Всякий пласт (слой), рассматриваемый в качестве плитообразного геометрического тела, заключен между двумя примерно параллельными поверхностями , одна из которых называется подошвой (это граница пласта с более древними породами), а другая — кровлей (это граница пласта с более молодыми породами). Кратчайшее расстояние между подошвой и кровлей слоя называется мощностью слоя.
При нормальном залегании пластов подошва пласта определённа практически всегда, а вот кровля — не всегда, поскольку бывает среза на эрозией и только потом перекрыта вышележащим пластом. Поэтому при изучении слоистости, анализе и рисовке геологических карт и разрезов в первую очередь необходимо обращать внимание на положение подошвы слоя! Слои обыкновенно налегают Друг на друга целым пакетом, называемым серией, свитой, толщей, пачкой и т.п., а последовательную смену од них слоев на другие называют напластованием, наслоением. Очень тонкие слои (обычно меньше 10—12 мм), заключенные между другими, называются прослоями, слойками, пропластками и т.п. В осадочных, а тем более в вулканогенных толщах (даже при их очевидной природе) определение поверхностей напластования не всегда простое занятие. Граница между слоями (пластами) в толще пород не всегда бывает четко выражена, такие по роды называются неяснослоистыми .
При нормальном залегании пластов подошва пласта определённа практически всегда, а вот кровля — не всегда, поскольку бывает среза на эрозией и только потом перекрыта вышележащим пластом. Поэтому при изучении слоистости, анализе и рисовке геологических карт и разрезов в первую очередь необходимо обращать внимание на положение подошвы слоя! Слои обыкновенно налегают Друг на друга целым пакетом, называемым серией, свитой, толщей, пачкой и т.п., а последовательную смену од них слоев на другие называют напластованием, наслоением. Очень тонкие слои (обычно меньше 10—12 мм), заключенные между другими, называются прослоями, слойками, пропластками и т.п. В осадочных, а тем более в вулканогенных толщах (даже при их очевидной природе) определение поверхностей напластования не всегда простое занятие. Граница между слоями (пластами) в толще пород не всегда бывает четко выражена, такие по роды называются неяснослоистыми .
Понятие «слоя» является одним из краеугольных понятий геологии вообще и структурной геологии в частности. В определениях «слоя» не достатка нет. К примеру, в словаре Брокгауза и Эфрона написано: «Слоями или пластами называют те массы, ограниченные более или менее параллельными плоскостями, из которых обыкновенно состоит толща осадочных пород». Т.е. к «слоям» относились только тела осадочных пород. А вот Роберт Шрок, написавший великолепную монографию «Последовательность в свитах слоистых пород» (1950), понимал «слой» расширенно, включая в это понятие и плоские интрузивные тела . Достаточно строго звучит определение из Большого Энциклопедического словаря: «ПЛАСТ (слой) - - в геологии — форма залегания осадочных и многих метаморфических горных пород; геологическое тело относительно однородного состава, ограниченное практически параллельными поверхностями — подошвой и кровлей; толщина пласта во много раз меньше протяженности». По Петрографическому словарю: «Слой — плоское или изогнутое тело осадочных горных пород с относительно небольшой мощностью и несоизмеримо большими размерами по простиранию и падению». Это определение, как мы видим, недалеко ушло от определения Брокгауза и Эфрона, относится только к осадочным горным породам и немного запутывает дело, вводя в определение пласта понятия «простирания» и «падения».
По отношению к поляризованному свету минералы делятся на две группы: оптически изотропные, обладающие одинаковыми оптическими свойствами по всем направлениям, и оптически анизотропные, свойства которых меняются в зависимости от направления. К первым относятся кристаллы кубической сингонии и минералы аморфного строения. Характерной особенностью изотропных минералов является то, что в скрещенных николях (при включенном анализаторе), они становятся темными, почти черными и не просветляются при повороте столика микроскопа.
Иначе выглядят анизотропные минералы, к которым относятся кристаллы средней и низшей сингонии. Луч света, входя в анизотропный кристалл, раздваивается и каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со свойственной ей скоростью. В результате один луч обгоняет другой и между ними возникает разность хода.
Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной среде, т. е. толщине кристаллической пластинки (шлифа) и силе двупреломления данного кристалла.
Свойство анизотропного кристалла разлагать входящий в него луч света на два луча с разными показателями преломления, распространяющихся с разными скоростями и колеблющиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях, называется двойным лучепреломлением (двупреломлением). Силой двупреломления называется величина, показывающая насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя преломления другого.
При прохождении световых лучей через анализатор наличие между ними той или иной разности хода обуславливает их интерференцию. В результате зерна минералов при изучении их в белом свете под микроскопом в скрещенных николях приобретают интерференционные окраски. Каждому значению разности хода соответсствует своя интерференционная окраска.
Шкалу интерференционных цветов можно наблюдать, постепенно вводя в тубус микроскопа при скрещенных николях кварцевый клин. Клин вырезается из кристалла кварца параллельно (или под некоторым углом) его оптической оси. От тонкой части клина к толстой из-за неодинаковой разности хода наблюдается смена интерференционных цветов I, II, III и IV порядков, границей между которыми является красный цвет.
Таким образом, интерференционную окраску можно использовать для приближенной оценки величины двупреломления минерала:
- серые и серовато-желтые цвета интерференции (I п.) соответствуют низким значениям двупреломления (0,002-0,013);
- желто-красные и зеленые (II п.) – средним значениям двупреломления (0,014-0,023);
- красно-бурые и сине-лиловые (III п.) – высоким значениям двупреломления (0,024-0,04);
- перламутровые (IV п.) – очень высоким значениям двупреломления (0,05-0,17).
Иначе выглядят анизотропные минералы, к которым относятся кристаллы средней и низшей сингонии. Луч света, входя в анизотропный кристалл, раздваивается и каждая из образовавшихся световых волн распространяется в кристалле со свойственной ей скоростью. В результате один луч обгоняет другой и между ними возникает разность хода.
Величина разности хода измеряется в миллимикронах и прямо пропорциональна длине пути, пройденного в анизотропной среде, т. е. толщине кристаллической пластинки (шлифа) и силе двупреломления данного кристалла.
Свойство анизотропного кристалла разлагать входящий в него луч света на два луча с разными показателями преломления, распространяющихся с разными скоростями и колеблющиеся во взаимно перпендикулярных плоскостях, называется двойным лучепреломлением (двупреломлением). Силой двупреломления называется величина, показывающая насколько показатель преломления одного луча отличается от показателя преломления другого.
При прохождении световых лучей через анализатор наличие между ними той или иной разности хода обуславливает их интерференцию. В результате зерна минералов при изучении их в белом свете под микроскопом в скрещенных николях приобретают интерференционные окраски. Каждому значению разности хода соответсствует своя интерференционная окраска.
Шкалу интерференционных цветов можно наблюдать, постепенно вводя в тубус микроскопа при скрещенных николях кварцевый клин. Клин вырезается из кристалла кварца параллельно (или под некоторым углом) его оптической оси. От тонкой части клина к толстой из-за неодинаковой разности хода наблюдается смена интерференционных цветов I, II, III и IV порядков, границей между которыми является красный цвет.
Таким образом, интерференционную окраску можно использовать для приближенной оценки величины двупреломления минерала:
- серые и серовато-желтые цвета интерференции (I п.) соответствуют низким значениям двупреломления (0,002-0,013);
- желто-красные и зеленые (II п.) – средним значениям двупреломления (0,014-0,023);
- красно-бурые и сине-лиловые (III п.) – высоким значениям двупреломления (0,024-0,04);
- перламутровые (IV п.) – очень высоким значениям двупреломления (0,05-0,17).
В разрезах, перпендикулярных биссектрисе, величина острого угла оптических осей (2V) определяется по максимальному расстоянию, на которое расходятся ветви гиперболы при повороте столика микроскопа.
При малом угле 2V вершины гиперболы расходятся незначительно. При среднем угле 2V доходят до самых краев поля зрения и, если выходят из него, сразу же возвращаются обратно при дальнейшем вращении столика микроскопа. При большом угле 2V гиперболы быстро уходят из поля зрения.
