Стратиграфиялық атаулар

Эонотема

Группа (топ)

Система (жүйе)

Бөлім

Ярус (қабат)

Геохронологиялық атаулар

Эон

Эра (замана)

Период (дәуір)

Эпоха (кезең)

Ғасыр

Кейде жеке бір аудандарда зерттелген қабаттар Халықаралық келісім бойынша қабылданған шкаламен салыстыруға келмесе, онда олар үшін жергілікті атаулар беріліп стратиграфиялық ұсақ бөлімдер мен бөлім-шелерге (свита, подсвита, серия) ажыратылады.

Стратиграфиялық шкала — белгілі бір уақыт аралығында рет-ретімен қабатталып жиналған шөгінді жыныстар жиынтығын, ал оған сәйкес келетін геохронологиялық шкала — уақыт мерзімін көрсетеді. Шартты түрде стратиграфиялык атаулар стратондар, ал геохронологиялық ұғымдар геохрондар деп аталады.

Пайдалануға ыңғайлы болу үшін екі шкаланың да бөлімдері мен бөлімшелері бірдей атаулармен аталады. Стратиграфиялық бөлімдер төменгі, орта және жоғарғы болып бөлінеді. Соған сәйкес геохронологиялық кезеңдер — алғашқы, орта және соңғы болып ажыратылады.

Эонотемалар — бірнеше эраларды (заманаларды) қамтитын ең ірі стратиграфиялық топтардан (эратема-лардан) тұрады.

Қазіргі кезде жердің тарихы екі эонотемаға ажыратылады:

1. Фанерозойлық (грекше «фанерос»—айқын, «зоэ»—өмір) — палеозой, мезозой және кайнозой топтарын біріктіреді.

2. Криптозойлық (грекше «криптос» — жасырын, қүпия, «зоэ» — өмір) — протерозой және архей топтарын біріктіреді.

Топтар — бір эра (заман) бойы қабатталып жиналған шегінді жыныстар жиынтығын құрайтын стратиграфиялық ұғым. Олар Жер қыртысының даму тарихында өте үзақ кезендерді қамтиды. Топтардың шекарасы органикалық дүниенің күрт езгеріп, жаңа түрлердің пайда болуымен анықталады. Топтардың және эралардың атаулары (грек сөздерінен құралады) алғашқы қарапайым өмірдің пайда болу және олардың даму сатыларымен байланысты.

Ең алғашқы тіршіліктің бастамасы — Жердің көне тарихымен байланысты. Бұл уақыт архей (грекше «археоо — кене, ескі деген мағынада) деп аталады. Одан кейінгі уақыттар протерозой (грекше «протероо — бірінші, алғашқы деген мағынада); палеозой (грекше «палеос» — ескі); мезозой (грекше «мезос» — орта), кайнозой (грекше «кайнос» — жаңа) болып бөлінеді.

Жүйелер белгілі бір периодта (дәуірде) жиналған шөгінді қабаттарынан құралады. Олардың атаулары, әдетте, шөгінді жыныстардың алғашқы табылған орындарына қарай, жергілікті (кембрий, девон, пермь, юра) атаулармен аталады. Мысалы, девондық жүйе Англиядағы Девоншир атты граф жерінің; пермьдік жүйе Пермь облысының атымен аталады. Сол сияқты жергілікті халықтардың атымен (ордовик, силур) немесе шегінді жыныстардың құрамына (таскөмір, бор) байланысты аталады. Ал кейде олардың ішкі бөлімшелерінің санына қарай (мысалы, триас — үштік) да аталады.

Жүйелер бөлімдерге ажыратылады. Оған сәйкес келетін уақыт аралығы эпохалар (кезеқдер) деп аталады.

Бөлімдер — қабаттарға (ярустарға), соған сәйкес эпохалар (кезеқдер) ғасырларға ажыратылады. Ең соңында кабаттар зоналарға, ал ғасырлар жылдарға бөлінеді. Стратиграфиялық бөлімшелерді ажырата білу үшін шартты белгілер қабылданған. Топтардың индекстері оның латынша аттарының алғашкы әріптері аркылы белгіленеді (мысалы, протеро-зой — РК); жүйелердіқ индекстері оның латынша атының бірінші әрпімен белгіленеді (мысалы, пермь—Р); ал оның бөлімдері сан арқылы көрсетіледі. Мысалы, бор жүйесі (К) екі бөлімнен тұрады: төменгі бөлім (Кі) және жоғарғы бөлім (Кг)

Бұл индекстер геологиялық карталар мен геологиялық кішаларда және т. б. геологиялық кұжаттарда қолданылады. Мұндай кұжаттарды оқуға қолайлы болу үшін түсті бояулар мен әр түрлі белгілер пайдаланылады. Мысалы, бор дәуірінде түзілген жыныстар — ашык көк түске, палеогендік жыныстар — қою сары түске боялады.

Абсолюттік геохронология — жер қыртысын құрайтын тау жыныстарының жасын, сонымен бірге жердін тарихындағы геологиялық ірі оқиғалардың болған уақыты және ұзақтығы (кәдімгі астрономиялык жылдар есебімен) оның кұрамында кездесетін радиоактивтік элементтердің (уран, торий, рубидий, калий, көміртегі) ыдырау заттарын (^ти, МбЦ, ™ЧҺ, ^а7КЬ, ⁴⁰К, ¹⁴С) зерттеу аркылы анықталады.

Тау жыныстарының абсолюттік жасын анықтауда радиологиялық әдісті қолдану мүмкіндігі туралы алғашқы ойды француз ғалымы Пьер Кюри (1903 ж.) айткан болатын.

Радиоактивтік элементтердің қыдырауы (жартылай ыдырау мерзімі) — әр уакытта тұрақты болып, белгілі бір жылдамдықпен, өз бетінше жүріп жататындығы эксперимент жүзінде дәлелденген. Сонымен, ыдырау жылдамдығын ескере отырып минералдық кұрамындағы радиоактивтік элементтің жасын оның ыдырау заттарының (изотоптардың) салмағына қарай анықтауға болады.

Қазіргі кезде қолданылатын радиологиялық әдістердің ішінде уран-торш-корғасындык, калий-аргондық, рубидийлі-стронцийлық және көміртегілік әдістер еқ бастылары болып саналады.

I. Уран-торий-қоргасындык әдіс уран, торий элементтерінің ыдырай келе радиогендік корғасынға айналатындығына негізделген.

Қорғасынның изотоптық құрамы арнаулы аспаптар (масспектрометр) арқылы анықталады. Бұл әдіс 100млн-нан 5 млрд-қа дейінгі аралықта анықтау жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік береді.

2. Калий-аргондық әдісінде атомдык массасы 40-ка тең калий изотопы өзінің ядросына бір электрон қосып алып, аргонға айналады: ^4ОК+е ⁴⁰Аг. Олардың қатынас санына қарай (⁴⁰Аг/⁴⁰К) минералдық заттардың жасың аныктайды.

Бұл әдіс жиі колданылады. Өйткені, калий жер қыртысында кең таралғаң. Сондыктаң да оның минералдары (дала шпаттары, слюдалар, амфиболдар, пироксендер) жиі кездеседі. К/Аг әдісі арқылы 100 000 жылдан миллиард жылға дейінгі аралықта тау жыныстарының жасын анықтауға болады.

3. Рубидий-стронцийлык, әдісі — рубидий изотопының строниий изотопына (⁸⁷Sr) айналуына негізделген. Рубидий (шашыранды түрде) калийлі минералдардың (слюдалар, калийлі дала шпаттары) кұрамында кездеседі.

4. Көміртегілік әдіс — органикалық казба калдықтарының кұрамындағы көміртегінің радиоактивтік изотопын (¹⁴С) анықтауға негізделген. Бұл изотоп атмосфера кабатында ғарыштык, сәулелердің азотка тигізген әсеріне байланысты құралады.

Кейінірек олар тірі организмдермен жұтылады. Өлі организмнің кұрамында олар белгілі бір жылдамдықпек (5730 жыл) ыдырайды. Бұл әдіс төрттік дәуірде құралған жыныстардың жасыи анык,тауға және археологиялық зерттеу жұмыстарын жүргізуде кеңінен колданылады.

Радиологиялық әдістерді қолдану нәтижесінде жер қыртысын кұрайтын көптеген тау жыныстарының жасын анықтауға мүмкіндік туды.

Осы зерттеулерге сүйене отырып, жер кыртысы осыдан 3,6—4,6 млрд. жылдар бұрын түзілгенін; Жердің геологиялық жасы 4,6 млрд., ал планеталык жасы — 6,5—7 млрд. жылдар шамасында болатындығын анықтауға болады.

Негізгі әдебиет: 1 [30-32], 2 [11-13], 3 [21-25; 40-45; 51-58; 62-69]

Қосымша әдебиет: 8 [4-13]

Бақылау сұрақтары:

1. Басқа ғылымдар жүйесімен олардың тапсырмасында инженерлік геологияның орнын көрсетіңіз?

2. Жер жазықтығының рельефінің басты пішіні, формасы және өлшемі қандай?

3. Пайда болу тегі және химиялық құрамы арқылы минералдарды қалай бөледі?

4. Шөгінді және сазды жыныстар құрамы мен бөлшектерінің ірілігіне байланысты қандай түрлерге бөлінеді?

5. Басты химиялық және органогендік жыныстарды сипаттаңыз.

6. Тау жыныстарының қатысты және абсолюттік жасы дегеніміз не? Жыныс жасының құрылыстағы мәні және оларды қалай анықтайды?

7. Метаморфтық жыныстарының басты өкілдерін сипаттаңыз.

8. Әртүрлі жартасты және түйіртпекті жынысты материалдарды құрылыста қалай қолданады. Ғимарат пен үймереттің негізі мен ортасы.

2-ші Дәріс. Эндогендік және экзогендік процестер

Экзогендік процестердіқ негізгі энергия көзі, жоғарыда айтылғандай, Күннің жылу энергиясы және гравитациялық күштер болып саналады. Олар төрт топқа: 1) үгілу; 2) үгілу өнімдерінің жаңа орынға тасымалданып көшуі, яғни орын ауыстыруы; 3) аккумуляция (шоғырланып жиналу); 4) диагенез (шөгінділердін. таска айналуы болып ажыратылады.

Үгілу_(выветривание — немісше «веттер» — ауа райы деген мағынада) процесі деп, жер қыртысып құрайтын алғашқы заттардық (магмалык, метаморфтык және шөгінді жыныстардың) жер бетінде табиғи жағдайда үздіксіз жүріп жататын (физикалық, химиялық және биохимиялық) әр түрлі әрекеттердің нәтижесінде (ыстық ауа мен салқын ауаның кезек алмасуы, жауын-шашын, су мен жел, ауадағы өттегі мен көмір қышкыл газының және әр түрлі кышқылдардын химиялық әсері, күн радиациясы, тірі организмдер мен өсімдіктердің әрекеттері) байқалатын өзгерістердің жиынтығын айтады.

Денудациялық (латынша «денудацио» — ашылу) процесс — үгілу заттарының денудациялык агенттердін (гравитациялық күштер, мүхиттар мен теніз сулары және атмосфералық сулар мен кұрлык сулары, мұздықтар мен соккан жел әрекеттері) күшімен жаңа орынға тасымалданған тау жыныстарының орын ауыстыру әрекеттерін камтиды. Бұл әрекеттердің нәтижесінде жер беті тегістеліп, тегіс пішінді бедер түрлері қалыптасады.

Аккумуляциялық (шөгінді қабаттардың жиналуы) процестердің нәтижесінде, алғашкы жыныстардың (магмалық, метаморфтык) үгілу заттары жер бедерінің ойыс немесе шұңғыл аудандарында (өзен аңғарларында, көлдер мен батпақтарда, мұхиттар мен теңіздерде) тұнбалар түрінде шөгінді қабаттар түзіледі.

Диагенез — борпылдақ шөгінді қабаттардың цементтеліп, шөгінді тау жыныстарына айналуына әсерін тигізетін термодинамикалық күрделі процесс. Мысалы, кұмнан :— құмтас, жұмырланған малта тастан — конгломерат, су жәндіктерінің қалдықтарынан — қабыршактас (ракушняк), өсімдіктер қалдықтарынан — торф, тас көмір қабаттары пайда болады, ал құмға араласқан ізбесті лайдан ізбестас түзіледі.

Экзогендік геологиялық процестердің барлығы да бір-бірімен өте тығыз байланысты. Бүл әрекеттердің қар-қындылығы әр түрлі геологиялық, физикалық-географиялық және т. б. көптеген факторларға тәуелді.

Олардың ішінде жер қыртысының тектоникалық козғалыстары, климаттық жағдайы мен геологиялық құрылыс ерекшеліктері, бедер пішіндері және уақыт мерзімдері мақызды роль атқарады. Экзогендік процестердің арқасында жер қыртысынын, топырақ қабаты және әр түрлі пайдалы қазбалар құралады. Пайдалы қазбалардың дүниежүзілік мөлшерінін, <~60%-і экзогендік процестерге байланысты түзілген кен-орындарынан өнді-ріледі.

Сонымен қатар өзен, көл және теңіз жағалауларының бұзылуы, құлама жарқабактардын, опырылып қүлауы немесе сырғып-жылжуы, қар көшкіндері, тау беткейле-рінің бұзылып-шайылуы, терең сайлардын, ұлғаюы және кейбір аудандардың батпаққа айналуы секілді қолайсыз жағдайлар экзогендік геологиялық процестердің нәтижесі болып саналады. Әрине, мұндай күтпеген оқиғалардың халық шаруашылығына тігізетін зияны орасан зор.

Желдің геологиялық әрекеті. Желдін атқаратын геологиялық кызметі эолдық процестер (ескі грек аңыздары бонынша «Эол» — жел кұдайы деген мағынада) деп аталады. Бұл процестердің нәтижесінде тау жыныстары қажалып, бұзылады немесе үгіліске ұшыранады. Ал үгілу заттары желдің әсерінен (үрлеу күшіне) бір орыннан екінші бір орынға ұшып қонады. Желдің геологиялық әрекеті әр түрлі процестермен сипатталады.

