая. Породы мрамора бывают полностью раскристаллизованы (собственно мрамор) или частично раскристаллизованы (мраморовидные известняки). По величине зерна различают мелко, средне и крупнозернистые разновидности мрамора. Наибольшей прочностью, износостойкостью и долговечностью обладают мелкозернистые разновидности мрамора. По однородности размеров зерен различают равномерно- и неравномернозернистую структуру; по характеру границ между зернами - мозаичную, зубчато-мозаичную и зубчатую структуру мрамора. Тесная взаимосвязь зерен обеспечивает долговечность и износостойкость пород (особенно зубчатая и зубчато-мозаичная структура). Текстура пород слоистая, массивная.

По цвету мрамора делятся на белые и цветные (розовые, желтые, серые, голубые, зеленоватые, красноватые, черные, коричневые, а также различные сочетания этих цветов). Цветному мрамору свойственно наличие прожилок, представляющих собой трещины, заполненные природными цементами. Наиболее ценной разновидностью является чистый, белый статуарный мрамор, который используется для изготовления скульптур.

На постаменте у пушки напротив бассейна ТулГУ (рядом со вторым корпусом) также использован полированный светлый мрамор.

Карельские порфировидные граниты, серые мелкозернистые граниты использованы в облицовке подземного перехода на проспекте Ленина между первым и вторым учебными корпусами.

На ступеньках при входе во второй учебный корпус ТулГУ использован ячеистый и крупнопористый базальт.

Базальт - основная эффузивная горная порода нормального ряда, самая распространённая из всех кайнотипных пород. Палеотипными аналогами базальта являются диабаз и базальтовый порфирит. Интрузивными аналогами базальта являются габбро, габбро-нориты, нориты, троктолиты.

Структура порфировая или афировая. Основная масса однородная скрытокристаллическая и стекловатая.

Текстура массивная, реже пористая, -пузыристая, шлакообразная: крупные пустоты составляют основной объем породы, разделяясь лишь тонкостенными перегородками базальта. Основная масса - нераскристаллизованное вулканическое стекло, густо пропитанное мелкими частицами магнетита, и смесь микроскопических выделений основного плагиоклаза, пироксена и оливина, менее - роговой обманки.

Ступени перед площадью у памятника Льву Толстому Выложены плитами нескольких разновидностей гранита. Несколько плит необработанного серого гранита. В основном, полированные плиты среднезернистого гранита и крупнозернистого лабрадорита.

Фундамент хлебного магазина "Нива" облицован редкой разновидностью зелёного мрамора.

Цокольные части зданий прокуратуры, МВД и филармонии облицованы полированным среднезернистым гранитом.

Здание Драмтеатра облицовано плитами желтоватого сильно пористого известкового туфа.

Площадь перед зданием вымощена крупными плитами гранита.

Цокольная часть магазина "Тутанхамон" на проспекте Ленина облицована плитами полированного лабрадорита.

Лабрадорит является полнокристаллической магматической горной породой. Его основу составляет минерал лабрадор - породообразующий минерал группы плагиоклазов. Кроме плагиоклаза, в лабрадоритах часто встречаются ортопироксен, клинопироксен, оливин, ильменит, титаномагнетит и др.

Средний минералогический состав лабрадоритов можно представить так: плагиоклаз (лабрадор) - 85%; кварц - 7%; пироксен - 3%; калиевый полевой шпат - 3%; других примесей - 1%.

Содержание двуокиси кремния (кислотность) - 45-52 %.

Структура равномерно-кристаллическая, крупнозернистая, текстура - массивная. С магматическими комплексами лабрадоритов связаны месторождения титана, хрома, платиноидов.

Плотность 2700-2860 кг/м³.

4. Музей эталонных образцов Тульского НИГП


февраля 2015 года наша группа посетила Тульское НИГП, в котором находится Федеральный Фонд эталонов руд. Там имеется около 14000 образцов горных пород из 250 разных месторождений. Начали экскурсию с золотосодержащих руд. Как мы знаем, золото - очень драгоценный материал, поэтому его добыча ведется тщательно. Мы увидели много образцов , в которых содержится золото, а также муляж " Большого треугольника " - золотого самородка весом 36,2 кг, найденного на Урале в долине реки Миасс. В каждом месторождении содержание золота в минералах разная. Так, если в одном месторождении его 0,6 грамм/тонна, то в другом месторождении количество золота достигает 40 г/т. Ниже приведены снимки золотосодержащих руд.

Следующие образцы были добыты из Кольской сверхглубокой скважины. Пробурена Научно-производственным центром «Недра». Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярный. Скважина заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в области сочленения рудоносных докембрийских структур, типичных для фундаментов древних платформ. Её глубина составляет 12 262 метра; диаметр верхней части - 92 см, диаметр нижней части - 21,5 см.

В отличие от других сверхглубоких скважин, которые бурились для добычи нефти или геологоразведочных работ, СГ-3 была пробурена исключительно с научно-исследовательскими целями в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.

Далее нам показали разновидности колчеданов и минералы, содержащие медь. В том числе такую интересную породу, как малахит. Он образует зелёные массы натёчной формы с радиально-волокнистым строением. Используется для поделок, раньше - для добычи меди. Формы выделений малахита в природе на редкость разнообразны.

Хорошо образованные кристаллы весьма редки и всегда мелки, имеют столбчатый, пластинчатый, игольчатый вид, имеют тенденцию к расщеплению с образованием пучков, пушистых шариков, расщеплённых наподобие розетки «сферокристаллов», сферолитов и их эксцентрических разновидностей - «сфероидолитов» и гроздьевидных «сфероидолитовых дендритов». Наиболее характерны и общеизвестны сферолитовые тонковолокнистые концентрически-зональные почковидные формы агрегатов, дающие на полированном срезе причудливый красивый рисунок. Они растут из сильнопересыщенных неравновесных растворов. Иногда встречается в виде псевдосталактитов. Также в виде прожилков, примазок, зернистых и грубо-шестоватых агрегатов.

Следующими образцами, которые мы увидели, были никелевые руды. В добыче никеля принимало участие огромное количество человек. вскоре там возник город Норильск и Норильский горно-металлургический комбинат, которым руководил А.П. Завенягин.

Далее мы отправились в следующий зал, где увидели много разных горных пород, таких как сера, биотит мусковит и габбро.

Последний зал, который мы посетили, был не таким большим как два предыдущих, но довольно насыщенным. В нем были собраны образцы, которые можно встретить на территории Тульской области.
Тульская земля занимает далеко не последнее место среди других областей страны по богатству полезных ископаемых. Горные предприятия области добывают значительном количестве уголь, гипс, соль, известняк, глину и ряд других полезных ископаемых. В недавнем прошлом шла добыча железных руд и фосфоритов. Запасы полезных ископаемых у нас велики и уникальны. Угля, например, хватит, по прогнозам специалистов, на 75 лет интенсивной добычи. Такого ценнейшего материала, как гипс, на 200 лет. Есть мощные залежи огнеупорной глины, фосфоритов, глауконитовых песков, глинозема с высоким содержанием алюминия и прочих полезных ископаемых. Горнодобывающий потенциал Тульской области превышает потенциал десяти близлежащих областей Центральной России вместе взятых.

         5. Инженерно-геологические исследования грунтов

        

         5.1 Исследование гранулометрического состава и фильтрационных свойств песчаных грунтов


Скважность и гранулометрический состав.

Как рыхлые, так и твердые горные породы в природном массиве имеют различного рода пустоши и трещины, которые обуславливают изменчивость механических свойств, водо- и газопроводимость пород. Иначе говоря, горные породы обладают скважностью.

Скважность имеет большое значение при решении ряда практических задач, так как от нее зависят водопроницаемость, водоотдача, влагоемкость, прочность, сжимаемость, упругие свойства.

Скважность твердых пород в массиве изучается специальными методами подземной гидравлики и геофизики.

Для рыхлых раздельнозернистых и связных пород, частицы которых связаны слабыми водно-коллоидными связями, скважность, а следовательно и водно-физические свойства зависят от их гранулометрического состава.

Любую рыхлосвязную или раздельнозернистую породу можно разделить на фракции. Фракцией называется совокупность частиц породы одного размера или группы размеров (например, от 0,5 до 0,25 мм). Содержание той или иной фракции выражает в процентах по массе. Исследование распределения всех частиц пород по размерам называют гранулометрическим анализом.

В зависимости от преобладающего размера обломков выделяют фракции: крупнообломачные (более 2 мм), песчаные (от 2 до 0,05 мм), пылевые (от 0,05 до 0,005 мм и менее).

В отличии от песчаных частиц, имеющих обычно окатанную форму, частицы глинистых фракций имеют форму иголок, тонких чешуек листиков, заполняющих пространство между частицами крупных размеров.

При содержании 3% глинистых фракций порода приобретает связность.

Породы, содержащие более 30% глинистых частиц, называют глинистыми.

Породы, содержащие менее 3% глинистых частиц, называются крупнообломачными, песчаными, пылевыми (алевритами), в зависимости от размера и процентного содержания соответствующих фракций. Для уточнения наименования крупнообломачных и песчаных пород, содержащих менее 3% глинистых частиц, принята следующая классификационная схема:

Щебнистый, галечниковый грунт- более 50% частиц крупнее 10 мм

Гравийный, древесный грунт- более 50% крупнее 2 мм

Крупный песок- более 50% частиц крупнее 0,5 мм

Среднезернистый песок- более 50% частиц крупнее 0,1 мм

Мелкий песок- более 75% частиц крупнее 0,1 мм

Пылеватый песок- не менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

Алеврит- менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

Гранулометрический анализ.

Для установления грансостава нескольких пород применяется несколько методов. Крупнообломочные и песчаные породы легко разделяются на фракции рассеиванием на ситах с отверстиями различных диаметров. Для глинистых пород ситовый метод не применим, поэтому здесь используют методы, основанные на том, что скорость осаждения взвешенных в воде частиц зависит от их размеров.

Глинистую породу предварительно взбалтывают в воде и через определенные промежутки времени берут пипеткой пробу, из которой затем выпаривается и определяется масса (пипеточный метод). Для пород, содержащих глинистые и песчанные фракции, применяют комбинированный анализ с предварительным отмачиванием: на песчаных частицах имеется некоторое количество налипших на них глинистых частиц. Глинистые частицы смываются, а промытые песчаные высушиваются и фракционируют на ситах.

Результаты изучение грануметрического состава грунтов используются при решении следующих практических методов:

1. Определение водопроницаемости пород по эмпирическим формулам.

2. Обоснование выбора типа и конструкции фильтров водозаборных скважин.

3. Прогнозирование процессов суффозии на бортах котлованов и выемок.

4. Прогнозирование водоотдачи и проявление плывунных свойств.

5. Определение пригодности песчаных пород в качестве инертного заполнителя в бетонных и строительных растворов.

Порядок выполнения работы

Образец грунта доводится до воздушного сухого состояния, крупные куски растираются в ступке.

Навеску грунта в 200г просеивают через стандартный набор сит и на лабораторных весах с точностью до 10мг взвешивают выделенные на ситах фракции.

В целях контроля качества сортировки необходимо взять сито с фракцией 0,25-0,5 мм и просеять над листом чистой бумаги. Необходимая чистота фракционирования достигнута, если после ручного просеивания остаток не уменьшился более чем на 0,5% по массе.

Если содержание фракции диаметром менее 0,25мм превышает 10%, то ее фракционирование продолжается другими методами.

         Построение графиков гранулометрического состава.

В связи со значительными изменениями диаметра частиц (от 0,2 до 10 мм). Линейный масштаб не удобен. По оси абсцисс величины изображаются в логарифмическом масштабе, по оси ординат процент содержания накопленных частостей. Через точки проводится плавная усредненная кривая.

По графику пространства можно определить следующие параметры. Диаметра частиц, соответствующий 10% содержания фракции - d10 (эффективный диаметр). Эффективный диаметр соответствует такому размеры частиц, при котором составленный из них однородный грунт имел бы такую же водопоницаемость, как и данный реальный грунт.

Например, для его определения на графике находят точку М- соответствующую 10% по оси ординат, а, затем проектируя ее на ось абсцисс, находят диаметр = 0,28мм.

Определяют коэффициент неоднородности грунта:

=d60/d10

При K 5 порода считается однородной, а при K>5- неоднородной.

Пользуясь классической схемой, можно дать наименование исследованному грунту.

Определить коэффициент фильтрации исследованного грунта, используя эмпирическую формулу А. Газена:

=C*d210*t

где: К- коэффициент фильтрации м/сут.

Т- температурная попровка, рассчитывается по формуле t=0.7+0.3T

С- эмпирический коэффициент «чистоты и однородности»

С=400+40(п-26)-общая пористость в процентах

у- минералогическая плотность грунта, кг/куб. см

-плотность скелета грунта

А- объемная плотность грунта в естественном залегании, кг/куб. м- влажность песчаного грунта

Область применения формулы А. Газена:

,1d3p3мм Kh6

При проведении экспериментов в лаборатории рекомендуется использовать следующие значения: w=18%; А=2000кг/куб.

         5.2 Определение механического состава почвы


По механическому составу почва бывает глинистой, суглинистой, песчаной и супесчаной. Чтобы определить тип почвы, рассматриваемый нами, можно воспользоваться простым методом. Комочек земли увлажняется до тестообразного состояния и скатывается ладонями в шарик. Затем из шарика раскатывается жгут. Потом пытаемся жгут свернуть в колечко, и в зависимости от того, что у нас получилось, и определяем тип почвы.

Земля не скатывается в шарик-почва песчаная

Скатывается в шарик с трудом, но не раскатывается в жгут- почва супесчаная.

Скатывается легко в шарик, скатывается в жгут, но не сворачивается - почва легкая суглинистая.

Если кольцо свернулось, но с большими трещинами - среднесуглинистая почва.

Если трещины небольшие -тяжелый суглинок.

Скатывается в шарик, раскатывается в жгут, легко сворачивается в кольцо - глинистая почва.

Порядок выполнения работы:

. Для начала мы взяли образец почвы, выданной преподавателем, и увлажнили его до состояния теста;

. Попытались скатать из полученного образца жгут диаметром 1 см;

. Не обнаружив на данном жгуте трещин, мы попытались свернуть образец в кольцо;

. На полученном кольце мы обнаружили небольшие трещины;

. Сопоставив с уже изученными нами данными о характерном состоянии различных типов почв, определили тип нашей почвы- тяжелый суглинок.

         5.3 Экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов в трубке СПЕЦГЕО


Водонепроницаемость пород, то есть способность пропускать воду, зависит от размера пустот, трещин. При одинаковой пористости водонепроницаемость обратно пропорциональна удельной боковой поверхности пор породы. Удельная поверхность возрастает с уменьшение эффективного диаметра частиц, зависит от неоднородности и содержания глинистого вещества. Гидравлические методы оценки пористости основаны на измерении объема профильтровавшейся воды через единичное сечение породы за определенный отрезок времени. В лабораторных установках для измерения интенсивности фильтрационного потока обычно используют ламинарные параллельноструйчатые потоки жидкости, без разрывов, пульсаций, подчиняющиеся закону Дарси.

Закон Дарси экспериментально устанавливает линейную зависимость между скоростью фильтрации V и градиентом упора J, обуславливающего фильтрационный поток.

V=K*J

где K - коэффициент фильтрации.

Гидравлический градиент:

J=(H1-H2)/(X1-X2)=dh/dx

Если J=1, то V=K, то есть единицы измерения коэффициента фильтрации и скорости фильтрации одинаковы.

Скорость фильтрации V определяется как расход фильтрационного потока Q через единичную поверхность F:

V=Q/F

Расход потока измеряется в м3/сут , см3/с. Если площади потока измеряются в м3 или см3, то скорость фильтрации будет измеряться м/сут или см/сек. Такова же единица измерения и коэффициента фильтрации.

Вязкость воды изменяется в зависимости от температуры, поэтому необходимо полученные в результате опытов значения коэффициента фильтрации приводить к одной температуре, то есть к 100С. Это осуществляется введением температурной поправки, τ = 0,7-0,003*t0 тогда приведенный к 100С коэффициент фильтрации определим так:

10=Kt/τ=Q/(F*J*τ)=V/(F*J*t*τ)

В зависимости от значений коэффициента фильтраций фунты классифицируются на следующие:

1.      Водонепроницаемые (К<0,001 м/сут - глины, аргилитты, суглинки).

2.      Слабопроницаемые (0,001<К<0,01 - глинистые пески, суглинки).

.        Полупроницаемые (0,01<К<0,2 - супеси, легкие суглинки).

.        Водопроницаемые (0,5<К).

Трубка СПЕЦГЕО состоит из мерного сосуда Мариотта 1, металлического цилиндра 2, в который засыпается исследуемый грунт, закрывающегося сверху и снизу крышками 3 и 4 с галунными сетками, через которые свободно проходит вода; крышки имеют резиновый уплотнитель.

Сосуд Мариотта заполняется водой и устанавливается на верхнюю крышку отверстием вниз. Если уровень воды понижается, то поверхностным натяжением перекрывается поступление воздуха в сосуд. Как только вследствие инфильтрации воды в песке уровень понизится, происходит снижение уровня воды в сосуде Мариотта, напор цилиндре остается постоянным.

Количество профильтровавшейся воды V в определенный отрезок времени t определяется по шкале, нанесенной на поверхность сосуда Мариотта, одно деление которой соответствует 1см. Поперечное сечение цилиндра с пробой грунта = 25 см(обозначено на верхней поверхности).

Порядок выполнения работы:

На металлическую трубку 2 надевают крышку и засыпают песок небольшими порциями, уплотняя через каждые 2 см.

Запаленный песком до верхнего края обреза цилиндр устанавливается в банку с водой для насыщения грунта водой снизу вверх(по капиллярам). Замачивание наливом сверху недопустимо. так как при этом возможно защемление в порах пузырей воздуха и уменьшение площади сечения потока, что искажает результаты измерений.

После пропитывания водой поверхности пробы трубка заполняется песком на уровне верхнего среза и закрывается верхней крышкой.

Установив пробу в банку для сбора профильтровавшейся жидкости, полностью заполняют сосуд Мариотта водой и, закрыв указательным пальцем отверстие, быстро опрокидывают и устанавливают отверстием вниз в пружинных зажимных крышки.

Фильтрация начинается с момента появления первых мелких пузырьков воздуха. После снижения уровня воды в мерном сосуде на 5-10 делений можно приступить к производству первых замеров. Рекомендуется записывать время просачивания 10 или 20 см воды. При этом последовательно производятся 3-4 замера (например, время прохождения между делениями 90-70, 70-50, 50-30 и тд).

Если разница в расчетах не превышает 10%, то такие измерения считаются качественными, если расхождение больше, то опыт повторяется.

№ опыта

Время опыта t,сек

Отчет по мерному сосуду

Кол-во профитр.  Воды Q, см3

Коэфф. Фильтрации KT=Q/t

Температура T, 0C

Темп. Поправка Ƭ=0,7 +0,03 T

Коэфф.  ФильтрацииT=100

Коэфф. Фильтрации К=К10· 864 м/сут



Нач

Кон







1

21

60

50

10

0,019

12

10

0,0019

1,64

2

20

50

40

10

0,02

12

10

0,002

1,73

3

18

40

30

10

0,022

12

10

0,0022

1,9


Средние показатели

10

0,0203

12

10

0,00203

1,76

Рисунок 5.1 Экспериментальное определение фильтрационных свойств песчаных грунтов в трубке СПЕЦГЕО

         6. Охрана окружающей среды


Наиболее существенным изменением окружающей среды является извлечение огромных масс полезных ископаемых из недр земли. Большинство полезных ископаемых являются невосполнимыми природными ресурсами.

При разработке месторождений происходит значительное изменение ландшафта. Открытые разработки месторождений сопровождаются огромными капиталовложениями.

Рекультивация территорий позволяет частично восстановить рельеф, но полностью восстановить особенности геологической среды невозможно.

Особенно неблагоприятно условия рекультивации на угольных карьерах, поскольку угольные породы обычно являются токсичными группами.

При подземной разработке неглубоко залегающих месторождений также происходит изменение рельефа (провальные воронки, блоковые оседания).

При ведение горных работ применяют осушение пород, что приводит к истощению водных горизонтов.

Отвалы горных пород и отходы на обогатительных предприятиях также являются источником загрязнения поверхности. Природное равновесие гидрогеологической среды подвержена резкому влиянию в результате использования подземных вод для хозяйственных целей.

         Заключение


По завершению геологической практики мы получили предварительные знания о горных породах и геологических процессов на основе естественных наблюдении и ознакомлении с геологическим строением района.

Проводя маршрутные исследования, мы ознакомились с методикой полевых геологических исследований, приобрели навыки составления и использования геологических документов, применительно к задачам горного дела.

Мы изучили минералогический состав и физико-механические свойства горных пород, используемых в качестве строительных материалов. Практика следует закреплением изученного материала. На практике теоретические знания применяют к практическим исследованиям.

         Список используемой литературы


1.   Масленников В.П. Происхождение и возраст тульских железных руд. Материалы по геологии и полезным ископаемым центральных районов Европейской части СССР, вып.6. Приокское изд., Москва, 1970.

. В.С. Дымов, А.И. Сычев Недра тульской области изд., «Гриф и Ко», 1970.

. Краткий отчет по результатам обследования карьера и изучения материалов.

. Паспорт горного компаса Л82.510.001 ПС

. Гущин А.И., Романовская М.А., Стафеев А.Н., Талицкий В.Г. Практическое руководство по общей геологии, 2007.

Похожие работы на - Инженерно-геологические исследования грунтов

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!