Лекция: История геологии

Задание 1.

Составить характеристику свойств минералов, взятых из следующей таблицы:

Характеристику представить по следующей форме: минерал; класс; химический состав; цвет; цвет черты; блеск; твердость; спайность; излом; породы, в которые входит минерал в качестве породообразующего.

Задание 2.

Составить характеристику горных пород, взятых из следующей таблицы:

Характеристику представить по следующей форме: происхождение; минералогический состав; структура; текстура; цвет; устойчивость к выветриванию; форма залегания; использование в строительстве.

Задание 3.

Описать условия образования отложений, указанных в таблице и дать характеристику их физико-геологических и строительных свойств.

Задание 4.

Описать формы складчатых и разрывных нарушений и сопроводить описание схематическим рисунком.

Как может влиять рассматриваемое нарушение залегания горных пород на условия строительства сооружения?

Задание 5.

Описать физико-геологические процессы и явления по следующей схеме:

а) причины возникновения

б) характер их проявления

в) условия строительства в районах их распространения

г) мероприятия по борьбе с ними

Задание 6.

По данным таблицы и схеме расположения скважин построить в изолиниях карту рельефа района и зеркала грунтовых вод (карту гидроизогипс).

.1 .2 .3 .4

.5 .6 .7 .8

.9 .10 .11 .12

.13 .14 .15 .16

Расстояние между скважинами в рядах и между рядами-100м. Масштаб 1:2000.

Сечение изолиний рельефа и поверхности воды — 1м.

Изогипсы рельефа показать на карте красными, а гидроизогипсы — синими линиями.

Примечание. А — абсолютная отметка устья скважин, м;

Н — глубина зеркала воды, м.

окончание таблицы

Задание 7.

На основании таблиц составить геологический разрез.

Масштабы: вертикальный 1:200; горизонтальный 1:2000.

Вариант 1.

Вариант 2.

Вариант 3.

Вариант 4.

Вариант 5.

Вариант 6.

Вариант 7.

Вариант 8.

Вариант 9.

Вариант 10.

Задание 8.

Определить двусторонний приток воды к совершенной дренажной канаве.

Задание 9.

определить коэффициент фильтрации массива водоносных песков по результатам кустовой откачки из грунтового водоносного горизонта. Центральная и две наблюдательные скважины расположены на одной линии. Схему проведения опыта показать на рисунке.

Список литературы

1. Ананьев В.П., Передельский Л.В. «Инженерная геология и гидрогеология» М: ВШ 1980

2. Белый Л.Д., Попов В.В. «Инженерная геология» М: Стройиздат 1975

Таблица 1.10 – Свойства пластовой нефти

Таблица 1.11 – Свойства поверхностной нефти

Продолжение таблицы 1.11

Нефть имеет высокую температуру начала кипения (80°С). Плотность и вязкость нефти – 0,902 г/см3 и 56,0 мм2/с соответственно. Массовая доля парафина составляет 3,6 %. Массовая доля выхода бензиновых фракций при нагревании до 300°С составляет 43 %.

Компонентный состав пластовой нефти приведен в таблице 1.12. Необходимо отметить, что компонентный состав пластовой нефти оценивался только по 3 пробам скв. 56 Исм. По скв. 39 Исм компонентный состав пластовой нефти не определялся.

Таблица 1.12 – Компонентный состав газа

Состав попутных газов в нефти скв. 56 кыновского горизонта приведен в таблице 1.13. В газе нефти кынов­ского горизонта углекислый газ и сероводород не обнаружены. Отличительной чертой попутного газа нефти Илькинского месторождения является низкое содержание азота (массовая доля – 11,7 %).

Таблица 1.13 – Характеристика попутных газов в нефти Илькинского месторождения

Продолжение таблицы 1.13

В углеводородной части преобладающими компонентами являются метан, этан, пропан. Массовая доля легких углеводородов по кыновскому горизонту составила 61 %. Из компонентного состава следует, что газы кыновского горизонта жирные. Молярная доля гелия в газах (пласт Дкн1) составляет 0,049 %, то есть содержание гелия в растворенном газе является не кондиционным. Запасы гелия по месторождению не подсчитывались.

Территория Илькинского месторождения находится в пределах Волго-Камского артезианского бассейна, где в мощной зоне осадочного чехла водонепроницаемые породы чередуются с водоупорами, образуя сочетание водоносных горизонтов и комплексов. [1]

В разрезе выделяются три гидрологических комплекса (таблица 1.14).

Таблица 1.14 – Свойства вод Илькинского месторождения

Водоносные горизонты, приуроченные к песчано-алевролитовым пластам терригенного девона относятся к нижнему гидрогеологическому комплексу. Воды этого комплекса – это высокоминерализованные рассолы, солевой состав которых отражает специфические особенности глубинных вод, залегающих в условиях хорошей гидродинамической закрытости. Минерализация вод колеблется от 277,6420 до 284,6129 г/л при плотности от 1,1829 до 1,1881 г/см3. Сульфатность вод колеблется от 0,0238 до 0,0745 г/дм3.

Содержание микрокомпонентов в водах нижнего комплекса представлено в таблице 1.15

Таблица 1.15 – Ионный состав вод Илькинского месторождения

С глубиной увеличивается минерализация и плотность вод. С ростом метаморфизации и минерализации вод наблюдается переход их генетических типов, так, к верхним горизонтам приурочены воды сульфатно-натриевого типа, ниже – воды хлоркальциевого типа. Это свидетельствует о том, что по мере увеличения глубины залегания водоносных горизонтов возрастает их гидродинамическая закрытость.

В целом по Илькинскому месторождению можно отметить, что нефть продуктивного горизонта высокосернистая, парафинистая, смолистая; газы кыновского горизонта жирные; тип вод преимущественно хлоркальциевый с минерализацией до 281,13 г/л.

История геологии

Основная статья: История геологии (англ.)

Изучение физических материалов (минералов) Земли восходит по крайней мере к древней Греции, когда Теофраст (372—287 до н. э.) написал работу «Peri Lithon» («О камнях»). В римский период Плиний Старший подробно описал многие минералы и металлы, и их практическое использование, а также правильно определил происхождение янтаря.

Некоторые современные ученые, такие как Филдинг Х. Гаррисон, считают, что современная геология началась в средневековом исламском мире.[1] Аль-Бируни (973—1048 н. э.) был одним из первых мусульманских геологов, чьи работы содержат раннее описание геологии Индии. Он предполагал, что индийский субконтинент был когда-то морем.[2] Исламский ученый Ибн Сина (Авиценна, 981—1037) предложил подробное объяснение формирования гор, происхождение землетрясений и другие темы, которые являются центральными в современной геологии, и в котором содержится необходимый фундамент для дальнейшего развития науки.[3][4] В Китае энциклопедист Shen Kuo (1031—1095) сформулировал гипотезу о процессе формирования земли: на основе наблюдений над ископаемыми раковин животных в геологическом слое в горах в сотнях километров от океана он сделал вывод, что суша была сформирована в результате эрозии гор и осаждения ила.[5]

Нильсу Стенсену (1638—1686) приписывают три определяющих принципа стратиграфии: принцип суперпозиции (англ.), принцип первичной горизонтальности слоёв (англ.), и принцип последовательности образования геологических тел (англ.).

Слово «геология» было впервые использовано Улиссе Альдрованди в 1603 году,[6] затем Жан Андре Делюк в 1778 году, и представлен как закреплённый термин Орасом Бенедиктом де Соссюром в 1779 году. Слово происходит от греческого γῆ, означающее «Земля» и λόγος, означающее «учение».[7] Однако согласно другому источнику, слово «Геология» впервые использовал норвежский священник и ученый Миккель Педерсон Эсхолт (Mikkel Pedersøn Escholt, 1600—1699). Эсхолт впервые использовал этот термин в своей книге под названием Geologica Norvegica (1657).[8]

Исторически использовался также термин «геогнозия» (или геогностика). Такое название для науки o минералах, рудах, и горных породах было предложено немецкими геологами Г. Фюкселем (в 1761) и A. Г. Bернером (в 1780). Авторы термина обозначили им практические области геологии, изучавщие объекты, которые можно было наблюдать на поверхности, в отличие от чисто теоретической тогда геологии, которая занималась происхождением и историей Земли, её корой и внутренним строением. Термин использовался в специальной литературе в XVIII и начале XIX векa, но начал выходить из употребления уже во второй половине XIX века. В России термин сохранился до конца XIX века в названиях учёного звания и степени «доктор минералогии и геогнозии» и «профессор минералогии и геогнозии»[9].

Уильям Смит (1769—1839) нарисовал одни из первых геологических карт и начал процесс упорядочивания горных пластов, изучая содержащиеся в них окаменелости.[10]

Джеймс Хаттон часто рассматривается как первый современный геолог.[11] В 1785 году он представил для Королевского Общества Эдинбурга документ, озаглавленный «Теория Земли». В этой статье он объяснил свою теорию о том, что Земля должна быть намного старше, чем ранее предполагалось, для того, чтобы обеспечить достаточное время для эрозии гор, и чтобы седименты (отложения) образовали новые породы на дне моря, которые, в свою очередь, были подняты чтобы стать сушей. В 1795 Хаттон опубликовал двухтомный труд, описывающий эти идеи (Vol. 1, Vol. 2).

