Экзогенные геологические процессы и явления Абразия Абразия

Современные геологические процессы и явления
Группы геологических процессов и явлений
Процессы
Явления
Деятельность поверхностных вод (морей, озер,
водохранилищ, рек и
временных потоков)
Паводки на горных реках
Деятельность поверхностных и подземных вод
Деятельность подземных
вод
Действие гравитационных сил
Деятельность ветра
Промерзание и оттаивание горных пород
Действие внутренних
сил в горных породах
Действие внутренних
сил Земли
Инженерная деятельность человека
Подмыв и разрушение берегов морей, озер, водохранилищ
Подмыв и разрушение речных берегов.
Размыв склонов – образование оврагов и балок
Сели
Заболачивание территорий
Просадочные явления.
Карст
Плывуны.
Суффозионные явления
Оползни
Обвалы
Развеивание и навеивание
Термокарст
Морозное пучение
Наледи
Набухание
Усадка
Разуплотнение
Сейсмические явления
Разрушение и уничтожение полезных площадей при разработке
месторождений полезных ископаемых
Оседание поверхности земли при значительных откачках подземных вод, нефти и газа
Затопление и подтопление территорий
Вторичное засоление горных пород при орошении территорий
Как видно из таблицы, процессы и явления неразрывно связаны, причем процесс
следует понимать как развитие или смену состояния какого-либо природного явления, а
явление – как содержание и выражение самого процесса.
Экзогенные геологические процессы и явления
Абразия
Абразия (лат. abrasio – соскабливание) – в геологии процесс
разрушения и сноса суши морским прибоем. Проблема актуальна для
крупных озер и водохранилищ. Волны моря, ударяясь о берег, непрерывно
его подтачивают, подмывают и, таким образом, сглаживают все выступы и
неровности. Таким путем вырабатывается более или менее широкая
подводная волноприбойная терраса. По мере того как море проникает далее
1
вглубь разрушаемой им суши, возрастает ширина этой террасы и
уменьшается живая сила волн вследствие трения о ее поверхность.
Интенсивность абразии зависит от степени волнового воздействия, т. е. от
бурности водоема. Важнейшим условием, предопределяющим абразионное
развитие берега, является относительно крутой угол исходного откоса
(больше 0,01) прибрежной части дна моря или озера. Абразия создает на
берегах абразионную террасу или бенч (англ. bench), и абразионный уступ
или клиф (рис. 3.6). Образующиеся при этом в результате разрушения
горных пород песок, гравий, галька могут вовлекаться в процессы
перемещения наносов и служить материалом для образования береговых
аккумуляторных форм. (http://www.educationonsafety.com)
Эрозия
Геологические процессы, связанные с поверхностным стоком.
Геологическая деятельность плоскостного стока. Основой
возникновения поверхностного стока являются атмосферные осадки.
Часть дождевых и талых снеговых вод просачивается сквозь почву и
горные породы в глубину и идет на пополнение подземных вод, часть
возвращается обратно в атмосферу в результате испарения и, наконец,
часть стекает по поверхности. Поверхностный сток бывает в виде
сплошной пелены или тонких недифференцированных струек, стекающих с
повышенных мест по склонам (плоскостной сток), и в форме линейно
направленных струй и потоков (русловой сток), приуроченных к рытвинам,
русловым ложбинам, оврагам и речным долинам.
Плоскостной склоновый сток действует кратковременно и
быстро прекращается после окончания дождя. Живая сила воды тонких
струек или пелены невелика, но и они при своем движении способны
захватывать часть рыхлого, преимущественно мелкого материала и
перемещать его вниз по склону. У основания склона вследствие уменьшения
уклона поверхности и резкого замедления скорости движения воды этот
материал накапливается. Подобный процесс плоскостного смыва,
совершаемый на склонах дождевыми и талыми снеговыми водами, получил
название делювиального (от лат. "делюо" - смываю), а формирующиеся при
этом осадки называют делювием. Высота поверхности уменьшается, за
счёт денудации.
