Что такое геологический объект

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ И ИХ СВОЙСТВА

Поротов Г.С.

П595. Математические методы моделирования в геологии: Учебник / Г.С.Поротов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2006. 223 с. + вклейка.

ББК 26.386

Введение

При геологических исследованиях быстрыми темпами накапливается большое количество геологической информации: результаты геологической документации буровых скважин, горных выработок и естественных обнажений, спектральных и химических анализов руд, горных пород и минералов, данные геофизических и геохимических измерений и др. Одно из важнейших направлений научно-технического прогресса в геологии состоит в широком внедрении автоматизированных методов накопления, хранения, обработки и передачи геологической информации с целью повышения эффективности геологических исследований.

Научно-техническая революция в области информатики и вычислительной техники обусловила широкое внедрение в геологическую отрасль компьютеров и современных методов обработки геологической информации. Успешное использование математических методов и компьютеров невозможно без повышения уровня математического образования. Предлагаемый учебник в какой-то мере восполняет этот пробел. Читатель сможет получить представление о принципах и особенностях математического моделирования геологических объектов и явлений, овладеть основными методами математической, преимущественно статистической, обработки геологической информации и научиться применять их для решения геологических задач.

К настоящему времени накоплен большой опыт использования математических методов в геологии. Первые упоминания о применении статистических методов в геологии относятся к началу ХIХ в. Так, Ч.Ляйель в 30-х годах ХIХ в. использовал статистическое соотношение распространенности раковин моллюсков для стратиграфического расчленения разрезов. В начале ХХ в. Д.В.На­ливкин применил статистику для описания изменчивости свойств ископаемых организмов.

В конце XIX – начале XX в. с помощью статистических методов изучали распространение химических элементов в земной коре, что нашло отражение в работах Ф.В.Кларка, В.И.Вернадского, А.Е.Ферсмана, А.П.Виноградова.

В начале ХХ в. С.Ю.Доборжинский, В.И.Бауман и П.К.Со­болевский заложили основы горной геометрии для математического моделирования тел полезных ископаемых. В дальнейшем это направление получило развитие в работах П.А.Рыжова, Н.И.Ушакова, З.Д.Низгурецкого, В.А.Букринского и других исследователей.

В первой половине ХХ в. П.Н.Чирвинский, П.Ниггли, Ф.Ю.Ле­винсон-Лессинг, Г.Розенбуш, А.Н.Заварицкий и другие исследователи на основе статистической обработки минерального и химического состава разработали классификацию магматических горных пород.

Статистика была использована для изучения изменчивости оруденения (В.В.Котульский, Н.К.Разумовский, Л.И.Шаманский, Д.А.Родионов), для решения вопросов опробования (Н.В.Барышев, П.Жи), для обоснования плотности разведочной сети (В.Г.Со­ловьев, Д.А.Зенков, П.Л.Каллистов), для оценки точности подсчета запасов (А.М.Журавский, К.Л.Пожарицкий, Л.И.Шаманский, Д.А.Ка–заковский).

Большое значение имеют работы по изучению пространственных переменных на месторождениях полезных ископаемых. Они привели к созданию теории геостатистики, основы которой были заложены Д.П.Криге и Ж.Матероном и получили развитие в трудах А.Карлье, М.Давида, В.И.Щеглова и Ю.Е.Капутина.

Применение математических методов при построении структурных и фациальных карт отражено в работах У.Крамбейна, Ф.Грейбилла, Р.Миллера, Д.Кана, Н.Н.Боровко. Статистические методы обработки геологической информации освещены в исследованиях И.П.Шарапова, А.Б.Вистелиуса, Д.Н.Родионова, В.В.Бонда–ренко, Дж.С.Дэвиса и многих других.

При математической обработке геологической информации часто возникает необходимость формализации (однозначного определения) геологических понятий. Большой вклад в эту проблему внесли Ю.А.Воронин и Ю.А.Косыгин.

Д.А.Родионов, Р.И.Коган, В.А.Голубева и другие выпустили краткий справочник по математическим методам в геологии [15]. Имеются учебники А.Б.Каждана, О.И.Гуськова и А.А.Шиманского [8] и внутривузовские учебные пособия по математическим методам в геологии Г.С.Поротова и Ю.Г.Шестакова.

В применении математических методов в геологии можно условно выделить четыре периода. Первый охватывает отрезок времени с начала ХIХ в. до 30-х годов ХХ в. и характеризуется единичными работами отдельных исследователей.

Второй период протекал приблизительно в 1930-1965 гг. В это время началось широкое применение статистических и других математических методов в различных областях геологии.

Качественный скачок произошел после 1965 г. в связи с появлением ЭВМ. Большие возможности ЭВМ в обработке геологической информации способствовали резкому расширению круга математических методов и решаемых с их помощью задач.

С 1990 г. можно говорить о наступлении четвертого периода, вызванного широким распространением персональных компьютеров, которые стали доступны каждому геологу, позволяя ему оперативно обрабатывать геологическую информацию.

В настоящее время математические методы используют в геологии по следующим основным направлениям:

1) накопление, хранение и систематизация (сортировка, получение выборок и пр.) геологической информации с целью более полного и быстрого ее использования;

2) обработка геологической информации преимущественно на базе методов теории вероятностей и математической статистики для описания, сравнения, классификации геологических объектов и прогнозирования их свойств;

3) математическое моделирование геологических объектов и явлений для решения научных и прикладных задач;

4) автоматизация технологических операций, распространенных в геологии и горном деле, таких как построение геологических карт и разрезов, подсчет запасов и ресурсов, проектирование разведочных и эксплуатационных работ и др.

