Геологія з основами геоморфології

Серед відкладів антропогенового віку значне місце займають галечники, піски, глини, рідше - мергель озерного та алювіального походження. В річкових долинах вони пов'язані з фазами зледеніння. Морські відклади поширені мало. Вони беруть участь у будові морських терас і представлені піском, галечником, черепашником та мулистими відкладами.

Серед антропогенових відкладів дуже поширений лес. Він шаром у 15-20 м вкриває рівнинні ділянки суші, прилеглі до льодовикових територій, а також поширений у долинах річок, що живилися і живляться талою льодовиковою водою. Поклади лесу поширені в Європі, в тому числі майже по всій Україні, в Азії, Північній та Південній Америці, із ними пов'зано утворення чорноземних ґрунтів. Матеріал, із якого утворився лес, наносило водою та вітром.

Відклади антропогенової системи багаті на родовища корисних копалин, найголовніші з яких: розсипи алмазів в Африці, Бразилії, золота, срібла та платини в Каліфорнії, Австралії, Бразилії, каситериту в Австралії, озерних залізних руд у Швеції, сірки в США, Японії, басейні Червоного моря.

В Африці близько 7 тис. років тому почали утворюватися пустині. Ще 10-8 тис. років тому в Сахарі були великі озера. Рослинний світ антропогенового періоду подібний до сучасного, але ареали розселення окремих груп різні. На початку антропогену рослинність ще була відносно теплолюбна. В озерно-річкових відкладах того часу можна знайти рештки сосни, ялини, горобини, крушини, самшиту, рододендрона. Релікти останнього і досі збереглися в Ємільчинському районі Житомирського Полісся. У другій половині антропогену склад рослинності за межами зледеніння збагатився північними формами - чорницею, журавлиною та ін. У Південній Європі була тайга, подібна, можливо, до сучасної сибірської, із перевагою ялини, сосни, модрини. Сучасні межі рослинних зон виникли після зледеніння..

Наземна фауна ссавців поступово набула сучасного складу. На початку антропогену в межах України жили слони, носороги, великі коні, бізони. Згодом з'явилися: великий слон трогонтерій, верблюди, предки сучасних коней, шерстисті носороги. Перед великим зледенінням теплолюбні форми частково вимерли, частково переселилися в південніші широти. Під час зледеніння за межами його поширення існувала фауна з численними представниками полярних країн. Серед них були вівцебик, який тепер живе в Гренландії, песці, полярні птахи. Найважливішим представником тварин льодовикової епохи був мамонт. Цей сучасник первісної людини був головним об'єктом полювання, бо давав їжу (м'ясо), знаряддя праці (кістки), паливо (жир), матеріал для спорудження житла (кістки й шкуру). З інших тварин зустрічався печерний ведмідь. Існували представники сучасних копитних, хижих тварин, предків домашньої худоби.

Серед тваринного світу виділялися предки людини. Уже на ранньому ступені свого розвитку стародавня людина оволоділа вогнем, створила первісне знаряддя праці, стала на шлях суспільного розвитку. Людиноподібна мавпа австралопітек, рештки якої виявили в Африці, жила в кінці неогенового періоду. А вже на початку антропогену існувала мавполюдина - пітекантроп, рештки якого виявлено на Яві. Наступник його - синантроп жив у Китаї; рештки його виявлено в районі Пекіна. Людство пройшло у своєму розвитку ще декілька стадій: Homo Erectus (людина прямостояча), Homo Habilis (людина "вміла"). Розвиток матеріальної культури людського суспільства починається з появою мавполюдей. Перший етап його має назву палеоліт (із грецьк. - давній кам'яний вік). Люди тоді виробляли знаряддя з каміння. Камінь оббивали, насікали на ньому засічки, але не шліфували. Виробляли грубі сокири, наконечники списів, стріл тощо.

Таблиця 3.5.1. Стратиграфічна та геохронологічна шкала

Група (ера)	Система (період)	Індекс періоду	Кількість від-ділів (епох)	Тривалість, млн.років
Фанерозой	Кайнозой KZ	Четвертинна (антропоген)	Q	2	1-3.5
		Неоген	N	2	Близько 30
		Палеоген		3	35-40
	Мезозой MZ	Крейдова	К	2	60-70
		Юрська	J	3	Близько 60
		Тріасова	T	3	Близько 45
	Палеозой PZ	Пермська	P	2	Близько 45
		Кам'яновугільна (карбон)	C	3	Близько 60
		Девонська	D	3	Близько 60
		Силурійська	S	2	20-30
		Ордовицька	O	3	60
		Кембрійська		3	Близько 70
Криптозой (докембрій)	Протерозой PR	Венд	V	-	Близько 80
		Рифей	R	-	Близько 1000
		Верхній	PR2	-	250
		Нижній	PR1	-	600
	Архей AR	Верхній	AR2	-	650
		Нижній	AR1	-	Близько 350

На початку великого зледеніння з'явився неандерталець - остання ланка між мавполюдиною та розумною людиною. Фізично неандертальці нічим істотно не відрізнялись від сучасних людей. Культура неандертальців - неоліт (новий кам 'яний вік) розвивалася в другій половині антропогенового періоду. Початок неоліту відносять за 5-6 тис., а кінець - за 2 тис. років до нашого літочислення. Для неоліту характерна вища порівняно з палеолітом культура обробітку каменю. Знаряддя з каменю неолітичні майстри шліфували, свердлили, надавали йому досконаліших форм. Люди первісного неолітичного суспільства навчилися ліпити з глини посуд, займалися землеробством, приручали тварин. Наприкінці кам'яного віку люди навчилися видобувати руду і виплавляти метал.

Тоді з'явились перші сучасні люди - кроманьйонці. Вони вже належали до виду Homo Sapiens (людина розумна). Закінчилася геологічна історія - почалась історія людського суспільства, яка триває й до сьогодні, а перспективою її розвитку, на думку В.І. Вернадського, є - ноосфера.