Корразия (латын тілінде «корразио» — қажаймын деген мағынада) деп, жел айдап ұшырған ұсак кұм түйіршіктердің жер бетіндегі жар тастарды мүжіп, тау жыныстарына тигізетін механикалық әсерін айтады.

Дефляция (латын тілінде «дефлятцио» — үрлеу деген мағынада) деп, үгіліске ұшыраған борпылдак, жыныстардың үсак кұм түйіршіктерінің (желдің үрлеу күшіне қарай) жана орынға үшып-конуын айтады. Ал желдіқ урлеу күші, оның жылдамдығымен анықталады.

Дефляциялық әрекет шөлді аймактарда жиі байқалады. Дефляция жазык жерге қарағанда жел өтінде орналасқан белесті үстірттерде күшті дамиды. Мұндай әрекеттерге байланысты әр түрлі пішіндегі скульптуралық бейнелер (саңыраукұлақ немесе бағана т. б. тәрізді) қалыптасады.

Сазды, кұмды жыныстан құралған шөлді далалар мен шөлейт жерлерде дефляциялық шағын ойыстар жиі кездеседі. Олар желдін құйындап соғуынан пайда бо-лады.

Ауаның қозғалыс жылдамдығы артқан сайын желдің геологиялық әрекеті де күшейе тұседі. Мысалы, ауаның қозғалыс жылдамдығы 4,5 м/с — 6,5 м/с болғак жағдайда, ірілігі 0,25 мм-ге дейінгі үгілу заттары козғалысқа ұшырайды; 10—11 м/с болғанда ірілігі 0,5— 1 мм-лік түйіршіктер козғалысқа араласады; 20—30 м/с-ке жеткенде 4 мм-лік кейде одан да ірі кесек белшектер домалай козғалып, орын ауыстырады; жел жылдамдығы 30 м/с немесе одан да жоғары болған кездері ағаштар тамырымен копарылып жатады, ал 50—80 м/с жылдамдықпен қозғалған кездері апатты жағдайға ұшыратады. Жел дауыл боп соққанда үгілу заттарының зор массасы шаң-тозаңдар түрінде ауаға көтеріліп, алыс жерлерге көшіп қонады.

Бұл әрекеттердің жиі байкалатын орындары — құрғак, және ыстык климаттық аймақтар. Сонымен қатар өсімдік өспейтін жалаңаш тасты тау-жоталары, өзендер мен теңіз жағалауы болып саналады.

Коррозия мен дефляциялық процестер бір-бірімен өте тығыз байланысты. Бұл процестердің нәтижесінде жер бедері әр түрлі пішінде қалыптасады. Мысалы, мұнара, бағана, саңырауқұлак, сүйіртас, сандықтас секілді пішіндер жиі кездеседі. Кейде олардың сыртқы көрінісі адамның немесе жануарлардың кескініне ұксас болып келеді.

Бедердің дұрыс пішіндері берік жыныстардың арасында, ал бүрыс пішінді бедер түрлері жұмсақ, борпылдақ жыныстар арасында жиі байкалады.

Желдің тасымалдау әрекеті нәтижесінде ірілігі 1 мм-ге дейінгі кұм және шаң-тозаң туріндегі үгілу заттары басқа орындарға үшып-қонады. Ал угілу заттарының бұдан ірілеу бөлшектері тек дауылды жел сокданда ғана орын ауыстырып, көшіп-конуы мүмкін.

Жел үрлеген үгілу заттары жер бетімен домалай қозғалады, ал ауа кабатына ұшып көтерілген жағдайда желдің соғу бағытына карай козғалады. Мысалы, Африка шөлдерінің шаң-тозаңы Атлант мухитының жағалауларына дейін (2100—2500 км-ге дейін) көшіп-қонады; Онтүстіктен соққан жел Сахараның шаң-тозаңың Италияға, кейде Германия жеріне дейік жеткізетіндігі белгілі. Сонымен, эолдық шөгінділер осылайша да жиналады.

Желдің аккумуляциялық қызметіне байланысты кұмды шөгінділер бір орынға жиылып өзіндік бедер пішіндері қалыптасады. Олар жылжымалы (дюналар, бархандар) және бекіген (қьірқалы, тәбешікті) кұм шоғырлары түрінде жиі кездеседі.

Жылжымалы кум шоғырлары (өсімдік тамырлары аркылы бекімегендіктен) сусымалы келеді. Олар катты жел соққанда оп-оңай қозғальш көшіп-конады, әр түрлІ дыбыс шығарады.

Дюналар-желдің қүмды ұйіре суырып үрлеу әрекеттеріне байланысты жер бедерінін. ойлыкырлы аудандарында белгілі бір тосқауылдарға тіреліп, немесе өзендер мен көлдердің және теңіздердің жағаларында биіктігі 20—40 м-дей адырлы қүм үйінділері (дөңдер) түрінде жиналады. Дюналар әр түрлі климаттық жағдайларда кездеседі.

Бархандар (кұм шағылдар) сырткы көрінісі қол орақ немесе тағаның ізі тәрізді болып келген асимметриялы кұм-төбелер түрінде түзіледі (2.1-сурет). Олардың сүйірлеу шеті желдің жиі байқалатын негізгі бағытын айкыңдайды. Құмды шөлдерде олар тізбектеле топталып, желдің басымырак соғатын бағытына көлденен, орналасады. Окшау орналасқан кұмды төбелер мен төбешіктер өте жылжымалы болып келеді. Олар жылына 5—6 м-ден 50—70 м-ге дейінгі жылдамдықпен козғалады. Мұндай құмдардың қозғалысы өте қауіпті. Өйткені олардың зор массасы қозғалысқа үшырап, көшіп-конған жағдайларда егістік жерлерді, қаналдарды, жолдарды, жеке үйлерді, тіпті елді мекендерді түгелдей басып қалады.

Бекіген құмды-таулар шөлейтті аудандарда жиі кездеседі. Олар (биіктігі 10—20 м-дей) кьірқалы құмдар турінде белгілі бір бағытта созыла орналасады. Құмды төбелер мен төбешіктер (биіктігі 10 м-дей ғана) жайпак беткейлі болып келеді. Олардың жылжып кәшіп-конуына өсімдіктер жамылғысы тоскауыл болады.

Шаң-тозаңдардан түзілген шөгінділер шөлден тысқары аймақтарда лёсс түрінде жиі кездеседі.

2.1-сурет. Жекелеме бархандардың тік кимасы мен үстінен қарағандағь көрінісі (планы).

Лесс— түсі ашык, сары, құрамы біртекті келген, қабатсыз орналаскан шәң-тозандардан (0,01—0,05 мм) құралған, борпылдақ жыныстар болып саналады. Оның негізгі құрамы ұсақ түйірлі каолиниттен тұрады. Әрине, қосымша, ірілеу бөлшектерден құралған кварц, дала шпаттары, слюдалар, сонымен қатар кальцйі-магнийлі конкрециялар, моллюскалар мен өсімдіктер калдығы бірге кездеседі. Гранулометриялық (ірілі-ұсактық) кұрамы жағынан лёсс саздақтар (балшықтар) мен ауыр құмдақтарға сәйкес келеді. Оның кұрылысында кеуек қуыстар жиі байқалады.

Лёсс және лёсс тәрізді жыныстар шетелдерде — Европа, Азия, Солтүстік Америка, Аргентина елдерінің коньіржай белдеулерінің шөлді және шөлейтті аудандарында, біздің елімізде — Орта Азияда, Батыс Сібірде, Украинада, Солтүстік Кавказда, Карпат сыртында, Қазақстанда — Іле Алатауы мен Жоңғар Алатауында, Талас, Қаратау және Шу өңірлерінде, Сарыарка мен Торғай далаларында жиі кездеседі. Лёсс калыңдығы бірнеше метрден ондаған метрге, кейде 70—100 м-ге дейін (мысалы, Іле Алатауының тауалды беткейлерінде) жетеді. Олардың түзілуі әр түрлі геологиялық процестермен байланысты түсіндіріледі. Мысалы, неміс ғалымы Ф. Рихтюфен лёстердің түзілуі субаэралдык, ал орыс ғалымдары В. А. Обручев — эолдық, Л. С. Берг — топырақтық деп санайды.

Қазіргі кездегі көзқарас бойынша, лёсс формациясы эолдық, элювийлік, пролювийлік, аллювийлік, мұздық, көлдік, флювиогляциалдық жыныстардан кұралады.

Лёсс формациясынан түзілген топырақ кабаттарының кұнарлылығы өте жоғары. Лёсті шөгінділер халық шаруашылығыңда құрылыс материалы ретінде (күйдірілген кірпіштер дайындауда) кеңінен пайдаланылады.

Атмосфералык жауын-шашын, жер бетіндегі ағын сулар жер бедерін үздіксіз өзгертіп отырады, яғни сонық әсерінен жер бетінің бедері үнемі өзгеріп түрады. Ағын сулар жер бетінің еністігің куалай козғала отырып, бір-бірімен косыла келе иірмелерге, олар көбейе келе жіңішке жылғашаларға, бірнеше жылғашалар бір-бірімен қосылып, жылғаларға айналады. Олар ең соңында өзендер кұрайды. Ағын сулар, жолындағы борпылдақ жыныстарды оп-оңай шайып әкетеді де, өзен арнасы қалыптасады. Судың белгілі бір жазықтықта байқалатын бұзушылық әрекеті — жазықтық эрозия (шаю) деп аталады. Ағын сулардың эрозиялық әрекетіне байланысты топырақ қабатының бұзылуы — топырақ эрозиясы деп аталады. Бұл әрекеттердің ауыл шаруашылығына тигізетін зияны өте зор.

Атмосфералық жауын-шашын (жаңбыр мен қар) суларының бұзушылық әрекеті делювийлік (латынша «делюо» — шаю деген мағынада) процесс деп аталады. Бұл әрекеттердін, нәтижесінде атмосфералық сулар ұсак түйірлі жыныстардаи кұралған үгілу эаттарын өзімен ілестіріп әкетеді. Осындай жолмен тау беткейлерінде шоғырланып жиналған (ірілі-ұсақты) тау-жыныстарының кесек бөлшектері делювий шөгінділері деп аталады (2.2-сурет). Бұл терминді бірінші болып академик А. П. Павлов қолданды.

Делювийлік процестердіқ нәтижесінде таудың биік бөліктері аласарады, ал ойдымдау келген бөліктері делювий шегінділерімен толып, биіктей түседі. Сонымен, делювийлік шегінділер тау беткейін тегістеп отырады. Олардың негізгі кұрамы көбінесе саз балшықтардан тұрады.

2.2-сурет. Делювнйдің пайда болу схемасы:

I — тау беткейінің алғашқьі беті: 2 — жазықтық шайылудан туған тау беткейінің төмендетілген беті 3 —делювий.

Жыралардың пайда болуы. Тау беткейлерінде жиі кездесетін әр түрлі ой-шұнкырларға атмосфералық су қалдыктары жиналады. Олар асып төгіліп төмен қарай саркылады. Тау беткейін кұрайтын жыныстар эрозиялық шайылу өрекеттеріне ұшырайды.

2.3-сурет. Жыраның пайда болу схемасы.

Соның нәтижесінде жыралар пайда болады (2.3-сурет). «Регрессиялық эрозия» заңдылығы бойынша, алғашқы жыра беткейді бойлап, жоғарылап өсе береді. Жыраның көлденең кимасы V тәрізді болып келеді. Одан ары карай жыра біртіндеп терендей түседі. Оның сағасы аңғардың деңгейіне дейін жетеді. Жыраның бұл деңгейі «эрозия базисі» деп аталады. Жыра эрозия базисінен төмен тереңдей алмайды. Соған байланысты оның түбінің көлденең қимасы тегістеле түсіп, біртіндеп кеңейе келе I) тәрізді пішін қалыптасады. Мұндай жыраның беткейлері біртіндеп құлай келе, шөгімді жыныстарға тола бастайды, сөйтіп ең соңында сайға айналады. Егер жыранық түбі жер асты суларынык денгейіне дейін жетсе, үздіксіз ағып жататын жылға пайда болады. Бұл жағдай жыранық одан әрІ терейдеуіне себепші болады да, ақырында өзен аңғарына айкалады. Жыралар халық шаруашылығына елеулі нұқсан келтіреді. Пайдаланылатын жерлердің біразын істен шығарады. Жыралардың пайда болуына қарсы алдын ала күрес жүргізуге болады. Ол үшін беткейлерін жыртпау керек.

Беткейлерді бойлай және жыраларды айнала көп жылдық шөптер мен өсімдіктер өсіру, сол секілді бау-бақшаларды көбейту арқылы жыралардың ұлғайып дамуына қарсы тоскауыл жасауға болады.

Солифлюкция деп, коллоидты өрітінділерімен каныкқан сазбалшықты жыныстардың салмагы ауырлап, өз Салмақ күштері әсерінен тау беткейімен төмен карай жылжу әрекеттерін антады. Бұл процесс (қатаю меи жібу әрекеттері) ерімей тоң болып қатып жатқан жазықтық беті арқылы кезектесе жүріп жатады. Жылжу жылдамдығы жылына бірнеше сиден бірнеше м-ге дейін, ал кейде (апатты жағдайларда) сағатына жүздеген м-ге жетеді.

Солифлюкция көпшілік жағдайда полярлық аймақтардық (солтустік және полярлық Урал, Шығыс Сібір, Қырғызстан, Чукот, Аляска, Шпицберген жерлері), қоңыржай белдеудің биік таулы аймақтарында көп жылдар бойы тоң болып қатып жаткаң аудандарда көқ таралған. Солюфлюкция 2—3° ендіктен бәсталып, 8— 15°-ка жеткенде қарқынды түрде дамиды. Бүл әрекеттердің нәтижесінде террасалар, белестер, шлейф баспалдактары секілді микробедер пішіндері қалыптасады.