Разделы в учебнике расположены в порядке возрастания сложности, при этом особое внимание автор обращал на четкость и доступность изложения. При подготовке книги был учтен многолетний опыт преподавания дисциплины «Математические методы в геологии» студентам геологической специальности в Санкт-Петербургском государственном горном институте.

Учебник соответствует стандарту дисциплины «Математические методы моделирования в геологии» и использует опыт практических геологических работ. Для лучшего понимания математических операций в каждом разделе приведены подробные примеры вычислений.

Автор выражает благодарность проф. И.В.Булдакову, проф. В.И.Щеглову и доц. И.К.Котовой, которые своими замечаниями способствовали улучшению качества учебника.

Глава

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ И ИХ СВОЙСТВА

1.1.1. Понятие о геологических объектах

Геология – наука о Земле. Она занимается изучением как планеты в целом, так и ее составных частей различных порядков – от крупных геосфер до мельчайших атомов и молекул. Земля и ее составные части неоднородны, что выражается в плавном или скачкообразном изменении различных характеристик свойств. Изменчивость свойств позволяет проводить внутри Земли границы и тем самым разделять ее на множество геологических тел различных размеров, что обуславливает необходимость системно-структурного подхода к исследованию. Суть метода состоит в том, что в Земле выделяются геологические тела различных порядков и размеров, причем геологические тела n-го порядка являются составными частями геологических тел более низкого (n – 1)-го порядка и сами, в свою очередь, состоят из множества геологических тел более высокого (n + 1)-го порядка.

В строении Земли можно выделить геологические тела многих порядков, практически же количество порядков определяется задачами исследований. Например, при изучении литосферы объектами исследований могут быть:

○ литосфера (земная кора и верхняя часть мантии);

○ геотектонические области земной коры (платформы, складчатые области, океанические впадины и пр.);

○ геологические формации (закономерные сочетания горных пород);

○ горные породы (тела горных пород);

○ минералы (минеральные индивиды);

○ молекулы, ионы, атомы.

При изучении полезных ископаемых принято выделять геологические объекты следующих порядков:

◊ рудные провинции, районы и поля (группы месторождений);

◊ месторождения полезных ископаемых (группы рудных тел);

◊ рудные тела (множество природных типов руд);

◊ руды (минеральные агрегаты);

◊ компоненты (химические элементы, молекулы, ионы).

При разведке месторождений встречаются такие понятия, как подсчетный блок (при подсчете запасов), рудное сечение (в плоскости рудного тела), рудное пересечение разведочной выработкой (от точки входа до точки выходы из рудного тела), проба руды или минерала, состав проб. Подобные геологические тела различных порядков в настоящей работе называются геологическими объектами. Группа геологических тел одного порядка образует совокупность геологических объектов.

При изучении геологических объектов нередко приходится вводить понятия о конкретных и абстрактных объектах. Конкретный объект – это единичный отдельный объект множества, а абстрактный – это обобщенный усредненный типовой объект, отражающий свойства множества объектов. Например, объектом изучения может быть отдельное зерно минерала (конкретный объект) или минерал вообще, представленный множеством зерен (абстрактный объект).

Геологические объекты изучают в статике (без учета изменения во времени) и в динамике (с учетом изменения во времени). В последнем случае анализируют геологические процессы или события (явления), происходящие с геологическими объектами.

1.1.2. Свойства геологических объектов

Любой геологический объект обладает множеством разнообразных свойств. Например, минеральный индивид кварца имеет размеры, габитус, цвет, твердость, плотность и другие свойства. Слой горной породы характеризуется мощностью, элементами залегания, составом, строением и пр.

Для математической обработки характеристики качества переводят в числовую форму с помощью номинальной и порядковой шкал. Для количественных характеристик свойств используют интервальную и относительную шкалы.

Номинальная шкала имеет два значения: «да», которое кодируется единицей, и «нет», которое кодируется нулем. Если у объекта устанавливается изучаемое свойство, то присваивается значение «да», в противном случае «нет». Предварительно необходимо составить классификацию свойств и установить критерии различия между ними (формализовать свойства). Например, руда месторождения может иметь одну из следующих текстур: однородную (массивную), вкрапленную, полосчатую, пятнистую и брекчиевидную. Если известно, что какая-то проба руды имеет пятнистую текстуру, то ее нужно отнести в четвертый из названных классов, при этом в четвертом классе ставится единица, а в остальных классах – нули. Если имеется несколько проб руды, то результаты измерений текстур можно привести в табличной форме (см. таблицу).

Порядковая шкала применяется, когда значения свойства могут быть расположены в порядке возрастания или убывания. Например, если в рудах встречаются тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистая структуры, то можно выделить классы по увеличению (уменьшению) зернистости и назначить им номера (баллы) с первого по четвертый. Тогда для кодирования структуры руды достаточно указать номер класса.

Источник

Геология – наука о Земле

Геология – это естественная наука, которая изучает Землю, ее вещественный состав, структуру коры, процессы и историю. Геология объединяет большое количество наук, включая: минералогию, геологию полезных ископаемых, геофизику, геохимию, петрографию, геодинамику, геоморфологию, палеонтологию, вулканологию, тектонику, стратиграфию и многое другое. Эта наука также включает изучение организмов, населявших нашу планету. Важной частью геологии является исследование того, как с течением времени изменялись структура, процессы, организмы и элементы Земли. Люди, изучающие геологию называются геологами.

Что делают геологи?

