Обломочные осадочные горные породы. Процессы внешней динамики Земли. Морская абразия

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Обломочные осадочные горные породы. Классификация

море абразия горный порода

Горные породы, слагающие поверхность земной коры, подвергаются постоянному воздействию геологических и атмосферных явлений, изменяющих и разрушающих их. В результате получаются обломочные материалы, накопление которых приводит к образованию осадочных горных пород. Кроме того, осадочные горные породы могут формироваться вследствие прямого химического осаждения минералов из водной среды. Горные породы находятся под постоянным воздействием медленно, но неуклонно преобразующих их агентов окружающей среды. Атмосфера, гидросфера и живые существа разрушают минералы, входящие в состав горных пород, дробя их на мелкие составляющие, осадочный материал. Процесс разрушения первоначально монолитных горных пород называется выветриванием. Под действием силы тяжести, ветра, дождевой и речной воды осадочные материалы переносятся на нижележащие участки суши или в море. Эти области называются осадочными бассейнами. Накапливаясь там, они претерпевают ряд физических и химических изменений и в процессе диагенеза превращаются в твердую горную породу. Еще одним важным механизмом образования осадочных горных пород является сочетание химических, биохимических и биологических процессов, приводящих к осаждению новых минералов в водной среде: морях, озерах и реках.

Обломочные горные породы образуются в результате накопления фрагментов других ранее существовавших пород, получающихся в ходе процесса выветривания. Фрагменты эти называют кластами, или зернами. В зависимости от их размера, формы и минерального состава выделяют три подтипа обломочных пород: псефиты (с крупным зерном более 1 миллиметра), псаммиты (размер частиц 1-0,05 миллиметра) и алевриты (размер частиц 0,05-0,005 миллиметра).

2. Процессы внешней динамики Земли. Денудация земной поверхности

Экзогенные процессы - это процессы внешней динамики. Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре под влиянием сил, вызванных энергией солнечной радиации, силы тяжести, жизнедеятельности растительных и животных организмов и деятельности человека. К этим процессам, преобразующих рельеф материков, относятся: выветривание, различные склоновые процессы, деятельность текучей воды, деятельность океанов и морей, озер, льда и снега, мерзлотные процессы, деятельность ветра, подземных вод, процессы, обусловленные деятельностью человека, биогенные процессы.

Все экзогенные процессы осуществляют геологическую работу по разрушению, переносу (денудации) и накоплению (аккумуляции) переносимого материала.

Денудация (от лат. denudatio -- обнажение) -- совокупность процессов сноса и переноса (водой, ветром, льдом, непосредственным действием силы тяжести) продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление.

На темпы и характер денудации большое влияние оказывают тектонические движения. От соотношения денудации и движений земной коры зависит направление развития рельефа суши. При преобладании процессов разрушения и денудации над эффектом тектонического поднятия происходит постепенное снижение абсолютных и относительных высот и общее нивелирование рельефа. Особенно быстро процесс идёт в горах, где большие уклоны земной поверхности способствуют сносу. В результате длительного преобладания процессов денудации целые горные страны могут быть полностью разрушены и превращены в волнистые денудационные равнины (пенеплены). Следствием денудации являются и другие денудационные поверхности -- педименты, педиплены, предгорные лестницы.

Об интенсивности денудации можно в известной мере судить по количеству наносов, выносимых реками (до нескольких тыс. т в год).

Термин «денудация» употребляется иногда и в более узком смысле -- для обозначения процессов перемещения продуктов выветривания горных пород водой (иногда только водой), ветром, льдом или под воздействием силы тяжести с более высоких уровней на более низкие.

Денудационные равнины -- равнины, созданные под воздействием экзогенных процессов, в частности, выветривания, которое не стоит понимать буквально как работу ветра.

К денудационным процессам относятся: разрушающая деятельность ветра (развевание и корразия), подземных вод (суффозия и карст), поверхностных текучих вод (плоскостной смыв и эрозия), морского и озерного прибоя (абразия), ледников (выпахивание), силы тяжести.

Под дефляцией понимается выдувание рыхлых, дезинтегрированных горных пород с поверхности Земли, а корразией называется обтачивание выступов горных пород твердыми частицами, переносимыми потоками и воздушными струями в приземном слое.

Дефляция проявляется там, где дуют сильные ветры, в своеобразных аэродинамических трубах -- узких горных долинах, ущельях, например в Джунгарских воротах -- долине между Джунгарским Алатау на западе и горами Барлык и Майли на востоке. В такой «трубе» создается сильная тяга воздуха и переносится не только песок, но и мелкие камешки, размером до 1-3 см. Постоянные процессы выдувания -- дефляции -- приводят к постепенному углублению долин или узостей.

Дефляция проявляется в пустынных районах, в которых сдувается слой сухих рыхлых отложений, расположенных на более влажных. Выдувание приводит к формированию глубоких котловин, как, например, в Ливийской пустыне в Северной Африке, где впадина Каттара площадью около 18 тыс. км2 имеет глубину 134 м ниже уровня моря. И таких дефляционных впадин и котловин много в различных пустынях. Ветер выдувает мелкие обломки и песок из всех трещин в скальных выступах, делая их рельефнее. Дефляция углубляет также любые искусственные выемки, например колеи автомашин, следы трактора и т. д. Легко выдуваются лессовые породы, в которых образуются глубокие, до 20-30 м, ущелья.

Если в толще пород, подверженных дефляции, присутствуют более плотные стяжения или конкреции, то после выдувания рыхлого материала они остаются как бы отпрепарированными, рельефно выделяясь на местности.

На дне бессточных котловин часто скапливается соль, кристаллизация которой разрыхляет почву. А затем этот очень рыхлый слой, напоминающий «пух», сдувается каждый год, и котловина углубляется на 5-7 см. И так повторяется ежегодно.