Селді тасқындар. Сел дегеніміз, зор екпінмен жүйткіген, жойкын күшті балшык пен тас аралас сүрапыл су тасқыны. Биік таулы аймақтарда қар мен мұз суларының орасан мол қорлары бар екендігі бәрімізге де белгілі. Олар өте ыстық жаз айларында қар мен мұздың тез еруіне байланысты, нөсер жаңбыр жауған кездері, кішіпрім тау өзендерің балшық пен тас аралас коймалжың лай тасқындарымен толтырып, өте тез жылдамдык-пен шыңкүздардан құлан акқан сарқырамага айналып, ары қарағы сай-саланы бойлап немесе жыраларды куалай ағады.

Тарихи деректер бойынша жойқын күшті мұндай селді таскындар Тянь-Шань тауларында 1841 жылдан бері мәлім. Мысалы, 1887 жылы Іле Алатауында болған жер сілкінуі кезінде, Ақсан және Алматы өзендерінде селді-таскын болған; 1921 жылы июль айында болған селді-таскын кезінде сол кездегі Верный қалашығы (ка-зіргі Алматы каласы) зардап шегіп су астында калған. Ал 1963 жылы 7 июльде болған сел-тасқыны кезінде биіктаулық Есік көлі сарқырамаға айналып, шарасынан асып төгілді де, қас қаққандай аз уакыт ішінде жоқ болды.

Бүдан он жыл еткен сон, 1973 жылы 15 июльде Іле Алатауының Медеу шатқалында сел тасқыны болғаны көпшілікке белгілі. Бірак копарылыс жасау арқылы бұрынырақ қолдан салынған тасты бөгет селді тоқтатып, қаланы апаттан сақтап қалды. Бұл әрине, селге карсы күрестің дұние жүзінде алғашкы жасалынған эксперименті болды. Соңғы жылдары Іле Алатауында және т. б. жерлерде сел тасқынына карсы темір бетонды және тасты бөгеттер көптеп салынуда.

Ғалымдардың есебі бойынша, сел тасқыны 3,8 млн. текше метрден астам балшық пен тас аралас кою массаны тасты бөгетке әкеп тіреген екен. Қазіргі уақытта Медеудегі тасты бөгеттің биіктігі 200 м-ге дейін кетерілді.

Сонымен, Медеу шатқалында салынған тасты бөгет, селге қарсы күрестің үлгісі ретінде дуниежүзіне белгілі болды. Бұрыннан атакты Медеу мұз айдынының даңқы онан сайын арта түсті.

Сел тасқындары калай пайда болады және олардың болу себептері қандай деген сұрақка жауап берейік. Селді тасқындар — лайлы-тасты, сулы-тасты және лайлы болып үш түрге ажыратылады. Олардық биіктігі ондаған м-ге, ені километрге дейін жетеді. С. М. Флешманның пікірі бойынша, Іле Алатауында байқалатын селді тасқындар нөсер жаңбырмен байланысты (1841, 1921, 1940 жылдардағы селдер). Таулы аймақтарда жауған несер жаңбыр неғүрлым күшті болса, оның зардабы да соғурлым зор болады. Нөсерлі жаңбыр кезінде өзен алқабына келіп косылатын кұрғак, сайлар балшык пен тас аралас қою массаға толып кетеді.

Сел қаупі, әсіресе ыстык жаз айларында (июль, август) өте күшті. Қейде селді таскындар жаңбыр жаумай, ыстық болмай-ақ мүздык белдеулерде жер астындағы көлдер жер бетіне бұзып шығатын жағдайларда да болып тұрады. Мысалы, 1979 жылы 19 июльде Орта Талғар өзенінің бас жағында осыңдай жолмен сел тасқыны болды.

Сонымен селдің болуы үш жағдайға тікелей байланысты: 1) атмосфералык, ылгалдың (қар мен жаңбырдың) мол болуы; 2) биік таулық бедердің болуы; 3) үгілу заттарының көп болуы.

Тау бектерлерінде жыл маусымдарына байланысты кенеттен болатын тасқын сулардық (қатты нөсер жаңбыр, селді тасқын, еріген қар мен мұз сулары) әрекеттері нәтижесінде тасымалданып ысырынды конус түрінде жиналатын тау жыныстарының мүжілген кесек бөлшектері мен борпылдак жыныстардың жиынтығы пролювий деп аталады.

Пролювийлік ысырыңды конустар бір-бірімен бірігіп тұтаскан шлейфтер кұрайды.

Ысырынды конустың басталған жері мен тауға таяу аралығында дөңбек қой тастар мен малта тастар көбірек кездеседі; жазыққа қарай ұсақ малта тастар, кұмдар, ал ағын су әрекеті баяулайтын жерлерде лёстер және құмдар мен саздар жиналады, одан ары қарай (ен шеткі аймақтарда) гипсті, түзды болып келетін ағын сулардан (қыска уакыт аралығында) алевритті-балшықты жыныстар тұзіледі. Шөгінділердің тасымалдану жолы кыска болған жағдайда пролювийлік жыныстар іріктелмеген үшкір қырлы кесек бөлшектерден кұралады.

Пролювийлік жырынды конустарда Алматы, Әндіжан, Қоқан және Кавказдың кейбір калалары орналасқан.

Өзен шөгінділері аллювий деп аталады. Өзен аңғарларында және өзен арнасында жиналатын кесек бөлшектерден және борпылдақ жыныстардан құралған (дөңбек тас, малта тас, қиыршык тас, кұм, құмайт, балшык, саздык) шөгінділер аллювийлік болып саналады. Олар аққан судың екпіні мен бағытына қарай ірілі-ұсақты бөлшектерге жіктеліп отырады. Жайылмалық аллювий шөгінділері ұсак, түйіршіктерден тұрады. Олар су деңгейінің маусымдық өзгеруіне байланысты түзіледі. Өзеннің ескі арналық бөлігінде ескі арналық аллювий шөгінділері кездеседі. Ал жайылма сыртында аллювийлік-делювийлік шөгінділер жиналады. Олардың арасында әр түрлі пайдалы қазбалар (алтын, алмас, платина және т. б.) кездеседІ.

Аллювийлік шөгінділер (қүм, малта тастар) күрылыс материалдары ретінде өте бағалы кен-орындарын кұрайды.

Өзендердің геологиялық әрекеті. Өзендердің геологиялық қызметі, тау жыныстарын бұзып-шаю, үгілу заттарын басқа орындарға тасымалдап көшіру әрекеттерімен сипатталады. Мұндай әрекеттер эрозиялық процестер деп аталады. Өзен арнасының тереңдеуі және өзен жағаларының шайылып жар қабақтардың пайда болуы да өзен суларынын бұзушылық әрекетін көрсетеді. Сонымен катар өзен сулары тау жыныстарың әр түрлі дәрежеде (азды-көпті) ерітеді.

Түптік эрозия өзен арнасының еңістік шамасына қарай анықталады (2.4-сурет). Су бетінің еңістігі аз болган жағдайда, өзен жағалауьшық бүзылып-шайылуы жиі байкалады. Аллювийлік шөгінділер, каллоидты ерітінділер (25—30%) және ірілі-ұсақты кесек бөлшектер (тозаң, саз, үсак түйірлі майда қүм, қоймалжың лай) түрінде су түбінде домалап көшіп-қонады. Ағысы күшті

2.4-сурет. Өзен арнасшың тепе-тендік профилініқ пайда болуы (А. И. Павлов бойынша). а₁, а₂, а₃ — өзен арнасы профнлінін. біртіндеп жүйеге келу сатылары.

тау өзендерінде диаметрі бірнеше метрлік өте ірі дөкбек тастар домалап көшіп жүреді.

Таулы аймақтарда өзен аңғарлары аса терең келеді, бірақ ені тар болып кездеседі. Мұндай аңғарлар «каньондар» деп аталады. Өзен суының алғашкы басталған жерін бастау,ал оның теңізге барып кұяр жерін сағасы деп атайды. Өзен сағасында байқалатын теңіз су деңгейі осы өзеннің «эрозия базисі» болып табылады.

Террасалардың құрылысы. Террасалардын, пайда болуы эрозия базисінің өзгеріп отыруына немесе су шығымының жиі-жиі өзгеруіне байланысты. Өзен анғарлары симметриялы және ассиметриялы болып кездеседі (2.5-сурет). Өзеннің бір жағалауында терраса болмаса немесе оның ені карама-қарсы жағадағы террасамен салыстырғанда бірдей болмай өзгеше болса, мұндай анғарлар симметриялы деп аталады. Олар жердің ез есінен айналу жылдамдығына байланысты және меридиандық бағыттарда ағатын өзендер бойында жиі кездеседі.

Аңғардық тұрақты өзен суы астындағы бөлігін арна деп, ал жиі-жиі уақытша тасыған су астында қалып қоятын ең төменгі (қазіргі) террасаны жайылма деп атайды (2.6-сурет). Аласа жайылмаларды өзен тасыған

2.5-сурет. Өзен аңгарының көлденең қимаси (профилі):

I — тар шатқал; 2 — күэ (каньон); 3 — шаткал сай; 4 — V тэріадес; 5 — астау ; 6 — трапеция тәріэді,

85

2 .6-сурет. Өзен аңғарыньщ элементтері:

I — арна; 2 — жайылма; 3 — беткейлер; 4 — түп.

сайын жылда су басады, ал биік жайылмаларды өзен суы шамадан тыс тасып, арнасынан шығып кеткен жағдайларда ғана (10—15 жылда бір рет) су басады. Жа-йылмалардан жоғары карай бірнеше террасалар орналасады, олар (төменнен жоғары карай бағытта) нөмірленіп, белгіленеді (2.7-сурет). Қазіргі жайылмадан жоғары орналаскан террасалар, өз кезінде осы өзеннің ертедегі жайылмалары болған. Өзен аңғары неғурлым тереңдеген сайын жайылмадан жоғары орналасқан террасалар біртіндеп биікте кала береді. Жазық алқаптық өзендердің террасаларының жалпы саны 4—6-ға дейін жетеді, ал тау әзендерінде бұдан әлдекайда кеп болады. Мысалы, Дон өзенінің аңғарында терраса саны 5-ке дейін, ал Кубань өзені аңғарында 14-ке дейін барады. Олардың биіктігі бірнеше метрден ондаған метрге, ені ондаған метрден ондаған километрге дейін жетеді. Тер-расалар кейде борпылдақ шөгінді жыныстардан (үгіндІ жыныстардан), ал кейде түбірлі катты жыныстардан кұралады. Кей жағдайларда үгінді жыныстармен бірге түбірлі жыныстар қатар байкалады. Құрамына карай террасалар эрозиялық, цокольдік (түбірлі жыныстан),

2.7-сурет. Жайьілма устіндегі өзендік террасаның схемасы;

ж —жайылма; 1 — жайылма үстіндегі бірінші терраса; II —жайылма үстіндегі екінші терраса.

2 .8-сурет. Өзен террасаларыныи түрлері:

а — скульптуралык: С — аккумулятивтік; в —аралас,

аккумулятивтік (аллювийлік) болып ажыратылады (2.8-сурет).

Таулық өзен анғарларының эрозиялық террасасы тек тектік жыныстардан тұрады. Аллювийлік жұқа қабаттармен жабылған эрозиялық террасалар цокольдік деп аталады. Аккумулятивтік террасалар толығымен аллювийлік шөгінділерден құралады және олар жазык, алкаптық өзен ақгарларьша ғана тас болып келеді. Аллювийлік шөгінділер қалыңдығы бірнеше метрден ондаған метрге дейін жетеді. Аккумулятивтік террасалар еселенген және үстемеленген болып екіге ажыратылады. Еселенген террасалар аллювийлік үгінділердің үздіксіз шайылу әрекеттеріне байланысты біртіндеп калыптаса-ды. Бүл жағдайда өзен аңғары өзінің жуып-шайылуы нәтижесінде біртіндеп тереңдей келе түбірлі жыныстарға дейін жетеді. Одан кенін, өзінің аңғарын бұрынырак шайылған үгінді жыныстар есебінен кайтадан аллювийлі жыныстармен толтырады. Үстемеленгең террасалардың еселенген террасалардан айырмашылығы өзеннің аллювийлі шайылуы кезінде түбірлі жыныстарға жетпейтіндігі болып саналады.

Эндогендік процесстер. Эндогендік геологиялық процестер қатарына: 1) жер қыртысының тектоникалық қозғалыстары; 2) магматизм; 3) метаморфизм әрекеттері жатады. Олардың сырын зерттеп-білудің теориялық және практикалық маңызы өте зор.

Эндогендік процестер жер қойнауында (жер қыртысы немесе мантия қабаты) жоғары температура және жоғары қысым жағдайында тоқтаусыз жүріп жатады. Барлық эндогендік процестер өз ара тығыз байланыста болып, бір-біріне әсер ету нәтижесінде пайда болып отырады. Мысалы, тектоникалық қозғалыстар тау жыныстарының метаморфтық өзгерістерінің басты себептерінің бірі болып саналады. Ал метаморфизм әрекеттері нәтижесінде (мысалы, ультраметаморфизм әрекеттері) жер қыртысын кұрайтын заттар қайта балқып, магмалық ошақтар құралады. Сонымен қатар, тектоникалық қозғалыстар да жер қыртысының тұтастығын бұзып, жер қойнауының кейбір аудандарында қысым шамасының кенеттен төмендеуіне әкеліп соғады. Соған байланысты магмалық ошақтар пайда болады. Бұл процестерді өз көзімізбен көріп, бақылау жұмыстарын жүргізудің мүмкіндігі әте аз.

Магматизм — жер қыртысының қүралуында атқаратын ролі зор, ең маңызды эндогендік геологиялык, процестердің бірі болып саналады. Жер қыртысын қүрайтын тау жыныстарының 95%-і магмалық процестердің нәтижесінде пайда болады.

Магматизм — өте күрделі геологиялық процесс.