Последователи Хаттона были известны как плутонисты, из-за того что они считали, что некоторые породы были сформированы в результате вулканической деятельности и является результатом осаждение лавы из вулкана, в отличие от нептунистов, во главе с Авраамом Вернером, который считал, что все породы осели из большого океана, уровень которого с течением времени постепенно снизился.

Чарлз Лайель впервые опубликовал свою знаменитую книгу «Основы геологии»[12] в 1830 году. Книга, которая повлияла на идеиЧарльза Дарвина, успешно способствовала распространению актуализма. Эта теория утверждает, что медленные геологические процессы имели место на протяжении истории Земли и все еще происходят сегодня, в отличие от катастрофизма, теории утверждающей, что особенности Земли формируются в одном, катастрофическом событии и остаются неизменными в дальнейшем. Хотя Хаттона верил в актуализм, идея не была широко принята в то время.

Большую часть XIX века геология вращалась вокруг вопроса о точном возрасте Земли. Оценки варьировались от 100 000 до нескольких миллиардов лет.[13] В начале XX века радиометрическое датирование позволило определить возраст Земли, оценка составила два миллиарда лет. Осознание этого огромного промежутка времени открыло двери для новых теорий о процессах, которые сформировали планету.

Самым значительным достижением геологии в XX веке было развитие теории тектоники плит в 1960 году и уточнение возраста планеты. Теория тектоники плит возникла из двух отдельных геологических наблюдений: спрединга морского дна и континентального дрейфа. Теория революционизировала науки о Земле. В настоящее время известно, что возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет.[14]

С целью пробудить интерес к геологии Организацией Объединённых Наций 2008 год провозглашён «Международным годом планеты Земля».

[править]Разделы геологии

Основная статья: Список разделов геологии

В процессе развития и углубления специализации в геологии сформировался ряд научных направлений (разделов).

Внизу перечислены разделы геологии.

§ Геология полезных ископаемых изучает типы месторождений, методы их поисков и разведки.

§ Гидрогеология — раздел геологии, изучающий подземные воды.

§ Инженерная геология — раздел геологии, изучающий взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений.

§ Геохимия — раздел геологии, изучающий химический состав Земли, процессы, концентрирующие и рассеивающие химические элементы в различных сферах Земли.

§ Геофизика — раздел геологии, изучающий физические свойства Земли, включающая также комплекс разведочных методов: гравиразведка, сейсморазведка, магниторазведка, электроразведка различных модификаций и пр.

§ Изучением Солнечной системы занимаются следующие разделы геологии: космохимия, космология, космическая геология и планетология.

§ Минералогия — раздел геологии, изучающий минералы, вопросы их генезиса, квалификации. Изучением пород, образованных в процессах, связанных сатмосферой, биосферой и гидросферой Земли, занимается литология. Эти породы не совсем точно называются ещё осадочными горными породами. Многолетнемёрзлые горные породы приобретают ряд характерных свойств и особенностей, изучением которых занимается геокриология.

§ Петрография — раздел геологии, изучающий магматические и метоморфические породы преимущественно с описательной стороны — их генезис, состав, текстурно-структурные особенности, а также классификацию.

§ Петрология — раздел геологии, изучающий генезис и условия происхождения магматических и метаморфических горных пород.

§ Литология (Петрография осадочных пород) — раздел геологии, изучающий Осадочные породы.

§ Геобаротермометрия — наука, изучающая комплекс методов определения давления и температур образования минералов и горных пород.

§ Структурная геология — раздел геологии, изучающий нарушения земной коры.

§ Микроструктурная геология — раздел геологии, изучающий деформацию пород на микроуровне, в масштабе зёрен минералов и агрегатов.

§ Геодинамика — наука, изучающая процессы самого планетарного масштаба в результате эволюции Земли. Она изучает связь процессов в ядре, мантии и земной коре.

§ Тектоника — раздел геологии, изучающий движение Земной коры.

§ Историческая геология — отрасль геологии, изучающая данные о последовательности важнейших событий в истории Земли. Все геологические науки в той или иной степени имеют исторический характер, рассматривают существующие образования в историческом аспекте и занимаются в первую очередь выяснением истории формирования современных структур. История Земли делится на два крупнейших этапа — эона, по появлению организмов с твёрдыми частями, оставляющих следы в осадочных породах и позволяющих по данным палеонтологии провести определение относительного геологического возраста. С появлением ископаемых на Земле начался фанерозой — время открытой жизни, а до этого был криптозой или докембрий — время скрытой жизни. Геология докембриявыделяется в особую дисциплину, так как занимается изучением специфических, часто сильно и многократно метаморфизованных комплексов и имеет особые методы исследования.