Корразии подвергаются все выступы горных пород, причем более мягкие участки, менее сцементированные, углубляются быстрее, чем плотные, и тогда образуются ячейки, ниши, углубления неправильной формы. Любое уплотнение со временем становится выпуклой формой. Поскольку переносимый ветром песчаный материал движется над самой поверхностью земли, не выше 2 м, а чаще до 0,5 м, обтачивание происходит в нижней части выступов пород. Поэтому часто формируются столбы и пирамиды -- «каменные истуканы» с тонкой «шейкой» в основании и расширением вверху. Иногда образуются качающиеся камни, когда между двумя глыбами остается одна точка соприкосновения.

Если в пустынных районах много камней, то эти камни постепенно обтачиваются, коррадируются летящим песком, и при этом образуется отшлифованная поверхность. Камень может по каким-либо причинам перевернуться, и тогда обтачивается и полируется уже другая грань.

Карст представляет собой комплекс явлений и процессов, результатом которых является возникновение поверхностных и глубинных пустот в растворимых водою горных породах. Как вытекает из определения, под карстом понимают не только процесс растворения, но и его результат - образование специфических карстовых форм рельефа.

Необходимыми условиями развития карста являются наличие толщи растворимых пород и наличие вод. Активному протеканию карстовых процессов способствует также пористость и трещиноватость, обеспечивающая интенсивное движение вод в массиве растворимых пород.

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio - подкапывание, подмывание) - механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой - производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам - воронки, замкнутые западины и т.п.

Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс осуществляется сплошным движущимся слоем воды, однако в действительности его производит сеть мелких временных водных потоков.

Поверхностная эрозия приводит к образованию смытых и намытых почв, а в более крупных масштабах -- делювиальных отложений.

Абразия (лат. Abrasio -- соскабливание, соскребание) -- процесс механического разрушения и сноса горных пород в береговой зоне водоёмов волнами и прибоем, а также воздействием переносимого водой обломочного материала. Особенно интенсивно абразия проявляется у самого берега под действием прибоя (наката). Горные породы испытывают удар волны, коррозионное разрушение под действием ударов камней и песчинок, растворение и другие воздействия. Менее интенсивно протекает подводная абразия, хотя её воздействие на дно в морях и озёрах распространяется до глубины в несколько десятков метров, а в океанах до 100 м и более.

Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия (бурности водоема). Абразии способствуют относительно большие уклоны (свыше 0,01) прибрежной части дна моря или озера. В результате абразии создается высокий, крутой, отступающий берег океана, моря, озера, водохранилища.

Ледниковое выпахивание -- экзогенный геологический процесс разрушения ледником слагающих его ложе горных пород с последующим выносом продуктов разрушения в виде валунов, гравия, гальки, песка и глины. Для материковых и горных ледников выделяют зону экзарации, близкую к области питания, где ледник производит только разрушительную работу. Здесь образуются такие формы рельефа, как троги, бараньи лбы, курчавые скалы и др. Часто отсюда выносится весь осадочный чехол, и обнажаются массивно-кристаллические коренные породы, на которых ледник формирует характерные борозды, шрамы и штриховку. В результате материковых оледенений в Европе сформировалась большая зона экзарации на территории Балтийского щита. В результате экзарации на территории Балтийского щита был удалён слой кристаллических пород толщиной 60 м.

Сила тяжести являет собой мощнейший фактор, оказывающий влияние на протекание денудационных процессов, поскольку движение продуктов разрушения горных пород, воды, ледников обусловлено воздействием гравитационного поля Земли и ее вращением.

3. Свойства горных пород. Вещественный состав, структура, текстура

Горные породы -- природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу Земли в виде самостоятельного геологического тела. Традиционно под горной породой подразумевают только твёрдые тела, в широком понимании к горным породам относят также воду, нефть и природные газы. Согласно современным представлениям, горные породы сложены верхней оболочкой планет земной группы, а также Луной и астероидами.

Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определенных физико-химических условиях. Горные породы могут слагаться как одним минералом, так и их комплексом. В природе известно свыше 3000 минералов, однако число породообразующих минералов невелико (40-50). Реальные сочетания этих минералов определяются физико-химическими процессами породообразования и геохимическими законами распространения породообразующих элементов.

Все горные породы обладают комплексом морфологических особенностей, которые объединены в понятия структуры горных пород и текстуры горных пород. Наряду с химическим и минеральным составом структура и текстура являются важнейшими диагностическими признаками горных пород.

По происхождению горные породы делят на три класса: осадочные горные породы, магматические горные породы и метаморфические горные породы. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объёма земной коры, остальные 10% приходятся на долю осадочных, которые, однако, занимают около 75% площади земной поверхности. Практически все горные породы могут быть использованы как полезные ископаемые. К рудам относят горные породы с кондиционным содержанием ценных компонентов. С развитием технологии (и изменением кондиций) всё большее число горных пород вовлекается в промышленное производство (например, при получении глинозёма из плагиоклаза рудой является такая распространённая на Земле горная порода как анортозит). Большинство горных пород применяется в народном хозяйстве в качестве строительного и горно-химического сырья.

Как физические тела горные породы характеризуются плотностными, упругими, прочностными, тепловыми, электрическими, магнитными, радиационными и другими свойствами.

Наиболее часто встречающиеся значения основных физических характеристик пород:

плотность 1100-4700 кг/м3;

модуль продольной упругости 5*109-1,5*1011 Па;

коэффициент Пуассона 0,15-0,38;

предел прочности при сжатии до 5*108 Па;

предел прочности при растяжении до 2,0*107 Па;

коэффициент теплопроводности 0,2-10 Вт/(м*К);

удельная теплоёмкость 0,5-1,5 кДж/кг*К;

коэффициент линейного теплового расширения 2*10-6-4*10-4К-1;

удельное электрическое сопротивление 10-2-1012 Ом*м;

относительная диэлектрическая проницаемость 2-30;

магнитная восприимчивость 10-7- 3,0.