Геологи работают, чтобы лучше понять историю нашей планеты. Чем лучше мы знаем историю Земли, тем более точно сможем определить, как события и процессы из прошлого способны повлиять на будущее. Вот некоторые примеры:

Что изучает геология?

Основным объектом изучения геологии является земная кора, а также геологические процессы и история Земли:

Минералы

Минерал представляет собой природное химическое соединение, обычно кристаллическое и абиогенное (неорганическое) по происхождению. Минерал имеет один конкретный химический состав, тогда как камень может представлять собой совокупность различных минералов или минералоидов. Наука о минералах называется минералогией.

Существует более 5300 известных видов минералов. Силикатные минералы составляют более 90% земной коры. Кремний и кислород образовывают примерно 75% земной коры, что напрямую связано с преобладанием силикатных минералов.

Минералы отличаются химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре позволяют распознавать виды, которые определялись геологической средой минерала при их формировании. Колебания в температуре, давлении или объемном составе горной массы вызывают изменения минералов.

Минералы можно описать по различным физическим свойствам, которые связаны с их химической структурой и составом. Общие отличительные признаки включают кристаллическую структуру, твердость, блеск, цвет, полосы, прочность, расщепление, переломы, вес, магнетизм, вкус, запах, радиоактивность, реакция на кислоту и т.д.

Минералы исключительной красоты и долговечности называются драгоценными камнями.

Горные породы

Горные породы представляют собой твердые смеси по меньшей мере одного минерала. В то время как минералы имеют кристаллы и химические формулы, породы характеризуются текстурой и минеральным составом. Исходя из этого, горные породы делятся на три группы: магматические горные породы (формируются при постепенном охлаждении магмы), метаморфические горные породы (образование происходит при изменении магматических и осадочных пород) и осадочные горные породы (образовываются при низких температурах и давлении, когда преобразовываются морские и континентальные осадки). Эти три основных типа пород участвуют в процессе, называемом круговоротом горных пород, который описывает трудоемкие переходы, как на поверхности, так и под землей, от одного типа породы к другому на протяжении длительных периодов геологического времени.

Горные породы являются экономически важными полезными ископаемыми. Уголь – это камень, который служит источником энергии. Другие типы пород используются в строительстве, включая камень, щебень и т.д. Третьи необходимы для изготовления инструментов, от каменных ножей наших предков до мела, используемого сегодня художниками.

Окаменелости

Окаменелости являются признаками живых существ, которые существовали очень давно. Они могут представлять отпечатки тел или даже продуктов жизнедеятельности организмов. Ископаемые также включают следы, норы, гнезда и другие косвенные признаки. Окаменелости являются ярким свидетельствованием ранней жизни на Земле. Геологи составили отчет о древней жизни, простирающейся на сотни миллионов лет.

Ископаемые останки имеют практическое значение, потому что они изменяются на протяжении всего геологического времени. Совокупность окаменелостей служит для идентификации горных пород. Геологическая шкала времени основана почти исключительно на ископаемых останках и дополнена другими методами датирования. С ее помощью мы можем уверенно сравнивать осадочные породы со всего мира. Ископаемые окаменелости также являются ценными музейными экспонатами и предметами коллекционирования.

Формы рельефа, геологические структуры и карты

Формы рельефа во всем их разнообразии являются следствием круговорота горных пород. Они были сформированы эрозией и другими процессами. Формы рельефа дают информацию о том, как образовывалась и изменялась земная кора в геологическом прошлом, например, в ледниковом периоде.

Структура является важной частью изучения обнажения горных пород. Большинство частей земной коры деформированы, согнуты и искажены в некоторой степени. Геологические признаки этого – сочленения, разломы, текстуры пород и несоответствия помогают в оценке геологических структур, а также измерении склонов и ориентаций горных пород. Геологическая структура в недрах важна для водоснабжения.

Геологические карты представляют собой эффективную базу данных геологической информации о породах, рельефах и структуре.

Геологические процессы и угрозы

Геологические процессы приводят к круговороту горных пород, созданию структур и форм рельефа, а также окаменелостей. Они включают эрозию, осаждение, окаменелость, разломы, поднятие, метаморфизм и вулканизм.

Геологические опасные явления – мощные выражения геологических процессов. Оползни, извержения вулканов, землетрясения, цунами, изменение климата, наводнения и космические воздействия являются основными примерами угроз. Понимание основных геологических процессов может помочь человечеству уменьшить ущерб от геологических катастроф.

Тектоника и история Земли

Тектоника – геологическая деятельность в самом крупном масштабе. Поскольку геологи отображали горные породы и изучали геологические особенности, и процессы, они начали поднимать и отвечать на вопросы о тектонике – жизненном цикле горных хребтов и вулканических цепей, движении континентов, о росте и снижении уровня Мирового океана, и о том, какие процессы происходят в ядре и мантии Земли. Тектоника плит объясняет как движутся литосферные плиты и позволила изучать нашу планету как единую структуру.

Геологическая история Земли – это история, которую рассказывают минералы, скалы, окаменелости, рельеф и тектоника. Исследования окаменелостей в сочетании с различными методами дают последовательную эволюционную историю жизни на Земле. Фанерозойский эон (возраст окаменелостей) последних 542 миллионов лет хорошо отображен как время изобилия фауны и флоры и акцентирован массовыми вымираниями. Предыдущие четыре миллиарда лет, докембрийское время, были временем огромных изменений в атмосфере, океанах и континентах.

Роль геологии

Существует много причин, по которым геология важна для жизни и цивилизации. Подумайте о землетрясениях, оползнях, наводнениях, засухе, вулканической активности, океанских течениях, типах почвы, минералах (золото, серебро, уран) и т.д. – геологи изучают все эти понятия. Таким образом, изучение геологии играет важную роль в современной жизни и цивилизации.

