Контрольная работа Лит. Листов гр. З-17Стр(ба)пгс(у)-1 Содержание 1Структура минералов



Скачать 321.49 Kb.
страница5/6
Дата29.09.2018
Размер321.49 Kb.
ТипКонтрольная работа
1   2   3   4   5   6

3 Межпластовые подземные воды


Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными слоями, изолированы от атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод водонепроницаемой кровлей, в силу чего обладают наибольшей санитарной надежностью. В зависимости от условий залегания они могут быть напорными (артезианскими) или безнапорными. Их отличительная особенность — залегание ниже одного, двух или нескольких слоев водоупорных пород и отсутствие питания с поверхности непосредственно над ними. В каждом межпластовом водоносном горизонте различают область питания, где горизонт выходит на поверхность, область напора и область разгрузки, где вода изливается на поверхность земли или дно реки, озера в виде восходящих ключей. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины. Качество воды скважины во многом определяется ее расстоянием от границы области питания.

Санитарные достоинства глубоких подземных вод очень велики: они редко требуют дополнительного улучшения качества, обладают сравнительно устойчивым химическим составом и природной чистотой в бактериальном отношении, характеризуются высокой прозрачностью, бесцветностью, отсутствием взвешенных веществ и приятны на вкус.

Химический состав подземных вод формируется под влиянием химического (растворение, выщелачивание, сорбция, ионный обмен, образование осадка) и физикохимического (перенос веществ фильтрующих пород, смешение, поглощение и выделение газов) процессов. В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Недостатком их часто является высокое солесодержание и, в ряде случаев повышенное содержание аммиака, сероводорода и ряда минеральных веществ – фтора, бора, брома, стронция и др. Наибольшее значение для хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют фтор, железо, соли жесткости (сульфаты, карбонаты и бикарбонаты магния и кальция). Реже встречаются бром, бор, бериллий, селен, стронций.

Характерной особенностью межпластовых вод является отсутствие в них растворенного кислорода. Тем не менее микробиологические процессы оказывают существенное влияние на их состав. Серобактерии окисляют сероводород и серу до серной кислоты, железобактерии образуют конкреции железа и марганца, которые частично растворяются в воде; некоторые виды бактерий способны восстанавливать нитраты с образованием азота и аммиака. Химический солевой состав различных горизонтов подземных вод колеблется, их минерализация достигает иногда высоких пределов, и тогда они непригодны для водоснабжения населенных мест.

Чем дальше отстоит место водозабора (буровая скважина) от границы зоны питания или разгрузки и чем лучше защита от проникновения вышележащих вод, тем характернее и постояннее химический состав межпластовых вод. Постоянство солевого состава воды — важнейший признак санитарной надежности водоносного горизонта. На формирование состава подземных вод оказывают большое влияние естественные и искусственные факторы. Изменения в солевом составе воды глубоководной артезианской скважины должны рассматриваться как признак санитарного неблагополучия. Причиной таких изменений может быть:

а) поступление воды из вышележащего горизонта, в частности грунтовых вод, при недостаточной плотности изолирующего слоя, затекании вдоль стенок скважины, через заброшенные колодцы, при разработке карьеров, при нерациональной эксплуатации горизонта, отборе воды, превышающем его водообильность, сопровождающееся изменением минерализации;

б) фильтрация речной воды через промоины в водоупорном ложе русла;

в) загрязнение через устье скважины.

В некоторых случаях возможно и бактериальное загрязнение воды. Одной из причин загрязнения подземных вод являются промышленные сточные воды, которые инфильтрируются из накопителей, хвосто- и шламохранилищ, золоотвалов и т.п. в случае неудовлетворительной их гидроизоляции. Инфильтрация промышленных загрязнений наблюдается и с полей фильтрации, которые до недавнего времени использовались для обезвреживания промышленных сточных вод. Проникновению сточных вод через водоупорные горизонты способствуют поверхностно-активные вещества, присутствующие в большинстве промышленных сточных вод.