Бұл процесс магманың жер қыртысында (немесе одан да терең кабаттарда) пайда болып, кейінірек жоғары қабаттарға немесе жер бетіне көтеріліп (біртіндеп суына келе), кристалдық денелер түрінде магмалық тау жыныстарының түзілуімен аяқталады._:

Сонымен магма (грекше «магма»— қою май, қамыр деген сөз) дегеніміз еріген газдармен қаныққан, негізгі қүрамы силикаттық балқыған кою заттар. Магманың құрамында жер қыртысын құрайтын химиялық элементтердің (оттегі, кремний, алюминий, темір, кальций, магний, калий, натрий) барлығы да кездеседі. Әсіресе, ұшпалы (жеңіл) компоненттердің (су буы, күкіртті қосынылар, көмірқышқыл газы, хлорлы және фторлы сутегі, хлорлы аммоний, сутегі, азот және т. б.) көптігімен сипатталады. Олар жердің ішкі терең қойнауында байқалатын өте жоғары қысым күштеріне байланысты еріген күйде кездеседі. Бұл жағдай магманың коюлығын азайтып, оның қозғалу немесе жылжу жылдамдығының (химиялық активтігі) өсуіне әсерін тигізеді. Эксперименттік зерттеулер бойынша, магманың құрамындағы ұшпалы компоненттердің мөлшері 12%-ке дейін жетеді.

Магмалық ошақтар және олардың пайда болу жолдары. Қазіргі кездегі көзқарас бойынша, жер қыртысын немесе мантия қабатын құрайтын заттар термодинамикалық жағдайлардың (қысым және температура) өзгерістері нәтижесінде белгілі бір аймақтарда периодты түрде әлсін-әлсін балқу әрекеттеріне ұшырап отырады. Жер қойнауына тереқдеген сайын температура белгілі бір заңдылық бойынша, біртіндеп артып отыратындығы белгілі. Мысалы, 100 км-лік тереңдікте температура 1300—1500°С шамасына дейін көтеріледі. Осы жағдайда, егер қысымнын, шамасы атмосфералық қысымға тең келетін болса, тау жыныстары балқыған күйде болар еді. Бірақ, мұндай тереңдікте байқалатын қысымның шамасы тау жыныстарының балқу температурасынан әлдеқайда жоғары болғандықтан (мыңдаған мегапаскаль), олар балқыған күйге ауыса алмайды. Белгілі бір аудандарда тектоникалық ірі жарықтардың пайда болуына байланысты қысымнын, кенеттен күрт төмендеуі немесе басқа себептермен температураның жоғарылауы заттардың сұйық күйге ауысып, магмалық ошақтардың пайда болуына әкеледі. Әдетте, алғашқы (түпкі) магмалық ошақтар жер қыртысының төменгі қабаттарында немесе жоғарғы мантияның астеносфера қабатында астенолиттер түрінде қүралады. Олар жер қыртысының жоғарғы қабаттарына қарай көтеріліп, қайта қалыптасқан жағдайда аралық магмалық ошақтар пайда болады. Сонымен, магматизм әрекеттері тектоникалық қозғалыстармен тікелей байланыста болып, геосинклиналдық аймақтарда жиі байқалады.

Жер қойнауында температураның жоғарылауы әр түрлі физикалық-химиялық әрекеттермен байланысты түсіндіріледі: 1) радиоактивті элементтердің ыдырауы нәтижесінде бөлінетін жылу мөлшеріне; 2) гравитациялық жіктелу кезінде және т. б. химиялық реакциялар кезінде бөлінетін жылуға байланысты.

Вулканизм. Эффузивтік (латын тілінде «эффузио» — тасып төгілу деген мағынада) магматизм немесе вулканизм (латын тілінде «вулканус» — от қудайы дегең мағынада) магманың жер бетіне тасып төгілуімен байланысты процестерді түгел камтиды.

2.9-сурет. Жарыкшактық вулканның (жанартаудың) схемалық кұрылысы.

күштеріне байланысты) ерітінді түрінде кездеседі. Олар магманың жоғары қабаттарға көтерілу барысында (тектоникалық жарықтарды бойлап) біртіндеп газға айналып ауа қабатына ұшып кетеді. Сондықтан да жер бетіне тасып төгілген магманың құрамында (алғашқы магмамен салыстырғанда) ұшпалы компоненттер өте аз мөлшерде ғана кездеседі. Мұндай магма лава (грек тілінде «лава» — су басу деген мағынада) деп, ал вулкан атқылау процесі эруптивтік (латын тілінде «эруптиус»— лақтырып тастау деген мағынада) әрекетте деп аталады.

Лавалар жер бетіне орталык ірі жарықтар немесе тектоникалық жарықшақтар аркылы ақтарылады (2.9-сурет). Бұл процестердің нәтижесінде жанартаулар пайда болады.

Вулкандық лава орталық өзек аркылы атқылайтын жағдайда конус пішінді жанартаулар (күмбездер, тасқындар), ал тектоникалык, жарықшақтар арқылы тасып төгілгенде лава жамылғылары (жабын) түрінде түзіледі. Вулканнық құрылымдық элементтері мына төмендегі дей (2.10-сурет): 1) әрбір вулканның өзіндік каналы (өзегі) болады; 2) вулкандық өзектің, жер бетіне шығып жатқан аузын (сағасын) кратер деп атайды;

2.10-сурет. Вулканың схемалық кұрылысы:

І — конус; 2 — кратер; 3 — кемейі (жерло); 4 — буйірлік

жянама конус; 5 — магмалық отты ошак

2.11-сурет. Кальдераның келденең қимасы:

]— кальдера: 2 — конустын ең алгашкы жагдайы; 3 — вулкандық конустын қаэіргі жагдайы.

3) кейбір ірі вулкандардың орталық өзегіне косымша кейде бүйірлік каналдар кездесіп отырады, олар паразиттік вулкандар деп аталады; 4) вулкандық копарылыс кезінде вулкан кратерінің опырылып құлауына байланысты, оның орнында кең көлемді (диаметрі 15 км-ге дейін), дөңгелек пішінді апан-шұңқырлар пайда болады. Олар кальдера (италья тілінде қазан шұңқыр деген мағынада) деп аталады (2.11-сурет).

Қазіргі кезде орталық (вулкандық) аппараттар түрінде түзілген жанартаулар жер бетінде кең таралған. Ал тектоникалық жарыкшақтар арқылы тасып төгілетін вулкандар саны өте аз (Исландияда Лаки вулканы, Камчаткада Толбачик вулканы және т. б.). Олар зор аймақты алып жатады. Мысалы, Исландияда (1873 ж.) ұзындыгы 32 км-лік жарықшақ арқылы тасып төгілу нәтижесінде кұралған базальт жамылғысының аумағы 557 шаршы километр екендігі белгілі.

Вулкандық заттар сұйык, катты және газ күйінде кездеседі.

Суйық куйдегі вулкандық заттар (лавалар) температураға және химиялық кұрамының ерекшеліктеріне (ең алдымен кремний тотығының мөлшеріне) карай қышқыл, орта, негізді және өте негізді (ультранегізді) болып ажыратылады. Олардық коюлығы мен тұткырлығы, жылжымалылығы және т. б. физикалық касиеттері вулкан атқылау процестерінің маңызды көрсеткіштері болып есептеледі. Мысалы, негізгі күрамы темірлі-магнийлі косындыларға бай болып келетін, ал кремний тотығы аз мөлшерде кездесетін, температурасы жоғары (1200°С) ультранегізді және негізді лавалардың (ба-зальттық және пириттік) тұткырлығы аз болғандықтан, олар тез қозғалғыштык, касиетімен сипатталады.

Соған байланысты мұңдай лавалар ағыны катты тасқындар мен жамылғылар құрап, кен аймақты алып жатады. Құрамы қышқыл және орта (липариттік, андезиттік), температурасы 750—1000°С лавалардың тұткырлығы жоғары болғандықтан (базальттық лавалармен салыстырғанда), олар баяу қозғалады. Сондықтан мұндай лавалар (кратерден шығысымен-ақ) тез қатайып ұзындығы өте қыска тасқындар түрінде немесе конус пішінді күмбездер мен мұнаралар кұрайды. Вулкандық лавалар қатая келе эффузивтік тау жыныстарын түзейді.

Қатты күйдегі вулкандық заттар пирокластикалық заттар (грек тілінде «пир» — от, «кластикос» — бөл-шектенген деген мағынада) деп аталады. Олар вулкандық копарылыс кезінде атмосфера кабатына лақтырылған ыстық лаваның кесек бөлшектері мен (ірілі-ұсақты) шаң-тозаңдардан немесе күлтопырақтардан және кратерді кұрайтын тау жыныстарының сьнық бөлшектерінен құралады. Осындай жолмен пайда болған заттар кабатталып, жинала келе гирокластикалык (отты кесек бөлшектерден куралған) жыныстар тузіледі.

Геотектоникалық қозғалыстар. Жер кыртысын кұрайтын тау жыныстарының еқ алғашқы орналасу жағдайының кейінірек өзгеріп басқаша жағдайда болуы, жер кыртысының (алғашкы калыптасуынан бастап осы күнге дейінгі уақыт аралығында) ылғи өзгеріс үстінде болатындығын көрсетеді.

Табиғи жағдайда жер қойнауында тоқтаусыз жүріп жатқан (әр түрлі бағыттағы) козғалыстарды тектоникалық козғалыстар деп атайды. Жер бетінің казіргі кездегі көрінісі онық әр түрлі тереңдігінде жүріп жатқан физикалық-химиялық әрекеттерге және жердің өз есінен айналу жылдамдығының өзгерістеріне де байланысты деп саналады.

Тектоникалык, козғалыстарды және басқа да эндогендік процестерді (жер сілкінуден баскасын) табиғи жағдайда тікелей зерттеп білу немесе бакылау жүмыстарын жүргізу мүмкіндігі өте аз. Оларды жер кыртысының кұрылысында немесе жер бетінде байкалатын бедер өзгерістерін зерттеу аркылы ғана анықтауға болады. Жер кыртысының ұзак уакыт бойы майысып, иілуге ұшыраған аудандарында шөгінді жыныстардың калың қабаттары жиналады, ал жоғары көтерілу немесе төмен түсу әрекеттері кезек алмасатын жағдайда тау жыныстарының калың кабаттары иіліп кейде жарылып, алғашқы орындарынан ауыса орналасады. Сонымен, жер кыртысынын козғалыс механизмі, баскаша айтқанда жер қойнауынын архитектурасын жан-жакты зерттейтін геологияның бір саласы геотектоника деп аталады.

Тектоникалық козғалыстар (уакыт өлшемімен) шартты турде қазіргі кездегі, жаңа және көне замандарда немесе ерте уақыттарда орын алған қозғалыстарға ажыратылады.

Қазіргі кездегі қозғалыстар қатарына тарихи кезеңді камтитын, басқаша айтканда адамзат тарихында ұмытылмай есте сақталған және осы уақытқа дейін созылып, қазіргі кезде біздің көз алдымызда байқалатын козғалыстар жатады.

Жаңа замандағы (неотектоникалық) қозғалыстар катарына соңғы 30—40 млн жылдар ішінде, атап айтқанда неоген және төрттік (антропоген) кезеңдерді камтитын мезгіл аралығында орын алған қозғалыстар жатады. Бұл қозғалыстардын. нәтижесінде казіргі кездегі бедер пішіндері қалыптасып, экзогендік әрекеттердің негізгІ багыты анықталады. Ал будан бұрынырақ уақыттарда болған козғалыстар көне замандарды түгел қамтиды.

Тектоникалық қозғалыстар геологиялык баска оқиғалардын, катарында ерекше орын алады. Өйткені олар геологиялык, баска процестердін. дамуына бірінші болып әсерін тигізеді. Мұндай әрекеттердің болған уақыты мен орнын, бағыты мен қарқындылығьш анықтап түр-сипатын айқындау өте күрделі. Сондықтан да тектоникалық козғалыстардың классификациясын жасап, жеке топтарға жіктеу жұмыстары қиынға түседі.

Соңғы жылдары біздің ең ғалымдарының жүргізген зерттеу жұмыстарының нәтижесінде тектоникалық козғалыстардың классификациясы жасалынып, оның әр түрлі варианттары қарастырылады. Мысалы, қозғалу бағытына қарай: тік бағытталған (радиалдық) және көлденең бағытталған (тангенциалдық) козғалыстарға ажыратылады (Хаин, 1973). Олар бір қалыпты ырғак,пен (толқынды және катпар түзуші козғалыстар) байқалатын және жарылмалы-узілмелі (дөңбек тастар және блоктар турінде) кұрылымдар түзетін козғалыстар, тер-белмелі және бағытталған; баяу және жылдам; әлсіз және қарқынды турде дамитын козғалыстарға бөлінедІ.

Алып жатқан аумағына карай: жер қыртысының (шөгінді жыныстардан тұратын) жоғарғы жамылғы қабатында жүріп жаткан процестермен байланысты байкалатын үстінгі (беткі), литосфераны түгел қамтитын (литосфералық) және жоғарғы мантия деңгейінде бай-калатын (терең кабаттық) козғалыстар болып ажыратылады.

Тектоникалық қозғалыстардың жоғарыда аталған негізгі түрлері одан ары қарай жекеленген ұсақ топтарға бөлінеді.

В. В. Белоусов тектоникалык козғалыстарды жер. қыртысының жеке блоктарын қамтитын (қатпарлы және үзІлмелі-жарылмалы кұрылымдар тузуші) және жер кыртысын түгел камтитын (тербелмелі және үзілмелі-жарылмалы кұрылымдар түзуші) терен, қабаттык, қозғалыстарға ажыратады.

Бұл жерде тектоникалық қозғалыстарды тік жоғары немесе көлденең бағытталған деп ажырату тек шартты түрде ғана кабылданғандығын ескеру қажет. Өйткені табиғи жағдайда тік жоғары және келденеқ бағыттағы козғалыстар бір-бірімен алмасып немесе жалғасып жатады. Әдетте, тік жоғарытемен бағытталған козғалыстар магмалык. және гравитациялық процестермен. катар байқалады. Ал көлденен, бағыттағы козғалыстар нәти-жесінде қатпарлы және үзілмелі-жарылмалы күрылымдар түзіледі.

Тектоникалық козғалыстардың барлық түрлері өзара өте күрделі байланыста болып, бір-бірінен туындап отырады. Әсіресе олар қозғалмалы аймақтарда қаркынды түрде дамиды.

