Карстовые пещеры

Таких пещер большинство. Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину. Карстовые пещеры образуются вследствие растворения пород водой, поэтому они встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и соль. Известняк, а тем более мрамор, растворяется чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда присутствует в природной воде), однако всё равно известняк растворяется слабо по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.

Огромную роль при образовании пещер играют тектонические трещины и разломы. По картам исследованных пещер очень часто можно видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые прослеживаются на поверхности. Также, для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков, удачная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды, и т. п.

Множество карстовых пещер представляют собой реликтовые системы: водный поток, образовавший пещеру, ушёл из неё вследствие изменения рельефа либо на более глубокие уровни (из-за понижения локального базиса эрозии — дна соседствующих речных долин), либо перестал попадать в пещеру из-за изменения поверхностного водосбора, после чего пещера проходит различные фазы старения. Очень часто изученные пещеры представляют собой маленькие фрагменты древней пещерной системы, вскрытые разрушением вмещающих горных массивов.

Эволюция карстовых процессов и их химизм таковы, что часто вода, растворив минеральные вещества горных пород (карбонаты, сульфаты), через некоторое время откладывает их на сводах и стенах пещер в виде массивных кор толщиной до метра и более (пещерный мраморный оникс) или особенных для каждой пещеры ансамблей минеральных агрегатов пещер^[3], образуя сталактиты,сталагмиты, геликтиты, драпировки и иные специфические карстовые минеральные формы — натёчные образования.

В последнее время всё больше пещер открывается в породах, традиционно считавшихся некарстующимися. Например, в песчаниках и кварцитах столовых гор тепуи Южной Америки были открыты пещеры Абисмо Гай Коллет глубиной −671 м (2006 г), Куэва Охос де Кристал протяжённостью 16 км (2009 г). По всей видимости, эти пещеры имеют также карстовое происхождение. В жарком тропическом климате при определённых условиях кварцит может растворяться водой

Другим экзотическим примером образования карстовых пещер может служить очень протяжённая и глубочайшая в материковой части США пещера Лечугия (и другие пещеры Карлсбадского национального парка). По современной гипотезе, она образовалась растворением известняков восходящими термальными водами, насыщенными серной кислотой

28. Как известно, возводимое сооружение должно быть прочным, устойчивым, должно обеспечиваться его долговременная безаварийная эксплуатация. Чтобы выполнить эти требования, необходим всесторонний учет природных условий на месте будущего строительства. Кроме того, глубокое изучение местных условий способствует сокращению сроков и стоимости строительства.

Вопросами изучения местных условий занимается несколько инженерных дисциплин; значительная роль отводится инженерной геологии, являющейся прикладной наукой. Инженерная геология изучает породы и геологические процессы в связи с инженерной деятельностью человека — строительством инженерных сооружений. Уровень современной строительной техники весьма высок и строительство сооружений практически возможно в любых инженерно-геологических условиях. Однако для преодоления неблагоприятных условий необходимо их глубокое изучение. Недостаточное изучение инженерно-геологических условий, а иногда игнорирование их при проектировании и строительстве приводит к авариям, а в некоторых случаях полному разрушению сооружений.

В ходе инженерно-геологических изысканий и при последующем составлении заключения необходимо получить четкое представление о геологическом строении местности. Минеральный состав породы, ее структура и другие литологические особенности в большой степени определяют строительные свойства породы, поэтому являются очень важной характеристикой, в какой-то мере предопределяющей качество основания и степень устойчивости сооружения.

Инженерно-геологические изыскания нужны и в геодезии. Необходимость знания геодезистом основных сведений из инженерной геологии диктуется тем, что геодезист, как и специалисты других профилей, принимает участие в отыскании наилучшего места для сооружения, в строительстве сооружения ив наблюдениях за ним в процессе его эксплуатации. Без знания основ инженерной геологии геодезист испытывает затруднения при выборе мест и глубины закладки исходных геодезических знаков и знаков на сооружении при организации наблюдений за деформациями сооружений.

Не зная задач и техники выполнения геологоразведочных работ, геодезист не имеет возможности сознательно отнестись к требованиям точности и методам привязочных работ. Знание основ инженерной геологии дает возможность геодезисту технически грамотно вести съемочные — топографические работы, отражать на планах (картах) элементы ситуации и рельефа, позволяющие геологу сделать косвенные суждения о виде пород и характере их напластования.