2
Линейный
сток
приводит
к
расчленению
поверхности
(эрозии).
Деятельность временных русловых потоков и
создаваемые ею формы рельефа. Оврагообразование
Среди временных русловых потоков выделяются временные потоки
оврагов равнинных территорий и временные горные потоки. В этих
потоках можно непосредственно наблюдать происходящие процессы
эрозии, переноса и аккумуляции обмолочного материала. По ним можно
судить до некоторой степени о деятельности рек, развитие которых
связано с длительными отрезками времени, измеряемыми сотнями тысяч
и миллионами лет.
Овраги - это относительно узкие и глубокие понижения,
выработанные временными водными потоками, связанными с выпадением
атмосферных осадков или таянием снега.
Согласно представлениям С.С.Соболева в развитии оврага могут
быть выделены четыре стадии. Первая стадия соответствует
образованию на склоне рытвины, или промоины, которая не достигает
подошвы, а иногда и бровки склона.
В дальнейшем в образовавшуюся промоину все больше и больше
будут собираться атмосферные осадки, тем самым увеличивая
эрозионную работу. Наряду с углублением промоины происходит
увеличение ее длины вниз и вверх по склону. Когда она выдвигается за
бровку склона в сторону водораздела, то образуется так называемый
вершинный перепад или обрыв. Это соответствует второй стадии
развития оврага. Продольный профиль оврага этой стадии мало связан с
рельефом склона, он очень крутой и невыровненный, а устье еще не
достигает дна долины, в которую открывается овраг. На всем
протяжении происходит интенсивная глубинная эрозия. После выпадения
дождей у вершинного перепада образуются водопады, воды подмывают
обрыв и он обрушивается. Таким образом, овраг продолжает рост своей
вершины в глубь водораздела. Ежегодно овраги удлиняются вверх по
течению потока. Помимо роста оврага вверх происходит энергичная
эрозия и вниз по склону, до тех пор пока его устье не достигнет реки,
озера или моря, куда впадает овражный поток. Уровень реки или какоголибо бассейна, в который входит овраг, носит название базиса эрозии.
3
Третья стадия развития оврага и начинается с момента, когда
он достигает базиса эрозии. Применительно к этому уровню глубинная
эрозия постепенно сглаживает первичные неровности дна. Продольный
профиль дна выравнивается и приобретает форму вогнутой кривой,
слабонаклонной в устьевой части и крутой в верховье. Форма поперечного
профиля оврагов обычно характеризуется значительной крутизной
склонов, иногда V-образным видом.
В четвертой стадии уменьшается глубинная эрозия,
сглаживается обрыв вершины, склоны оврага постепенно осыпаются,
приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают
растительностью. Вода, движущаяся в овраге, захватывает осыпные и
другие гравитационные или делювиальные образования и частично
откладывает их на путях переноса. Так образуются маломощные
овражно-балочные отложения в тальвеге оврага. При выходе оврага в
долину реки или в озеро местами выражен конус овражного выноса. Если
дно оврага достигает уровня подземных вод, то в нем возникает
постоянный водоток, ручей, что приводит к дальнейшему развитию
оврага, и он постепенно может превратиться в небольшую речную долину.
Овраги в ряде районов, сложенных с поверхности рыхлыми легко
размываемыми породами, очень быстро разрастаются. В процессе
перемещения вершины оврага в глубь водораздела на его склонах
образуются промоины или рытвины, которые также превращаются в
овраги, растущие попятно. Это так называемые отвержки (ответвления)
главного оврага. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная
система, захватывающая огромные площади плодороднейших земель.
Для древних оврагов характерна корытообразная форма, а
также пологие задернованные и залесенные склоны. Молодые овраги
имеют V-образную форму и крутые склоны. Ширина их в устьевой части
около 40 м, глубина до 10 м. В наиболее активных оврагах склоны осыпные.