Сонымен, тектоникалық козғалыстардың барлық түрлерін шартты түрде екі топка (тербелмелі және дислокациялық) біріктіруге болады.

Жер сілкіну. Жердін. даму тарихында апат туғызатын (катастрофалык.) табиғи күбылыстардын, бірі — жер сілкіну. Оның жойкын күшін адамзат тарихындағы белгілі басқа қатерлі окиғалардың еш қайсынымең салыстыруға болмайды. Ерте кезден сақталған тарихи деректер бойын-ша, бар болғаны бірнеше секунд ішінде үлкен бір каланың немесе кішігірім мемлекеттің түгелдей дерлік жок болып кеткендігі белгілі.

Жер шарында тәулік сайын (орта есеппен) 200-ден астам, ал бір жылда 100 мыңға жуык жер сілкінісі болып тұрады. Олардық арасында жылына 9 балдық — 10—15, 8 балдық — 50—100, 7 балдык, — 300—500-ге жуық жер сілкінісі байкалады. Төмендегі суретте (ЮНЕСКО-ның мәліметтерІ бойынша) XX ғасырдағы еқ куштІ жер сілкіністері (географиялык, орны, болған жылы, апатқа ұшыраған адамдар саны) керсетілген (2.12-сурет).

Американ сейсмологы Дж. Милннің санағы бойынша, адамзат тарихының соңғы 4 мың жыл ішіңде жер сілкіну зардабына үшырап, болған адамдар саны 13 млн-нан кем емес екен. Сондыктан да жер сілкінуді зерттеу әдістерін жетілдіру және оның болу мүмкіндігін алдынала болжау мәселелері каншалыкты маңызды екендігін осыдан-ақ байқауға болады.

2.12-сурет. XX ғасырдағы ең күшті жер сілкіністер.

XX ғасырда біздің елдің территориясында байқалған жер сілкінуі әсерінен: 1911 ж. — Верный қаласы (қазіргі Алматы), 1927 ж. — Қырымнық оқтүстік жағалауы, 1948 ж.—-Ашхабад, 1966 ж.— Ташкент қаласының орталық бөлігі, 1976 ж. — Газли, 1986 ж. — Кишинев, 1988 ж. — Армения калалары мен Тәжікстан селолары зардап шекті.

Катастрофалық ірі жер сілкінулер кезінде жер бетінің бедері көп өзгерістерге ұшырайды: кейбір аудандар (мұхит деңгейінен санағанда) төмен шөгеді (мысалы, Чили жер сілкінуі, 1960 ж.); кейде кұрлықтың немесе теңіз түбінің жоғары кәтерілуі (мысалы, 1964 ж. Аляскада болған жер сілкінуі кезінде 16 м-ге дейін жоғары көтерілуі) байқалады; өзендердің жолы бөгеліп, жаңа көлдер пайда болады (мысалы, 1911 ж. пайда болған Памирдегі Сарез көлі); лайлытасты тасқындар сел болып ағады (мысалы, 1949 ж. Тәжікстанда Хаит селосының тұрғындары төгелімен селді тасқын астында калды); мұхит жағалауларына жақын аймақтарда (мысалы, Тынық мұхит жағалауында) алып толқындар (цунамдар) пайда болып, орасан зор апатқа ұшыратады.

Жер сілкіну себептері және оның түрлері. Жер сілкіну дегеніміз не? Жер бетіндегі елді мекендерді аямай киратып, өзендерге бөгеу болған, жер бедерін адам танымастай өзгертетін, орасан зор алып күш қайдан пайда болады? Бұл сұрактарға қазіргі кездегі ғылым жетістіктеріне сүйене отырып, жауап беруге болады. Жер беті үнемі козғалыста болып тұрады. Онық дәлелін жер шарының кейбір аудандарынан байкаймыз. Мысалы, дүниежүзіндегі әсем қалалардың бірі Венеция (Италияда) қазіргі кезде жартылай су астында калған, ал Голландия жері жылына 1 мм төмен шөгуде. Егер арнаулы бегеттер жүйесі (плотиналар мен дамбалар) болмаса, онын көп аудандары су астында калған болар еді; Скандинавия жері, керісінше жылына 1 см шамасылда жоғары көтерілуде. Ертедегі теніз толқындарының сақталған ізі казіргі кезде су деңгейінен ондаған метр жоғары биіктікте орналасқан жартастардан байқалады.

Жер қыртысын құрайтын заттарға (катты күйдегІ тау жыныстарына) өте қысқа уақыт аралығында үлкен күшпен (сығым күші) әсер еткен жағдайда, олар тез арада морт сынған болар еді. Ал, ұзақ уакыт бойы (мыңдаған немесе миллиондаған жылдар бойы) әсер етсек, онда жер кыртысынан сағыздай созылып немесе. иілігі әр түрлі қатпарлар түзілер еді. Кейбір жағдайларда бұл әрекеттер жер бетінде (өте қысқа уақыт аралығында) серпімді күшті тербеліс немесе жер сілкінісін тудырады.

Жер сілкінудің басым көпшілігі, әсіресе аса күшті дүмпулер (мысалы, Орта Азияда, Қазакстанда) тектоникалық қозғалыстармен (ығысу-ыдырау, қатпарлану, жылжу әрекеттерімен) тікелей байланысты.

Тектоникалық қозғалыстарға катысты туатын жер сілкіністері уш түрге ажыратылады (ошақтарының тереңдігіне қарай): 1) «қалыпты» (нормалық) жер сілкіну (ошағының тереңдігі 10—60 км); 2) «аралық» жер сілкіну (ошағынын терендігі ~60—300 км); 3) «терек фокусты» жер сілкіну (ошағының терендігі >300 км).

Орта Азия мен Казақстан жерінде байкалған жер сілкінулер көбінесе «қалыпты» (нормалык) түрге жатады; Гиндикуш тау аймағында (Ауғанстан мен Тәжікстан шекаралығында) «аралық» түрге жататын жер сілкінулер, ал ТМД-ның Куриль және Камчатка аралдарында «калыпты» (нормалық) және «аралык» сілкіністермен қатар «терең фокустық» жер сілкіністері болып тұрады. Ал Қиыр Шығыста тек терен. фокустык, сілкінулер ғана байкалады.

Жер сілкінудің баска бір түрі вулкандық әрекеттермен (вулкан атқылау алдында немесе вулкан атқылау барысында) байланысты кездеседі. Олар магмадан бөлінген газдардың (вулкан өзектерінде) қопарылысы кезінде байқалады.

Жер сілкінудің үшінші бір түрі — денудациялык немесе кенеттен опырылып құлау әрекеттерімен байланысты байқалады. Мұндан жағдайлар таулы аудандарда карсттык. үңгірлерде жиі кездеседі.

Соңғы жылдары жер сілкінудің техногендік себептері анықталып отыр. Бұл себептер адамдардың инженерлік іс-әрекеттерімен (гидротехникалык кұрылыстар салу,ірі бөгеттер түрғызып су коймаларын жасау, мұнай мен газ өндіру және т. б.) тығыз байланысты. Мысалы, Үндістанның батыс бөлігінде орналасқан Койна ауданында байқалған жер сілкіну кезінде (1967) 180 адам қазаға ұшырап, екі мыңдай халық жараланады. Сол секілді АҚШ-тың Оровилл каласынын. маңында (Калифорния штаты) болған (1975) жер сілкінудін. қарқындылығы VII балға дейін жетеді.

Біздің елімізде де мұндай жағдайлар Тәжікстанда тереңдІгІ 317 м-лік Нурек су коймасын толтыру, К,ырғызстанда — Тоқтағұл, Дагестанда — Чиркей, Өзбекстанда — Чарвак су электростанцияларын салу барысында байқалады. Ал Грозный қаласының оңтүстік бөлігінде (1976) және Газлиде (1976, 1984) болған жер сілкінулер мұнай мен газ өндіру ісімен тікелей байланысты деп саналады. Дегенмен, жер сілкінудіқ техногендік түрлері дүмпу күшініқ әлсіздігімен және таралу өрісінің тарлығымен (жер сілкінудін тектоникалық түрімен салыстырғанда) сипатталады.

Сейсмиқалық аудандастыру. Жер сілкінуді алдын ала болжап, оның болатын орнын, күшін және уақытын дәл айта білу үшін, ен, алдымен сейсмикалық аудандастыру карталарын жасау жұмыстарын жетілдіру кажет. Белгілі бір территорияның сейсмикалық режиміне талдау жасау жұмыстарын жүргізу барысында, ол ауданның геологиялық кұрылысы мен даму ерекшеліктерін байланыстыра білу керек.

Біздің елімізде жасалынған ең алғашкы сейсмикалык аудандастыру картасы Г. П. Горшковтың (1937 ж.) есімімен байланысты. Қейінірек бұл карта ТМД Ғылым Академиясының жанындағы Жер физикасы атты Институт ғалымдарының зерттеулерімен толыктырылды (2.13-сурет).

2.13-сурет. ТМД-нің сейсмикалық аймақтары (ТМД ҒА Жер физикасы институтының эерттеулері бойынша).

Халык шаруашылығында әр турлі инженерлік кұрылыс жүйелерін дұрыс жоспарлап, оны іске асыруда сейсмикалық аудандастыру жұмыстарының маңызы өте жоғары. Бүл жұмыстардың негізгі мәзмұны, жер сілкіну аймактарың олардың кауіптілігіне қарай әр турлі аудандарға бөлу болып саналады. Мұндай карталарды жасау кезінде, ұзак уақыт бойы, ерте заманнан бері белгілі жойқын күшті жер сілкіністері туралы деректер жиналып, қазіргі кездегі геологиялық және тектоникалық зерттеу жүмыстарының жетістіктерімен байланыстыра отырып қарастырылады.

Сейсмикалық аудандастыру карталары әрбір зонада жеке-жеке жургізілген зерттеу жұмыстарының негізінде (мысалы, Қазақстанның оңтүстік-шығыс территориясында) жасалынып, кейінірек бүкіл ТМД территориясының көлемінде біріктіріледі.Бұл жүмыстардың алғашкы сатысында геологиялык, сейсмологиялық және инженерлік-сейсмологиялық мәліметтер жинақталып қорытындылана келе, болашак жер сілкіністерінің орны мен энергиясы анықталады. Ал екінші сатысында болашақ жер сілкінудің орнын, энергиясын және тереңдігін біле отырып, оның жер бетіндегі дүмпу күші мен қайталану жиілігі есептелінеді.

Әдетте, сейсмикалық аудандастыру картасы VI—IX балдық аудандарға ажыратылады. Дүмпу күші VI балдан төмен аймақтар (құрылыска онша зияны тимейтіндіктен) көрсетілмейді. Ал күші IX балдан жоғары аймақтар (сирек кездесетін болғандықтан) ерекше жағдайларда ғана көрсетіледі.

Әрине, мұндай сейсмикалык. аудандастыру карталары келешекте жана маліметтердің көбеюіне байланысты және жер сілкіну құпиясын зерттеуде кол жеткен жаңа табыстар негізінде ылғи жақарып отырады.

Белгілі бір қалада антисейсмикалық берік құрылыс салу жұмыстарын ойдағыдай жургізу үшін, сейсмикалық аудандастыру картасы косымша микросейсмикалық аудандастыру карталарымен толыктырылады. Мүндай карталарда жалпы тектоникалык жағдайлармен катар жеке аудандардық геологиялық құрылыс ерекшеліктері де ескеріледі. Әсіресе топырақ қабатының құрамын және жер асты суларының деңгейлік тереңдігін, сонымен қатар бедер пішіндерінің ерекшеліктерін білудің маңызы өте зор. Өйткені, жер сілкіну кезінде сыналатын құрылыс орындарының беріктігі осы жағдайлармен тікелей байланысты. Мысалы, 1887 ж. Верный каласында болған жер сілкінудің күші қаланың әрбір бөлігінде әр түрлі шамада болған. Бұл жағдай каланың жеке аудан-дарының геологиялық және гидрогеологиялық кұрылыс ерекшеліктерін әр түрлі екендігін көрсетеді.

Көп жылдар бойы жүргізілген сейсмологиялык, зерттеу жүмыстарының нәтижесінде 1980 ж. Алматы каласының сейсмикалык микроаудандастыру картасы жасалынып бітті. Бұл карта бойьшша Алматы қаласы орналасқан территория сейсмикалық кауіптілігіне карай екі ауданға ажыратылады (IX балл және X балл). Мұндай карталар қазіргі кезде сейсмикалық кауіпті аудандарда орналасқан орталық ірі калалардың барлығында да бар.

Негізгі әдебиет: 1 [37-47], 3 [73-74; 76-87; 114-115; 122-125; 140-142; 160-163; 177-179]

Қосымша әдебиет: 8 [17-20]

Бақылау сұрақтары:

1. Жату формасы, текстура және әртүрлі шөгінді жыныстар цементінің пайда болу тегі.

2. Вулкандық жанартаудың атқылауы және осы арқылы пайда болған пирокластикалық жыныстар қалай жүреді және қалай бөлінеді?

3. Біздің елімізде және шетелде жел сілкініс күші бойынша қалай жүреді және қалай бөлінеді?

4. Әртүрлі бағытқа және класқа арналған ғимарат пен үймеретті жобалау кезінде жергілікті сейсмикалық баллды қалай анықтайды?

5. Экзогендік геологиялық процестің басты агенттерін атаңыз?

6. Желдету деген не; оның табиғаты қандай; ол қалай әртүрлі тау жыныстарын жасайды, әртүрлі құрылыстарда қандай рөлі бар?

7. Делювий деген не, оның құрамы, қалай пайда болады?

8. Жер қандай геологиялық жұмысты тудырады, құрылыстың әртүрлі ғимараттарында қандай рөлі бар, құмның қозғалысымен, жер жабының еңісімен қабатының үрленуімен қалай күреседі?

9. Таулы және өлшемді көлдік, өзендік және теңіздік аллювий құрылыста қалай қолданылады?

10. Сырғыманың әртүрлі факторлары жерінен, беткейді тұрақталандыру үшін қолданылатын негізгі шараламен құрылыстарды көрсетіңіз.