29. Инженерно-геологические исследования проводятся с целью обоснования проектирования различных видов и этапов строительства, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых;

В задачу инженерно-геологических исследований входит:

· выявление геологических и гидрогеологических условий возведения и эксплуатации проектируемых сооружений:

· выявление и прогноз опасных инженерно-геологических явлений и оценка влияния этих явлений на проектируемые сооружения;

· получение материалов, необходимых для решения вопросов о возможных путях борьбы с этими явлениями и для проектирования защитных мероприятий;

· определение физико-механических характеристик грунтов, необходимых для проектирования и расчёта сооружений.

В состав инженерно-геологических исследований входит инженерно-геологическая съемка, в результате которой уточняется характер рельефа, его возраст, происхождение, определяются условия залегания пород, их мощность, возраст, тектонические особенности, степень выветрелости. Для этого изучают естественные обнажения, а при их отсутствии - геологическое строение, с помощью разведочных выработок (скважин, шурфов). В трудно доступных районах для съемочных работ используется аэрокосмические методы.

Геологическое строение и гидрогеологические условия строительной площадки на необходимую глубину выясняют с помощью буровых скважин и горных выработок (шурфов, колодцев, штолен, канав (траншей), расчисток).

По окончании работ по инженерно-геологической съемке и проходке буровых скважин и горнопроходческих выработок создаются геологические карты и разрезы.

30. Более или менее фиксированные наборы частных методов, используемые при проведении инженерно-геологических исследований, принято рассматривать в качестве комплексных методов. Комплексные методы применяют для получения инженерно-геологической информации, необходимой и достаточной для решения инженерной задачи.

Комплексирование методов предполагает:

1) соблюдение установленной последовательности применения методов;

2) учет результатов работ, полученных одним (предыдущим) методом при применении другого, последующего метода в части объемов работ и их пространственного размещения;

3) оптимизацию процесса производства инженерно-геологической информации требуемого объема и качества, определяемых условиями конкретной инженерной задачи.

Соединение нескольких частных методов в единый комплекс, систему взаимодействующих методов, обладающую пространственно-временной структурой (последовательность проведения работ, выполняемых разными способами, и их размещение в пространстве), позволяет получить метод более высокого качественного уровня. Новое качество проявляется в продукте инженерно-геологических исследований — оптимуме информации, овеществленной в карте инженерно-геологических условий, отчете об инженерно-геологических исследованиях, расчетной схеме или случайной последовательности состояний сферы взаимодействия, отражающей процесс ее функционирования. В соответствии со СНиП в состав инженерно-геологических изысканий, помимо работ по сбору, анализу и обобщению накопленной информации, входят; инженерно-геологическая рекогносцировка, инженерно-геологическая съемка инженерно-геологическая разведка. При строительстве ответственных сооружений ведут инженерно-геологические исследования (оперативная инженерно-геологическая разведка включающая геотехконтроль), а при эксплуатации ПТГ проводят инженерно-геологические режимные наблюдения.

31. Разведка при расположении выработок или скважин по прямоугольной сетке: 1 – рудное тело; 2 – выработки или скважины, пересекшие рудное тело; 3 – выработки или скважины, показавшие отсутствие рудного тела (оконтуривающие) Разведка при расположении выработок или скважин по ромбической сетке: 1 – рудное тело; 2 – выработки или скважины, пересекшие рудное тело; 3 – выработки или скважины, показавшие отсутствие рудного тела (оконтуривающие)

2. По линиям и рядам вытянутым в определенном отношении.

3.Разведка из точки.

Выбор формы размещения горных выработок определяется структурными особенностями месторождения.

Разведочные выработки располагают по линиям (профилям) в следующих случаях:

1. При крутом или наклонном залегании Р.Т.

2. При вытянутой в плане форме объектов разведки.

3. Если установлены направления закономерной изменчивости строения, мощности и состава.

При применении указанной формы сети скважины и горные выработки должны располагаться в геологических разрезах (профилях) ориентированных вкрест основному простиранию рудных тел.

В каждом профиле следует пересечь рудное тело скважинами не менее чем в 3 – 4 местах – это позволяет надежно увязать пересечения между собой. В зависимости от крутизны падения рудных тел скважины бурятся вертикально или наклонно.

Угол встречи скважины с Р.Т. должен быть не менее 30°. Для повышения эффективности разведки следует осуществлять бурение многозабойных скважин.

На стадии поисков, когда нам еще не известны основные параметры и размещение Р.Т. профили следует задавать в крест простирания основных структурных элементов Рудного поля или района.