Встречаются породы, имеющие большие или меньшие значения физических параметров, чем приведённые, например туфы часто обладают плотностью до 1000 кг/м3.

Свойства горных пород обусловлены их составом и строением, а также термодинамическими условиями. Увеличение пористости приводит к снижению плотности, прочностных и упругих свойств, теплопроводности, диэлектрической проницаемости, электропроводности, магнитной проницаемости и увеличению влагоёмкости, водопроницаемости. Такие свойства горных пород, как теплоёмкость, коэффициент объёмного теплового расширения, модуль объёмного сжатия и др., определяются минеральным составом пород; прочность, упругость, теплопроводность, электропроводность зависят от строения и минерального состава пород. Механические свойства в первую очередь обусловлены силами связей между частицами породы, тепловые и электрические -- ориентировкой минеральных зёрен, наличием непрерывных проводящих каналов в горных породах. Наличие преимущественной ориентировки зёрен, трещин, пор, слоев, прожилков приводит к анизотропии горных пород. При этом модуль продольной упругости, предел прочности при растяжении, теплопроводность, электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость больше вдоль слоистости, а предел прочности при сжатии -- поперёк слоистости.

На свойства горных пород оказывает влияние размер зёрен, из которых они сложены. У мелкозернистых горных пород выше прочностные и упругие свойства, ниже электропроводность и теплопроводность. Наличие аморфной, стекловидной фазы в породах снижает их прочность, теплопроводность. Горные породы, как правило, плохие проводники тепла и электричества. Большей теплопроводностью и электропроводностью обладают малопористые породы, содержащие минералы-проводники (рудные минералы, графит и т.п.). По магнитной восприимчивости большинство горных пород относится к диа- и парамагнетикам; ферромагнитные минералы -- магнетит, гематит, пирротин и др. Упругие свойства пород определяют величину параметров акустических свойств, электрические и магнитные свойства горных пород -- электромагнитные свойства.

Свойства горных пород зависят также от механического, теплового, электрического, магнитного, радиационного воздействий и насыщения пород жидкостями, газами и т. д. При насыщении скальных пород водой увеличиваются упругие параметры, теплопроводность, теплоёмкость, электрическая проводимость; при насыщении водой пород, в состав которых входят легкорастворимые минералы, а также глинистые породы их упругие и прочностные свойства уменьшаются. Изменение свойств пород под воздействием давления вызвано уплотнением пород, деформацией пор, увеличением площади контакта зёрен. С увеличением давления обычно возрастают электропроводность, теплопроводность, прочность и т. д. Повышение температуры, как правило, снижает упругие и прочностные и усиливает пластичные характеристики пород, уменьшает теплопроводность, увеличивает теплоёмкость, электропроводность и диэлектрическую проницаемость. Появление внутренних термонапряжений за счёт различного теплового расширения отдельных минералов приводит к возрастанию или уменьшению упругих и прочностных свойств пород в зависимости от направления результирующих напряжений. Перестройка кристаллической решётки минералов от нагрева (полиморфные превращения и др.) вызывает аномальные точки на графике зависимости свойств от температуры. Воздействие тепла приводит также к спеканию, дегидратации, плавлению, возгонке, испарению отдельных минералов, что соответственно изменяет свойства пород. В результате воздействия полей на частицы пород происходит их электрическая и магнитная переориентировка (поляризация и намагничивание), возбуждение электронов и ионов. Например, повышение напряжённости приводит к росту электропроводности, диэлектрической и магнитной проницаемости.

Как объект горных разработок горные породы подразделяются на скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разрушенные и характеризуются различными горно-технологическими свойствами - крепостью, абразивностью, твёрдостью,буримостью, взрываемостью. Всю совокупность физических и горно-технологических свойств горных пород, описывающих их поведение в процессах разработки месторождения, принято называть физико-техническими свойствами пород. Горно-технологические параметры являются комплексными показателями горных пород и используются для расчётов производительности различных агрегатов, нормирования труда горнорабочих и т. д. С целью выбора рациональных методов и механизмов разрушения применяются различные классификации горных пород по горно-технологическим свойствам (например, в практике горного дела широко применяется классификация горных пород по крепости, предложенная профессором М. М. Протодьяконовым-старшим). Физико-технические свойства горных пород определяют технологию разработки месторождений полезных ископаемых, являются источником информации в разведочной геофизике и инженерной геологии. Закономерности изменения физико-технических параметров горных пород от внешних воздействий используются для создания новых методов разрушения и переработки полезных ископаемых.

Структура горных пород -- характеристика степени кристалличности горных пород, зависящей от размера и формы слагающих их минеральных зёрен, их взаимоотношений друг с другом и с вулканическим стеклом.

Степень кристалличности магматических пород обычно возрастает с переходом от вулканических к жильным (дайковым) и плутоническим (интрузивным) породам. Соответственно для вулканических пород характерны стекловатая, неполнокристаллическая, полнокристаллическая, афировая и порфировая структура горных пород, а структура основной массы этих пород витрофировая (гиалиновая, или стекловатая), гиалопилитовая (андезитовая), пилотакситовая, трахитовая, интерсертальная, интергранулярная (долеритовая), офитовая, пойкилоофитовая и др. Жильные породы имеют обычно порфировидную, тонкозернистую и мелкозернистую структуру горных пород с множеством морфологических разновидностей (аплитовая, бостонитовая, нефелинитовая, лампрофировая и др.). К особому типу относятся крупнозернистые и гиганто-зернистые структуры пегматитов: письменная (графическая, или пегматитовая), письменно-гранитовая, блоковая (пегматоидная). Для плутонических пород характерны явнокристаллические мелкозернистые и среднезернистые структуры горных пород, которые по взаимоотношениям минералов подразделяются на гипидиоморфнозернистую (в гранитах, офитовых габбро и габбро), аллотриоморфнозернистую (в оливинитах), сидеронитовую (в рудных габбро и пироксенитах) и панидиомор-фнозернистую (ванортозитах и пироксенитах) с множеством других подразделений более частного значения (структура рапакиви и др.).