Геология определяется как «научное исследование происхождения, истории и структуры Земли». Почти все, что мы используем в нашей жизни, имеет какое-то отношение к Земле. Дома, улицы, компьютеры, игрушки, инструменты и т.д. сделаны из природных ресурсов. Хотя Солнце является конечным источником энергии Земли, мы нуждаемся в дополнительной энергии, которая вырабатывается при сжигании природного газа, древесины и т.д. Геологическая наука имеет первостепенное значение для определения местоположения этих источников энергии Земли, а также объясняет как более эффективно извлечь их из недр планеты, с минимальными экономическими затратами и с наименьшим воздействием на окружающую среду. Водные ресурсы являются чрезвычайно важными для человечества, однако во многих частях мира существует недостаток пресной воды. Изучение геологии помогает находить водные источники, чтобы уменьшить влияние нехватки воды на людей.

Изучение геологии также охватывает процессы Земли, которые могут повлиять на цивилизацию. Землетрясение способно уничтожить тысячи жизней за несколько минут. Кроме того, цунами, наводнения, оползни, засухи и вулканическая деятельность способны оказать огромное влияние на цивилизацию. Геологи изучают эти процессы, и в случае необходимости рекомендуют проводить определенные мероприятия по минимизации ущерба, если возникают такие события. Например, изучая закономерности наводнения рек, геологи могут рекомендовать избегать определенных областей при строительстве новых городов, чтобы предотвратить потенциальный ущерб. Сейсмология – раздел геологии – хотя и очень сложная область изучения, может помочь сохранить многие жизни, оценив, где есть наибольшая вероятность землетрясения (как правило, в линиях геологических разломов), и рекомендовать тип технологий, которые будут использоваться при строительстве зданий в этих уязвимых районах.

Многие предприятия для своей деятельности полагаются на информацию, полученную от геологов. Золото, алмазы, серебро, нефть, железо, алюминий и уголь являются природными ресурсами, которые широко используются в промышленности. Геологи и наука геология помогают в поиске этих и других ресурсов. Даже простой строительный материал, такой как песок, необходимо найти и добыть, а затем уже использовать при строительстве домов, предприятий, школ и т.д.

На самом деле геология еще не имеет широкого признания в современном мире, как, к примеру, генетика, химия и медицина. Тем не менее все жители нашей планеты зависят от природных ресурсов, найденных благодаря геологам и науке геологии. Таким образом, геология чрезвычайно важна и требует дальнейшего развития, и популяризации в обществе.

Источник

Геологический объект

Геологический объект

Геологические объекты характеризуются иерархическим строением, когда элементы систем одного уровня структурной организации вещества при рассмотрении их на другом уровне сами выступают как системы.

Геологический Объект может содержать несколько скоплений и / или залежей Углеводородов, залегающих непосредственно друг над другом.

Геологический объект, по которому выполняется самостоятельный подсчет запасов, — продуктивный пласт, содержащий единую залежь, или группа пластов внутри многопластового продуктивного горизонта с относительно сходными коллекторски-ми свойствами.

Геологические объекты характеризуются множеством свойств, специфичных с точки зрения распределения их значений в геологическом пространстве, что порождает широкое разнообразие представлений о неоднородности одного и того же объекта, зависящих от того, по какому свойству ( или совокупности свойств) мы будем изучать неоднородность. Множественность возможных уровней рассмотрения геологического объекта порождает множество типов, а множественность свойств, которые присущи объекту, порождает множество видов неоднородности.

Сам геологический объект, в котором находится залежь газа, может рассматриваться как некоторая природная заготовка, из которой изготовляется рабочая пластовая фильтрационная система.

Поиск геологических объектов, пригодных для строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей, который в законе [46] назван общим термином геологическое изучение, имеет целью обнаружить геологическую структуру, пригодную, например, для создания подземного хранилища газа, или изучить возможности прокладки подземных туннелей и т.п. На основе оценки полученной геологической информации принимается решение о возможности или невозможности строительства.

Поиск геологических объектов, пригодных для строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей, который в Законе назван общим термином геологическое изучение, имеет целью обнаружить геологическую структуру, пригодную, например, для создания подземного хранилища газа, или изучить возможности прокладки подземных туннелей и т.п. На основе оценки полученной геологической информации принимается решение о возможности или невозможности строительства.

Аэросъемка геологических объектов фотосканерной системой ( 1977 г.) приводят описание и принцип работы аппаратуры, параметры аэросъемки.

Модель реального неоднородного геологического объекта ( пласта, пачки или залежи) можно задать с помощью набора большого числа коэффициентов, которые в совокупности мало что значат, так как каждый из них характеризует объект со своей стороны. По большому набору показателей нельзя даже сопоставить два пласта ( пачки) и достоверно определить, какой из них более неоднороден.

Такими геологическими объектами, расположенными в окрестностях Санкт-Петербурга и удовлетворяющими указанным требованиям, являются лонтоваские ( так называемые синие) глины кембрийского возраста и верхнекотлинские глины венда.

Здесь все геологические объекты расположены близко от базы, сразу за околицей.

При изучении геологических объектов со сложным строением ( резкое латеральное изменение свойств, крутопадающие границы раздела) объектно-ориентированное использование процедуры миграции позволяет выделить на мигрированном изображении интересующие элементы разреза, настроить процедуру миграции на выделение субгоризонтальных или наклоненных определенным образом объектов.