4. Інженерна геологія

4.1 Інженерна геологія як наука

Інженерна геологія - це геологічна наука, що всесторонньо вивчає умови інженерного освоєння і перетворення геологічного середовища. В екології під геологічним середовищем розуміють підземну сферу діяльності людини - від поверхні Землі до глибоких шахт (до 4 км) і надглибоких свердловин (до 12 км). За своїм характером дана наука є суміжною між геологією та науками інженерно-будівельного циклу. Вперше термін "інженерна геологія" був вжитий в однойменній роботі Х. Рієса та Т. Уотсона в 1915 р.

У структурі інженерної геології виділяють наступні розділи:

інженерна петрографія (наука, що вивчає інженерно-геологічні властивості гірських порід, що визначають їх поведінку в сфері реалізації інженерних робіт та споруд);

інженерна геологія масивів порід (вивчає товщі гірських порід, як середовища проведення інженерних, в т.ч. і гірничих, робіт і розміщення різноманітних споруд);

інженерна геодинаміка (вивчає геологічні процеси й інженерно-геологічні явища, що визначають геодинамічну обстановку господарської діяльності людини);

спеціальна інженерна геологія (вивчає питання теорії й практики вирішення інженерно-геологічних задач стосовно різних видів господарського освоєння території);

регіональна інженерна геологія (вивчає закономірності розвитку й розміщення вище перерахованих елементів інженерно-геологічних умов).

Обумовленість на сучасному етапі особливої актуальності інженерно-геологічних досліджень дуже чітко сформулював А.Є. Ферсман (1939): "господарська і промислова діяльність людини за своїм масштабом і значенням стала порівнюваною із процесами, що відбуваються в самій природі, а її наслідки набувають першочергового значення для самої природи". Так, наприклад, при реалізації заходів по захисту гірничих виробок від затоплення осушуються підземні джерела водопостачання цілих районів, виводяться із сфери сільськогосподарського обробітку цінні земельні угіддя, спостерігається активізація вітрової ерозії, захоронення грунтово-рослинного покриву на величезних площах продуктами дефляції мас гірських порід, що складають гірничі відвали й терикони. Тому, передбачення характеру і масштабів змін природно-геологічних умов необхідне при екологічній оптимізації території (обґрунтуванні раціональних проектів розробки родовищ корисних копалин, визначенні об'ємів робіт по охороні державного земельного, водного, лісового фондів, рекультивації площ, що використовувались під кар'єри, шахтні поля, відвали й терикони).

4.2 Інженерно-геологічна класифікація гірських порід

В інженерній геології і механіці ґрунтів під ґрунтами розуміють гірські породи, ґрунти (грунтово-рослинні шари), техногенні утворення, що уявляють собою багатокомпонентну та багатообразну геологічну систему, яка змінюється у часі та може слугувати основою, середовищем для розміщення або матеріалом самої споруди. Класифікація гірських порід в інженерній геології необхідна для розв'язування таких задач:

розподілу гірських порід на групи, які суттєво відрізняються за генетичними, петрографічними ознаками та будівельними властивостями, що дозволяє за класифікаційними ознаками дати попередню інженерно-геологічну оцінку гірських порід;

побудови інженерно-геологічних карт, розрізів, колонок, схем, визначення складу, об'єму, методики і спрямованості інженерно-геологічного вивчення гірських порід;

оцінки й прогнозування геодинамічних процесів,

вибору методів покращення властивостей гірських порід, вибору методів і способів захисту територій і об'єктів від несприятливих геодинамічних процесів.

Інженерно-геологічну класифікацію гірських порід (ґрунтів) при виконанні інженерних вишукувань, проектуванні і будівництві споруд встановлює ДСТУ Б В.2.1-2-96 (ГОСТ 25100-95) "Ґрунти. Класифікація".

Класифікація ґрунтів включає такі таксономічні одиниці, що виділяються за групами ознак:

клас - за загальним характером структурних зв`язків;

група - за характером структурних зв`язків (з урахуванням їх міцності);

підгрупа - за походженням та умовами утворення;

тип - за речовинним складом;

вид - за найменуванням ґрунтів (з урахуванням розмірів часток та показників властивостей);

різновиди - за кількісними показниками речовинного складу, властивостей та структури ґрунтів.

За загальним характером структурних зв'язків розрізнюють наступні класи ґрунтів:

- природних скельних грантів - грантів із жорсткими структурними зв'язками (кристалізаційними та цементаційними),

- природних дисперсних ґрунтів - ґрунтів із водно-колоїдними та механічними структурними зв'язками,

- природних мерзлих ґрунтів - ґрунтів із кріогенними структурними зв'язками,

техногенних (скельних, дисперсних та мерзлих) ґрунтів - ґрунтів із різними структурними зв'язками, утвореними в результаті діяльності людини.

Клас природних скельних ґрунтів. До класу природних скельних ґрунтів відносять скельні та напівскельні ґрунти.

Ґрунт скельний - ґрунт, що складається з кристалічного одного чи декількох мінералів, які мають жорсткі структурні зв'язки кристалізаційного типу.

Ґрунт напівскельний - ґрунт, що складається з кристалічного одного чи декількох мінералів, які мають жорсткі структурні зв'язки цементаційного типу.

Клас природних дисперсних ґрунтів. До класу природних дисперсних ґрунтів відносять дисперсні ґрунти що складаються з окремих мінеральних часток (зернин) малого розміру, слабопов'язаних між собою водно-колоїдними та механічними структурними зв`язками. Дисперсні грунти діляться за типом на мінеральні (великоуламкові грунти, піски, глинисті грунти), органо-мінеральні (мули, сапропелі, заторфовані грунти) та органічні (рослинний шар, торфи та інші).

Грунт великоуламковий - незв`язний мінеральний грунт, в якому маса часток розміром більше 2 мм складає більше 50%.

Пісок - незв`язний мінеральний грунт, в якому маса часток розміром менше 2 мм складає більше 50%.

Грунт глинистий - зв`язний мінеральний грунт, що має число пластичності 1. Серед глинистих ґрунтів окремо виділяють лесові ґрунти. За додатковими ознаками глинисті ґрунти виділяють як набухаючі, просадні та здимальні ґрунти.

Мул - водонасичений сучасний осад переважно морських акваторій, що містить органічну речовину у вигляді рослинних залишків та гумусу. Вміст часток менше 0.01 мм складає 30-50% за масою. Різновид мулу встановлюють за коефіцієнтом пористості.