§ Палеонтология изучает древние формы жизни и занимается описанием ископаемых остатков, а также следов жизнедеятельности организмов.

§ Стратиграфия — наука об определении относительного геологического возраста осадочных горных пород, расчленении толщ пород и корреляции различных геологических образований. Одним из основных источников данных для стратиграфии является палеонтологические определения.

§ Геохронология — раздел геологии, определяющий возраст пород и минералов.

[править]Основные принципы геологии

Геология — наука историческая, и важнейшей её задачей является определение последовательности геологических событий. Для выполнения этой задачи с давних времён разработан ряд простых и интуитивно очевидных признаков временных соотношений пород.

Интрузивные взаимоотношения представлены контактами интрузивных пород и вмещающих их толщ. Обнаружение признаков таких взаимоотношений (зоны закалки, даек и т. п.) однозначно указывает на то, что интрузия образовалась позже, чем вмещающие породы.

Секущие взаимоотношения также позволяют определить относительный возраст. Если разлом рвёт горные породы, значит он образовался позже, чем они.

Ксенолиты и обломки попадают в породы в результате разрушения своего источника, соответственно они образовались раньше вмещающих их пород, и могут быть использованы для определения относительного возраста.

Принцип актуализма постулирует, что геологические силы, действующие в наше время, аналогично работали и в прежние времена. Джеймс Хаттон сформулировал принцип актуализма фразой «Настоящее — ключ к прошлому».

Утверждение не совсем точное. Понятие «сила» — понятие не геологическое, а физическое, к геологии имеющее опосредованное отношение. Правильнее говорить о геологических процессах. Выявление сил, сопровождающих эти процессы, могло бы стать главной задачей геологии, чего, к сожалению, нет.
«Принцип актуализма» (или метод актуализма) являются синонимом метода «аналогии». Но метод аналогии не является методом доказательства, он является методом формулирования гипотез и, следовательно, все закономерности, полученные методом актуализма, должны были бы пройти процедуру доказательства их объективности.
В настоящее время принцип актуализма стал тормозом в развитии представлений о геологических процессах.

Принцип первичной горизонтальности утверждает, что морские осадки при образовании залегают горизонтально.

Принцип суперпозиции заключается в том, что породы находящиеся в не нарушенном складчатостью и разломами залегании, следуют в порядке их образования, породы залегающие выше моложе, а те которые находятся ниже по разрезу — древнее.

Принцип финальной сукцессии постулирует, что в одно и то же время в океане распространены одни и те же организмы. Из этого следует, что палеонтолог, определив набор ископаемых остатков в породе, может найти одновременно образовавшиеся породы.

2. Земля́

планета Солнечной системы, третья по порядку от Солнца. Обращается вокруг него по эллиптической, близкой к круговой орбите (с эксцентрисистетом 0,017), со ср. скоростью ок. 30 км/с. Ср. расстояние Земли от Солнца 149,6 млн. км, период обращения 365,24 ср. солнечных суток (тропический год). На ср. расстоянии 384,4 тыс. км от Земли вокруг неё вращается естественный спутник Луна. Земля вращается вокруг своей оси (имеющей наклон к плоскости эклиптики, равный 66°33 22) за 23 ч 56 мин (звёздные сутки). С вращением Земли вокруг Солнца и наклоном земной оси связана смена на Земле времён года, а с вращением её вокруг оси – смена дня и ночи.

Строение Земли: 1 – континентальная кора;2 – океаническая кора;3 – осадочные породы;4 – гранитный слой;5 – базальтовый слой;6 – мантия;7 – внешняя часть ядра;8 – внутреннее ядро

Земля имеет форму геоида (приближённо – трёхосного эллипсоидного сфероида), ср. радиус которого 6371,0 км, экваториальный – 6378,2 км, полярный – 6356,8 км; дл. окружности экватора – 40075,7 км. Площадь поверхности Земли – 510,2 млн. км² (в т. ч. суша – 149 км², или 29,2 %, моря и океаны – 361,1 млн. км², или 70,8 %), объём – 1083·1012 км³, масса – 5976·1021 кг, ср. плотность – 5518 кг/м³. Земля обладает гравитационным полем, обусловливающим её сферическую форму и прочно удерживающим атмосферу, а также магнитным полем и тесно связанным с ним электрическим полем. В составе Земли преобладает железо (34,6 %), кислород (29,5 %), кремний (15,2 %) и магний (12,7 %). Строение земных недр показано на рисунке.
Общий вид Земли из космоса

Условия Земли благоприятны для существования жизни. Область активной жизни образует особую оболочку Земли – биосферу, в ней осуществляется биологический кругооборот веществ и потоков энергии. Земля имеет также географическую оболочку, отличающуюся сложным составом и строением. Изучением Земли занимаются многие науки (астрономия, геодезия, геология, геохимия, геофизика, физическая география, землеведение, биология и др.).