3-ші Дәріс. Гидрогеология негіздері

Тау жыныстарындағы су түрлері. Тау жыныстарының куыстары мен жарықтарында әрдайым бу, сүйық және катты күйде су болады. Тау жыныстарындағы су турлерінің түрліше жіктеулері бар. Тау жыныстарындағы судың күйі мен қасиетін алғаш рет А. Ф. Лебедев зерттеген. Ол 1930 жылы тау жыныс-тарындағы су турлерінін мынадай жіктеуін усынды: бу күйіндегі су, гигроскопиялық су, жарғақ су, гравитациялык су, қатты күйдегі су, кристалдық және химиялық байланысқан су.

С. И.Долговтың. В. А. Приклонскийдің, А. А. Роденін, Е. М..Сергеевтің т. б. еңбектері аркылы дәлелденген бүл жіктеуді мына түрде ұсынуға болады:

I. Бу куйіндегі су.

II. Физикалық байланыстағы су.

1. Берік байланысқан, адсорбтанған, яғни гигроскопиялық су (А. Ф. Лебедев бойынша).

2. Іркілдек байланысқан, босаң байланысқан немесе жарғақ су (А. Ф. Лебедев бойынша).

III. Еркін су.

1. Капилляр су:

а) қуыстардың бұрыштарындағы су; ә) салпыншақ су;

б) нағыз капилляр су (капиллярлык жиектер).

2. Гравитациялық су:

а) сінбе су (иңфильтрация немесе инфлюация арқылы);

ә) сулы горизонттардын, қанығу аймақтарындағы су.

IV. Катты күйдегі су (мұз туріндегі су).

V. Минералдарда химиялык байланысқан су:

а) кристалдаушы су;

ә) цеолиттік су;

б) түзілістік (конституциялық) су.

Тау жыныстарының қуыстарындағы судың буы атмосферадағы су булары және тау жыныстарындағы судын басқа да турлерімен динамикалық байланыста болады. Тау жыныстарындағы судың козғалуы оның серпімділігінің градиенті жағдайында өтеді; қыста температураның маусымдық ауытқуларыиың аймағында судың буы көбінесе төменнен жоғары карай қозғалады, ал жазда керісінше жоғарыдан төмен карай қозгалады.

Физикалық байланыстағы су негізінен ұсақ дисперсті сазды минералдардың жыныстарында тараған. Соңғыларының бетінде бұрыс зарядты электростатикалык өріс пайда болады. Кос зарядты (дипольді) келетін су молекулалары минерал бетіне өзінін. он заряды арқылы тартылады. Су молекуласынан басқа минералдар бетіне куыстағы су ерітіндісінің катиондары да тартылады. Жыныстар бөлшектерінің. бетіне бірнеше мың атмосфера күшімен тікелей тартылған су молекулалары жыныстар көлемінде буға ауыскан күйде ғана козғыла алады. Қалындығы бір молекула өлшеміндей осы су берік байланысқан немесе гигроскопиялык су деп аталады. Белгілі бір грунттағы онық ең жоғары шамасы ек жоғары (максимал) гигроскопиялық ылғал сыйымдылық деп аталады. Берік байланысқан су төңірегінде іркілдек судың кабаты (А. Ф. Лебедев бойынша жаргак судық қабаты) немесе диффузиялық қабат қалыптасады. Грунт бөлшектері мен су дипольдерінің (оған қоса диффузиялык. қабаттың катиондарының да) арасындағы байланыстардың беріктігі жыныс бөлшектерінің бетінен алыстаған сайын кеми түседі. Іркілдек байланысқан су жыныс бөлшектерінің бетіндегі қалындау келген үлқен қабықтан жұқалау үлшек қабыққа қарай ақырындап козғалып орын ауыстырады.

Іркілдек байланыскан судың қозғалу жылдамдығы температураға да байланысты. Іркілдек байланысқан су гидростатикалық қысым түсірмейді, тұздарды еріту қабілеті төмен болады, нөлден төменгі температурада қатады.

Еркін су. Қапиллярлық суға ауырлық күші ыкпал етеді, бірақ гравитациялық куштен басым келетін капиллярлық күштіқ әсеріне шалынады. Капиллярлық судың мынадай түрлері болады: жыныс бөлщектерінің түйісуіне жақын аралығында беттік керілу арқылы ұсталып түратын оқшауланған су (түйісу аралығының суы немесе қуыстардың бұрышындағы су), төмен қарай тамуға капиллярлық менискінің үйкеліс күші ұстап тұратын салпыншақ су (әдетте, аэрация аймағының жоғары бөлігінде кішкене жаңбырдан кейін пайда болады), грунт сулары деңгейінің бет жағын ала орналасқан капиллярлық жиекті түзейтін су. Гравитациялық су тау жыныстарының ішіндегі өлшемі мен пішіні түрліше келген қуыстардағы су арынының градиентінен (төмендеуінен) немесе еңістеуінен қозғалады. Гравитациялық сулар негізінен гидрогеологияда зерттеледі.

Қатты күйдегі су қабатшалар мен желілер түріндегі мұздың жеке кристалдары мен шоғырлары түрінде келеді. Химиялық байланысқан су минералдардың құрамына кіреді және оның мынадай түрлері болады:

1. кристалдаушы су әрбір минерал үшін су молекуласының тұрақты сандық мөлшері түрінде кристалдық тордың құрамына кіреді (мысалы.гипс Са5О4*2Н₂О) 300—400°С-ге дейін қыздырғанда бұл су бөлініп шығады да, минералдың кристалдық торы, қайта құралады.

2. Ц е о л и т т і к су молекула түрінде минералдардың кристалдық торына кіреді, бірақ кристалдаушы суға қарағанда молекула саны өзгермелі келеді.

3. Т ү з і л і стік (конституциялық) су минералдың кристалдық торына (мысалы, слюдаларда) Н+ және ОН~ -тың иондары түрінде енеді. 400°С-тан жоғары температураға дейін қыздырғанда сутегі пен гидроксил иондары белінеді. Бұл екеуі қосылып су молекуласын түзеді. Су молекуласының түзілу процесі жылуды жұту арқылы жүреді.

Жер асты суларының пайда болуы. Жер асты суларының пайда болуын түсіндіруге бірінші болып талаптанғандар көне грек философтары — Платон мен Аристотель. Платон (біздік заманымыздан бүрынғы 427—347 жылдар) жер асты сулары теңіздің тузды суларының есесінен түзіледі деп болжады. Оның топшылауынша тау жыныстарынык қуыстарын бойлай козғалған теңіз суы өзінің тұзынан арылып тазарады да жер бетіне түщы бүлақтар түрінде шығады. Аристотель (біздін заманымыздан бұрынгы 384—322 жылдар) жер асты сулары тау жыныстарының куыстарындагы суык ауаңың коюлануы нәтижесінде пайда болады деп санады.

Қазір жаралу тегіне жер асты сулары инфильтрациялық, конденсациялық, тұнбалық (седиментациялық) және ювенил суларға ажыратылады.

Инфильтрациялық сулар атмосфера жауын-шашыны мен жер беті суларының тау жыныстарыны сіңіуі (инфильтрация) есесінен түзіледі. Жер асты суларының басым көпшілігі осы жолмен қалыптасады. Сіңетін судық шамасы көптеген факторларға байланысты. Мұндай факторларга климат, бедер, өсімдік, тау жыныстарының құрамы мен олардың су сіңіргіштігі, адамнық еңбек әрекеті жатады.

Конденсациялық сулар серпімділік айырмасының әсерінен атмосферадан жер қыртысына қарай, ал тау жыныстарында бір горизонттан екінші горизонтка қарай орын ауыстырып қозғалатын су буларынық коюлануы (конденсациясы) әсерілен қалыптасады. Әйтсе де осы жолмен жиылатын жер асты суларының шамасы оның жалпы корының аз ғана бөлігін кұрай алады.

']' ұ н б а л ы қ (седиментациялық) немесе ж ұ рн а қ су шөгінді жыныстарға сіңіп жиылған және қазірге дейін сақталып келе жаткан көне алаптардағы калдық су болып табылады. Осы көмілген сулар гидрогеологиялық және мұнайлы-газды жабык құрылымдардың терен бөліктерінде сақталып калады. Өзінің жоғарғы минералдылығымен ерекшеленетін осы сулар химия өндірісінің, щикізаты болып табылады, емдік мақсаттар үшін де пайдаланылады (Н. И. Андрусов, В. И. Вернадский, Г. Н. Қаменский).

Ю в е н и л (кіршіксіз) немесе тереңде пайда болатын сулар жердің терен, қойнауларынан (магмалық және метаморфтык аймақтардан) жоғары көтерілген ыстық будың суынып қоюлануы есесілеп жиналады. Жер дамуының қазіргі сатысында бұл сулардың айтар лықтай мәні жоқ (Э. Зюсс). Әдетте, табиғаттагы жер асты сулары аралас жолмен калыптасады. Муны осы сулардың химиялық және газдық құрамы, режимі, пьезо-метриялық арындардын деректері дәлелдеп отыр. Аралас жолмен тараған сулар өзге сулардык бәрінен де көбірек тараған.

Жер асты суларын жіктеу. Жер асты суларын жіктеу мәселелерімен көптеген зерттеушілер айналысты. Булардын қатарында Б. Л. Личков, Ф. В. Савареискей. О. К. Ланге, А. Т. Овчинников, И. К. Зайцев, Н. Н. Бяндеман, Н. И. Толстыхин, П. П. Климентов т. б. бар. Қөптеген жіктеу схемалары усынылады, бірак. осы кезге деііін жер асты сулары-ның кепшілік кабылдаған бірыцгай жіктеуі жок. Бірыйғай жіктеу жасаудыц қиыидығын жер асты суларынын жатъіс жағдайларынын алуан турлі болуымен, жылжы-малылығымен түсіндіруге болады.

Жер асты суларың жіктеудін негізше әр түрлі белгілер кабылдайғані. Олар: су ұстаушы жыныстардын литологиялык құрамы мен жасы, жер асты суларының физикалық қасиеттері мен химиялық құрамы, жыНыс қабатгарындағы жатыс сипаттары, гидравликалык қасиеттері т. б. Су сыйыстырушы жыкыстардың жасына карай жер асты сулары осы атпен аталады. Мысалы, карбон сулары, юра сулары, бор сулары, палеоген сулары, неоген сулашл т. б. Температурасына қаран жер асты сулары салкын (температурасы 20°С-тан төмен), жылы (20— 37°С)7ыстық (37—42°С), өте ыстық (42°С-тан жогары) болып ажыратылады.Минералдану дәрежесіие, яғин еріген тұздардың мөлшёріне қарай, В. И. Вернадскнй бойынша, жер асты сулары тұщы (еріген заттар, мөлшері 1 г/л-ге дейін) тұзғылт (1 —10 г/л), тузды (10—50 г/л) және тұздык (50 г/л-даи жоғары) болып ажыратылады.

Әдетте, жер асты суларын сипаттау мен баға беруде еріген туздардың жалпы мөлшері ғана емес, сонымен бірге олардың құрамы да едеулі орын алады. Еріген туздар аниондарылың басымдығына байланысты жер асты сулары гидрокарбоиатты сульфатты, хлоридті, ал катиондары бойынша, натрийлі болып ажыратылады. Жер асты суларында еріген тұздардан баска көбінесе көмір кышқылы, азот, кукіртсутегі т. б. газдар болады. Бул газдардардың кейде елеулі практика-лык мәні де болады.

Еріген газдардың, кұрамына қарай жер асты сулары көмір қышқылды, күкіртсутекті, радонды болып бөліне-ді. Бүл сулардың көбінесе емдік мәні бар. Белгілі бір емдік қасиеттері бар суларды бальнеологияльщ суаар деп атайды.

Белгілі элементтердің еріген күйде бөліп аларлық мөлшері бар жер асты сулары үндірістік сулар деп аталады. Құрамындағы элемснттеріне қарай бұл сулар иодты, бромды-иодты, бромды т. б. болып бөлінеді.

Гидравликалық касиеттеріне қарай жер асты сулары арынсыз және арынды болып келеді. Алдынғысының бе-ті кедергісіз еркін шаралы болады. Сонғысында сулы горизонт жоғарғы жағынан су өткізбейтін жыныспсн жабылып, ал одан төмендегі гидростатикалық кысым түскен жер асты суында арын пайда болады.

Тау жыныстары саңылауларынын. сумен канығу дә-режесіне карай жер қыртысыиыц жогарғы бөлігі 2 ай-мақка бөлінеді (3.1-сурет). Онық жоғарғысы аэрация аймағы (I), төменгісі қанығу аймағы (II) деп аталады.

А эрация аймағыжер беті меп грунт суы деңгейінің арасынан орын алады.

3.1-сурет. 1— капиллярлык жиек; 2— грунт суларының деңгейі.

Атмосфера және топырақ жамылғысы мен тікелей байланысқан осы аймақта атмосфера жауыншашыны мен жер беті суларының тереңге, қанығу аймагына карай өтуі байкалады. Аэрация аймағыйдағы тау жыныстары азынаулак қана суға толады, ал қалған бөлігін ауа толтырып тұрады. Жер асты суларының калыптасуында аэрация аймағы маңызды орын алады. Аэрация аймағынан су буы, гигроскопиялык, капилляр, жарғақ, салпыншак, гравитациялық сулар және мүз орын алады. Аэрация аймағының калындығы батпақты ойдымдарда миллиметр шамасында, ал бедері пәрменді мүшеленген таулы аймақтарда бірнеше жүздеген метрге дейін жетеді.

Жер асты суларының бетінен жоғары ылғалдылығы жоғары болып саналатын капиллярлық жиек орналасады .Жиектің калыңдығы тау жыныстарының қүрамы мен кұрылысына байланысты.