Сапропель - прісноводний мул, що утворюється на дні водоймищ із продуктів розпаду рослинних та тваринних організмів і містить більше 10% (за масою) органічної речовини у вигляді гумусу та рослинних залишків. Сапропель має текучу консистенцію. Різновид сапропелю встановлюють за відносним вмістом органічних речовин.

Торф - органічний грунт, що утворюється в результаті природного відмирання та неповного розкладання болотних рослин в умовах підвищеної вологості при нестачі кисню і містить 50% (за масою) та більше органічних речовин. Різновид торфу встановлюють за ступенем розкладання та ступенем зольності. Ґрунт заторфований - пісок та глинистий ґрунт, що містить від 10 до 50% (за масою) торфу.

Ґрунт (грунтово-рослинний шар) - поверхневий родючий шар дисперсного ґрунту, що утворюється під впливом біогенного та атмосферного чинників. Клас природних мерзлих ґрунтів. До класу мерзлих ґрунтів відносять мерзлі та льодяні ґрунти.

Ґрунт мерзлий - ґрунт, що має мінусову чи нульову температуру та містить у своєму складі видимі льодяні включення і (або) лід-цемент та характеризується кріогенними структурними зв'язками.

Лід (синонім - ґрунт льодяний) - природне утворення, що складається з кристалів льоду з можливими домішками уламкового матеріалу та органічної речовини не більше 10% (за об'ємом) і характеризується кріогенними структурними зв'язками.

За часом знаходження у мерзлому стані розрізнюють:

Ґрунт багаторічномерзлий (синонім - ґрунт вічномерзлий) - грунт, що знаходиться у мерзлому стані постійно протягом трьох та більше років.

Ґрунт сезонномерзлий - ґрунт, що знаходиться у мерзлому стані періодично протягом холодного сезону.

Клас техногенних (скельних, дисперсних та мерзлих) ґрунтів. Класифікацію техногенних ґрунтів виконують як для видів, типів, різновидів відповідних класів скельних, дисперсних та мерзлих ґрунтів з урахуванням способу утворення та походження техногенних ґрунтів. Насипні та намивні ґрунти обов'язково класифікують за ступенем ущільнення від власної ваги ґрунту (ущільнений, не ущільнений).



4.3 Класифікація несприятливих для господарської діяльності геологічних процесів

Несприятливі для діяльності людини процеси представлені як серед ендогенних, так і серед екзогенних. Ендогенні процеси (магматизм, тектоніка, складкоутворення, розривні порушення, сейсміка) детально розглядались у розділі "Динамічна геологія та геоморфологія". Окрім того, вони, як правило проявляються протягом тривалого геологічного часу, мають (особливо тектонічні процеси) незначну інтенсивність та визначають загальні закономірності формування ландшафту (загальний характер рельєфу, клімату, загальні закономірності розвитку гідрографічної мережі та розміщення басейнів поверхневого та підземного стоку) і здійснення господарської діяльності.

З позиції інженерної геології суттєво більше значення мають сучасні екзогенні процеси. Їх загальна класифікація наведена в таблиці 1.

Таблиця 4.3.1. Класифікація екзогенних геологічних процесів

(за П.Н.Панюковим)

Групи	Підгрупи	Основні процеси
		денудаційні	акумулятивні
І.Геологічна робота поверхневих вод	1. Геологічна робота роз-осереджених потоків атмо-сферних опадів і талих вод, що стікають по поверхні схилів	Змив	Накопичення делювію
	2. Геологічна робота зосереджених тимчасових водотоків	Розмив. Яроутворення. Селі.	Накопичення яруж-ного і балкового алювію, конусів виносу
	3. Геологічна робота постійних водотоків (річок і струмків).	Розмив русла. Підмив берега і супутні явища (осипи, зсуви, обвали)	Накопичення алювію.
	4. Геологічна робота мор-ського прибою, припливно-відпливної хвилі, при-бережних течій	Абразія морського берега. Розмив і транспортування донних відкладів	Накопичення при-бережно-морських і пляжних осадів
ІІ. Геологічна робота під-земних вод	1. Хімічний і фізико-хімічний вплив підземних вод на гірські породи.	Вилуговування гірсь-ких порід. Карсто-утворення. Просадки і провали. Хімічне виві-трювання гірських порід. Опливання гірських порід.	Цементація осадів, заповнення тріщин і пустот.Вторинне засолення грунтів
	2. Фільтраційне руйнування гірських порід		Накопичення розми-тих і опливших мас гірських порід
ІІІ. Геологічна робота атмо-сфери	Еолові процеси	Вітрова дефляція та коразія. Розвівання і навівання.Рухомі піски.	Накопичення еоло-вих відкладів (лесів, пісків і т.д).
IV. Геологічна робота під-земних і поверхневих вод	1. Деформація берегових схилів в формі ковзання і течії гірських порід.	Різноманітна види зсувних деформацій. Пластична течія і ви-давлювання гірських порід	Накопичення зсувних мас
	2. Інші форми прояву роботи поверхневих і підземних вод	Заболочування місцевості і накопичення болотних відкладів.
V. Геологічна робота атмо-сфери і під-земних вод	1. Процеси, що відбувають-ся під впливом сезонних коливань температури і вологості гірських порід	Сезонне "дихання" грунту. Морозне і температурне вивітрювання гірських порід.
	2. Деформація порід під впливом промерзання і відтаювання підземних вод і порід.	Мерзлотно-динамічні явища (пучення, гідролаколіти, нальоди, термокарсти, соліфлюкція).



5. Гідрогеологія

5.1 Основні поняття гідрогеології

Гідрогеологія - наука про підземні води, тобто води, які знаходяться нижче поверхні землі в крапельно-рідкому, пароподібному чи твердому вигляді в різноманітних гірських породах. Гідрогеологія вивчає походження і розвиток підземних вод, умови їх залягання і поширення, закони руху, процеси взаємодії з вміщуюючими гірськими породами, фізичні і хімічні властивості.

Водоносний шар (пласт) - це обводнена осадова порода однорідного петрографічного складу, генезису й віку, порівняно обмеженої потужності і значного площинного поширення.