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006.

Земля

планета, на которой мы живем; третья от Солнца и пятая из крупнейших планет в Солнечной системе. Как полагают, Солнечная система сформировалась из вихревых газово-пылевых облаков ок. 5 млрд. лет назад. Земля богата природными ресурсами, имеет в целом благоприятный климат и, возможно, является единственной планетой, на которой существует жизнь. В недрах Земли протекают активные геодинамические процессы, проявляющиеся в спрединге океанического дна (наращивании океанической коры и последующем ее раздвижении), дрейфе материков, землетрясениях, вулканических извержениях и др.
Земля вращается вокруг своей оси. Хотя это движение и не заметно на поверхности, точка на экваторе перемещается со скоростью ок. 1600 км/ч. Земля также обращается вокруг Солнца по орбите протяженностью ок. 958 млн. км со средней скоростью 29,8 км/с, совершая полный оборот примерно за год (365,242 средних солнечных суток). См. также Солнечная система.
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Форма и состав.Земля представляет собой сферу, состоящую из трех слоев – твердого (литосферы), жидкого (гидросферы) и газообразного (атмосферы). Плотность пород, слагающих литосферу, увеличивается по направлению к центру. Так называемая «твердая Земля» включает ядро, выполненное главным образом железом, мантию, состоящую из минералов более легких металлов (например, магния), и относительно тонкую твердую кору. Местами она раздроблена (в областях разломов) или смята в складки (в горных поясах).
Под влиянием притяжения Солнца, Луны и других планет на протяжении года форма орбиты и конфигурация Земли слегка меняются, а также возникают приливы. На самой Земле происходит медленный дрейф материков, постепенно меняется соотношение суши и океанов, а в процессе постоянной эволюции жизни происходит преобразование окружающей среды. Жизнь на Земле сконцентрирована в зоне контакта литосферы, гидросферы и атмосферы. Эта зона в совокупности со всеми живыми организмами, или биотой, называется биосферой. За пределами биосферы жизнь может существовать лишь при наличии специальных систем жизнеобеспечения, например космических кораблей.
Форма и размер.Примерные очертания и размеры Земли известны уже более 2000 лет. Еще в 3 в. до н.э. греческий ученый Эратосфен довольно точно рассчитал радиус Земли. В настоящее время известно, что ее экваториальный диаметр составляет 12 754 км, а полярный – ок. 12 711 км. Геометрически Земля представляет собой трехосный эллипсоидный сфероид, сплющенный у полюсов (рис. 1, 2). Площадь поверхности Земли ок. 510 млн. км2, из них 361 млн. км2 приходится на воду. Объем Земли равен ок. 1121 млрд. км3.
Неравенство радиусов Земли частично обусловлено вращением планеты, в результате которого возникает центробежная сила, максимальная на экваторе и ослабевающая по направлению к полюсам. Если бы на Земле действовала только одна эта сила, все находящиеся на ее поверхности предметы улетели бы в космос, однако из-за силы земного притяжения этого не происходит.
Сила земного притяжения, или гравитация,удерживает Луну на орбите, а атмосферу – вблизи земной поверхности. Из-за вращения Земли и действия центробежной силы гравитация на ее поверхности несколько уменьшается. Силой земного притяжения обусловлено ускорение свободного падения предметов, величина которого составляет примерно 9,8 м/с2.
Неоднородность земной поверхности предопределяет различия гравитации в разных районах. Измерения ускорения силы тяжести позволяют получать информацию о внутреннем строении Земли. Например, вблизи гор прослеживаются бóльшие его значения. Если показатели меньше ожидаемых, то можно предположить, что горы сложены менее плотными породами. См. также геодезия.
Масса и плотность.Масса Земли составляет ок. 6000×1018 т. Для сравнения масса Юпитера больше примерно в 318 раз, Солнца – в 333 тыс. раз. С другой стороны, масса Земли в 81,8 раза превышает массу Луны. Плотность Земли варьирует от незначительной в верхних слоях атмосферы до исключительно высокой в центре планеты. Зная массу и объем Земли, ученые рассчитали, что ее средняя плотность примерно в 5,5 раза больше плотности воды. Одн