Тау жыныстарының қанығу аймағы грунт суларының денгеиінен төменіректе орналасады.. Бул аймақта барлық саңылаулар, жарықтар, ойықтар сияқты қуыстар гравитациялық суға толады. Қаиығу аймағындагы жер асты сулары грунт, артезиан, жарықшақтық сулар турінде үнемі айналыста болады. Аэрация аймағының калыңдығы секілді канығу аймағынын калыңдығы да грунт сулары денгейінің өзгеруіне сәйкес өзгеріп отырады.

Қалқыма су. Аэрация аймағынан орын алған және шағын аумақта тараған гравитациялық судың қабаты калкыма (3.2-сурет) су деп аталады. Қалқына суда қалындығы тұракты су өткізбейтін қабат болмайды.

3.2-сурст, а — калкыма су.

■

Егер ондай қабат бар болған жағдайда ол су өткізгіштік біршама жоғарылау жыныстар арасындағы өткізгіштігі біршама баяу келетін тау жынысының шағын линзасы немесе қалыңдығы әр-келкі болып үзілмелі келетін қабат болып табылады. Судың төмен карай өтуін біршама уақытка ғана салыстырмалы түрде су өткізбейтін жыныстар болып табылатын кабат ұстап түрады. Едәуір мөлшерде ылғал сыйыстырушы жартылай су өткізгіш түріндегі осы қабаттың өзі тез канығады да, толық ылғалсыйымдылыққа ие болады. Линзаны қоршаған тау жынысының суы буланса немесе төмен қарай өтіп кетсе кабаттың өзі калқыма суды үс-тай алады. Осы жағдайда қалқыма су толықтай салпыншак суға айналады, өйткені су сыйыстырушы қат-қабатында оны жүккен судың үйкеліс күші (мениск) ғана үс-тап түрады.

Грунт сулары. Су өткізбейтін жыныстардыц бірінші горизонтынын бетінде орналасқан, белгілі бір уакыт аралығында турақты болып келетін едәуір аумақты қамтитын гравитациялық судың қабаты (горизонты) грунт сулары деп аталады.

Грунт суларының жатыс терендігі бірнеше сантиметрден әлденеше ондаған метрге дейінгі шамада болады. Кей жағдайда олар жер бетіне шығып, бірсыпыра аумақты батпақты жерге айналдырады.

Грунт суларын бұрғылау скважинасы немесе күдык аркылы ашқанда олардын. денгейі сол кездескен тереңдікте орнығады. Жекелеген учаскелерде грунт суларының жергілікті арыны болады. Бұл арын азын-аулақ орындарда тараған жұқа қабаттарымен жабылуының нәтижесінде пайда болады (3.3-сурет).

3.3-сурет. Жергілікті орын

Грунт сулары жер бетіне таяу орналасады, сондықтан оларды оңай пайдалануға болады. Бірак жер бетінен сіңген сулардың. келіп қосылуынан олар оңай ластанады. Грунт сулары көбінесе топырак кабатының өсім дік тамырлары жайылаған бөлігінің шамадан тыс ылғал-дануына себепші болады. Мұндай ылғалдануға грунт суының жер бетінен тайызда орналасуы, ойдымды орын-дарда мүлде жер бетіне шығуьі, беткейлерде суйірлене барып бітуі себепші болады (3.4-сурет). Грунт сулары қуыстық, карстык, жарыкшақтық больіп ажыратылады.

Таралу алаңына карай грунт сулары бетінің орны изосызықтар немесе гидроизогипстер бойынша сипатталады. Грунт сулары шарасының жатыс тереңдіктеріиің картадағы бірдей нүктелерін косатын сызықтар гидро-изогипстер (2) деп аталады. Гидроизогипстері топогра-фиялық карталарда (1). әдетте белгілі бір кезең (уақыт) үшін тұрғызады. Мұндай картаны^ гидроизогипстер картасы деп атайды (3,5-сурет). Гидроизогипстер картасының үлкен практикалық мәні бар. Бұл карта бойынша грунт суларының жатыс терендігін, грунт сулары тасқынының бағыты мен еңістік шамасын анықтауға болады. Грунт сулары таскынының бағытын гидроизогипстердің үлкен мәнінен кіші мәніне (биіктік шамасьіна) карай перпендикуляр жүргізумен анықтайды (3,6-сурет). Жебе тәріздес келген осы перпендикуляр грунт суы таскьнының бағытымен сәйкеседі. Грунт суы тасқынының анықтау үшін гидроизогипстер картасының белгілі учаскесі аумағындағы шеткі гидроизогипстер биіктігінің арасындағы айырманы осы екеуінің арасындағы кашықтыкка бөледі. Грунт сулары деңгейінің жатыс терендігі горизонталдар мен гидроизогипстердін қиылысу нүктелерінің, арасындағы абсолют биіктіктердін айырмасы бойынша аныкталады (3.5-сурет),

3.5-сурет

Пластаралық сулар. Екі су өткізбейтін қабаттын арасында орналасқан сулы горизонттарды (қабаттарды) пластаралық сулар деп атайды. Жатыс жағдайларына байланысты бұл сулардың беті еркін (ашық) немесе арынды (бүркеулі) болып

3.7-сурет. 1 — сулы горизонт; 2 — пьезометрлік сызық; Н — арын; АА\—ВВ,—сулы горизонттын, қоректендіру аймағы; АхВі— арынды сулы горизонттың тарау аймағы.

ажыратылады. Сулы горизонттың төменгі және жоғарғы беттері су өткізбейтін жыныстармен шектелген, едәуір тереңдікте орналасқан және гидростатикалық қысымы бар суларды пластаралық арынды немесе артезиан сулары деп атайды. Бұл сулардың аты Францияның Артуа (Артезия) аймағының атынан шыққан (қазіргі Па-де-Кале департаменті). Осы аймақтың суы XII ғасырда алғашқы рет сумен қамтамасыз ету үшін пайдаланылған.

Артезиан (арынды) сулардың жатыс жағдайлары түрліше болады. Сулы қабаттың синклиналдық (мульда іспетті немесе ойыс) жатыс пішіні жиі кездеседі (3.7-сурет). Артезиандық сулы горизонттарды сыйыстырушы геологиялық құрылымдарды артезиан алаптары деп атайды. Артёзиан алаптарының таралу алаңдары бірнеше оңдаған, жүздеген, мыңдаған квадрат километр жерді қамтиды.

Арынды сулы горизонтқа жеткізіле бүрғыланған скважинадан көтерілген судың келіп жетіп тоқтаған деңгейі пьезометрлік деңгей (пьезометрлік сызық, бет) деп аталады. Сулы горизонт бетінен пьезометр-лік деңгейге дейінгі тік (вертикал) бағыттағы аралық арын деп аталады. Жер бетінің биіктігіне байланысты пьезометрлік деңгей жер бетінен жоғары не төмен бо-луы мүмкін. Пьезометрлік деңгей жер бетінен жоғары болғанда су скважинадан фонтан түрінде атқылайды (1-скважина). Сонымен бірге артезиандық сулы горизонттың кейбір скважиналарынан су өздігінен ағады, ал осы горизонттың әзге скважиналарынан су әздігінен құйылмауы мүмкін.

Скважинадан (құдықтан) суды тарта бастағанға дейінгі деңгей статикалық, ал скважинаны (құдықты) пайдалану барысындағы деңгей динамикалық деп аталады. Динамикалық деңгей алынатын судың шамасына байланысты. Неғұрлым скважинадан су молырақ алынса, он-дағы судың деңгейі соғұрлым төменірек болады. Деңгей 1 м төмендегенде артезиан құдығы суының мөлшері меншікті дебит (берім) деп аталады. Әр скважинаның ме.ншікті дебиті түрліше келеді. Артезиан құдығындағы меншікті дебит мыналарға байланысты болуы мүмкін: 1) сулы пластың калыңдығы; 2) сулы пластағы судын козғалу жағдайлары; 3) артезиандық сулы горизонттын қоректену аймағының су алынып жатқан орыннан жатыс биіктігі.

Артезиан сулары жердің батпақтануына себепші болады. Сулы пластағы арынының күшімен қозғалған су беткі су өткізбейтін жұқа жабыннан өтіп жоғары көтеріліп іркіледі де өсімдік тамыр жайған топырақ қабатын мол ылғалдандырады.

Арынды сулар беткі жабын жыныстардағы жарылыстар арқылы еркін көтеріліп өсімдіктер тамыр жайған топырақ қабатына сіңгенде немесе тікелей жер бетіне шығып жайылған жағдайларда жердің батпақтануы ана-ғұрлым жиі болады (3.8-сурет). Артезиан суларының хи-миялық күрамы сулы горизонттың жатыс тереңдігіне және оның қоректену аймағынын, алыстығына байланысты. Қоректену аймағына таяу орындарда және жоғарғы тайыз сулы горизонттардан, әдетте, тұщы, көбінесе гидрокарбонатты, кальцийлі сулар орын алады.

3.8-сурет. I— батпақ; 2.— арынды сулардың өтуі; 3— арынды сулы горизонттар; 4— жабын.

Төменгі пластарда су минералдылығы арта түседі, көбінесе темнературасы едәуір жогары келеді.

Артезиан суларының халық шаруашылығьшдағы маңызы зор. Гигиенаның барлыц талаптарына сай келетіндіктен, олар ауыз сумеи камтамасыз етуге пандаланылады.

Жер асты суларының химиқалық құрамы және оны орнектеу әдістері. Судын, құрамында 60-тан астам элемент болатыны аныкталды. Жер асты суынын курамында иондарға диссоцияланған еріген заттар, коллоидтык бөлшектер, газдар, микроорганизмдер болады. Бұл кұраушылар жер асты суларына тау жыныстарынан, атмосферадан және жер бетінің суларынан келіп косылады. Табиғи сулардағы молырак тараған элементер: Cl;, S, С, Si, N, О, Н, К, Na, Mg, Ca, Fe, A1, баска элеметтер бipaз сирек жэне эдетте аз мөлшерде кездеседі.

Жер асты су­ларының қасиеті ондагы epireн иондар (катиондар мен аниондар) түріндегі туздардың сандык мөлшері және өзара катынасы бойынша аныкталады. Иондар ішіндеі практикалык жағынан мәні зор болып келетіндері: ка­тиондар —Н+, К⁺, Mg²⁺, Ca²+, Fe²⁺, Mri²⁺, Fe³+, аниондар— ОН-, Gl-, SO4^2-, НСОз-. Диссоциацияланбаған косылыстар ішінде ең жиі ұширитындары SiO₂, Ре₂Оз, А1₂О₃, газдардан СО₂, СН₄, О, NH₂S, кейде Не, Rn т. б.

Судың жалпы минералдануы оның құрамындағы иондардың, ұшпайтын әр түрлі органикалық заттар мен коллоидтардың жиынтығы (косындысы) болып табылады. Судыц жалпы минералдануын оны кайнатып буға айналдыру және кайнатудан калган курғак калдыкты , (какты) 110°С - температурара дейін кептіру арқылы аныктайды. Оның мөлшері г/л немесе мг/л аркылы өлшейді. Жалпы минералданудың шамасына карай жер асты сулары тұщы (1 г/л-ге дейін), әлсіз минералданган (1—3 г/л), тузғылт (3—10 г/л), тузды (10—25 г/л), аса тұзды (2.5—50 г/л) болып ажыратылады.

Жер асты суларының қозғалысы. Жер асты сулары ауырлық күшінін әсеріне байла-нысты қоректену аймағынан арылу аймағына қарай козғалады. Грунт суларының, козғалу бағыты бедердің еңістену бағытына сәйкес келеді борпылдақ және катты жыныстардың саңылаулары мен жарықтары сумен бүтіндей толған жағдайдағы осыларды бойлай қозғалуы фильтрлену (сүзілу) деп аталады. Егер су тау жынысының бүтіндей толып бітпеген саңылаулары мен жарыктары арқылы қозғалатын болса, оны инфильтрлену дсп атайды. Жауын-шашын суының, жер беті суларының қатты жыныстардын, жарықтарына құйылуы инфлюация деп аталады. Жер асты суларының қозғалысы ауанды (ламинарлық) және ұйтқымалы (турбуленттік), анықталған және анықталмаған, бірқалыпты және бірқалыпсыз болып ажыратылады. Ауанды (ламинарлық) немесе параллель қозғалыс жылдамдықтың ауытқуынсыз өтеді. Бұл қозғалыс сүзілудің сызықтық (бірқалыпты) заңына бағынады. Ұйтқымалы (турбуленттік) немесе құйынды қозғалыс жылдамдықтың екпінді түрде ауытқуымен сипатталады. Соған байланысты судың әр қабаты турліше жылдамдықпен козғалады. Турбуленттік қозғалыс фильтрленудің сынык. сызықтық (бірқалыпсыз) заңына бағынады.

Жер асты сулары қозғалысының заңдары. Сүзгіленудің бірқалыпты заңы (Дарси заңы). Жер асты суларының қозғалысы сүзілудің біркалыпты заңына бағынады. Дарси заңы деген атпен белгілі бұл заң, былайша өрнектеледі: Q=K/W мүндағы Q — сүзілу тасқынының шығыны, яғни тасқының көлденең қимасы аркылы уақыт бірлігі ішінде ағып өтетін судың мелшері, м³/тәул. К—тау жынысының сүзілу коэффициенті, м/тәул. J — арын градиенті (яғни гидравликалық еңістік); W — таскынның көлденен, кимасы.

Арын градиенті грунт суларының еркін бетінің еңістігін немесе арынды сулардын пьезмотрлік, деңгейін сипаттайды. Арын градиенті мына формула бойынша есептеледі (3.9-сурет):

мүндағы Н_{—грунт сулары деңгейінің немесе арынды сулардың пьезометрлік деңгейінің қимасы бойынша

3.9-сурет.