Водоносний прошарок - це водоносний шар малої потужності і незначного площинного поширення. .

Водоносна лінза - те ж, що і водоносний шар, але лінзоподібної форми і порівняно обмежена по площі поширення.

Водоносний горизонт - обводнена пачка осадових або вулканогенних порід однорідного або різнорідного петрографічного складу, генезису і віку, з різною водопроникністю, але з єдиною п'єзометричною поверхнею, обмежена знизу й зверху регіонально витриманими водотривами.

Водоносний комплекс - обводнена товща осадових або вулканогенних порід різнорідного петрографічного складу, генезису і віку з різною водопроникністю, із єдиною або різною пьєзометричною поверхнею, що не має знизу чітко вираженого регіонального водотриву і місцевих водотривів для виділення в ній водоносних горизонтів.

Води спорадичного поширення являють собою скупчення підземних вод у гідравлічно роз'єднаних лінзах і прошарках, що залягають на різній глибині і знаходяться усередині осадової водопроникної або слабопроникної товщі.

У передгірних западинах, у синеклізах платформ і у великих міжгірних западинах майже завжди існує не один, а кілька водоносних горизонтів, які можна об'єднати у водонапірну систему - групу суміжних вище й нижче залягаючих водоносних горизонтів і комплексів, що знаходяться в межах великої одиниці стратиграфічної шкали і присвячені до негативної геологічної структури. Водонапірна система може включати останню цілком або частково.

Ґрунтові води - це підземні води, що утворюють одну із самих верхніх гідрогеологічних зон. На формування ґрунтових вод впливають безпосередньо: атмосфера, поверхневі води, клімат, ґрунтовий і рослинний покрив, рельєф, склад водовміщуючих порід порід зони аерації.

Горизонт ґрунтових вод - перший від поверхні землі постійний у часі, регіонально витриманий водоносний горизонт, що має єдину (або загальну) гідравлічну поверхню, тиск на якій, як правило, дорівнює атмосферному.

Верховодка - це найближчі до поверхні ґрунтові води, що розвинуті на невеликих площах і непостійні в часі.

5.2 Класифікація підземних вод

Всі підземні води за умовами залягання, характером уміщуючих гірських порід та геологічними структурами поділяють на 3 великі групи (за І.М. Ципіною, 1974):

I. Для районів поширення осадових, метаморфізованих або слабко метаморфізованих і, частково, для вулканогенних порід:

1. Верховодка, що має практичне значення і більш або менш широке поширення.

2. Болотні води і води обводнених торфовищ.

3. Ґрунтові води льодовикових відкладень: а) основної (піщаної) морени; б) надморенні; в) зандрів; г) озів; д) кінцевоморенних утворень (власне кінцевих морен, камів, друмлінів і т.п.).

4. Ґрунтові води річкових, озерних і морських відкладів: а) сучасних і древніх алювіальних відкладів і надзаплавних терас; б) похованих долин; в) сучасних і древніх озерних відкладів; г) сучасних і древніх морських прибережних відкладів; д) піщаних островів; е) пролювіальних відкладів і відкладів передгірних шлейфів.

5. Ґрунтові води: а) лесів і лесовидних суглинків; б) бугристо-грядових пісків і піщаних масивів; в) дюн і барханів.

6. Лінзи прісних вод -- підлиманні, підтакирні, низькогірних і передгірних рівнин, підпіщані, піщаних пустель.

7. Ґрунтові води дочетвертинних відкладів, що підрозділяються за віком водовміщуючих порід.

8. Води спорадичного поширення. '

9. Артезіанські водоносні горизонти, що підрозділяються за віком водовміщуючих порід і (якщо це потрібно) за ознакою літолого-гідродинамічної неоднорідності: а) водоносних підгоризонтів; б) однорідних, умовно однорідних і неоднорідних водоносних горизонтів; в) у двох, трьох і більш артезіанських водоносних горизонтах із визначенням для усіх водоносних горизонтів умов їхнього дренування (поверхневе, підземне і змішане) і умов поширення (необмежені, літологічно або стратиграфічно виклинювані, замкнуті, підземного поширення).

10. Водоносні комплекси, що підрозділяються за віком водовміщуючих порід, із визначенням так само, як і для попередніх водоносних горизонтів, умов дренування й обмеженості або необмеженості їхнього поширення по падінню пластів.

11. Карстові води: а) регіонального й локального поширення; б) карстові ріки й озера.

12. Води зон тектонічних розломів.

13. Води лавових потоків.

II. Для районів поширення вивержених і осадових сильно метаморфізованих порід.

14. Води регіонального поширення: а) ґрунтові води зони відкритої тріщинуватості, що підрозділяються по петрографічному складу, генезису й віку водовміщуючих порід; б) води водоносних серій і свит із поділом вод за віком і генезисом водовміщуючих порід; в) напірні води похованих зон відкритої тріщинуватості; г) води елювію вивержених сильно метаморфізованих порід; д). напірні води кристалічного фундаменту.

15. Води локального поширення: а) води зон тектонічних розломів; б) води глибоких відкритих і закритих тріщин; в) води контактів метаморфізованих порід з інтрузивними тілами, у т. ч. дайками і жилами; г) води стратиграфічно незгідних контактів.

III. Для районів розвитку багаторічної мерзлоти.

16. Води регіонального поширення: а) верховодка, що має практичне значення і більш-менш широке поширення; б) надмерзлотні (ґрунтові) води перемінного річного й фазового режиму, що підрозділяються за віком і генезисом водовміщуючих порід; в) постійні ґрунтові надмерзлотні води, що поділяються за віком і генезисом водовміщуючих порід; г) різні інші води підмерзлотних вод.

17. Води локального поширення: а) води багаторічних та сезонних замкнутих таликів уздовж рік; б) надмерзлотні багаторічні підруслові води уздовж невеликих рік; в) підруслові багаторічні води уздовж великих рік, що часто з'єднуються з підмерзлотними водами; г) води надзаплавних терас великих рік; д) води конусів виносу, гірських осипів і обвалів; е) води відкладів морських узбереж; ж) води не наскрізних і наскрізних таликів, що підрозділяються на річкові й озерні; з) міжмерзлотні термокарстові води спорадичного поширення; е) міжмерзлотні води (при ярусній будівлі багаторічномерзлих порід) напірні, спорадичного поширення і підруслові.