При эксплуатации скважины в определенной части водоносного горизонта в результате присасывающего действия водоподъемных устройств развивается зона пониженного давления воды. Степень понижения зависит от мощности водоподъемника, высоты давления в горизонте до его эксплуатации и водообильности горизонта. Наибольшего значения понижение давления достигает вокруг скважины, постепенно снижаясь по мере удаления от нее. Объем водоносной породы, на котором сказывается присасывающее влияние водоподъемника при его работе, получил вследствие характерной формы название «воронка депрессии». Наличие и размеры воронки депрессии изменяют гидрогеологические условия в водоносном горизонте, снижая его санитарную надежность, так как появляется возможность притока воды из выше- и нижележащих водоносных горизонтов через трещины и гидравлические окна в разделяющих их водоупорных пластах.

Территория на поверхности земли, соответствующая границе воронки депрессии, в наибольшей мере может служить источником загрязнения подземных вод, что учитывается при организации зон санитарной охраны водоисточника.

Межпластовые воды вследствие защищенности от поверхностного загрязнения, постоянства состава и достаточно большого дебита высоко оцениваются с санитарной точки зрения и при выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют преимущество перед другими водоисточниками. Весьма часто межпластовые воды могут использоваться для питьевых целей без предварительной обработки. Единственным принципиальным ограничением выбора их в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения является недостаточная водообильность горизонта по сравнению с намечаемой мощностью водопровода.


4 Мёрзлые грунты
Мерзлыми называются грунты с отрицательной температурой, в которых часть поровой воды находится в замерзшем состоянии (в виде кристаллов льда). Мерзлые грунты являются четырехкомпонентными системами, в которых кроме твердой, жидкой и газообразной фаз существует лед.

Если неминерализованная вода замерзает при 0 °С, то грунт при такой температуре замерзает только при наличии в них свободной неминерализованной воды, поскольку связанная вода в виде тонких пленок и минерализованная вода замерзает при более низкой температуре.

Поверхностный слой грунта, промерзающий зимой и оттаивающий летом, называют деятельным слоем, или слоем сезонного промерзания и оттаивания, поскольку в нем происходят интенсивные процессы, связанные с промерзанием и оттаиванием грунта.

Основная особенность мерзлых грунтов — их высокая несущая способность, которую они резко теряют при оттаивании. Оттаивание верхнего слоя вечной мерзлоты может стать причиной деформации сооружения и даже его разрушения.

В районах вечной мерзлоты опасное качество приобретают пучинистые грунты, которые смерзаются с фундаментами и могут подвергать их выпучиванию. В условиях вечной мерзлоты особое значение приобретает правильный выбор участка под строительство. Наиболее пригодны площадки с сухими непучинистыми грунтами, не подверженные образованию провалов и наледей.

Мерзлые грунты по их состоянию подразделяются на: твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые.

К твердомерзлым относят грунты, характеризуемые относительно хрупким разрушением и практической несжимаемостью под нагрузкой. Под действием нагрузок от сооружений такие фунты практически не сжимаются (модуль деформации Е > 100 МПа), так как сцементированы льдом.

К твердомерзлым относятся крупнообломочные грунты с суммарной влажностью ωtot > 0,03, а также песчаные и глинистые, если их температура ниже значений, приведенных в табл.1, при которых грунт переходит из пластичного в твердомерзлое состояние.


Таблица 1. Температура перехода грунта из пластичного в твердомерзлое состояние.



Наименование грунта

Температура, T°С

Крупнообломочный

0

Песок:

крупный и средней крупности

мелкий и нылеватый


0,1

0,3


Супесь

0,6

Суглинок

1,0

Глина

1,5

Пластичномерзлыми являются грунты, сцементированные льдом, но имеющие вязкие свойства и характеризуемые сжимаемостью под нагрузкой. К ним относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты с температурой, вышеуказанной в табл. 5.8. Они характеризуются достаточной сжимаемостью (Е < 100 МПа) и вязкими свойствами.

Сыпучемерзлые — это крупнообломочные, гравелистые и песчаные грунты, имеющие отрицательную температуру, но не сцементированные льдом вследствие малой их влажности. Суммарная влажность таких грунтов ωtot≤ 0,03. Их свойства практически не изменяются под влиянием температуры и близки к свойствам тех же грунтов в немерзлом состоянии.