При анализе геологических объектов определяют содержание макро-и микрокомпонентов. Определение микрокомпонентов в минеральном сырье — сложная задача из-за разнообразия состава объектов, форм макро — и микроэлементов и вытекающей из этого потребности в разнообразных стандартных образцах.

В анализе геологических объектов применяется концентрирование микрокомпонентов. Например, определение благородных, редкоземельных и радиоактивных металлов почти невозможно без применения таких методов. Наиболее распространены экстракция, соосаждение, сорбция и отгонка микрокомпонентов; для концентрирования благородных металлов — пробирная плавка. При анализе минерального сырья основным приемом концентрирования является извлечение микрокомпонента, так как обычно матрица сложна и очень трудно добиться ее эффективного отделения. В табл. 17.5 даны примеры концентрирования микроэлементов при их определении в разнообразных объектах.

Введение в основы геологии: Объект и предмет геологических исследований.

Объект и предмет геологических исследований.

Материя проявляется в виде существующих вне зависимости от человеческого сознания вещей, явлений, которые при изучении их человеком выступают в виде объектов. Выбор объекта исследования, или его выделение, определяется научной или практической целью.

Каждый объект является либо материальной или идеальной вещью, либо отношением или свойством. Объект имеет бесконечно большое число свойств и отношений: его можно изучать в целом, не разделяя на части или элементы, и как целое, рассматривая его как систему взаимосвязанных элементов. Можно также изучать объект как совокупность частей, отвлекаясь от их взаимосвязей.

Удовлетворяя свои потребности человек как бы заставляет объект служить своим целям, превращает его из «вещи в себе» в «вещь для себя».

В силу бесконечности свойств объекта и ограниченных возможностей человека происходит лишь частичное освоение объекта путем создания его неполной модели. Понятийная модель объекта (вещи, свойства, отношения, процесса), создаваемая в связи с конкретной целью, является предметом его исследования. Модель объекта, или его предмет, создается нашим сознанием из образов, представлений и понятий, которые являются сложным отражением объекта в сознании. Создание модели зависит от уровня развития средств труда, в связи с чем изменения этого уровня повлечет за собой и изменение предмета, принципиально при этом его не искажая.

Происходит как бы приближение к объекту без полного с ним совпадения.

Современное естествознание по специфичности форм движения материальных объектов составляют такие фундаментальные науки, как астрономия (наука о Космосе), физика, химия (науки о микромире), биология (наука о живом веществе) и геономия (наука о Земле).

Геономия выделена русским философом Н.Я.Гротом в 1884 году как комплексная наука о Земле, к настоящему времени объединяющая географию, геологию, геофизику, геохимию, экологию и т.д. Объектом геономии в качестве целостной системы являетсяпланета Земля, которая, как отмечалось выше, в вещественном выражении оказывается одним из наименьших объектов в нисходящей иерархии мегамира.

Отсюда следует, что геология, будучи ячейкой геономии, не может иметь объектом своего исследования Землю как планету.

Как самостоятельная ветвь в естественных науках геология сформировалась сравнительно недавно, в конце ХVШ века. Ее становление связано с именами Ж.Л.Бюффона, М.В.Ломоносова, И.И.Лепехина, Дж.Хеттона, Ж.Кювье, А.Броньяра, У.Смита и др. Первоначально геология формировалась как единственная наука о Земле, осваивающая Землю как свой объект.

Земля рассматривалась в целом, как таковая, и геолог вынужден был исследовать ее с различных сторон: и как планету солнечной системы, и как скопление минеральных веществ, и как арену деятельности физических, химических и других природных явлений.

Геология распространяет свое влияние только на уровень макромира, уровень геологического пространства, выражением которого является геологическое вещество.

Следовательно, объектом геологии, в первую очередь, должны быть названы геологические тела — отграниченные части геологического пространства, находящиеся в рамках макромира в иерархическом соподчинении.

Геологические тела появляются, изменяются и исчезают в результате различных геологических процессов.

Это значит, что в состав объектов геологии необходимо включить также и динамику геологических тел.

Любой геологический объект обладает собственной пространственно-временной траекторией существования, то есть упорядоченным в пространстве — времени линейным множеством состояний.

Одним словом, каждый геологический объект имеет свою историю. История геологических тел (и процессов) определяется геологическим временем.

Уникальные геологические объекты России

Устанавливается принципиальное различие между физическим и геологическим временем. Если первое обладает свойством изотропности и обратимости, то второе — анизотропно и необратимо. Основу геологического времени составляет запечатленная в геологической летописи информация — своеобразные протоколы существования и развития некогда функционировавших геологических и биологических систем. Более подробно с историей развития представлений о геологическом времени можно познакомиться в серии монографий магаданского геолога, академика Российской Академии наук К.В.Симакова.

Объектом геологии являются геологические тела, находящиеся в иерархическом соподчинении, явления и процессы, формирующие и уничтожающие эти тела, а также линейное множество состояний геологических тел, или геологическое время.

Отражением геологических объектов в нашем сознании, идеализированные модели этих объектов, является предметом геологии.

Предмет, в отличие от объекта, имеет ограниченное число свойств и отношений. В мышлении предмет функционирует как понятие, то есть мысль о существенных признаках предмета.

Мысль, в свою очередь, выражается словами, что является определением предмета.

Геология, ее предмет, задачи

Геологические термины и понятия – это своеобразный язык геологов, имеющий в основании, в основном, греческий и латинский, много слов и понятий из немецкого, французского, английского языков. Освоение и понятие профессионального языка – один из основных путей овладения специальностью.

Термин геология — из двух греческих слов: «гео» — земля и «логос» знание, наука.