Возраст молодых оврагов - современный QIV.
Донная и боковая эрозия
Донная и боковая эрозия развиты в русле рек и их притоков,
наиболее активно в районах излучин. На этих участках с внешней стороны
излучины активно идут процессы боковой эрозии, что приводит к
4
образованию крутых или даже обрывистых берегов. Противоположные
(внутренние) берега излучин, наоборот, очень пологие, вдоль них
происходит аккумуляция аллювиальных отложений и образование отмелей.
О наличие донной эрозии можно косвенно судить по молодым оврагам,
развитие которых свидетельствует о возможном постепенном
понижении базиса эрозии.
Процессы речной эрозии проявляются в подмывании берегов р.
Клязьмы и образовании относительно крутых обрывов на пойме и первой
надпойменной террасы. Эрозионную деятельность р. Клязьмы можно
наблюдать у . д. Крутого, где в обрыве хорошо видны аллювиальные
отложения верхнеплейстоценового возраста, а в цоколе при низком
меженном уровне на поверхность выходят отложения юрской системы,
представленные глинами. Аккумулятивные формы представлены пляжами
и песчаными косами и мелями в русле реки.
С развитием боковой эрозии тесно связаны оползневые явления,
широко развитые в районе. Образование оползней связано с высачиванием
подземных вод по имеющимся водоупорам - юрской глине и моренным
суглинкам
московского
оледенения,
сопровождающимся
часто
суффозионным выносом материала, что при наличие боковой эрозии
приводит к развитию оползневых подвижек. Тыловые понижения оползней,
как правило, увлажнены и заболочены. В районе практики оползней
практически не наблюдается.
Образование болот
На водораздельных участках и в тыловых понижениях террас,
притеррасной пойме развиваются процессы заболачивания. По условиям
питания и образования выделяются два типа болот: верховые и низинные,
а также болота переходного типа. Первые развиты в понижениях
поверхностей водоразделов и древних долин стока. Формирование таких
болот связано с наличием локального водоупора и развитием на нём
верховодки. Питание верховых болот происходит за счет атмосферных
осадков.
Низинные болота развиты в тыловых частях I и II
надпойменных и пологих днищах древних оврагов, на притеррасной пойме
Образование их связано с выходами грунтовых вод.
5
Абразивные процессы развиваются под воздействием волноприбоя.
Подмыв и разрушение берега моря изменяет профиль очертания берега
моря и его устойчивость.
Формирование берега зависит от прочности и физического состояния
слагающих их пород. Устойчивость берега зависит от условий залегания
пород и последовательности напластования пород различного
петрографического состава.
Для защиты берега моря от разрушения проводятся профилактические
и капитальные мероприятия. Профилактические – с целью предупреждения
опасных явлений, это охрана пляжей, берегоукрепительные сооружения,
наблюдения за нормальными условиями их работы, стационарные
наблюдения.
Капитальные мероприятия заключаются в строительстве сооружений
и береговых укреплений: волноотбойные стенки, бетонные плиты,
каменные наброски, молы и др.
Эрозионные явления. При формировании речных долин ведущее
значение имеет донная и боковая эрозия. Работа рек проявляется в размыве
и разрушении русел, берегов и в переносе рыхлого материала,
поступающего в их поток.
Для защиты берегов рек от разрушения выполняются противоэрозионные мероприятия: каменная наброска в береговой зоне, мощение, укладка
бетонных плит и т.д.
Овраги образуются в результате размыва склонов, сложенных легко
размокаемыми породами. Особую опасность представляют ливневые
дожди. Скорость развития оврагов может достигать от 40 од 60 м в год.
Основная задача при защите склонов от разрушения оврагами
заключается в регулировании поверхностного стока. Достигается это путем
выполнения комплекса мероприятий: 1) лесомелиоративные – устройство
полезащитных лесных полос; дополнение – посев многолетних трав; 2)
строительство водоулавливающих и водорегулирующих сооружений
(нагорные и водоотводные канавы, водоудерживающие валы и дамбы); 3)
укрепление участков активного размыва засыпкой с последующим
мощением камнем, свайными рядами, одерновкой; 4) строгое соблюдение
правил землепользования и агротехники (установление охранных зон с
6
запрещением вырубки леса, распашки земель и т.д.
К деятельности поверхностных вод относятся паводки на горных реках, которые проявляются в образовании селя. Селями называют
происходящие на горных реках и временных водотоках паводка, несущего
много твердого обломочного материала и глинистого мелкозема. Сели
внезапны и крат-ковременны, проходят с большими скоростями течения за
несколько часов (до 3–5 ч), часто волнами из-за образующихся заторов.
Сели образуют определенный тип континентальных отложений - пролювий. Они слагают конусы выноса, пролювиальные шлейфы и покровы.
Защита от селевых явлений: 1) организация службы режимных наблюдений в пределах водосборного бассейна и селеопасного района; 2)
устройство охранных зон; 3) выполнение лесомелиоративных работ; 4)
выполнение регуляции поверхностного стока на склонах водосборного
бассейна; 5) создание регулирующих и улавливающих сооружений в руслах
потоков; 6) строительство каналов, селеспусков и других сооружений для
организованного пропуска селевых паводков.
С одновременной деятельностью поверхностных и подземных вод связано заболачивание территорий и просадочных явлений. Болота – это
участки, где в результате заболачивания происходит накопление
растительных остатков и образование торфа. Наиболее благоприятные
условиями для образования болот является влажный климат, равнинный
рельеф, пониженные элементы рельефа и близкое залегание к поверхности
грунтовых вод.
Строительство сооружений на болотах и заболоченных территориях
связано со свойствами торфа, главными из которых является высокая влагоемкость и неравномерная сжимаемость.
При строительстве предусматриваются все меры для сильно и
неравномерно сжимаемых грунтов: армированные пояса, осадочные швы,
разрезка зданий на отдельные жесткие отсеки, дренажные рвы и т.д.
Просадочные явления наблюдаются в лессах. Характеристикой их гранулометрического состава является повышенная или высокая пылеватость
(до 80–82 %). Лессы характеризуются понишенной плотностью, легко
размываются и быстро размокают. При оценке лессовых пород особое
значение имеет определения просадочности.
Мероприятия для устойчивости зданий на лессовых породах: 1) предо7
хранение лессовых пород от замачивания; 2) прорезка лессовых пород
глубокими фундаментами; 3) устранение просадочных свойств лессовых
пород; 4) применение конструкций зданий, малочувствительных к
просадкам.
С деятельностью подземных вод связаны явления карста, плывунов и
суффозии. Явления карста подробно рассматривались в разделе «Общая
гидрогеология». В инженерной геологии карст создает большие проблемы
при оценке территорий и условий строительства.
Для оценки устойчивости закарстованных территорий необходимо
знать глубину залегания растворимых пород, степень их закарстованности,
состав и свойства покровных отложений.
В районах распространения карста применяют следующие комплексы
мероприятий: 1) планировку территорий, сопровождающуюся регуляцией
поверхностного стока и устройством канализации для отвода
производственных вод; 2) каптаж подземных вод и дренаж обводненных
пород; 3) площадную подготовку основания; 4) устройство опор глубокого
заложения; 5) искусственное уплотнение и укрепление пород; 6) устройство
противофильтрацион-ных завес; 7) разнообразные конструктивные
мероприятия.
В строительной и горной практике плывунами называют пески тонкои мелкозернистые, водоносные, которые при вскрытии котлованами и
горными выработками плывут. Плывуны могут течь медленно и быстро,
катастрофически быстрое движение плывунов представляют большую
опасность для строительных и горных работ [16].