В связи с тем, что мерзлые грунты состоят из твердой минеральной части, пор, льда и незамерзающей воды, то дополнительно к характеристикам талых грунтов для мерзлых определяются:



  • суммарная влажность мерзлого грунта ωtot, которая слагается из влажности, обусловленной включениями льда ωi, и влажности между включениями льда ωm. Суммарную влажность выражают в долях единицы и определяют отношением массы всех видов содержащихся в нем воды и льда (в прослойках и порах) к массе скелета грунта. Суммарная влажность определяется по формуле: ωtot = ωi + ωm;

  • льдистость мерзлого грунта Ii— это отношение содержащихся в нем объема льда к объему мерзлого грунта (с включением льда) и определяется по формуле:

https://studfiles.net/html/2706/346/html_qkjlc1nlli.mlpp/img-yq_qar.png

где ρi— плотность льда, принимается равной 0,9 г/см3.

Н.А. Цытович (1973) мерзлые грунты по льдистости подразделяет на три категории: сильнольдистые, слабольдистые и льдистые.

К сильнольдистым (льдистость более 50%) относятся суглинки и глины, переходящие при оттаивании в текучее, текучепластичное или мягко-пластичное состояние. Сильнольдистые грунты обладают малой несущей способностью в оттаявшем состоянии и большой сжимаемостью.

Слабольдистые (льдистостью менее 25%) суглинки и глины приобретают обычно тугопластичную или полутвердую консистенцию и обладают малой сжимаемостью.

Льдистые (льдистость 25—50%) грунты имеют свойства промежуточные между двумя выше приведенными категориями.

Количество незамерзшей воды в мерзлых грунтах ωω, если отсутствуют опытные данные, допускается ориентировочно определять по формуле СниПа:

https://studfiles.net/html/2706/346/html_qkjlc1nlli.mlpp/img-fjci2g.png

где кω — коэффициент, зависящий от числа пластичности Jp и температуры грунта (табл.2); ωр — влажность грунта на границе раскатывания.

Таблица 2. Значения коэффициента kω


Грунты

Число пластичности Jp

Температура грунта, °С

-0,3

-0,5

-1

-3

-5

-10

Пески и супеси

Jp≤ 0,02

0

0

0

0

0

0

Супеси

0,02

0,6

0,50

0,40

0,33

0,28

0,25

Суглинки

0,07

0,7

0,65

0,60

0,48

0,43

0,40

Суглинки

0,13

*

0,75

0,65

0,53

0,48

0,45

Глины

Jp>0,17

*

0,95

0,90

0,63

0,58

0,55

* Примечание. Вся вода в порах грунта не замерзает.

Мерзлые грунты, как и глины, характеризуются не только вещественным составом, но и определенным строением, т.е. размером, формой, характером пространственного взаиморасположения составных частей. Для мерзлых грунтов различают следующие основные текстуры: слитную, слоистую и ячеистую. https://studfiles.net/html/2706/346/html_qkjlc1nlli.mlpp/img-sbha3e.png

Рис 1. Основные виды текстуры мерзлых грунтов: а — слитная (массивная); б — слоистая; в — ячеистая (сетчатая)


  • Слитная (массивная) текстура (рис. 1,а) характеризуется отсутствием видимых невооруженным глазом ледяных тел (линз, прослоек и т.д.) в грунте. Грунты слитной текстуры в мерзлом состоянии обладают, как правило, высокой прочностью, а при оттаивании их прочностные свойства снижаются в меньшей степени, чем у грунтов со слоистой или ячеистой текстурами.

  • Слоистая текстура (см. рис.1,б) возникает при одностороннем, медленном промерзании преимущественно глинистых грунтов, обладающих высокой влажностью. Грунты со слоистой текстурой обладают достаточно высокой прочностью, но при оттаивании их прочностные показатели резко падают.

  • Ячеистая (сетчатая) текстура (рис.1,в) возникает в тех случаях, когда ледяные тела различного размера, формы и ориентировки образуют более или менее непрерывную сетку или решетку.