Интенсивность просветления в зависимости от двупреломления минерала различная.
В разрезах, перпендикулярных одной из оптических осей, угол 2V определяется по изгибу гиперболы.
Чем больше изогнута гипербола, тем меньше угол 2V. И, наоборот, чем она прямее, тем угол 2V больше. У нейтральных кристаллов (2V=90°) гипербола выглядит как прямая.
Для оценки величины угла оптических осей (малый, средний, большой) рекомендуется сопоставить коноскопические фигуры двух разрезов: перпендикулярного оптической оси и перпендикулярного острой биссектрисе. Точное определение величины 2V производится на федоровском столике.
При малом угле 2V вершины гиперболы расходятся незначительно. При среднем угле 2V доходят до самых краев поля зрения и, если выходят из него, сразу же возвращаются обратно при дальнейшем вращении столика микроскопа. При большом угле 2V гиперболы быстро уходят из поля зрения.
Интенсивность просветления в зависимости от двупреломления минерала различная.
В разрезах, перпендикулярных одной из оптических осей, угол 2V определяется по изгибу гиперболы.
Чем больше изогнута гипербола, тем меньше угол 2V. И, наоборот, чем она прямее, тем угол 2V больше. У нейтральных кристаллов (2V=90°) гипербола выглядит как прямая.
Для оценки величины угла оптических осей (малый, средний, большой) рекомендуется сопоставить коноскопические фигуры двух разрезов: перпендикулярного оптической оси и перпендикулярного острой биссектрисе. Точное определение величины 2V производится на федоровском столике.
Оптической осью кристалла называется направление внутри анизотропного кристалла, проходя вдоль которого луч света не двупреломляется. В кристаллах средней сингонии такое направление единственное, поэтому они являются оптически одноосными. В кристаллах низшей сингонии существует две оптические оси, поэтому они являются оптически двуосными.
Одноосные и двуосные кристаллы могут быть как оптически положительными, так и оптически отрицательными.
Кристаллы будут оптически положительными, если наибольшая ось индикатрисы Ng совпадает с оптической осью (для одноосных) или с биссектрисой острого угла оптических осей (для двуосных) кристалла.
Кристаллы будут оптически отрицательными, если наименьшая ось индикатрисы Np совпадет с оптической осью (для одноосных) или с биссектрисой острого угла оптических осей (для двуосных) кристалла.
Определение оптической осности кристалла производится по характеру коноскопической фигуры в сечении, перпендикулярном оптической оси (для одноосных) или биссектрисе оптических осей (для двуосных). Такие сечения характеризуются самой низкой интерференционной окраской. При выборе сечения с наинизшей интерференционной окраской необходимо учитывать двупреломление минерала. Для минералов со слабым двупреломлением это сечение должно быть почти черным, со средним и сильным - серым, а для минералов с очень сильным двупреломлением может иметь светло-серую или белую интерференционную окраску.
Одноосные и двуосные кристаллы могут быть как оптически положительными, так и оптически отрицательными.
Кристаллы будут оптически положительными, если наибольшая ось индикатрисы Ng совпадает с оптической осью (для одноосных) или с биссектрисой острого угла оптических осей (для двуосных) кристалла.
Кристаллы будут оптически отрицательными, если наименьшая ось индикатрисы Np совпадет с оптической осью (для одноосных) или с биссектрисой острого угла оптических осей (для двуосных) кристалла.
Определение оптической осности кристалла производится по характеру коноскопической фигуры в сечении, перпендикулярном оптической оси (для одноосных) или биссектрисе оптических осей (для двуосных). Такие сечения характеризуются самой низкой интерференционной окраской. При выборе сечения с наинизшей интерференционной окраской необходимо учитывать двупреломление минерала. Для минералов со слабым двупреломлением это сечение должно быть почти черным, со средним и сильным - серым, а для минералов с очень сильным двупреломлением может иметь светло-серую или белую интерференционную окраску.
Заболачивание территории начинается тогда, когда уровень грунтовых вод достигает поверхности земли. При этом различаются верховые, переходные и низинные болота.
1) Показатели первой группы: положение и площадь зоны распространения процессов.
2) Показатели второй группы: площадной коэффициент пораженности.
3) Показатели третьей группы для подтопления:
а) скорость подъема уровня за единицу времени;
б) величина приращения подтопляемой площади с определенным уровнем грунтовых вод за единицу времени.
3) Показатели третьей группы для заболачивания: величина приращения площади, пораженной процессом за год (скорость заболачивания).
4) Показатели третьей группы для засоления:
а) величина нарастания концентрации солей за определенный промежуток времени;
б) величина приращения площади, пораженной процессом, за год.
1) Показатели первой группы: положение и площадь зоны распространения процессов.
2) Показатели второй группы: площадной коэффициент пораженности.
3) Показатели третьей группы для подтопления:
а) скорость подъема уровня за единицу времени;
б) величина приращения подтопляемой площади с определенным уровнем грунтовых вод за единицу времени.
3) Показатели третьей группы для заболачивания: величина приращения площади, пораженной процессом за год (скорость заболачивания).
4) Показатели третьей группы для засоления:
а) величина нарастания концентрации солей за определенный промежуток времени;
б) величина приращения площади, пораженной процессом, за год.
Предлагаемая ниже классификация ЭГП разработана А.И.Шеко. Она построена с учетом системного подхода к изучению ЭГП и является наиболее полной. Иерархическая лестница может быть продолжена дальше вниз. В необходимых случаях могут быть выделены разновидности ЭГП.
В группы объединяются процессы по признаку обязательного и достаточного условия, без которого невозможно развитие экзогенных геологических процессов данной генетической группы. Например, без скопления поверхностных вод невозможно развитие таких процессов как, абразия, вдольбереговое перемещение наносов, эрозия и др.; а для развития оползня обязательным является наличие склона, т.е. энергия рельефа.
Все многообразие ЭГП объединено в семь групп, обусловленных:
1) климатическими и биологическими факторами;
2) энергией рельефа (силой тяжести);
3) поверхностными водами;
4) подземными водами;
5) действием ветра;
6) промерзанием и оттаиванием горных пород;
7) выработкой подземного пространства.
Классы выделяются по механизму воздействия основных агентов (условий); типы – по основным формам проявления ЭГП, а генетические виды отражают специфические особенности проявления процессов.
В группы объединяются процессы по признаку обязательного и достаточного условия, без которого невозможно развитие экзогенных геологических процессов данной генетической группы. Например, без скопления поверхностных вод невозможно развитие таких процессов как, абразия, вдольбереговое перемещение наносов, эрозия и др.; а для развития оползня обязательным является наличие склона, т.е. энергия рельефа.
Все многообразие ЭГП объединено в семь групп, обусловленных:
1) климатическими и биологическими факторами;
2) энергией рельефа (силой тяжести);
3) поверхностными водами;
4) подземными водами;
5) действием ветра;
6) промерзанием и оттаиванием горных пород;
7) выработкой подземного пространства.
Классы выделяются по механизму воздействия основных агентов (условий); типы – по основным формам проявления ЭГП, а генетические виды отражают специфические особенности проявления процессов.
Под экзогенными геологическими процессами понимается многообразие геологических процессов, которые происходят в приповерхностных частях литосферы, преимущественно под воздействием внешних факторов [1].
Процесс - (от лат. processus – продвижение):
1) последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь;
2) совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата [2].
Понятие система:
1) представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов;
2) система образует особое единство с окружающей средой, граница между ними условна и в зависимости от решаемой задачи она может передвигаться;
3) любой исследуемый объект представляет собой элемент системы более высокого порядка; в свою очередь, этот объект может рассматриваться как система, состоящая из элементов [1].