Следовательно, геология – наука о Земле. Но землю изучают и география (собственно от нее и «отпочковалась» геология, как наука), геофизика, геохимия, но подходы у этих наук к изучению Земли разные.

Географияизучает устройство земной поверхности, ее ландшафты, атмосферу и гидросферу планеты и их взаимодействие, а также их взаимоотношения земных оболочек с населяющим планету органическим миром.

Геофизиказанимается изучением внутреннего строения Земли, физического состояния недр, гравитационного, магнитного, теплового и электрического полей Земли.

Геохимияизучает химическое строение Земли и ее отдельных оболочек, поведение и миграцию химических элементов, их изотопов и соединений.

Геология – наука о строении Земли, ее происхождении и развитии, основанная на изучении горных пород и земной коры в целом всеми доступными методами с привлечением данных астрономии, астрофизики, физики, химии, биологии и др. наук.

Как видно по определению объект исследований весьма объемен и сложен, поэтому в геологии существует более 100 специальностей и специализаций, связанных с химией, физикой, биологией, математикой и кибернетикой, астрономией и астрофизикой ит.д.

Объектами геологических исследований являются:

-природные тела, слагающие верхние горизонты твердой оболочки Земли, т.е. минералы, руды и горные породы;

-различные геологические процессы, в результате которых появляются, развиваются и исчезают природные тела, а также формируется рельеф земной поверхности;

-взаимное расположение природных тел в земной коре, которые определяют геологическое строение и геологическую структуру, время их возникновения и историю развития;

-причины и закономерности возникновения и развития геологических процессов, а также закономерности развития Земли.

Специфические особенности геологических объектов и процессов:

— исключительно большие масштабы, могут захватывать целые континенты;

— исключительно большая длительность воздействия, охватывают сотни миллионов лет;

— высвобождение огромных количеств энергии в короткое время, землетрясения, гигантские обвалы;

— невозможность проведения экспериментов, соизмеримых по масштабам, времени и количеству факторов влияния.

Вследствие этого судить о процессах, проявившихся в образовании различных горных пород, руд и минералов, геологических напластований и структур, можно лишь по их конечным результатам, которые тщательно изучаются.

Понять действие геологических процессов возможно только путем восстановления их природы и истории развития.

Разделы геологии.

С некоторой долей условности геологию можно разделить на два направления: практическую или прикладную и теоретическую.

Геология прикладная объединяет следующие отрасли: геологию полезных ископаемых (рудных, нерудных, горючих), гидрогеологию (пресных, минеральных и термальных вод), инженерную геологию, нефтепромысловую, рудничную, мониторинг опасных геологических процессов (эндогенных и экзогенных), космическую геологию и т. д.

Теоретические проблемы геологии рассматриваются в рамках следующих наук:

1. минералогии, петрологии, кристаллографии, кристаллохимии, литологии, геохимии,

2. динамической геологии с разделами геотектоника, геоморфология, вулканология, сейсмология,

3. историческая геология с разделами палеогеография и палеотектоника, стратиграфия, палеонтология, экологическая геология,

4. региональная геология.

Геология полезных ископаемыхраздел геологии, изучающий условия образования и закономерности распространения в земной коре м-ний полезных ископаемых, особенности их строения и связи рудных тел с вмещающими их породами.

Полезное ископаемое –природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в народном х-ве. Скопления п. и. образуют месторождения.

Гидрогеология –наука о подземных водах: об их происхождении, условиях залегания, законах движения, режиме, физ. и хим. свойствах.

Инженерная геология – отрасль геологии изучающая геологические условия и динамику верхних горизонтов земной коры в связи с инженерной деятельностью человека.

Нефтепромысловая геология – изучает вопросы разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений.

Рудничная геология – геол. обслуживание рудников в процессе эксплуатации месторождения, поиск и доразведка, обеспечение добычи.

Мониторинг опасных геологических процессов (ОГП) – регулярные наблюдения за условиями и динамикой развития ОГП в пространстве и во времени с целью прогнозирования их возможного негативного (катастрофического) развития и выработке мероприятий по предупреждению отрицательных экологических последствий.

Минералогия (поздне. лат. minera – руда) – наука о минералах.

Петрология – наука всесторонне изучающая магматические и метаморфические г.п. с точки зрения их вещественного состава, геологических особенностей и генезиса.

Кристаллография – наука о кристаллах и кристаллическом веществе; делится на геометрическую, физическую и химическую.

Кристаллохимия – раздел кристаллографии.

Литология – наука о составе, структурах, текстурах и генезисе осадочных горных пород, включая и руды.

Геохимия – наука о распределении (концентрации и рассеянии) и процессах миграции химических элементов в земной коре и насколько возможно в Земле в целом.

Динамическая геология – раздел геологии, изучающий процессы, происходящие на поверхности Земли и в её недрах.

Историческая геология – раздел геологии, изучающий историю и закономерности развития Земли с момента образования земной коры до современного её состояния.

Стратиграфия – раздел исторической геологии, охватывающий вопросы исторической последовательности, первичных взаимоотношений и географического распространения осадочных, вулканогенных и метаморфических образований, слагающих земную кору и отражающих естественные этапы развития Земли и населяющего её органического мира.

Региональная геология – раздел геологии, изучающий геологическое строение отдельных участков земной коры (целых континентов, складчатых систем, платформ или их крупных частей).

Методы геологии

Все перечисленные наукибазируются на огромном естественном полигоне, который зовется планета Земля.

Все разработки и исследования начинаются с полевых наблюдений и носят название полевая геология.