Относительное сжатие определяют путем испытания грунта в компрессионном приборе и рассматривают по формуле:

https://studfiles.net/html/2706/346/html_qkjlc1nlli.mlpp/img-vifuby.png

где hƒ и hth — высота образца, находящегося в мерзлом и талом состояниях при неизменном давлении.

При оценке механических свойств расчетное сопротивление сжатию (σсж) засоленных мерзлых грунтов принимают по табл.3, а сцепление (с) мерзлых грунтов ненарушенной структуры дано в табл.4.
Таблица 3. Расчетные сопротивления сжатию засоленных мерзлых грунтов σсж> МПа


Грунт

Засоленность грунта J

Температура грунта, °С

-1

-2

-3

-4

Песок:

пылеватый

мелкий и средний


0,05

0,10


0,30

0,50


0,10

0,20


0,50

0,75


0,60

0,30


-

-

0,80



0,40

-

-



1,30

0,50


0,25

0,15


1,20

0,80


0,40

-


1,60

0,90


0,55

0,20


1,40

1,10


0,60

0,35


1,80

1,30


0,65

0,30


1,70

1,40


0,80

0,45


Супесь

0,20

0,50


0,75

0,50

-

-



0,75

0,40


-

1,30

0,70


0,20

1,5

0,9


0,3

Суглинок

0,50

0,20


1,00

0,45

0,25


0,15

0,65

0,35


0,22

1,20

0,65


0,30

1,20

0,95


0,50

Глина

0,25

0,50


1,00

0,45

0,25


0,15

0,65

0,35


0,22

1,10

0,65


0,30

1,20

0,95


0,50

Таблица 4. Сцепление мерзлых грунтов ненарушенной структуры при мгновенном см и длительном сд действии нагрузки, МПа



Грунт

Влажность,ω

Температура грунта, -°С

0,3-0,4

1,1-1,2

4,0-4,2

Величина сцепления при

см

сд

см

сд

см

сд

Песок

0,24

1,4

0,22

1,6

0,25

1,9

0,4

Песок пылеватый

0,23

1,1

0,21

1,4

0,27

2

0,4

Супесь

0,28-0,34

0,40-0,45

0,09-0,10

0,73

0,16

0,8-1,15

0,28-0,32

Суглинок

0,36

0,43

0,06

0,7

0,1

1,2

-

Глина ленточная плотная

0,30-0,40

0,57

0,18

-

0,26

0,16

0,42

4.1 Классификации подземных вод


Подземные воды классифицируют по происхождению, физическому состоянию, а также по характеру вмещающих их грунтов, гидравлическим условиям, температуре, минерализации и химическому составу, характеру залегания.

По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяют на поровые, залегающие в рыхлых пористых грунтах; пластовые, залегающие в пластах осадочных горных пород; трещинные, залегающие в плотных, но трещиноватых осадочных, магматических и метаморфических горных породах; трещинно-жильные, залегающие в отдельных тектонических трещинах.

По гидравлическим условиям подземные воды подразделяют на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).

По температуре подземные воды делятся на исключительно холодные (ниже 0 °С), весьма холодные (4–20 °С), теплые (20–37 °С), горячие (37–42 °С), весьма горячие (42–100°С), исключительно горячие (более 100 °С). К так называемым термальным водам относят воды температурой более 20 °С. Если такие воды имеют лечебное значение (обычно это воды и специфического химического состава), их называют термами. Они встречаются, например, на Кавказе и на Камчатке.

По минерализации подземные воды, как и все природные воды, делят на пресные (до 1 ‰), солоноватые (1–25 ‰), соленые (25–50 ‰) и рассолы(более 50 ‰). Состав пресных подземных вод часто близок к составу связанных с ними поверхностных вод (преобладают ионы НСО3-, Са2+; или НСО3-, SO42-, Са2+; реже SO42-, НСО3-, Са2+). Солоноватые подземные воды могут относиться к любому классу. В них преобладают катионы Са2+, Na+, Mg2+. Соленые подземные воды и рассолы могут быть связаны с современными или древними морскими бассейнами, а также образоваться при выщелачивании легкорастворимых солей NaCl, КС1, СаС12 и др. Преобладают ионы Cl-, Na+ и Са2+.