К переходным структурам от изверженных пород к метаморфическим относятся друзитовые (венцовые, келифитовые), в которых взаимоотношения первичных (магматических) минералов осложнены развитием по границам их зёрен реакционной каймы вторичных минералов, а также структуры частично или полностью перекристаллизованных пород, в которых сохранились реликты первичных структур. К их названиям в этих случаях добавляется приставка бласто-, обозначающая наложение метаморфизма(бластопорфировая, бластоофитовая и др.).

Структуры метаморфических пород, утративших реликты первичных, называется кристаллобластовыми (кристаллобластическими): порфиробластовая, порфировиднобластовая, лепидобластовая (сланцевая), гранолепидобластовая (гнейсовая), нематобластовая, гранонематобластовая, микрогранобластовая (роговиковая) и др. Структуры равномернозернистых метаморфических пород называются гомеобластовыми в отличие от неравномернозернистых (гетеробластовых), крайним выражением которых являются порфиробластовые (содержат крупные порфиробласты в мелкогранобластовой основной массе). Зёрна метаморфических пород по степени их идиоморфизма подразделяются на идиобласты (имеют собственную огранку) и ксенобласты (неправильной формы). Сланцевая и гнейсовая структуры свойственны регионально-метаморфическим породам, а роговиковая -- продуктам контактового метаморфизма.

Метасоматические породы имеют такие же кристаллобластовые структуры, как и метаморфические, но в них сильнее проявлена тенденция к образованию псевдоморфоз и вследствие этого лучше сохраняются реликты первичных структур (бластогранитная, бластогаббровая, бластогнейсовая, бластоамфиболитовая).

Дислокационный метаморфизм пород выражается в их деформации, грануляции, дроблении, перетирании с образованием грануляционной и катаклистической структуры горных пород: гомеокластической, гетерокластической, порфирокластической, филлонитовой, милонитовой, тонкомилонитовой, ультрамилонитовой, псевдотахилитовой и др. Структуры метаморфических или магматических пород, на которые наложен динамометаморфизм, получают приставку класто- (кластогнейсовая, кластоамфиболовая, кластогранитная, кластопорфировая, кластоофитовая и др.).

Шоковый, или ударный, метаморфизм с образованием импактитов характеризуется особыми структурами горных пород вследствие дробления и возникновения изотропизированных диаплектовых (тетоморфных) минералов и мономинеральных стёкол, сохраняющих морфологические черты ранее существовавших минералов.

Структуры осадочных пород отражают условия накопления осадков (консидементационные) и их последующего преобразования (вторичные). По крупности зерна различаются: лептопелитовая (тонкопелитовая), пелитовая (глинистая), крупнопелитовая (иловая), алевропелитовая, алевритовая (пылевая), алевропсаммитовая, псаммитовая (песчаная), пседопсаммитовая, псефитовая (крупнообломочная), агломератовая и др. Форму обломков отражают такие структуры горных пород, как кластическая, щебневая, брекчиевая (с угловатыми обломками), гравийная, гравийно-галечная (с окатанными обломками), оолитовая, сфероидная, центрическая, глобулярная (с круглыми накоплениями, нередко концентрического сложения). Состав обломков осадочных пород отражают пепловая, туфовая, туффитовая (с вулканическим материалом), аркозовая (с обломками гранитов и их минералов), граувакковая (с обломками основных пород), детритовая, или биторакушечная (с органогенными обломками), комковатая, копролитовая (с окаменевшими фекалиями) структуры. К вторичным структурам осадочных пород, отражающим степень преобразования осадочного материала, относятся скрытокристаллическая, кристаллическая (явнокристаллическая, яснокристаллическая, макрокристаллическая, сахаровидная, мраморовидная), сотовая (мостовая, или брусчатая), лепидобластовая, волокнистая и другие структуры горных пород.

Текстура горных пород -- характеристика степени и особенностей неоднородности горных пород, проявляющейся в форме, взаимном расположении и ориентировке минеральных агрегатов или стекловатых составных частей.

Текстуры магматических пород отражают процессы отделения от них флюидных компонентов и дифференциации расплавов в результате жидкостной несмесимости и кристаллизации. Отделение флюидных компонентов при быстром затвердевании расплавов ведёт к образованию пустот, свойственных породам пористой, пузыристой, мелкопузыристой, пемзовой и шлаковой текстур, заполнение пустот вторичными минералами -- к образованию микроминдалекаменной и миндалекаменной (амигдалоидной, мандельштейновой) текстур. При быстрой закалке магм формируются стёкла плотной массивной, флюидальной или полосчатой текстур (в обсидианах и тахилитах). Богатые водой кислые магмы при закалке могут подвергаться дегидратации и вспучиванию с развитием в них напряжений, ведущих к возникновению стёкол с волосовидными каналами, овальными и округлыми концентрическими трещинами, свойственными стёклам перлитовой текстуры. Со спецификой быстрого охлаждения основных магм связано образование шаровых и столбчатых текстур в лавовых потоках и дайках. Проявление в магмах жидкостной несмесимости фиксируется при их быстром затвердевании эмульсионными, каплевидными и шаровыми ликвационными текстурами (микровариолитовыми, вариолитовыми, микросферолитовыми, сферолитовыми, орбикулярными). При более медленном застывании магм жидкостная несмесимость в них реализуется текстурой расслаивания, нередко ритмичного характера. При медленной кристаллизации магм возникают такситовые текстуры (пятнистые, полосчатые, ритмично полосчатые). Такситовые текстуры интрузивных пород возникают также при ассимиляции ксенолитов и магматическом замещении слоистых толщ. С кристаллизацией магм связано образование кумулятивных текстур, обусловленных осаждением кристаллов и накоплением их в нижних частях интрузивных тел или лавовых потоков. С кристаллизацией, одновременной с течением магм, связывается образование флюидальных (трахитоидных) текстур изверженных пород.