Окончательная обработка материалов полевых исследований производится в камеральный период.

Сейчас, как и раньше, основным инструментом при полевых исследованиях является человек, вооруженный знаниями и опытом предыдущих поколений геологов. Кроме горного компаса и геологического молотка у современного геолога на вооружении имеются аэро- и космосъемка, техника для проходки поверхностных и подземных горных выработок и буровых скважин, геохимические и геофизические методы для производства геологического картирования и поисков полезных ископаемых.

Геология обладает собственными методами исследования.

В настоящее время геологические работы начинаются с предварительного изучения интересующей территории или объекта – имеющихся материалов предыдущих исследований; фотографий, полученных с самолета и из космоса, картографических материалов и данных других специальных исследований.

Основной этап работ начинается с полевых исследований, описания состава горных пород, типа, характера напластований, условий залегания, взаимоотношения слоев по естественным и искусственным (канавы, шурфы, скважины) обнажениям.

Для более точного определения типов пород, их минерального и химического состава, производится отбор образцов и проб различных типов.

В толщах осадочных пород ведется поиск и отбор ископаемых остатков флоры и фауны, для определения возраста отложений. Образцы и пробы обрабатываются в специализированных лабораториях как во время полевого, так и во время камерального периодов.

Полевые и камеральные работы завершаются составлением отчета с комплектом геологических карт и разрезов (геологическое картирование).

В 20 веке геологические исследования с континентов распространились на Мировой океан.

Появилась морская геология. Это было вызвано тем обстоятельством, что на дне и под дном морей и океанов были найдены различные полезные ископаемые в больших количествах. Прежде всего это нефть и газ – 40% мировой добычи, фосфориты, железо-марганцевые руды, монацитовые россыпи и т.д.

Работы ведутся со специальных научно-исследовательских судов, спускаемых манипуляторов и обитаемых станций, которые работают на больших глубинах.

(Советские аппараты: «Пайсис» до 2000м; «Мир-1» и «Мир-2» до 6000м»). Могут под водой проходить большие расстояния.

Нефть и газ добываются со спец. платформ.

Геология, как и любая естественная наука, собирает факты, обобщает их различными методами и способами, которые помогают выявить закономерности, а также выдвигает гипотезы и теории, которыми объясняются геологические явления.

В геологии осуществляется синергетический подход к обобщению фактов, т.е. всеприродные явления и предметы, а не только геологические, рассматриваются всесторонне, в их естественной взаимосвязи и взаимозависимости, идет поиск противоречий и закономерностей, с помощью которых раскрывается движущая сила развития, вскрывается переход количественных взаимоотношений в качественные, объясняются природа и ход эволюционных развитий.

Если теории противоречит хоть один факт – выбрось теорию и начинай разрабатывать новую.

Построения ведутся на основе метода актуализма.

Так как при развитии Земли условия в её недрах и на поверхности существенно изменялись, то для реконструкции геологических событий прошлого применяется метод сравнительной планетологии и метод сравнительно-исторического анализа.

Экспериментальные исследования: синтез минералов (алмазов, рубинов, сапфиров, топаза, кварца, и т. д.), в петрологии плавление и синтез горных пород, в геотектонике — воспроизведение деформаций горных пород, слагающих литосферные плиты.

Широко применяется математическоеили компьютерное моделирование.

Геологические процессы

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ИЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ГЕОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗРЕЗУ X-X

ПО КАРТЕ №1

Выполнил: Лопаткин П.П.

ПГСф II – 1

Проверил: Гранит Б.А.

Мытищи 2004 г

Введение

§1. Рельеф (геоморфология)

§2. Геологическое строение

§3. Тектоника и история геологического развития района

§4. Гидрогеологические условия

§5. Геологические процессы

§6. Инженерно-геологическое районирование

Заключение с выбором участка для строительства

ВВЕДЕНИЕ

Геология– наука о Земле, ее строении, составе, истории развития и процессах, происходящих в ней.

По геологической карте и геологическому разрезу изучить инженерно-геологические условия и выбрать место для предполагаемого строительства.

Задачи данной работы:

ü Изучение территории — рельефа, геологического строения, гидрогеологии, местных стройматериалов, на основании этого дать характеристику рельефа территории, ее особенности.

ü Изучить климатические особенности района строительства, основные физико-механические свойства горных пород, являющихся непосредственным основанием проектируемых сооружений.

ü Изучить природные геологические и инженерно-геологические процессы, протекающие на территории строительства и дать прогноз возникновения негативных процессов и явлений, которые могут возникнуть в процессе строительства и эксплуатации конкретных сооружений.

ü На основании достаточности инженерно- геологических изысканий разработать технические изыскание на проведение дополнительных работ, выбранных под строительство объектирования (стадии рабочего проекта).

Исходные данные для проведения работы:

Геологические данные по буровым скважинам к карте № 1, построенный геологический разрез по данному профилю X-X.

Разрез построен для оценки инженерно-геологического участка. С этой целью пробурено 6 скважин, глубиной от 64 до 100 метров. Расстояние между скважинами по профилю меняется от 180 до 490 метров.

Данный геологический разрез построен в масштабе 1: 5000 по горизонтали и 1:500 по вертикали.

(ГЕОМОРФОЛОГИЯ)

Для земной поверхности характерны типы рельефа, то есть определенные сочетания форм рельефа, закономерно повторяющихся на обширных пространствах поверхности земли, имеющих сходное происхождение и геологическое строение, однотипную историю развития.