Суффозия – это процесс выноса мелких частиц из породы,
заполнителя трещин или карстовых полостей при определенных условиях.
Основными действующими силами, вызывающими развитие суффозии,
являются либо большие скорости движения фильтрационного потока,
который вымывает частицы, размывает породы, либо возникающее
гидродинамическое давление в фильтрационном потоке.
Суффозия возникает преимущественно в породах, у которых коэффициент неоднородности гранулометрического состава больше 20.
Действие гравитационных сил проявляется в виде оползней и овалов.
Оползнем называется масса горных пород, сползшая или сползающая
вниз по склону под влиянием силы тяжести, гидродинамического давления,
8
сейсмических процессов и др. Оползневые явления всегда сопровождаются
изменением рельефа местности, ее геологического строения.
Каждый оползень обладает той или иной степенью устойчивости,
которая зависит от причин, вызывающих сползание грунта и степенью их
устранения.
Размеры оползневых масс различные: малые – отдельные глыбы, небольшие срывы объемом в единицы кубических метров; небольшие
объемом от десятка до 100–200 м3; большие – тысячи и десятки тыс. м3;
грандиозные – сотни тыс. м3.
Поверхность, по которой происходит оползание, называется поверхностью скольжения. Формы поверхности скольжения в однородных породах
чаще вогнутая; в неоднородных – определяется положением и
ориентировкой поверхности и зон ослабления в толще пород, слагающих
склон или откос. Место выхода кривой смещения к подножью склона
называется подошвой оползня.
Обвальные явления развиваются под влиянием гравитационных сил на
склонах и откосах, к ним относятся собственно обвалы, вывалы и осыпи.
Вывал – это внезапный отрыв и падение отдельных глыб и блоков горных пород из откосов выемок, бортов карьеров, с крутых и отвесных
склонов, сложенных скальными или полускальными породами.
Осыпи, в отличие от вывалов, характеризуются только небольшими
размерами отдельностей, образующихся вследствие определенного физического состояния горных пород.
Собственно обвалы – это обрушение как отдельных глыб и блоков, так
и более крупных объемов скальных и полускальных пород из обнажений,
расположенных на нагорном склоне бровки откоса, или из крутой, отвесной
верхней
части
склона,
сопровождающееся
их
скатыванием,
опрокидыванием и раскалыванием. Обвальные явления характеризуют
неустойчивость склонов и откосов, и на участках их распространения
создают опасность сохранности и нормальной эксплуатации сооружений.
Обвальные явления наблюдаются только в горных районах с
резкорасчлененным рельефом, в районах распространения высоких и
крутых склонов, на участках склонов, подрезанных откосами выемок, а
также в карьерах, имеющих крутые откосы. Такое распространение
обвальных явлений указы¬вает на прямую связь условий их формирования
9
с рельефом – с участками высоких и крутых склонов и откосов.
Противообвальные мероприятия состоят из работ профилактического
порядка и работ по строительству специальных противообвальных
сооружений.
Остановимся на природе сейсмических явлений.
Землетрясения имеют тектоническое происхождение и связаны с
колебательными движениями земной коры. Эти движения приводят к
образованию гор и впадин, обусловливают накопление напряжений в толще
горных пород литосферы в течение длительного времени. Когда такие
напряжения достигают предела прочности горных пород, происходит
разрыв литосферы или ее части и образуются разломы. Область разрыва
принято называть очагом землетрясения.
Кроме землетрясений тектонических бывают землетрясения,
связанные с деятельностью вулканов, образованием обвалов, а также с
деятельностью человека.
Интенсивность землетрясения определяется в первую очередь
количеством энергии, выделяющейся в области очага, и энергией
сейсмических волн. Для характеристики землетрясения используют степень
разрушения зданий, остаточные явления в горных породах, изменение
режима поверхностных и подземных вод, нарушение рельефа.
10
11