Подземные воды, оказывающие бальнеологическое воздействие на организм человека, называют минеральными. Они подразделяются на углекислые (например, северокавказские минеральные воды – боржоми, нарзан); сульфидные, или сероводородные (например, воды Мацесты); железистые и мышьяковистые (минеральные воды Кавказа, Закарпатья, Урала и др.), а также бромистые и йодистые воды, воды с большим содержанием органических веществ (воды в районе Трускавца); родоновые воды (Пятигорск, Цхалтубо) и др.

Наиболее важна в научном и практическом отношении классификация подземных вод по характеру залегания, использующая и некоторые другие классификации.

Подземные воды на Земле, находящиеся в жидком состоянии, могут быть прежде всего подразделены на две большие группы: подземные воды суши и подземные воды под океанами и морями. До настоящего времени гидрогеология занималась по существу лишь подземными водами суши. Подземные воды под океанами и морями изучены еще очень слабо.

Подземные воды суши можно подразделить на подземные воды зоны аэрации и зоны насыщения. Зона аэрации охватывает верхние, не насыщенные водой слои грунтов, включая почву от дневной поверхности до уровня грунтовых вод. Через эту зону осуществляется связь подземных вод с атмосферой. Зона насыщения характеризуется тем, что поры и пустоты в ее пределах полностью заполнены (насыщены) жидкой водой. Сверху эта зона ограничена зоной аэрации или зоной многолетнемерзлых грунтов, снизу – глубиной критических температур, при которых существование жидкой воды невозможно. В зоне насыщения на континентах находятся подземные воды трех типов –безнапорные грунтовые, напорные артезианские иглубинные.

Под океанами и морями зона аэрации отсутствует, а в зоне насыщения присутствуют напорные воды, гидравлически как связанные с подземными водами континентов, так и не связанные с ними.



Воды зоны аэрации и грунтовые воды имеют свободную связь с атмосферой и формируются под непосредственным влиянием физико-географических условий. Грунтовые воды, кроме того, связаны с поверхностными водами (реками, озерами и другими) и играют поэтому важную роль в питании этих водных объектов. Подземные воды участвуют в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам: грунтовые воды ↔ зона аэрации ↔ атмосфера и грунтовые воды ↔поверхностные воды.

5 Диагенез


Диагенез(от греч. dia приставка, означающая здесь завершённость действия, и ...генез (См. …генез))