Под факторами понимаются любые обстоятельства и условия, которые оказывают влияние на развитие ЭГП и рассматриваются как компоненты системы [1]. Все факторы, обуславливающие развитие ЭГП могут быть подразделены на три группы:
1) постоянные (неизменяющиеся), которые на время прогноза можно принять неизменными. Факторы этой группы определяют генетические особенности и интенсивность проявления ЭГП;
2) медленноизменяющиеся можно подразделять на основные или независимые, хотя их независимость весьма условна; производные. Факторы этой группы определяют общую тенденцию развития ЭГП;
3) быстроизменяющиеся также подразделяются: на независимые или основ-
ные. Эти факторы определяют режим активизации (развития) ЭГП, но действие их происходит через производные факторы.
Подробная классификация факторов, обуславливающих развитие ЭГП
Процесс - (от лат. processus – продвижение):
1) последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь;
2) совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата [2].
Понятие система:
1) представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных элементов;
2) система образует особое единство с окружающей средой, граница между ними условна и в зависимости от решаемой задачи она может передвигаться;
3) любой исследуемый объект представляет собой элемент системы более высокого порядка; в свою очередь, этот объект может рассматриваться как система, состоящая из элементов [1].
Под факторами понимаются любые обстоятельства и условия, которые оказывают влияние на развитие ЭГП и рассматриваются как компоненты системы [1]. Все факторы, обуславливающие развитие ЭГП могут быть подразделены на три группы:
1) постоянные (неизменяющиеся), которые на время прогноза можно принять неизменными. Факторы этой группы определяют генетические особенности и интенсивность проявления ЭГП;
2) медленноизменяющиеся можно подразделять на основные или независимые, хотя их независимость весьма условна; производные. Факторы этой группы определяют общую тенденцию развития ЭГП;
3) быстроизменяющиеся также подразделяются: на независимые или основ-
ные. Эти факторы определяют режим активизации (развития) ЭГП, но действие их происходит через производные факторы.
Подробная классификация факторов, обуславливающих развитие ЭГП
В настоящее время в инженерной геологии важное значение приобретает выбор стратегии борьбы с природными и природно-техногенными опасными экзогенными процессами. От ликвидации последствий приоритеты смещаются к разработке методов прогноза и предупреждения экзогенных геологических процессов. Для реализации этой стратегии необходимо нацелить студентов, обучающихся по специальности 01.14.00 «инженерная геология и гидрогеология» на изучении механизмов развития и энергетики экзогенных процессов; влияния различных природных факторов на их образование; развитие навыков разработки методов и методик прогнозирования, моделирования; оценки риска от отдельных процессов и интегральной оценки суммарной опасности от нескольких процессов.
Перечисленные задачи являются основой настоящего методического руководства. В нем изложены краткие обобщенные сведения о каждом экзогенном процессе. Эти сведения содержат: определение процесса и связанных с ним явлений и образований, механизм их развития, характеристику основных морфологических элементов, количественные критерии, позволяющие оценить степень и динамику развития экзогенных геологических процессов. Проблеме параметризации экзогенных природных процессов посвящен отдельный раздел.
Кроме того, в методическом руководстве приведены классификации природных и природно-техногенных геологических процессов и факторов, обуславливающих их возникновение и развитие.
Настоящее руководство рекомендуется для студентов специальности 01.14.00 «инженерная геология и гидрогеология» с целью изучения теоретических основ и практических занятий курса «Инженерная геодинамика». Кроме того, оно полезно для практических занятий по курсу «Инженерно-геологические расчеты, прогнозы и моделирование» при составлении списка факторов, определяющих развитие экзогенных геологических процессов, явлений и образований, выбора прогнозной величины; оценки степени пораженности территории отдельными процессами др.
Перечисленные задачи являются основой настоящего методического руководства. В нем изложены краткие обобщенные сведения о каждом экзогенном процессе. Эти сведения содержат: определение процесса и связанных с ним явлений и образований, механизм их развития, характеристику основных морфологических элементов, количественные критерии, позволяющие оценить степень и динамику развития экзогенных геологических процессов. Проблеме параметризации экзогенных природных процессов посвящен отдельный раздел.
Кроме того, в методическом руководстве приведены классификации природных и природно-техногенных геологических процессов и факторов, обуславливающих их возникновение и развитие.
Настоящее руководство рекомендуется для студентов специальности 01.14.00 «инженерная геология и гидрогеология» с целью изучения теоретических основ и практических занятий курса «Инженерная геодинамика». Кроме того, оно полезно для практических занятий по курсу «Инженерно-геологические расчеты, прогнозы и моделирование» при составлении списка факторов, определяющих развитие экзогенных геологических процессов, явлений и образований, выбора прогнозной величины; оценки степени пораженности территории отдельными процессами др.
Помимо опубликования результаты научно-исследовательской работы могут быть представлены на конгрессах, совещаниях, конференциях, коллоквиумах, школах и т.п. Все эти виды научных собраний могут иметь международный, национальный или региональный статус. Они могут быть общенаучными (общегеологическими, общегеографическими, общеэкологическими) или тематическими. Также они бывают периодическими, непериодическими и однократными.
Приглашение к участию в конференции рассылается ее оргкомитетом отдельным специалистам или в научные учреждения. В последнее время исследователь сам может выбрать научное собрание для представления результатов исследования через Internet.
Результаты проведенных исследований представляются на научных собраниях в виде докладов и тезисов (реже – в виде отдельно издаваемых материалов, т.е. сборников статей). Большинство сборников тезисов относятся к научным изданиям категории C, но в ряде случаев – к категориям A или B. Например, тезисы ежегодной конференции Американского геологического общества (GSA) являются изданием категории A.
Приглашение к участию в конференции рассылается ее оргкомитетом отдельным специалистам или в научные учреждения. В последнее время исследователь сам может выбрать научное собрание для представления результатов исследования через Internet.
Результаты проведенных исследований представляются на научных собраниях в виде докладов и тезисов (реже – в виде отдельно издаваемых материалов, т.е. сборников статей). Большинство сборников тезисов относятся к научным изданиям категории C, но в ряде случаев – к категориям A или B. Например, тезисы ежегодной конференции Американского геологического общества (GSA) являются изданием категории A.
Исследователь свободен в выборе формы (в т.ч. объема) публикации для представления результатов своих исследований. Однако сама такая публикация является обязательным условием научно-исследовательской деятельности и должна охватывать все новые идеи, предлагаемые автором. По результатам одного исследования может быть опубликовано несколько работ или, наоборот, одна работа может содержать результаты нескольких исследований. Любая публикация должна быть только оригинальной, т.е., например, недопустимо включение фрагментов текста из других работ. Автор несет полную ответственность за свою публикацию.
Несмотря на то, что вариантов содержания научной публикации существует большое количество, можно предложить некоторый общий (но необязательный!) план ее организации.
Название публикации должно быть кратким, четким, но полностью отражающим ее содержание. После названия должны быть указаны все авторы в порядке, отражающем степень их вовлеченности в научное исследование, а также их контактные адреса (рабочий, для переписки, электронная почта). Также следует указать контактное лицо из числа авторов.
Несмотря на то, что вариантов содержания научной публикации существует большое количество, можно предложить некоторый общий (но необязательный!) план ее организации.
Название публикации должно быть кратким, четким, но полностью отражающим ее содержание. После названия должны быть указаны все авторы в порядке, отражающем степень их вовлеченности в научное исследование, а также их контактные адреса (рабочий, для переписки, электронная почта). Также следует указать контактное лицо из числа авторов.
Основными стимулами опубликования результатов исследования являются их фиксация и доведение до научной общественности. Они могут содержать:
- принципиально новые научные знания;
- обзор научных идей, в т. ч. с их систематизацией;
- комментарии к другой публикации;
- дополнения к ранее опубликованной работе;
- ранее опубликованные сведения при необходимости их изменения;
- конкретизацию ранее опубликованных результатов исследования;
- иллюстрацию ранее опубликованных результатов исследования;
- принципиально новые научные знания;
- обзор научных идей, в т. ч. с их систематизацией;
- комментарии к другой публикации;
- дополнения к ранее опубликованной работе;
- ранее опубликованные сведения при необходимости их изменения;
- конкретизацию ранее опубликованных результатов исследования;
- иллюстрацию ранее опубликованных результатов исследования;