Метаморфические породы обладают сланцевыми и гнейсовыми текстурами, однородными или полосчатыми. Полосчатые текстуры подразделяются на реликтовые (унаследованные от слоистых толщ, подвергшихся метаморфизму) и метаморфические (возникающие в результате метаморфической дифференциации). Мигматиты обладают инъекционными текстурами. Метаморфические породы и мигматиты характеризуются также множеством деформационных текстур (будинаж и др.).

Текстуры осадочных пород обусловлены фациальными условиями накопления осадков (слоистая, струйчатая, стилолитовая, трубчатая, узорчатая, узловая, флюидальная или флюктуационная -- текстуры взмучивания, вакуолярная, черепитчатая и др.).

4. Геологическая деятельность моря. Морская абразия

Морями и океанами постоянно совершается разрушительная и созидательная работа. Геологическая работа моря заключается в разрушении горных пород берегов и дна, переработке привнесенного с континентов реками материала, их перемещение и отложение, формировании огромных толщ различных осадочных пород. Процесс изменения (разрушения) очертания берегов морей, океанов, озер называется абразия (соскабливание), а формирование береговой линии - переработкой берегов.

Основные причины абразии:

- различные течения - горизонтальные перемещения огромных масс воды (прибрежные, донные, - за счет разницы температур, солености, плотности, ветров);

- приливы и отливы - периодические колебания уровня воды (12 час. 16 мин.) за счет притягивающего влияния Луны и Солнца на Землю;

- морской прибой - волнообразные колебания (основная разрушительная работа).

- химическое воздействие воды (растворение пород и строительных материалов);

- разрушительное воздействие морских организмов (планктон, нарастающий на подводных строительных конструкциях).

На скорость размыва берегов влияет:

- геологическое строение (скальные грунты - разрушаются труднее, дисперсные - легче);

- характер напластования горных пород при прочих равных условиях (пологий угол падения от моря - быстрый размыв, пологий угол падения в сторону моря - медленнее, горизонтальное залегание - средний);

- наличие пляжей до 20 м - волны гасятся.

В результате абразии образуются волноприбойные террасы. Защитными мерами от разрушительного действия абразии являются: сохранение пляжей (даже небольшая полоса пляжа 10 м предохраняет берег от разрушения), волноотбойные стенки(гашение волн), тетраподы (фигуры из бетона с 4 ответвлениями - хорошо закрепляются на берегу за счет конструкции), увеличение пляжей при помощи бунов (задерживают наносы, поперечные железобетонные стены, устанавливаются перпендикулярно или под углом к берегу) и строительство волноломов (на глубине 3-4 м, на расстоянии 30-40 м от берега параллельно береговой линии),

Трансгрессия - наступление моря, регрессия - отступление. Причины трансгрессий и регрессий морей и океанов - климатические (атмосферные осадки, таяние ледников) и общегеологические - опускание или поднятие дна океанов и морей или отдельных блоков берега. При невыработанном профиле равновесия происходят мощные процессы формирования берегов и разрушение прибрежных сооружений (молы в портах, причальные стенки, набережные).

По мере удаления от береговой линии наблюдается дифференциация обломочного материала от крупных фракций к мелким и формируются морские отложения осадков:

5. Горные породы и полезные ископаемые в районе города Новокузнецка

Город Новокузнецк находится в южной части Кузнецкой котловины. Опираясь на геохронологическую шкалу, охарактеризовать горные породы и полезные ископаемые данного района можно следующим образом: в котловине карбон ясно делится на две части -- нижнюю известняковую и верхнюю продуктивную. Нижний карбон в свою очередь делят на 2 яруса, верхний песчаниковый и нижний известняковый, не одинаково развитые в разных частях окраин котловины: верхний ярус: песчаники зеленоватые, реже серые, большей частью известковые, переходящие в известняки, иногда глинистые или кремнистые, с обломками кварца и плагиоклаза, большею частью массивные, редко сланцеватые, то светлые, то темные, иногда полосатые; нижний ярус: известняки мощные кристаллические светло- и темно-серые, иногда битуминозные, содержат прослои зеленоватых глин, песчаника, сероватого кремнистого сланца и обильную фауну. Продуктивный отдел карбона - перми Кузнецкой котловины делят на основании угленосности на следующие шесть свит (сверху): Красноярская свита: мощность 1590 м; состоит почти исключительно из серых и зеленовато-серых среднезернистых известковистых песчаников с отпечатками древесных стволов, охристыми гнездами, галькой сланца и угля, небольшими линзами конгломерата (галька кремня, кварцитов, кремнистых сланцев); песчаники то плотные толсто-слоистые, то сланцеватые, реже рыхлые; есть линзы мергелей и сидерита; довольно обычна диагональная слоистость, иногда переметная. Местами подчинены слои сланца с пластами угля, среди которых по меньшей мере три рабочих; есть покровы мелафира (базальта). Надкемеровская свита: состоит из пластов песчаников, чередующихся с пластами песчанистых и глинистых сланцев; песчаники преобладают, они желтовато-серые с обильными растительными отпечатками, стволами и ветвями. Уголь образует только незначительные прослои, изредка достигающие рабочей мощности. Кемеровская свита: состоит из грубоватых песчаников, подстилающих три (или четыре) рабочих пласта угля ее верхней части. Подкемеровская свита характеризуется внизу преобладающими глинистыми сланцами с прослоями и гнездами сферосидерита и мергеля и частыми угольными прослоями; вверху преобладают песчаники с подчиненными слоями песчанистых и глинистых сланцев, содержащих пласты угля. Безугольная свита состоит из чередующихся слоев песчаников и песчанистых, очень редко глинистых сланцев желто-серых с зеленым оттенком; прослойки и линзы мергелей желтоватых и буроватых, переходящих в т. н. тутенкальк или сферосидерит. Балахонская свита, как самая нижняя, появляется почти исключительно по окраинам; внизу она представляет преимущественно песчаники и темно-зеленые кремнистые сланцы, вверху песчаники, перемежающиеся с песчанистыми и глинистыми сланцами с подчиненными пластами угля; песчаники б. ч. среднезернистые желтовато-серые, нередко с охристо-известковыми конкрециями, линзами и прослоями грубозернистых и конгломератовидных песчаников; песчанистые сланцы сероватые, а глинистые -- черные, часто листоватые. Нижний член этой свиты, выделяемый иногда в отдельный горизонт Н0, представляет весьма характерный конгломерат из небольших галек черного кремня, белого кварца и кремнистых сланцев в прочном кремнисто-железистом цементе.

Исходя из вышеуказанного описания для Новокузнецка и Новокузнецкого района характерными горными породами являются: песчаник, известняк, кремнистый, песчанистый и глинистый сланец, алевролит, аргиллит. Также присутствует кварцит, мелафир, мергель. Основным полезным ископаемым в черте города является каменный уголь. Кроме того, имеются месторождения строительных материалов, которые представлены кирпичными глинами и суглинками - основное сырье для производства кирпича, кроме того имеются месторождения глин керамзитовых, песчано-гравийных отложений.

6. Стратиграфия угленосных отложений шахтного поля шахты «Осинниковская»

Угленосные отложения шахтного поля сложены породами казанково-маркинской и ускатской свит ильинской подсерии кольчугинской серии Кузбасса, граница между свитами проводится по почве пласта Е5. Продуктивная толща общей мощностью 680 м включает 34 пласта и прослойка угля (от пласта П1 до пласта Е14) различной распространенности, мощности и выдержанности.

В существующих на настоящее время границах шахтного поля угленосная толща содержит 14 угольных пластов (сверху вниз) - Е7, Е6, Е5, Е4, Е3, Е1, К5, К4, К3, К2, К1а, К1в+н, К1вп, К1нп. Из них рабочее значение на всей площади сохраняют 10 пластов (Е6, Е5, Е4, Е1, К5, К4, К3, К1в+н, К1вп, К1нп), по ним подсчитаны только балансовые запасы. Пласты Е7, Е3, К2 на части площади теряют рабочее значение, а пласт К1а преимущественно за балансовый по мощности. Из 14 указанных угольных пластов, четыре пласта - Е3, К2, К1а, К1нп - относятся к тонким по мощности пластам (0,70 - 1,20 м), остальные пласты - к пластам средней мощности (1,21 - 3,50 м). Наиболее мощными пластами являются пласты Е5, и К1в+н. (мощностью соответственно 3,2 и 2,7 м), однако пласт К1в+н. развит на ограниченной площади, в пределах которой пласты К1вп и К1нп сливаются в единый пласт. Остальные 8 пластов (Е7, Е6, Е4, Е1, К5, К4, К3, К1вп), также относятся к пластам средней мощности, имеют средние значения последней в пределах 1,3 - 1,6 м, т. Е. близкие к минимальной границе интервала пластов средней мощности.

Строение пластов - от простого до сложного. Простое строение имеют пласты Е6, Е4, Е3, Е1, К5, К3, К1нп, сложное строение - пласты Е7, Е5, К4, К2, К1а, К1в+н, К1вп.. Кроме внутрипластовых породных прослоев, для ряда пластов характерно наличие крепких (f до 7ч9) конкреционных включений - «колчеданов» - карбонатного состава, обычно линзовидной, булкообразной формы. Наибольшее количество «колчеданов» содержится в пласте Е7 (до 11%) и в верхней пачке пласта Е5 (до 6 %), имеются «колчеданы» также в пластах Е3, Е1, К4, К3, К1а (1-4 %).

По выдержанности строения и мощности большинство пластов относятся к выдержанным и относительно выдержанным; к невыдержанным относятся только два пласта К2, К1а.

Угленосные отложения кольчугинской серии на преобладающей части площади шахтного поля перекрываются промышленно не угленосными юрскими отложениями тарбаганской серии, максимальная мощность которых в юго-восточной части достигает 500 м.

Юрские отложения содержат пласты бурого угля («Новый», «Сложный», «Средний»). Повсеместным распространением в пределах шахтного поля пользуются рыхлые четвертичные отложения, представленные преимущественно лессовидными суглинками. Вмещающие породы продуктивной толщи характеризуются развитием типичных для угленосных отложений пород - алевролитов и песчаников с незначительным участием аргиллитов. Алевролиты обычно слагают непосредственные кровлю и почву пластов, представлены темно-серыми, мелкозернистыми и тонкослоистыми разностями (f - 3ч4).

Песчаники слагают основную кровлю пластов, отличаются светло-серой окраской, чаще массивной текстурой, значительной крепостью (f - 6ч8). Непосредственная кровля пластов преимущественно среднеустойчивая; неустойчивая кровля характерна для пластов Е5 и К4, устойчивая - для пластов Е6 и К1в. По большинству пластов установлена ложная кровля (мощностью 0,1-0,2 м), сложенная углистым алевролитом. Непосредственная почва пластов сложена преимущественно алевролитами средней крепости, отмечается склонность почвы пласта К3 к пучению.

7. Описание современных отложений в пределах Новокузнецка и Новокузнецкого района

Неогеновые отложения, как правило, являются продуктами переотложения кор выветривания и представлены пёстроцветными и красноцветными глинами с примесью песка и щебня. Их мощность достигает 10-40 м, но их распространение также локально и ограничивается приводораздельными понижениями и широкими седловинами. Речные неогеновые отложения слагают высокие террасы вдоль крупных рек (Томь, Кондома, Нижняя, Средняя и Верхняя Терсь). Как правило, это кварцевые галечники и валунники или бурые выветрелые галечники и валунники мощностью до 3-10 м. Их обнажения имеются, к примеру, на правобережном борту р. Томь у города Новокузнецка (от моста у Крепостной горы и далее в сторону Заводского района). Четвертичные отложения представлены лёссовидными суглинками (мощностью до 20-30 м), галечниками и валунниками речных пойм и низких террас (до 5-12 м) и имеют почти повсеместное распространение. Немаловажную роль в формировании рыхлых отложений играет антропогенный фактор. В пределах Новокузнецкого района работают шахты, разрезы и карьеры, отвалы которых формируют современный рельеф территории. Состав этих отвалов варьируется в зависимости от специфики залегания рудного тела или пласта, но в целом, это, бурые глины, лёссовидные суглинки, песчаники, известняки, алевролиты, аргиллиты.

8. Рекультивация почв при открытой разработке полезных ископаемых

Рекультивация почв при открытой разработке полезных ископаемых предполагает два этапа: горнотехнический и биологический. Горнотехническая рекультивация подразумевает подготовку нарушенных земель к проведению мероприятий по восстановлению плодородия, производству сельскохозяйственных и лесохозяйственных работ, а также работ по освоению водоёмов. Виды работ при горнотехнической рекультивации, согласно дальнейшему использованию восстанавливаемых земель, соответствуют общим направлениям рекультивации: сельскохозяйственному (создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий); лесохозяйственному (лесонасаждения эксплуатационные, озеленительные, почвозащитные, водоохранные и т.п.); водохозяйственному (водоёмы различного назначения); рекреационному (культурнооздоровительные мероприятия); природоохранному (посадка насаждений с целью озеленения и консервации отвалов,хвостохранилищ и горных выработок); строительному (застройка жилыми и промышленными зданиями и сооружениями).

Основные объекты горнотехнической рекультивации; отвалы вскрышных пород и выработанные пространства карьеров. Горнотехническая рекультивация включает: снятие и складирование плодородного слоя почвы; селективную разработку и укладку в отвал пород вскрыши с различными агрохимическими свойствами; устройство дренажной сети для предотвращения заболачивания восстанавливаемой территории; строительство въездов и дорог на отвалах; полную или частичную планировку поверхности отвалов; выполаживание, террасирование и стабилизацию откосов отвалов; мелиоративные мероприятия (известкование, гипсование); создание ложа и берегов водоёмов; покрытие поверхности плодородным слоем почвы. При подготовке отвалов в процессе горнотехнической рекультивации к сельскохозяйственному освоению их поверхности (предпочтительнее квадратной формы) придают односторонний уклон 3-5° (для стока воды), а участкам -- продольный уклон не более 10°, поперечный -- не более 4°. При подготовке под зерновые культуры и многолетние травы в условиях Урала и Сибири мощность корнеобитаемого слоя почвы предусматривается не менее 0,8 м, почвенного -- не менее 0,3-0,5 м; для посадки кустарников и садов на отвалах мощность корнеобитаемого слоя 1-1,5 м; для лесов хозяйственного назначения 2,5-3 м. Подстилающий слой, служащий для защиты корнеобитаемого слоя от проникновения фитотоксичных элементов из отвальных пород, может формироваться из песков. Мощность его не меньше высоты капиллярного подъёма воды в отвальной массе. Откосы отвалов для различного хозяйственного использования выполаживают. Им придают сплошную или террасную форму. При сплошной форме откоса угол выполаживания выбирается из условий обеспечения роста растений, предотвращения эрозиипочвы и возможности механизации сельскохозяйственных работ. В зависимости от свойств пород вскрыши, целей использования и формы откосов угол выполаживания 10-28°. Наибольшая высота террасы 5 м (при поперечном уклоне террасы до 1,5-2°).

Технология работ при горнотехнической рекультивации определяется главным образом принятой системой разработки месторождения, физико-географическими условиями его расположения, ценностью отчуждаемых земель и направлением их дальнейшего использования; от механизации схемы отсыпки, формирования отвалов и их рельефа зависят объёмы работ по горнотехнической рекультивации.

При бестранспортной системе разработки горнотехническая рекультивация отвалов связана с большими объёмами работ по первоначальной планировке поверхности. Вызываются они сложностью рельефа, имеющего форму параллельных гребней, расстояние между которыми до 20-30 м, или рядов конусов с перепадом высотных отметок до 10-12 м. Обычно такие отвалы предназначены для лесохозяйственного, рекреационного и т.п. освоения. Если вскрышная толща слагается из потенциально плодородных и токсичных (или скальных) пород, то прибегают к их селективной укладке в отвал с тем, чтобы на поверхность отвала размещать только плодородную часть вскрышных пород. В целях снижения затрат на горнотехническую рекультивацию стремятся к выполнению максимально возможного объёма работы в ходе отвалообразования. На месторождениях с мощностью плодородной части вскрыши 8-10 м применяется схема ведения работ, предусматривающая установку драглайнов на предотвале и на вскрышном уступе. В заходке первоначально разрабатывается верхняя (плодородная) часть вскрышной толщи, укладываемая вскрышным драглайном в предотвал. Последний служит площадкой для отвального экскаватора, который с одного места стояния разрабатывает нижнюю (токсичную или индифферентную) часть заходки, укладывая породы в основание отвальной заходки верхнего яруса отвала. Перед передвижкой на новое место (по фронту) отвальный драглайн производит переэкскавацию плодородной части вскрыши в верхнюю часть отвального гребня. На месторождениях с мощностью потенциально плодородных пород менее 8 м применяют схему, по которой при укладке потенциально плодородных пород в межгребневое пространство драглайн смещается на расстояние до половины ширины заходки.

При усложнённой транспортно-отвальной системе, применяемой на месторождениях с мощным слоем плодородных пород во вскрышной толще, производится селективная разработка с укладкой потенциально плодородной части вскрыши драглайном. Роторный экскаватор разрабатывает верхнюю плодородную часть вскрыши, которую с помощью консольного отвалообразователя размещают во втором ярусе. Отсюда производится её переэкскавация драглайном на поверхность верхнего яруса. Последующее распределение по отвалу плодородных пород из образуемых штабелей может осуществляться драглайном, бульдозером, погрузчиком. Если разработка пород на верхнем вскрышном уступе ведётся роторным экскаватором и он попеременно вынимает плодородную и неплодородную части вскрыши, то применение консольного отвалообразователя позволяет производить раздельную укладку этих пород на верхнем ярусе отвала.

При транспортной системе разработки объёмы работ по первоначальной планировке поверхности отсыпанных отвалов значительно меньше, чем при бестранспортной. Для первоначальной планировки используют бульдозеры, грейдеры. При этой системе разработки в верхний ярус или в верхнюю часть яруса отвала также укладываются плодородные породы. Горнотехническая рекультивация откосов внешних отвалов, конечных бортов карьеров заключается в их выполаживании и террасировании. Выполаживание откосов может быть совмещено со строительством насыпи. При этом драглайн, установленный на нижнем ярусе, во время прямого хода укладывает впереди себя основную часть поступающих пород и возводит из них двухъярусную насыпь, а породы с благоприятными для биологической рекультивации свойствами укладывает в откосную часть верхнего яруса. При обратном ходе драглайн перемещает часть породы из откосной зоны верхнего яруса в откосную зону нижнего яруса, формируя на поверхности откосов слой плодородной вскрыши и обеспечивая заданный угол заложения откосов. Драглайны с радиусом разгрузки 60-100 м при работе по данной схеме в состоянии сформировать углы заложения откосов 10-25°. По достижении отвалами границ отведённой площади откосы выполаживаются драглайнами, бульдозерами, погрузчиками и мехлопатами. Высота террас зависит от средств механизации отвалообразования и достигает значения, равного высоте верхнего отвального подступа. Технологическая схема позволяет в ходе отвалообразования сформировать слой плодородных пород на всей поверхности откоса.

При нарушении горными работами и отвалами земель, содержащих почвенный слой, обязательна его селективная разработка и сохранение. Для этой цели на карьерах чаще всего применяют бульдозеры, скреперы, погрузчики, грейдер-элеваторы и др. в сочетании с автомобильным, конвейерным и железнодорожным транспортом. В CCCP (например, на карьерах KMA) и за рубежом находят применение гидродоставка и укладка плодородных пород в рекультивируемые отвалы. Структура и основные агротехнические свойства плодородных пород после гидроукладки сохраняются полностью, к тому же после обезвоживания пород на отвале создаётся благоприятный для сельскохозосвоения рельеф.

На горнотехническую рекультивацию приходится 80-90% общих затрат, предназначенных для рекультивации ландшафта. Основную долю расходов по горнотехнической рекультивации земель для сельскохозяйственного использования составляют затраты на селективную выемку и укладку почвенного слоя. При совмещении горнотехнической рекультивации с основными технологическими процессами (вскрышные и отвальные работы) затраты снижаются более чем в 2 раза. Расходы на рекультивацию земель относятся на себестоимость добытого полезного ископаемого.

Основными задачами биологической рекультивации является возобновление процесса почвообразования, повышение самоочищающей способности почвы и воспроизводство биоценозов. Биологическим этапом заканчивается формирование культурного ландшафта на нарушенных землях. Организационно биологическая рекультивация проводится в две стадии. На первой выращиваются пионерные (предварительные, авангардные) культуры, умеющие адаптироваться в существующих условиях и обладающие высокой восстановительной способностью. На второй - переходят к целевому использованию. Земли, загрязненные тяжелыми металлами, органическими веществами или продуктами промышленной переработки, на первой стадии подвергают очистке с помощью сорбентов, растений или микроорганизмов (биодеструкторов), а затем включают в хозяйственное использование под жестким контролем со стороны санитарно - эпидемиологических служб. Для разработки эффективных способов биологической рекультивации большое значение имеет изучение процессов эволюции растительного покрова в различных природных зонах и техногенных условиях. Формирование растительного покрова на отвалах вскрышных пород идет очень медленно из-за сложного изменяющегося во времени рельефа поверхности отвала, бедности горных пород питательными веществами, неустойчивости водного и теплового режимов. Продолжительность естественного формирования растительного покрова в лесной и лесостепной зоне характеризуется тремя периодами:

- в первые 5-6 лет от начала образования нарушенных земель появляется мозаичный несомкнутый растительный покров, состоящий из растений с широким диапазоном толерантности;

- в последующие 5-6 лет формируются многовидовое сообщество растений (30-40 видов), в котором заметно проявляются зональные черты и складывается многоярусная структура биоценозов;

- после 11-12 лет начинает преобладать дифференциация видового состава, господство переходит к многолетникам, создается устойчивый растительный покров с выраженной ярусностью, хорошо прослеживается сезонная динамика.

Наиболее эффективным приемом биологической рекультивации на нарушенных землях является создание многовидового растительного покрова с участием многолетних трав и устойчивых пород кустарников и деревьев. При такой многоярусной структуре нарушенные земли хорошо защищены от эрозии и дефляции, а благодаря листовому опаду и корневым системам получают большой прирост органических веществ.

Размещено на Allbest.ru