Совокупность природных процессов преобразования рыхлых осадков на дне водных бассейнов в осадочные горные породы в условиях верхней зоны земной коры. Понятие Д. введено в науку немецким геологом В. Гюмбелем (1888), который вкладывал в него всю совокупность изменений осадка от первоначального его вида вплоть до превращения в метаморфические горные породы. Позднее (немецким геологом Й. Вальтером, советским геологом А. Е. Ферсманом и др.) понятие «диагенез» было сужено. Под диагенезом понимается только преобразование осадка в собственно осадочную породу. Более поздние превращения осадочной породы относятся к стадиям Катагенеза и Метагенеза. Д. мыслится при этом как этап физико-химического уравновешивания осадка, представляющего собой первоначально неравновесную физико-химическую систему, резко обводнённую и богатую органическим веществом как живым (бактерии), так и мёртвым. На самом раннем этапе процесса уравновешивания организмы поглощают свободный кислород иловой воды, после чего начинается редукция окислов Fe3+, Mn4+, V5+ и др., а также SO42-. Среда из окислительной превращается в восстановительную. Имеющиеся в осадке твёрдые биогенные фазы SiO2, СаСО3, MgCO3, SrCO3 и др. веществ, длительно соприкасавшихся с ненасыщенной ими водой, постепенно растворяются до стадии полного насыщения растворов. Одновременно между катионами, находящимися в поглощённом состоянии на мицеллах глинистых минералов, и катионами иловой воды происходит обмен. Органическое вещество, разлагаясь, частично переходит в газы (CO2, NH3, H2S, N2, СН4), воднорастворимые соединения, накапливающиеся в воде, а также в более устойчивые соединения, сохраняющиеся в твёрдой фазе осадка. В итоге этих процессов водный раствор, пропитывающий осадок, особенно глинистый, меняет свой состав. Количество сульфатов в водном растворе резко уменьшается, повышается щёлочность и происходит обогащение Fe2+, Mn2+, SiO2 и органическим веществом. Вместо O2 накапливаются H2S, CH4, CO2, NH3, Н2 и др. Т. о. возникает геохимический мир, резко отличный от геохимического мира над донной воды. Формирование специфических иловых растворов сопровождается двумя процессами. Первый заключается в обмене веществ между над донной водой и иловым раствором. При этом исчезающие из осадкав ходе Д. O2 и SO42интенсивно диффундируют в иловый раствор из над донной воды и поглощаются илом, а газы (CО2, NH3 и др.), накопившиеся в илах, вместе с Fe2+, Mn2+, SiO2, CaCO3 и др. компонентами медленно диффундируют в над донную воду. Обмен веществ захватывает осадок на глубину 2—4 м. В результате второго процесса, протекающего только в илах, происходит осаждение из иловой воды тех комбинаций ионов, которые пересыщают её. Образуются Аутигенные минералы — глауконит, фосфориты, сидерит, родохрозит, сульфиды Fe, Pb,n, Cu, вивианит, цеолиты и др. Различают два этапа диагенетического минералообразования: окислительный, приуроченный к самой верхней плёнке осадка, ещё содержащей свободный O2, и восстановительный, охватывающий более глубокие слои, лишённые O2, и характеризующийся редукционными процессами.

Образованием диагенетических минералов, однако, процесс уравновешивания в осадках не заканчивается. Пестрота физико-химической обстановки (по pH, Eh концентрации ионов) в разных частях осадка диагенетических минераловосадок теряет свободную воду и несколько уплотняется вначале локально и пятнами, а затем на более поздних стадиях — катагенеза и метагенеза — происходит его сплошное уплотнение.

К главным изменениям осадков при диагенезе могут быть отнесены:

Обезвоживание и уплотнение, возникающие под давлением накопившихся новых слоев осадка.

Цементация, происходящая из-за наличия различных химических соединений, заполняющих поры и пустоты и цементирующих частицы осадка. Цементирующими веществами чаще всего являются кремнезём, оксиды железа, карбонаты и другие, что в ряде случаев находит отражение в названиях горных пород, например железистый песчаник, известковистый песчаник и т. п.

Кристаллизация и перекристаллизация, особенно проявляющиеся в мелкозернистых и иловых хемогенных и органогенных осадках, состоящих из легко растворимых минералов. Это может приводить к переходу опала в халцедон, а затем кварц. Из аморфных гелей образуются кристаллические формы глинистых и других минералов. Очень быстрая кристаллизация характерна для органической основы коралловых рифов, преобразующейся в кристаллические известняки.

Образование конкреций. В процессе диагенеза формируются различные новообразования, отличающиеся друг от друга по составу и форме нахождения. Некоторые из них бывают рассеяны по всей толще осадка, например глауконит, пирит, сидерит и другие минералы. Но часто новообразования концентрируются вокруг каких-либо центров и образуют конкреции шаровидной, почковидной, лапчатой, вытянутой формы. Размеры их от нескольких миллиметров до больших конкреционных линз, протягивающихся на несколько метров. При значительной концентрации фосфорных, железистых и других конкреций они становятся объектом промышленных разработок.

Всю совокупность сложных процессов образования осадков (седиментогенез) и осадочных горных пород (диагенез) Н.М. Страхов предложил называть литогенезом (греч. "литос" - камень), являющимся объектом изучения науки "литология".

Приводит к перераспределению вновь возникших диагенетических минералов. Образуются их стяжения: пятна, линзы, конкреции, пластообразные тела и др. Этот более поздний этап Д. получил название этапа перераспределения вещества. Он имеет большое значение в формировании рудных месторождений многих элементов: Р, Mn, Pb, Cu, Zn и др. Одновременно с формированием.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница