Карсты. Определение карста

Содержание

Слайд 2

Определение карста Слово «карст» произошло от названия «Крас» – горного плато

Определение карста

Слово «карст» произошло от названия «Крас» – горного плато

в Словении.
Карст – совокупность геологических явлений в Земной коре и на её поверхности, вызванных химическим растворением горных пород и выраженных в образовании в Земной коре пустот, в разрушении и изменении структуры и состояния пород, в создании особого характера циркуляции и режима подземных вод, а так же характерного рельефа местности и гидрографического режима речной сети.
Слайд 3

Карстовая воронка

Карстовая воронка

Слайд 4

Карст Карст – сложный геодинамический процесс, оказывающий влияние на все элементы

Карст

Карст – сложный геодинамический процесс, оказывающий влияние на все элементы литосферы:
геологический

процесс (растворение породы, изменение ее состава, структуры, текстуры, образование новых минералов, осадочных пород и подземных ископаемых);
гидрогеологический (формирование коллекторов подземных вод разного химического состава);
геохимический (миграция химических элементов в системе порода – вода);
геоморфологический (образование поверхностных и подземных форм рельефа);
физико-географический (формирование особого типа ландшафтов);
инженерно-геологический (приводящий к изменению прочностных свойств пород и устойчивости территорий).
Слайд 5

Инженерно-геологическое значение изучения карста В мире: карбонатные породы - 40 млн.

Инженерно-геологическое значение изучения карста

В мире: карбонатные породы - 40 млн. км2,
сульфатные

– 7 млн. км2,
соли - 4 млн. км2.
Прослеживаются до глубины 300-400м.
Образование карстовых воронок и провалов;
Увеличение деформируемости и уменьшение прочности пород;
Незаполнение водохранилищ;
Прорыв карстовых вод в подземные выработки.
С карстом связан особый тип накоплений:
- доломитовая мука,
- химические – натечные формы, сталактиты и сталагмиты.
Слайд 6

Карстовая воронка

Карстовая воронка

Слайд 7

Условия развития карстового процесса Наличие растворимых горных пород – к труднорастворимым

Условия развития карстового процесса

Наличие растворимых горных пород – к труднорастворимым относятся

карбонатные (известняки – 14мг/л, доломиты, мел, известняковый туф, мраморы), к среднерастворимым – сульфатные (гипс – 2г/л, ангидрит), к легкорастворимым – соляные (галит - 320г/л, сильвинит, мирабилит) породы.
Водопроницаемость горных пород – поровая, трещинная, по разломам.
Наличие движущихся подземных вод (необходим постоянный водообмен).
Растворяющая способность поверхностных и подземных вод (агрессивность), обусловленная их химическим составом, температурой, присутствием газов (СО2, Н2S), органических кислот и т.д.
Слайд 8

Факторы, влияющие на развитие карста К природным факторам относятся: - неоднородность

Факторы, влияющие на развитие карста

К природным факторам относятся:
- неоднородность литологического строения

и состава карстующихся пород, наличие в них нерастворимых слоев и примесей, текстурные особенности;
-трещиноватость массива пород, ее интенсивность и пространственное распространение;
- новейшая геологическая история района, характер и интенсивность неотектонических движений, обусловливающих формирование рельефа и положение местных и региональных базисов дренирования подземных вод;
- рельеф карстового покрова, наличие покрова четвертичных глинистых пород и растительности, влияющих на поверхностный сток и инфильтрацию атмосферных осадков;
- климатогидрологические факторы, отражающиеся на гидрогеологической обстановке карстующихся массивов пород: количество и распределение осадков, температура воды и т.п.; климатические факторы имеют зональный характер, оказывают наибольшее воздействие на карст в верхних частях массива, наибольшее развитие карст получает в условиях влажного и избыточно влажного климата, наименьшее засушливых в районах.
- тектонические структуры — складчатые и особенно разрывные, определяющие пути движения основных потоков подземных вод.
Слайд 9

Карстовые формы: 1 – карры, 2 – воронки, 3 – полье,

Карстовые формы: 1 – карры, 2 – воронки, 3 – полье,

4 – колодцы, 5 – шахты, 6 – исчезающие реки, 7 – провальные воронки, 8 – ущелье, 9 – пещера, 10 – сталактиты, 11 – сталагмиты, 12 – «терра-росса», 13 – пещерное озеро, 14 – сифоны
Слайд 10

Карстовые формы Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа: 1)

Карстовые формы

Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа: 1) воронки поверхностного

выщелачивания, или чисто коррозионные, которые образуются за счет выноса выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии; 2) провальные воронки, или гравитационные, формирующиеся путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии; 3) воронки просасывания, или коррозионно-суффозионные, образующиеся путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя.
Полья – понижения в рельефе на карстующихся породах.
По своему происхождению разделяются на следующие типы: 1) тектонически-коррозионные и тектонически-коррозионно-эрозионные, 2) возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующихся известняков или на контакте с ними, 3) образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин при их росте в горизонтальном направлении, 4) провальные.
Слайд 11

Коррозионно-суффозионная воронка

Коррозионно-суффозионная воронка

Слайд 12

Воронка в населенном пункте

Воронка в населенном пункте

Слайд 13

Воронка в городе

Воронка в городе

Слайд 14

Типы карста Открытый – карстующиеся породы обнажаются на поверхности. Скрытый -

Типы карста

Открытый – карстующиеся породы обнажаются на поверхности.
Скрытый - карстующиеся

породы перекрыты: а) нерастворимыми непроницаемыми породами; б) нерастворимыми водопроницаемыми породами.
В настоящее время в Российской Федерации выделяются следующие морфолого-генетические типы карста: 1) погребенный, или ископаемый, карст;
2) бронированный карст;
3) покрытый карст; 4) задернованный карст; 5) полузадернованный и частично задернованный карст; 6) голый карст; 7) останцовый тропический карст (в России только реликтовый); 8) карст, развивающийся в условиях вечной мерзлоты; 9) морской карст.
По составу карстующихся пород выделяются следующие литологические типы, с которыми совмещаются морфолого-генетические формы карста: 1) известняковый карст; 2) доломитовый карст; 3) карст в мраморах; 4) меловой карст, в том числе карст в мелоподобных мергелях; 5) гипсово-ангидритовый карст; 6) соляной карст.
Слайд 15

Степень закарстованности пород Под степенью закарстованности горных пород следует понимать степень

Степень закарстованности пород

Под степенью закарстованности горных пород следует понимать степень нарушенности

их монолитности в результате образования разнообразных пустот и полостей при выщелачивании и растворении.
Количественно закарстованность оценивается как отношение объема карстовых пустот и полостей в рассматриваемом объеме горных пород: З=v/V100%.
где З – показатель закарстованности пород в процентах, ν – объем пустот в изучаемом объеме пород, V – объем пород, в пределах которого измерен объем карстовых пустот [Ломтадзе, 1977]
Слайд 16

Методы оценки степени закарстованности территорий и пород Степень закарстованности пород оценивают

Методы оценки степени закарстованности территорий и пород

Степень закарстованности пород оценивают главным

образом косвенными приемами по данным:
1) геоморфологических наблюдений – подсчет количества воронок на единицу площади или отношение площади воронок к площади распространения карстующихся пород;
2) наблюдений и непосредственных замеров объёмов карстовых пустот в обнажениях (трещинная пустотность) и в самих карстовых пустотах;
3) наблюдений при проходке горных выработок и буровых скважин – провалы инструмента и потеря промывочной жидкости при бурении;
4) геофизических разведочных работ - электро и сейсморазведка;
5) специальных гидрологических наблюдений – по разнице расходов реки в различных створах равного поглощению речного стока;
6) определения объёма пустот при водоотливе;
7) опытных фильтрационных – откачек и нагнетаний по определению коэффициента фильтрации и удельного водопоглащения и опытных цементационных работ;
8) наблюдений за деформациями сооружений.
Слайд 17

Скорость развития карста Замеры площадей участков, пораженных карстом, дают возможность рассчитать

Скорость развития карста

Замеры площадей участков, пораженных карстом, дают возможность рассчитать среднюю

пораженность территории карстовыми провалами (в процентах) как суммарную площадь провалов (Σf) на единицу площади (F) исследуемой территории: B= Σf/ F*100%
В районах развития сульфатного и соляного карста необходимо знать не только степень закарстованности пород, но и скорость развития карста, так как в гипсах, ангидритах и солях карст развивается с очень большой скоростью.
Скорость развития карста характеризуется показателем активности карста (А) , который показывает интенсивность развития карстового процесса (в процентах за тысячелетие):
А= ν1000/ V*100%,
где ν1000 – объем растворенной горной породы, выносимой подземными водами за 1000 лет, V – общий объем карстующейся породы. (Крымская яйла – 0,08%.)
Слайд 18