Так как абсолютные отметки в пределах данного разреза варьируются от 100 до 145 м над уровнем моря, то рельеф на данном участке можно назвать равнинным. В пределах изучаемого участка прослеживается долина реки Ока. Но разрез проходит по левому берегу реки, не пересекая её.

Разрез пересекает 3 различных геологических границ, одна из которых совпадает с горизонталью (125 м).

В пределах изучаемого разреза выделяются следующие элементы рельефа:

o вторая надпойменная терраса – абсолютная отметка 115 м

o первая надпойменная терраса – абсолютная отметка 105 м

o водораздел левого берега реки – абсолютная отметка 135м

§2.ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

В геологическом строении изучаемого разреза принимают участие породы протерозойской, палеозойской и кайнозойской эр.

Отложения палеозойской эры относятся к двум периодам: каменноугольному и девонскому.

gPR – гранит в верхней части сильно выветренный, в средней – трещиноватый, ниже – монолитный. Мощность этого слоя бурением не вскрыта. Слой залегает горизонтально, в основании всего разреза.

D3 – аргиллит серый, плотный.

Мощность слоя варьируется от 5 до 30 м. Слой также залегает горизонтально и в основании всего разреза.

С1 – доломит трещиноватый. Мощность около 15 м. С1 – известняк трещиноватый, закарстованный. Мощность – 23 м. С1 – мергель плот-ный с прослоями глин.

Мощность – 10 м. С1 – известняк трещинно-ватый, закарстованный. Средняя мощность 5м. С2 – глина черная, плотная. Мощность – до 8 м. Отложения каменноугольного периода являются основанием водораздела левого берега реки. Слои плотных глин залегает на поверхность этого водораздела.

fgQ1 – песок крупный кварцевый с гравием и галькой.

Мощность слоя 7-15 м. aQ3 – песок средней крупности. Мощность 10-18 м. Эти два слоя залегают в толще обеих надпойменных террас.

aQ3 – супесь жел-тая. Мощность 10-20 м. Слой залегает на поверхности второй надпойменной террасы. аQ4 – песок мелкий. Мощность около 8 м. аQ4 – супесь бурая, рыхлая. Мощность 6 м. Эти слои являются основани-ем первой надпойменной террасы.

edQ4 – песок пылеватый. Слой находится только на поверхности водораздела.

§3. ТЕКТОНИКА И ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ РАЙОНА

Строение земной коры, геологические структуры, закономерности их расположения и развития изучает раздел геологии – геотектоника. Движения земной коры, вызывающие изменение залегания геологи-ческих тел, называют тектоническими движениями.

В девонский период на данной территории было мелкое море, т.к. отложения представлены аргиллитом – осадочной горной породой, образовавшейся в результате уплотнения глин.

В каменноугольный период море глубокое, так как появились глины. В конце каменно-угольного периода море отступает и поднимается суша. В девонский период появляются первые рыбы, а в каменноугольный – первые амфибии.

В четвертичный период происходит отложение песков, суглинков и супеси, которые чередуются между собой.

Они представляют континентальные отложения, чисто речные, об этом свидетельствует река, протекающая в данном месте в настоящее время. Отложения происходят в кайнозойскую эру (новейшая эра геологической истории Земли).

Мир животных и растений близок к современному виду; в конце эры появляется человек.

§4. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Гидрогеология – наука о подземных водах.

Она изучает их происхождение, состав и свойства, закономерности движения, условия залегания и распространения в земной коре.

В изучаемом разрезе имеются подземные воды – один напорный и два безнапорных горизонта.

Первый безнапорный водоносный горизонт

Горизонт приурочен к водоразделу левого берега.

Водовмеща-ющая порода – трещиноватый известняк, а водоупор – мергель с прослоями глин. Областью питания являются атмосферные осадки. Разгружается этот горизонт в виде родников.

Второй безнапорный водоносный горизонт

Этот горизонт тянется через весь разрез. Водовмещающими породами являются известняки, супеси, пески. Разгружается данный водоносный горизонт в реку. Мощность – от 20м до 32м.

Третий водоносный горизонт – напорный

Он также тянется через весь разрез.

Водоупором сверху является плотный аргиллит, водовмещающим слоем – гранит выветренный и трещиноватый. Величина максимального напора – в скважине №28 – 70 м, минимального – в скважине №28 – 56 м. Этот водоносный горизонт связан с рекой и безнапорными горизонтами, следовательно, воду нельзя использовать для питья без очистки.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Геологические процессы подразделяются на два вида: природные и инженерно-геологические.

К природным относятся процессы, которые являются результатом деятельность воды, ветра, организмов и т.д. Инженерно-геологические связаны с деятельностью человека.

В пределах изучаемого разреза прослеживаются следующие процессы и явления, которые могут осложнять строительство на данной территории: карстовые воронки, механическая суффозия, речная эрозия, временная эрозия, линейная эрозия (донная или глубинная), поверхностная эрозия, подтопление.

В результате механической суффозии (процесса выноса мелких частиц грунта потоком подземных вод) могут оседать грунты.

В пойме реки происходит эрозия, т.е. размыв берегов и дна постоянно действующими потоками.

Размыв поверхности земли временными потоками называется временной эрозией (образуется овраги).

Также наблюдается из-за родников линейная эрозия (т.е. размывающая деятельность постоянных или временных сосредоточенных водных потоков), поверхностная эрозия (смывающая деятельность дождевых и талых вод).

Т.к. имеется территория, на которой уровень подземных вод залегает на глубине менее 2 м от поверхности земли, то возможно подтопление этого места во время паводков.

Речная эрозия, линейная эрозия, поверхностная эрозия, подтопление, заболачивание в основном представлены в пойме реки.

Источник