Расстояние между точками заложения выработок зависит главным образом от угла падения рудных тел предлагаемой глубины подсечения и мощности наносов.

Глубина разведочных выработок определяется заданной предельной глубиной разведки. Заданная глубина разведки месторождения определяется экономическими соображениями.

Необходимо также помнить что при разведке месторождений горизонты пересечения рудных тел (глубина подсечения) должна быть кратной высоте эксплуатационных этажей.

Обычно высота эксплуатационного этажа 40 – 60 метров. Таким образом места заложения разведочных выработок следует выбирать по проектному профилю так, чтобы они подсекали рудное тело на одной из глубин: 40, 80, 120, 160, 240, 400, 800 м и т.д.

32. 2.1. Пробы пластовой воды отбирают глубинным пробоотборником на забое пьезометрических или разведочных скважин, пробуренных за контуром нефтеносности продуктивного горизонта.

Допускается отбор проб на забое эксплуатационных скважин, обводнявшихся пластовой водой.

2.1.1. Перед отбором проб необходимо обеспечивать приток воды из пласта к забою скважины методом откачки находящейся в ней воды.

2.2. Пробы закачиваемой воды отбирают через пробоотборный кран из действующего или намеченного источника водоснабжения системы заводнения пласта - после свободного спуска воды из пробоотборного крана в течение не менее 2 мин.

2.2.1. Во избежание контакта отбираемой пробы воды с воздухом на пробоотборный кран надевают резиновый шланг со стеклянной трубкой, а ее конец опускают на дно стеклянного или полиэтиленового сосуда. Через сосуд пропускают воду в количестве не менее двух его объемов.

2.2.2. Сосуд заполняют под пробку. Наличие воздуха в сосуде с водой недопустимо.

2.3. Объем пробы как пластовой, так и закачиваемой воды должен составить не менее 3 л с учетом использования части ее для химического анализа.

2.4. Пробы воды сразу после отбора доставляют в лабораторию и фильтруют последовательно через белую ленту и мембранные фильтры N 4. Отфильтрованной водой заполняют стеклянные колбы под пробку.

2.5. Колбы с водой должны иметь этикетки со следующими сведениями:

дата и место отбора пробы;

температура воды при отборе пробы.

2.6. Колбы с водой следует хранить в темном месте при температуре не выше 20°C.

2.7. Время между отбором и использованием проб воды в опытах не должно превышать 48 часов.

33. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КАРТЫ вид геологических карт, на которых показаны все важнейшие геологические факторы, учитываемые при планировании, проектировании, строительстве, эксплуатации сооружений и проведении других инженерных мероприятий, а также при прогнозе изменения геологической среды под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности. На инженерно-геологических картах отображены возраст, генезис, условия залегания, состав, строение и физико-механические свойства горных пород и комплексов и их распространение, геоморфологическая характеристика территории, гидрогеологические условия, геодинамические явления. Карты сопровождаются разрезами, таблицами, текстовыми пояснениями.

Инженерно-геологические карты классифицируются по назначению, содержанию, масштабам. По назначению различают общие и специальные инженерно-геологические карты. Общие карты являются многоцелевыми и содержат инженерно-геологическую информацию, необходимую для обоснования различных видов инженерно-хозяйственного освоения территории. На специальных инженерно-геологических картах показываются какие-либо отдельные инженерно-геологические характеристики (карта оползней) либо даётся информация для какой-то определённой цели (например, инженерно-геологические карты для открытой разработки полезных ископаемых, для промышленно-гражданского строительства и др.). В зависимости от содержания различают частные (аналитические) и основные комплексные (синтетические) карты. На частных картах показываются и оцениваются отдельные инженерно-геологические компоненты. Их содержание обычно отражено в названии карты, например карта трещиноватости горных пород, карта степени выветривания, карта прочности пород и др. Основные комплексные карты делятся на карты инженерно-геологических условий, где отражены все инженерно-геологические элементы территории как природной геологической системы, и карты инженерно-геологического районирования, на которых выделяются территории на основе общности их инженерно-геологических условий (выделенные территории, районы, участки классифицируются и оцениваются по сложности инженерно-геологических условий для различных видов инженерного освоения). Очень важны прогнозные инженерно-геологические карты, отображающие и оценивающие ожидаемые изменения геологической среды в результате техногенного воздействия на неё. Эти карты также могут быть частными (например, карты прогноза просадок в лёссах на орошаемых территории и т.п.) и комплексными (карта изменения инженерно-геологических условий горнорудного района).
В зависимости от масштаба различают: обзорные карты (1:1 000 000 и мельче), составляемые для общей инженерно-геологической характеристики крупных природно-экономических регионов (Западной Сибири, Нечернозёмной зоны РСФСР и т.п.) или всей страны (например, инженерно-геологические карты СССР масштаба 1:2 500 000); мелкомасштабные (1:500 000 — 1:100 000), используемые для планирования размещения сооружений, предпроектных проработок, при проектировании детальных инженерно-геологических работ, региональных прогнозах; среднемасштабные (1:50 000 — 1:25 000), необходимые для оптимального выбора строительных площадок, принятия принципиальных проектных решений, составления локальных прогнозов и др.; крупномасштабные (1:10 000 и крупнее), предназначенные для инженерно-геологического обоснования условий строительства и эксплуатации конкретных сооружений (шахт, карьеров, гидроузлов и т.д.).

34. Весь комплекс работ по добыче каменных материалов называется горными работами. Разрабатываемые месторождения носят название карьеров, а выработанные пространства, образующиеся в процессе добычи ископаемых, — выработок. Обычно при добыче полезных ископаемых попутно получается более или менее значительное количество непригодной для строительства так называемой пустой породы.

Различают карьеры коренных месторождений, в которых разрабатывают сплошные массивы горных пород, например граниты, известняки и др., и карьеры рыхлых горных пород (разработка песка, гравия, валунного камня).

Карьеры делятся на два основных типа:

1) промышленные, с большими запасами полноценных пород, что гарантирует долголетнюю их эксплуатацию, возможность применения современных машин и оборудования и механизацию работ. Эти карьеры, территориально не связанные со строительными объектами, как правило, связаны с железнодорожным или водным путем для транспортирования готовой продукции;

2) притрассовые (расположенные у дорог), обслуживающие местные нужды и расположенные вблизи строительного объекта, с небольшим сроком эксплуатации..

Разработка горной породы, в зависимости от условий залегания, может быть открытая, подземная или, в редких случаях, подводная. При выборе метода разработки учитывают условия залегания породы, ее качество и количество, а также характер трещин, облегчающих разработку. Для открытых работ особенно удобны выходы горных пород в верхних 'зонах склонов долин, оврагов и берегов рек. В этом случае резко уменьшается объем вскрышных работ, облегчается отвод грунтовых и атмосферных вод и облегчается транспортирование готовой продукции к местам погрузки.

Последовательность операций по подготовке карьеров к разработке и собственно разработка полезного ископаемого такая:

1) планировка местности с обязательным отводом атмосферных осадков, грунтовых и паводковых вод;

2) обнажение породы и удаление пустой породы (вскрышные работы);

3) разработка и удаление на специальные площадки выветрившихся в верхнем слое пород;

4) отделение монолитов от массива и передача их к месту дополнительной обработки;

5) разделка монолитов на глыбы нужных размеров или переработка в определенный вид каменной продукции;

6) сортировка готовой продукции;

7) транспортирование продукции к местам отгрузки (или на склад).

35. РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ твёрдых полезных ископаемых — комплекс работ, проводимых с целью определения промышленного значения месторождений полезных ископаемых, получивших положительную оценку в результате поисково-оценочных работ.

Резервом пополнения объектов разведки являются также ранее разведывавшиеся, но по различным причинам отнесённые за балансместорождения. Их повторная ревизия (переоценка), осуществляемая на основании новых геолого-генетических концепций, изменения конъюнктуры, появления более совершенных средств разведки месторождений и новых технологических схем добычи и переработкиминерального сырья, позволяет обосновать иногда передачу некоторых из числа таких ранее изучавшихся объектов под предварительной разведкой месторождений без проведения дополнительные полевых работ. В ходе разведки месторождений устанавливаются геолого-промышленные параметры месторождений, необходимые для их промышленной оценки, проектирования строительства горнодобывающих предприятий, обеспечения эксплуатационных работ и переработки извлекаемых полезных ископаемых Так, например, определяется морфология тел полезных ископаемых, что имеет первостепенное значение для выбора системы последующей их разработки. Устанавливаются контуры тел полезных ископаемых с учётом геологических границ (контакты литологически различных пород, поверхностиразломов и др.) и по данным опробования (см. Опробование месторождений), среднее содержание основных и попутных компонентов, наличие вредных примесей, характер распределения полезных ископаемых и др.

37. Геологические разрезы отображают строение участка земной коры, характер залегания горных пород, положение разрывных нару­шений, формы складчатых структур. Они обычно составляются по линиям через отдельные участки, которые наиболее важны для характеристики геологического строения.

Разрезы строятся в тех же масштабах, что и геологические карты. Для обзорных разрезов, охватывающих большие пространства, принимают мелкие масштабы. Разрезы под отдельные инженерные сооружения выполняют в крупных масштабах (от 1:100 до 1:500), причем целесообразны одинаковые горизонтальные и вертикальные масштабы. Однако часто, для большей наглядности и для умень­шения длины чертежей, приходится прибегать к увеличению вертикального масштаба по сравнению с горизонтальным. Например, продольный инженерно-геологический разрез по трассе железнодорожной линии обычно строят в горизонтальном масштабе 1:1000, принимая при этом вертикальный масштаб 1:250 (соотношение масштаба 1:4), а при построении подробного продольного профиля при горизонтальном масштабе 1:1000 вертикальный масштаб принимают равным 1:100 (соотношение 1:10). Следует указать, что использование неодинаковых масштабов расстояний и высот при построении разрезов приводит к неправильному представлению о рельефе местности и искажает природную картину залегания пород.

Техника построения геологического разреза состоит в следующем:

1. На геологической карте по выбранному направлению задается линия разреза. Длина линии должна отвечать заданной длине состав­ляемого разреза. На концах линии у ограничивающих штрихов проставляются условные знаки наименования линии разреза (цифры, буквы, например I – I, A – B и т.д.).

2. Построение геологического разреза начинается с построения топографического профиля, горизонтальный и вертикальный масштабы которого должны соответствовать масштабу карты. При складчатом залегании горных пород увеличение или уменьшение вертикального масштаба по сравнению с горизонтальным не желательно ввиду того, что складки будут искаженными.

При построении профиля по карте, на которой рельеф указан горизонталями, топографический профиль строится по точкам пересе­чения линии разреза с горизонталями. Если топографический профиль строится по карте только с высотными отметками, следует построить схематический профиль в масштабе карты.

Линии разрезов при складчатом залегании горных пород наносятся на картах вкрест простирания слоев, потому что в таком случае на разрезах отображаются истинные углы залегания пород и истинные мощности слоев. Геологические разрезы, составленные по линиям, отклоняющимся от направления падения слоев, показывают искаженные углы падения слоев и искаженные мощности. При построении учебного геологического разреза следует помнить, что мощность каждого слоя принимается неизменной.

Построение геологического разреза ведется на отдельном листе бумаги (удобно на миллиметровой), размеры которого должны быть достаточны, для того чтобы разместить разрез и все необходимое к нему оформление (формат А3).

3. Закончив построение топографического профиля, необходимо на него нанести точки выходов границ между различными слоями гор­ных пород, полученных от пересечения геологических границ с линией разреза. Между точками выхода слоев на профиле необходимо про­ставлять возрастные индексы пород, особенно при наклонном или складчатом их залегании.

4. На геологическом разрезе в первую очередь следует наносить линии разрывных нарушений (разломов). Обычно это делается до показа залегания слоев горных пород. Разрывные нарушения показываются на разрезах вертикальными или крутонаклонными жирными линиями с индексами F-F.

5. Выполняя построение геологического разреза, всегда важно анализировать геологическую карту, точно переносить выходы границ и тектонические нарушения на поверхность рельефа и показывать их тонкими четкими прямыми линиями. Мощность несогласно горизонтально-залегающих слоев показывается на геологическом разрезе в масштабе карты, если разрез строится по карте с гори­зонталями или высотными отметками.

6. Оформление геологического разреза. На листе бумаги выше разреза делается надпись типа “Инженерно-геологический разрез по линии II – II, карта 12”, здесь же указывается численный масштаб.

Ниже разреза размещаются графический линейный масштаб и таблица условных обозначений, включающая только те знаки карты, которые применялись при составлении разреза. Условные возрастные знаки должны располагаться в возрастной последовательности, начиная со знаков наиболее молодых горных пород. Все буквенные и цифровые индексы должны иметь пояснения.

Условные знаки на геологическом разрезе для каждого стратиграфического подразделения (слоя) должны быть те же, что и на геологической карте. Если на карте слои имеют штриховые обозначения и возрастные индексы, то и на разрезе должны быть ука­заны штриховые обозначения и возрастные индексы (рис. 1.5).