5.3 Режим підземних вод і фактори, що на нього впливають

Для підземних вод, так як і для поверхневих, теж характерний певний режим. Режим підземних вод - це зміна в часі рівнів підземних вод, температури, фізичних властивостей, хімічного, газового складу, швидкості руху. витрати і т.д. Режим підземних вод визначається геологічною обстановкою і кліматичними умовами, а також господарською діяльністю людини (осушення, зрошення, будівництво водозаборів, дренажних споруд і т.д.). Уявлення про класифікацію факторів режиму підземних вод дає таблиця 1.

Режими ґрунтових і артезіанських вод суттєво відрізняються. Режим ґрунтових вод повністю визначається метеорологічними факторами (атмосферними опадами, температурою повітря, випаровуванням і т.д.). Нерівномірність інфільтрації атмосферних опадів є основною причиною зміни рівня ґрунтових вод. Окрім того, особливо в межах урбанізованих територій, значний відбиток на рівні ґрунтових вод накладають переущільнення ґрунтів унаслідок забудованості території та втрати вологи в системі підземних інженерних комунікацій (водопроводу, каналізації, теплоцентралей і т.д.).

Режим артезіанських вод характеризується дещо більшою стабільністю. На рівень артезіанських вод теж дуже сильно впливає діяльність людини (забір підземних вод для водопостачання населення й промисловості, штучне водопониження при проведенні будівельних, гірничих та ряду інших робіт), особливо на урбанізованих територіях. Внаслідок десятиліть експлуатації, рівень артезіанських вод знижується й утворюються депресійні воронки підземних вод. Так, наприклад, в Москві глибина такої воронки становить до 90 м, в Києві - до 60 м, в Парижі -до 120 м. Зниження рівнів води тягне за собою і зміну їх фізичних властивостей, хімічного, газового, бактеріального складу підземних вод, зникнення джерел, обміління рік і озер, зміну властивостей гірських порід і т.д.

Таблиця 5.3.1. Класифікація факторів режиму підземних вод

(За М.Є. Альтовським)

Генетичні групи факторів	Фактори
	повільно змінюються	швидко змінюються	епізодичні
Кліматичні	Типи клімату	Сезонні опади, випарову-вання, температура повітря, атмосферний тиск	Зливи, відлиги
Гідрологі-чні	Типи режиму рік, озер і морів	Повені, прибій, припливи та відпливи	Паводки, згон і нагон води вітром, льодові затори
Геологічні	Геологічні структури, тек-тонічні рухи, внутрішня енергія та кінематика Землі, радіоактивні елементи гірських порід	-	Землетруси, вивер-ження вулканів, гря-зеві вулкани, зсуви
Ґрунтові	Типи грунтотвірного процесу	-	-
Біогенні	Багатостолітня транспірація рослинних угрупувань	Сезонна транпірація рослинності	-
Штучні	-	Осушення, обводнення	-

Вивчення режиму підземних вод при наявності на досліджуваній території водозабірних і інших споруд, що впливають на цей режим.

Перед будівництвом водозабору обладнують спостережливу мережу, що складається не менш ніж із двох взаємно перпендикулярних поперечників, що проходять через місце закладення майбутнього водозабору по напрямку ґрунтового потоку і перпендикулярно до нього. Це необхідно для прогнозу розвитку депресійної воронки водозабору (рівня водопониження внаслідок експлуатації), а також для вивчення районної воронки депресії, якщо водозабір здійснюється декількома свердловинами чи ділянками. При цьому кінцеві спостережні свердловини на поперечниках варто розташовувати за межами передбачуваної воронки депресії з метою ув'язування й аналізу режиму ґрунтових вод у природних і порушених водозаборами умовах.

При уведенні водозаборів в експлуатацію організуються систематичні спостереження за утворенням і розвитком депресійної воронки кожного водозабору та районної депресійної воронки усіх водозаборів, а також за режимом роботи водозаборів. При цьому точки спостережень повинні бути розташовані як у зоні, так і поза зоною впливу штучних споруд або агромеліоративних заходів, що дозволить більш повно виявити вплив останніх на закономірності зміни режиму штучних споруд: для водозабірних споруд (колодязів, свердловин, галерей) - часу й тривалості роботи, кількості води, що відбирається, для полів зрошення - часу поливу і його тривалості, кількості і якості води, що надійшла на зрошувану ділянку, схеми розподілу води, що витрачається на випаровування, інфільтрацію, стік і транспірацію рослинами; для гірничих виробок - водовідливу і його режиму.

Під балансом підземних вод якого-небудь району розуміють складний природний процес їх живлення й витрати (розвантаження) за певний проміжок часу, що обумовлюється природними факторами і господарською діяльністю людини. Для розрахунку балансу реалізується комплекс спостережень за величиною інфільтрації атмосферних опадів, випаровуванням підземних вод, підземним стоком, та іншими прибутковими і витратними складовими водного балансу. Паралельно визначається і сольовий баланс.

При розвідці підземних вод для цілей водопостачання, при оцінці обводненості родовищ корисних копалин, при прогнозі заболочення територій та при вирішенні цілого ряду інших прикладних задач необхідно дати кількісну оцінку запасів (ресурсів) підземних вод. Запаси (ресурси) підземних вод поділяються на природні, експлуатаційні і штучні.

Природні ресурси являють собою загальну кількість підземних вод, що знаходяться в порах і тріщинах водоносного пласту в спокійному стані, або рухаються в природних умовах із витратою не зміненою штучними (антропогенними) факторами (водозаборами, гідромеліоративними системами).

Експлуатаційні ресурси - це кількість (або витрата) підземних вод в м3 на добу, яка може бути видобута із підземних водоносних горизонтів раціональними в техніко-економічному відношенні водозабірними спорудами, при заданому режимі експлуатації і якості води і задовольняє ці вимоги протягом всього періоду водоспоживання.

Штучні запаси утворюються шляхом створення спеціальних гідротехнічних споруд (поглинаючих свердловин, каналів, фільтраційних басейнів), а також шляхом затримки й перерозподілу поверхневого стоку. Такі споруди іноді ще називають "штучним відтворенням ресурсів підземних вод".



6. Геологія та геоморфологія України

6.1 Тектонічна структура рельєфу України

Більша частина території України розташована на південно-західній окраїні давньої Східноєвропейської (Руської) платформи, в зв'язку з чим саме платформенні структури (щити, антеклізи, синеклізи тощо) визначають загальний план сучасної поверхні України. Основними платформеними структурами докембрійської Руської платформи в межах України виступають Український щит (разом із схилами), схили Воронезького масиву й Дніпровсько-Донецька западина. Інша (значно менша за розмірами) частина території України знаходиться в межах Альпійської геосинкліналі.

Центральне місце серед цих структур посідає Український щит, що являє собою перем'яте у складки і пронизане численними інтрузіями кристалічне "коріння" архейських та протерозойських гірських систем. Поверхня щита перекривається лише тонким шаром четвертинних відкладів, а часто кристалічні утворення виходять безпосередньо на денну поверхню, формуючи своєрідний денудаційний рельєф центральної частини України. Український кристалічний щит - найдревніша структура, що простягається через усю територію України з північного заходу на південний схід майже до Азовського моря, його площа - 180 тис. км2. Він складається з найдревніших порід докембрію: гранітів, гнейсів, кварцитів і мармуру.

Західний схил щита (Волино-Подільська плита) розбитий розломами на велетенські "східці", якими кристалічні породи падають до Карпатської геосинкліналі, занурюючись під осадові комплекси фанерозою у Передкарпатті на глибину 4-5 км, а у межах Галицько-Волинської западини - понад 6-7 км.

Східний схил щита порівняно короткий (ширина його не перевищує 25-100 км) і досить монолітний, хоч кристалічні породи тут занурюються на глибину до 2-3 км.

На півдні кристалічні утворення щита майже одразу переходять у Причорноморську западину, що відділяє докембрійські комплекси Руської платформи від залишків епігерцинської Скіфської плити.

Важливим структурним елементом на території України є Воронезький кристалічний масив, точніше - його південно-західний схил, оскільки докембрійські утворення масиву безпосередньо до поверхні підходять за межами України (виняток становить лише північна окраїна Сумської області). Тут кристалічний фундамент круто падає у південно-західному напрямку, занурюючись на глибину до 3-5 км.

Особливе місце серед тектонічних структур Руської платформи займає витягнута з північного заходу на південний схід Дніпровсько-Донецька западина, яка відділена від схилів Українського щита і Воронезького масиву системами глибинних розломів, являє собою велетенський грабен, у центральних частинах якого кристалічний фундамент занурюється на глибину 8-13 км. За всіма ознаками цей коритоподібний прогин був закладений наприкінці палеозою і являє собою "недорозвинену" геосинкліналь герцинського часу - відгалуження Донецької геосинкліналі.

З герцинським орогенезом пов'язується й утворення складчастого фундаменту південно-західної окраїни Одещини (Добруджа). Докембрійські структури наприкінці палеозою були ускладнені епігерцинськими платформами, що утворили на півдні України так звану Скіфську плиту. Залишки її представлені Причорноморською западиною на південному заході Одещини (Переддобруджинська западина, Добруджинська складчаста зона) та у Криму (Сімферопольське-Євпаторійське підняття, Альминська западина).

В герцинський час була сформована і складчаста зона Донецького кряжу, яка з південного сходу замикає згадану вище Дніпровсько-Донецьку западину.

З герцинським горотворенням часто пов'язується і формування окремих серединних масивів у Карпатській геосинкліналі, що збереглися і в сучасному рельєфі (Рахівський масив та інші).

Наймолодші елементи тектонічної структури України утворилися в альпійський час. Саме з альпійським горотворенням пов'язане формування складчастої зони Карпат та Закарпатської западини. В альпійський час були утворені і наймолодші структури Криму - Кубано-Індольський прогин, мегаантиклінорій Кримських гір та ін.

Українські Карпати мають складну геологічну будову, виділяються три тектонічні зони: Передкарпатський прогин, Карпатська покривно-складчаста споруда і Закарпатський прогин.

Складчасто-брилова система Гірського Криму, що розміщена на крайньому півдні України, складена осадовими породами: глинистими сланцями, мергелями, вапняками, пісковиками, глинами. Загальна потужність відкладів 8-10 км.

6.2 Загальна характеристика рельєфу

Україна розміщена у межах Східноєвропейської рівнини та середньовисотних гірських пасм Карпат і Криму. Рівнинна територія займає 95% площі країни, гори - 5%.

На півночі знаходиться Поліська низовина, рельєф поверхні якої несе на собі більш-менш добре збережені сліди впливу четвертинного зледеніння. Низовина переривається Словечансько-Овруцьким та Озерянським кряжами.

Поверхня Придніпровської низовини перекрита в основному лесоподібними породами і порізана широкими річковими долинами. Причорноморська низовина з рівнинним Кримом в недалекому геологічному минулому була морським дном. Поверхня розчленована неглибокими річковими долинами, ярами, балками, подами.

Волинська височина - це плато, розчленоване звивистими річковими долинами, балками і ярами, її середня висота 200-300 м.

В рельєфі Подільської височини виділяються кілька окремих масивів: Гологори з найвищою вершиною Поділля - г.Камулою (471 м), Вороняки, Кременецькі гори, Опілля, смуга Товтр (Медоборів) - залишків вапнякових рифів неогенових морів. Височина розчленована глибокими каньйоноподібними річковими долинами.

Придніпровська височина найбільша за площею, знаходиться в межиріччі Південного Бугу і Дніпра. У південно-східній частині в рельєфі виділяються окремі пасма (гори): Канівські, Трахтемирівські, Бучацькі.

На південному сході України лежить Приазовська височина (найвища точка - г.Могила-Бельмак, 324 м), що на північному сході сполучається з Донецькою височиною, в межах якої виділяють найвищу її частину - Донецький кряж (г.Могила-Мечетна, 367 м).

Карпати (площа 30 тис.км2) - молоді складчасті середньовисотні гори, складаються з паралельно розташованих хребтів і міжгірських улоговин північно-західного спрямування. Середня висота 1000 м. Найвищі вершини: Говерла (2061 м), Піп-Іван (2022 м), Петрос (2020 м), Чорна Гора (2020 м), Близниця (1882 м).

Кримські гори (7,9 тис.км2) складаються із трьох паралельних гряд (куест): Головної, Внутрішньої та Зовнішньої. Висота гряд зростає у напрямку до Чорного моря. Середня висота Кримських гір 440 м. Найвищі вершини Роман-Кош (1545 м), Демір-Капу (1540 м), Зейтін-Кош (1534 м).

6.3 Корисні копалини

Україна належить до держав із середньою забезпеченістю корисними копалинами. З горючих корисних копалин розвідані значні запаси кам'яного і бурого вугілля, горючих сланців, торфу. Видобування нафти і природного газу тільки частково забезпечує державні потреби. Зокрема, по нафті на 3%, а по газу на 8%. Основний кам'яновугільний басейн - Донбас, де зосереджено 98% запасів вугілля, займає площу 50 тис.км2. Запаси вугілля переважно високої якості сягають понад 45 млрд.т. Тут нараховується 330 кам'яновугільних пластів потужністю 0,3-2м при глибині залягання 600-1000 м. Львівсько-Волинський басейн має площу 10 тис.км2, промислові запаси вугілля невеликі (970 млн.т). Нараховується 70 кам'яновугільних пластів із робочою потужністю 0,5-1 м. Серед буро-вугільних басейнів особливе місце посідає Дніпровський (запаси 2,4 млрд. т). Потужність буро-вугільних пластів від 2-6 м до 18 м при глибині залягання 10-120 м.

Серед корисних копалин держава найбагатша на руди чорних металів. У родовищах України сконцентровано до 20% світових запасів марганцю і 5% залізних руд. Одним із найбагатших у світі є Криворізький залізорудний басейн із запасами 18,7 млрд.т руди. Менше значення мають: Кременчуцький (4,5 млрд.т), Білозерський (1,5 млрд.т) і Керченський (1,4 млрд.т) залізорудні басейни. Серед родовищ марганцевих руд особливе значення мають Великотокмацьке (1,3 млрд.т) і Нікопольське (0,9 млрд.т). Відоме Іршанське родовище титанових руд на Житомирщині. Експлуатуються родовища нікелевих руд в Кіровоградській області. Виявлено родовище поліметалів (свинець, цинк) у Закарпатті. Здане в експлуатацію родовище золота в Закарпатті. Для видобутку магнію та інших лужних металів використовуються поклади калійних солей Прикарпаття.

Серед нерудних корисних копалин особливе місце посідає сірка, великі запаси якої зосереджені в Прикарпатті. Графіт добувається у Кіровоградській області. Багаті родовища каолінових глин пов'язані з корами вивітрювання кристалічного щита. Кам'яна сіль добувається в Донбасі, на Сиваші, Закарпатті. Значні родовища вогнетривких глин, флюсових вапняків і доломітів знаходяться, а Криворізько-Донбаському регіоні. Цементна сировина поширена на всій території України. Відомо більше 20 великих родовищ піску для виробництва скла. Великі запаси будівельного каменю високої якості: гранітів, лабрадоритів, мармуру.

В цілому геологічна будова та рельєф України є сприятливими для життя людини, а запаси корисних копалин досить перспективні для розвитку народного господарства. Але все ж слід відмітити що серед корисних копалин дуже обмеженими ресурсами характеризуються саме стратегічні корисні копалини (нафта, природний газ, руди кольорових металів). В той же ж час на території України проявляється цілий ряд сучасних несприятливих для людини та господарства геологічних процесів (як ендогенних, так і екзогенних), які будуть детальніше розглянуті при виконанні подальших практичних робіт.



7. Екологічна геологія

7.1 Екологічна геологія як наука

Приблизно до 70-80-х років ХХ ст. про екологічні проблеми літосфери взагалі майже не згадувалось. Але екологічна криза наклала свій відбиток і на верхні шари літосфери, що були активно задіяні в людській діяльності. Серед різноманітних геологічних наук найближчою до вирішення екологічних проблем літосфери виявилась інженерна геологія - наука, що вивчає (за визначенням І.В. Попова) властивості і динаміку верхніх горизонтів земної кори у зв'язку з інженерно-господарською діяльністю людини.

Уже до кінця 70-х р.р. ХХ ст. в інженерній екології розроблялось не лише геологічне обґрунтування інженерно-будівельної діяльності, а такий комплекс заходів, який би зводив до мінімуму або виключав зовсім негативні наслідки інженерної діяльності в літосфері. Ту частину літосфери, яка знаходиться (або буде знаходитись на перспективу) під впливом інженерно-господарської (техногенної) діяльності людини, стали називати геологічним середовищем, а перед інженерною геологією постала нова задача - розробка питань раціонального використання і охорони навколишнього середовища.

Рис. 7.1.1. Зростання вартості заходів по боротьбі з забрудненням у басейні р. Делавер (США): витрати на обробку стоків (1); твердих відходів (2); автомобільних забруднень (3); промислових відходів (4); енергетичних відходів (6) (за Ю. Одумом, 1975)

Однак вже до 90-х р.р. ХХ ст. стало ясно, що в рамках тільки інженерної геології не можна вирішити всіх екологічних проблем літосфери. Крім того, вже виникли такі наукові напрямки, як екологічна геохімія (екогеохімія, яка займається питаннями забруднення літосфери і міграції у ній хімічних елементів із точки зору їх впливу на екосистеми), екологічна гідрогеологія (екогідрогеологія, що вивчає питання забруднення підземних вод) і т.д. В наш час усі ці напрямки об'єднані в одну науку - екологічну геологію.

Сучасна екологічна геологія розвивається в основному з позицій біоцентризму, що припускає всебічний облік усіх видів людського впливу на геологічне середовище і його зворотного впливу на біоту. При цьому до уваги приймається в першу чергу не економічна доцільність тієї чи іншої інженерної споруди і її значимість для людини, а те, яким чином ця споруда вписується в природну обстановку, як вона впливає на геологічне середовище, екосистеми і біоту в цілому. Вивченням цієї складної взаємодії суспільства і геологічного компонента навколишнього середовища займається екологічна геологія. В усьому світі витрати на відновлення природної рівноваги в літосфері дуже високі. Вони відбивають плату людини за втручання в природне середовище. Причому вартість цих витрат практично у всіх країнах щорічно збільшується (рис. 1).

Екологічна геологія вивчає верхні горизонти літосфери як абіотичний компонент природних і антропогенно змінених екосистем високого рівня організації. Її об'єктом дослідження є біотопи екосистем, а предметом досліджень - екологічна роль і екологічні функції літосфери, основними серед яких є ресурсна, геодинамічна і геохімічна. Усі ці функції літосфери найтіснішим чином пов'язані між собою.

Ресурсна функція верхніх горизонтів літосфери полягає в її потенційній здатності забезпечувати потреби біоти (екосистеми) абіотичними ресурсами, у тому числі і потреби людини тими чи іншими корисними копалинами, необхідними для існування й розвитку людської цивілізації. Причому, із позицій біоцентризму, потреби людини не повинні вступати в протиріччя з потребами біоти в цілому. Серед природних ресурсів на Землі, за їхньою значимістю, на першому місці стоять енергоресурси. При сучасному рівні розвитку промисловості у світі технологічна енергетика створює й трансформує величезну, якщо розглядати планету в цілому, кількість енергії. Близько 70% корисних копалин, що добуваються, у світі складають енергетичні ресурси. Отже, можна говорити про порівнюваність за масштабами техногенного енергетичного потенціалу з енергетичним потенціалом Землі природного походження, особливо на урбанізованих територіях. В наш час у світі відзначається ресурсна напруженість, що обумовлює необхідність переходу людства до системного ресурсного мислення. Цей перехід, очевидно, відбудеться в найближчі роки, оскільки людство для цього має, по оцінках експертів, всього 3-4 десятиліття. Вироблення відповідної теоретичної бази, що стосується ресурсів літосфери, - найважливіша проблема екологічної геології.

Геодинамічна функція літосфери в екологічному аспекті виявляється в ході різних геологічних процесів (екзогенних: зсувів, обвалів, селів, берегової абразії, підтоплення і т.д. та ендогенних: землетрусів, вулканічних вивержень і т.д.), що так чи інакше впливають на різні екосистеми, у тому числі і людське суспільство. Ці процеси поділяються на природні геологічні і процеси, викликані людиною - техногенні - інженерно-геологічні. Важливо підкреслити, що останні можуть по своїй інтенсивності, потужності й масштабах прояву істотно перевершувати їхні природні аналоги, тому їх прогнозу, оцінці й інженерному захисту територій з розвинутими на них екосистемами від негативного впливу інженерно-геологічних процесів в екологічній геології приділяється першорядна увага.

Поки невирішених проблем у цій області дуже багато і серед них одна з центральних - виявлення гранично припустимих рівнів техногенних впливів на геологічне середовище і його окремі компоненти: ґрунт, гірські породи, підземні води, рельєф території і розвинуті на ній геологічні процеси, зміна яких впливає на різні екосистеми. Основна задача полягає в тім, щоб навчитися правильно прогнозувати екологічні наслідки тих чи інших техногенних впливів на літосферу, а отже, навчитися запобігати негативним екологічним процесам і тим самим впливати на глобальну екологічну кризу, що вибухнула. Чималу роль у рішенні цієї проблеми повинний зіграти екологічний моніторинг геологічного середовища - система постійного спостереження, контролю, оцінки, прогнозу й керування станом геологічного середовища з метою забезпечення його екологічних функцій.

Геохімічна функція літосфери в екологічному аспекті полягає в її активній участі в процесах кругообігу речовин у природі. Причому однаково важливий аналіз обох сторін кругообігу - як шкідливих, так і корисних для екосистем речовин. Геохімічне транспортування різних елементів у межах літосфери й екосистем може здійснюватися різними шляхами. У зв'язку з чим виділяють механічну, фізико-хімічну, біогенну й техногенну міграцію, що є предметом досліджень екологічної геохімії. Техногенна міграція речовин, як і загальні закономірності техногенезу, ще далеко не встановлені, однак у цій області уже відкритий цілий ряд найважливіших законів, що дозволяють охарактеризувати геохімічну функцію літосфери.

Розробка методів керування станом і властивостями масивів гірських порід верхніх горизонтів літосфери з метою збереження й забезпечення їхніх екологічних функцій - практичний напрямок екологічної геології, що інтенсивно розвивається в даний час. Задача керування успішно здійснюється методами технічної меліорації гірських порід, в арсеналі якої є всілякі способи цілеспрямованого активного впливу людини на склад, будову, стан і властивості гірських порід і їхніх масивів. Застосування цих методів дозволяє змінювати стан і властивості масивів гірських порід у потрібному напрямку, одержувати масиви із заданими властивостями, здійснювати реабілітацію (очищення) територій, ґрунтів, гірських порід від усіляких техногенних забруднень і т.д. Розробка цих актуальних проблем дозволить істотно просунути вперед вирішення багатьох задач геоекології і впритул підійти до реалізації ідеї В.І. Вернадського про ноосферу - вищу фазу еволюції біосфери на Землі.

7.2 Співвідношення між природними й антропогенними процесами на Землі

Діяльність людини не лише прискорює багато природних процесів, але й може привести до катастрофи. Підрізання схилів для будівництва доріг або підготовка будівельних майданчиків часто є причиною зсувів. Непомірне користування ґрунтовими водами чи інтенсивні підземні розробки можуть викликати просідання або провали поверхні.

Геологічні явища й процеси можуть мати техногенне походження. Людина відтворює природні процеси в літосфері. Техногенна діяльність стала важливим геологічним фактором, який значно впливає на геологічне середовище. Цей вплив почав проявлятись на початку голоцену, підсилився за останні сторіччя і став досить помітним у наш час. Важливість його проявляється не лише в біологічному, екологічному та економічному відношеннях, але й у зв'язку з набуттям і досить великого геологічного значення.

...