Активность карста Среднегодовое количество провалов (Р) на единицу площади (F) рассчитывается

Активность карста

Среднегодовое количество провалов (Р) на единицу площади (F) рассчитывается по

следующей формуле: Р= n/Ft
где t – промежуток времени, n – количество карстовых провалов на исследуемой территории.
Среднегодовая поражаемость карстовыми провалами (В, %) – это суммарная площадь (Σf) провалов, образовавшихся за один год, на единицу площади (F) исследуемой территории: В= Σf /Ft,
где t – промежуток времени.
Слайд 19

Скорость развития карста Оценка степени устойчивости территорий по количеству воронок, образующихся

Скорость развития карста

Оценка степени устойчивости территорий по количеству воронок, образующихся на

1 км2 за единицу времени (год):
1) весьма неустойчивые – 5-10 воронок в год,
2) неустойчивые – 1-5 воронок в год,
3) средней устойчивости – 1 воронка от 1 до 20 лет,
4) устойчивые – 1 воронка за 20-50 лет,
5) весьма устойчивые – 1 воронка за более 50 лет.
Слайд 20

Техногенные факторы активизации карстового процесса Увеличение обводнености, интенсивности водообмена, скорости движения

Техногенные факторы активизации карстового процесса

Увеличение обводнености, интенсивности водообмена, скорости движения

подземных вод при:
1) создании высоконапорных плотин и водохранилищ,
2) организации длительных интенсивных эксплуатационных откачек подземных вод с большими понижениями для питьевых и хозяйственных целей, а также из подземных выработок, карьеров и котлованов,
3) нагнетании промышленных вод, обычно агрессивных,
4) создании водопроводных сетей и каналов различного назначения, из которых происходят длительные утечки воды.
Растворение карстующихся пород значительно усиливается при действии такого фактора, как агрессивность промышленно-хозяйственных вод: высокая минерализация, температура, кислотность, газонасыщенность.
Обнажение карстующихся пород на склонах и в искусственных выемках при строительно-планировочных работах, в карьерах, котлованах, удаление растительности, почвы и покровного слоя суглинков, способствующие увеличению инфильтрации атмосферных осадков.
Добыча солей.
Слайд 21

Инженерно-геологические исследования карста 1) глубина залегания растворимых пород от поверхности земли,

Инженерно-геологические исследования карста

1) глубина залегания растворимых пород от поверхности земли, рельеф их

поверхности, мощность, состав и свойства покрывающих отложений;
2) мощность растворимых пород, степень их закарстованности, пространственное расположение поверхностных и подземных форм;
3) водопроницаемость и водообильность закарстованных пород, глубина залегания уровня карстовых вод и их напор;
4) интенсивность развития карста, виды, формы и частота его проявления, причины и условия, способствующие его развитию;
5) размер активной зоны проектируемых сооружений, ее распространение в толщу закарстованных пород, несущая способность закарстованных пород и покровных отложений (если проектируются сооружения глубокого заложения);
6) опыт строительства и эксплуатации сооружений в рассматриваемом районе
Слайд 22

Противокарстовые мероприятия Характер и объём противокарстовых мероприятий определяется инженерно-геологическими условиями и

Противокарстовые мероприятия

Характер и объём противокарстовых мероприятий определяется инженерно-геологическими условиями и видом

строительства.
Прекращение доступа поверхностных и подземных вод к карстующимся породам с целью предотвращения карста:
- организация стока поверхностных вод;
- каптаж подземных вод и дренаж обводненных пород;
- водонепроницаемые покрытия.
Улучшение закарстованных массивов пород:
- искусственное обрушение кровли карстовых пустот и заполнение их глинистым материалом;
- заполнение (тампонирование) карстовых полостей и трещин песком, щебнем и цементным раствором с помощью засыпки и нагнетания;
Слайд 23

Противокарстовые мероприятия При разработке соляных месторождений: - устройство противофильтрационных завес; -

Противокарстовые мероприятия

При разработке соляных месторождений:
- устройство противофильтрационных завес;
- искусственное засоление подземных вод.
При

проходке горных выработок осушение при помощи откачек.
Разнообразные конструктивные мероприятия при строительстве:
- создание в кровле закарстованной толщи искусственно закрепленного слоя, который будет воспринимать нагрузку от сооружения;
- фундамент из свай стоек.