биіктігі, Н₂—II қимасы бойынша грунт сулары деңгейінің немесе арынды сулардың пьезометрлік деңгейінің биіктігі; егер су өткізбейтін жыныс қабаты горизонтал күйде орналасса, онда Н₁ мен Н₂ грунт сулары үшін горизонттың қалыңдықтары һ₁ мен һ₂-ге теңеседі, l —I және II қималарының ара қашықтығы немесе сүзгі жолы. Грунт суларының арын градиентін гидроизогипстер (грунт сулары бетінің бірдей биіктіктерін қосатын сызықтар) арқылы аныктауға болады. Арын градиентінің шамасы бедердің ецістігіне, оның мүшеленгендігінін. шамасына, сулы жыныстардың сипатына, су өткізбейтін қабаттың еңістігіне, қоректену және арылу (кәріздену) биіктіктерінің өзара қатысына, осы екеуінің бір-бірінен қашықтығына т. б. факторларға байланысты. Арын градиентінің шамасы уақыт ішінде тұрақты болып қалмайды. Бүл грунт суларының қоректенуі күшейгенде артып, қоректе-ну бәсеңдегенде кемуі мүмкін.

Сүзілу коэффициентін анықтау әдістері. Сүзілу коэффициенті тау жыныстарының су еткізгінітігінің (сіңіргіштігінің, жұтқыштығының) көрсеткіші болып табылады.

Қатты жыныстардың су өткізгіштігі онын, жарық-шақтығына, негізінен жарықшалардың өлшеміне, олардың мөлшеріне байланысты. Жарықтың қимасы (өлшемі) үлкен болған сайын сүзілу коэффициентінің мәні де жоғары болады. Көптеген шөгінді тау жыныстарының су өткізгіштігі олардың гранулометриялық құрамына, қуыстар мен саңылауларға байланысты. Қуыстар мен саңылаулар көп болған сайын сүзілу коэффициенті арта түседі. Жыныс құраушы түйірлердің әр түрлілігі (мысалы, малтатастардағы қүмды фракция, қүмдағы сазды фракциялар). осы жыныстардың су өткізгіштігін төмендетеді.

Температура жоғарылаған сайын, сүзілу коэффициенті де арта түседі. Сузілу коэффициентін лабораторияда, даладағы жүмыс басында анықтайды. Ең сенімді де-ректерді даладағы жұмыста, тау жыныстарының табиғи жатысы сақталған жағдайда алуға болады. Сүзілу коэффициентін анықтаудың кейбір әдістерін қарастырамыз.

Сүзілу коэффициентін лабораторияда анықтау. Лабораториялық әдістер қүрылымы бұзылған немесе табиғи күйінде сақталған тау жыныстарынан алынған сыналатын үлгілер салынатын конструкциясы түрліше келген аспаптарды пайдалануға негізделген. Байланыспаған грунттар үшін Тим аспабы, Каменский түтігі, Арнайгео түтіктері; байланысқан грунттар үшін Тим, Каменскиндің, Н. В. Коломенскийдің, Б. М. Гуменскийдің т. б. аспаптары қолданылады.. Аспаптардың көбінде сүзілу коэффициентін анықтау принципі қолдан реттелетін арын әсерінен тау жынысы арқылы өтетін судың шамасын өлшеуге негізделген. Арын мен аспаптың ауданы белгілі болғанда судың шығыны арқылы сүзілу коэффициентін табады. Тау жыныстарының су өткізгішін анықтаудың лабораториялық әдістеріне арнаулы нұсқауларда сипаттама беріледі.

Даладағы жұмыс басында сүзілу коэффициентін анықтау. Сүзілу коэффициентін даладағы жұмыс басында анықтағанда ең сенімді нәтижелерге қол жетеді. Өйткені мұндай жағдайда судың қозғалысы езінің табиғи жатыс қалпы сақталған жыныстарда тікелей анықталады. Гидрогеологиялық іздестірулер практикасында суды тарту, тәжірибелік су құю және шурфтардан инфильтрация жүргізу әдістері кеңінен қолданылады.

Бұл әдістердің алдыңғысы сүзілу коэффициентін сулы горизонттардың аумағында, ал өзгелері аэрация ай-мағының шегін анықтағанда қолданылады.

Негізгі әдебиет: 2 [40-52], 4 [130-132; 136-147; 151-154; 167-168; 176-179; 183-194]

Бақылау сұрақтары:

1. Гидрогеология нені оқытады?

2. Жерасты суларының қандай түрлері бар?

3. Агрессивті түрі бойынша жерасты сулары қалай бөлінеді?

4. Жерасты суларының режимі дегеніміз не?

5. Гидрогеологиялық карталардың қандай түрлері бар?

6. Жазық және радиандық ағын дегеніміз не?

7. Жазық және радиандық ағын қозғалысы қандай теңдеумен сипатталады?

8. Құрылыстық котловандарда су ағыны қалай анықталады?

4-ші Дәріс. Инженерлік-геологиялық ізденістер

Зерттеулердің келемдері мен түрлері: 1) жобалаудың кезеңі мен сатысы; 2) болашақ құрылыс аумағының зерттелгендігінің дәрежесі; 3) құрылыс салынатын орын-ның геологиялық қүрылысының күрделілігі; 4) ғимараттардың типі мен конструкциясы және мелиоративтік жү-йенің сипаты бойынша анықталады. Зерттеулердін. әрбір сатысында зерттеу әдістері тиімді және үнемді болуы тиіс.

Жобалаудың кезеңдері мен сатылары. Ғимараттарды жобалаумен байланысты жұмыстар екі кезең бойынша жүргізі-леді: 1) жобалау алдындағы жұмыстардан саналатын кезеңге жер мен өзенді кешенді пайдаланудың схемасы, техникалық экономикалык негіздеу; 2) техникалық жоба мен жүмыс сызбаларын жасау кезеңі. Кейбір жағдайларда шағын жүйелер мен ғимараттарды жобалау техникалық жұмыс жобасын жасаумен бір кезеңде бітуі мүмкін.

Жобалаудың кезеңдері мен сатыларына сәйкес жалпы алғанда зерттеулердің төрт кезеңі белгіленеді. Жер мен өзенді кешенді пайдаланудың схемасын және болашақ зерттеулердің бағдарламаларын жасау үшін сол ауданның геологиялық құрылысы, гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық жағдайлары жөніндегі қолда бар материалдар жиналып қорытындыланады. Бүл үшін гидрогеологиялық станциялардың есептері, 1:2 500 000, 1:1000 000, 1:500 000, 1:200000 масштабтарындағы карталар пайдаланылады. Жинақтау мен қорытындылау нәтижесінде гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық аудандардың схемалық картасы және оның түсініктеме жазбасы қүрастырылады. Гидрогеологиялық, инженерлік-геологиялық жағдайлардың өзгерістеріне сапалық болжам жасалады. Жүмыс жүргізу сызбаларын жасау кезеніне гидрогеологиялык және инженерлік-геологиялық жағдайлар өзгерістерінің болжамын дәлелдеу мақсатында тәжірибе және барлау жұмыстары жүргізіледі. Барлық кұрылыс қазбаларына (кеніштер, траншеялар, тоннельдер, құдықтар т. б.) сипаттама беріліп, қүжаттар жасалады. Кейбір жағдайларда ғимараттарды пайдаланудың барысында олардың шөгуіне (отырып аласаруы-на) түрақты байкаулар жүргізіледі.

Зерттелгендік дәрежесі. Зерттелгендік дәрежесі жөнінен құрылыс ауданы зерттелген, аз зерттелген және зерттелмеген болып ажыратылады. Зерттелген аудандарда геологиялық, инженерлік-геологиялық зерттеулердін, жеткілікті болуымен бірге, кұрылыс тәжірибесі

біршама жинақталады. Аз зерттелген аудандарда архив материалдары аз, ғимараттар тұрғызудың тәжірибесі жеткіліксіз келеді. Зерттелмеген аудандарда тиісті зерттеу деректері де, жүргізілген қүрылыс та болмайды.

Зерттеулер құрамы. Зерттеулер жүргізуге тиісті тапсырманы жобалаушы мекеме немесе ірі жобалау мекемесінің жобалау бөлімі береді. Тапсырмаға сәйкес гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық зерттеулер жүргізіледі. Зерттеулер күрамына зерттеулердің бағдарламасын жасау, даладағы лабораториялық жүмыстар, жинақтау-жүйелеу жұмыстары, жұмыстар нәтижесінің корытынды есебі (жазбасы) кіреді. Жүмыстар осы аймақта бүрын жүргізілген зерттеулердің материалдарын жалпылаудан басталады. Бұл материалдар жүргізілген жүмыстардың есе бі (жазбасы) түрінде (архивтердегі, фондлардағы материалдар), мақалалар мен монографиялар (әдеби материалдар ретінде) болады. Осы материалдарды жүйелей, қорыту зерттеулердің алғашқы және басты бөлімдерінің бірінен саналады. Алдынғы зерттеулердің толык және жаксы жүйеленіп қорытылған материалы келесі жұмыстардың бағдарламасын максатка сай қарастыруға, жүмыс жүргізгендегі кайталауларды болғызбауға, акырында зерттеулерге жұмсалатын шығынды азайтып, уақытты үтуға мүмкіндік береді. Жалпылай алғанда зерттеу-лердің күрамына мыналар кіреді: кешенді гидрогеологиялык және инженерлік-геологиялык түсіру (карта жасау), барлау жүмыстары геофизикалық жүмыстар, тәжірибелік жүмыстар, тұрақты байкаулар, лабораториялык жұмыстар, жинақтау-жүйелеу жүмыстары.

Кешенді гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық карта жасау. Гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялык карта жасау жүмыстардың өзге түрлерінін алдында орындалады және жоғарыда аталған барлык жұмыстарды дүрыс жүргізудің негізі болып саналады. Бұл карталарды жасау зерттелетін ауданның гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық жағдайларының элементтерін зерттеу, сипаттау және карта бетіне орналастыру болып табылады. Бұл жүмыс геологиялық картага түсірумен бір мезгілде немесе сәйкес масштабтагы геологиялық негізде (картада) орындалады. Топографиялык картаның масштабы жасалуға тиісті карта масштабынан ірі (екі есе) болады. Жасалатын картаның масштабы жобалау кезеңімен, жобаланатын мелиоративтік жүйелер мен инженерлік ғимараттардың типімен, құрылыс ауданының күрделілігі және зерттелгендігі бойынша анықталады.

Далада жүргізілген жұмыстарда таңдап алған бағыт (маршрут) бойынша мынадай деректер зерттеліп, сипатталып картаға түсіріледі: 1) өсімдік түрлері; 2) бедердін типтері мен пішіндері; 3) табиғи және жасанды ашылымдар бойынша беткі шөгінділердің қүрамы; 4) су ирімдері, сулы орындар, жер асты суларыныц көздері батпақтанған учаскелер; 5) геологиялық кұбылыстар жергілікті құрылыс материалдары; 7) картасы жасалатын аумақтағы инженерлік ғимараттардың күйі. Маршруттық зерттеулердің нәтижелері дала жүмыстарының журналдарында, дала жүмысының картасында көрсеті леді. Түп жыныстар жабык, жатқан аудандардын. картасын жасағанда скважиналар бүрғыланады, шурфтар, аршымалар, орлар қазылады, солармен қатар кейбір геофизикалық әдістер қолданылады. Жекелеген жағдай-ларда көпжылдық тоң алаңдарында, барып жетуі киын жерлердің үсақ және орта масштабты карталарын жасағанда аэровизуалдық байқаулар, ландшафтык-индикациялық (ландшафтық-танымдық) әдістерді пайдалану арқылы жер беті ұшақтан фотографияға түсіріледі (аэрофототүсіру, аэросурет жасау),

Барлау жұмыстары. Еңбекті көп қажет етуі мен кұны жағынан зерттеулердің жалпы кешенінде барлау жүмыстары, әдетте, бірінші орын алады. Барлау жұмыстарына скважина бұрғылау, шурфтарды, шахталарды, орларды т. б. қазбаларды казу кіреді. Барлау жұмыстары жеке геоморфологиялық элементтерде зерттелетін аумақтың тереңдегі геологиялық күрылысың, сулы горизонттардын тереңдегі таралуы мен олардың деңгейлеі анықтауға, грунттардың үлгілері мен жер асты сулары сынамаларын, олардың қүрамы мен қассиеттерін зерттеу үшін жинастыруға, дала жүмыстарында тәжірибелік зерттеулерді жүргізуге (су тарту, су құю, су айдау, грунттардың сығымдалғыштығы мен отырғыштығын анықтау), жер асты суларының режиміне түрақты байқаулар жүргізуге мүмкіндік береді.

Барлау жұмыстары негізінен техникалық экономикалык зерттеулерді және техникалық жобаны негіздеу үшін қолданылады. Атқаратын кызметіне қарай барлау қазбалары төрт топқа ажыратылады: 1) аймақтық су өткізбейтін жыныстардан төменде жатқан пластаралы суларды ашу және сынау үшін бұрғыланған тереңдігі 300—500 м не одан да тереңірек келетін тірек скважиналары; 2) аймақтық су өткізбейтін жыныстарда орналасқан сулы горизонттарды сынау үшін және тау жыныстарының қасиеттерін зерттёу үшін бұрғыланған тереңдігі 50—100 м-ден 200 м-ге дейінгі барлау скважиналары; 3) аэрация аймағының, қанығу аймағының жоғары бөлігінің, сулы горизонттың жоғары бөлігі жыныстарының қасиеттері мен түздары құрамын зерттеу үшін бүрғыланатын тереңдігі 20—50 м-ден 100 м-ге дейінгі картаға түсіру скважиналары; 4) тау жыныстарының қасиеттерін, олардың тұздылығын, су еткізгіштігін, батпақтардағы шымтезектердің қалыңдығы мен ыдырау дәрежесін, грунт суларының жатыс тереңдігі мен қүрамын анықтауға арналған тайыз (20 м-ге дейін) скважиналар бұрғылау, шурфтар, орлар казу.

Бұрғылау кезіндегі барлық байқаулардың нәтижелері бүрғылау журналдары мен сменалық рапорттарда (кезекке түрушылардың мәліметтеріне) жазылады. Бүрғылау процесінде тау жыныстарының үлгілері алынады, сулы горизонттардын, стратиграфиялық орны мен қалыңдығы, жер бетінен жатыс тереңдігі және гидравликалық типі анықталады. Тапсырмаға сәйкес грунттардың үлгілері (колонкалық құбырлар және грунтқапқыштар аркы-лы). алдын ала су тартудан кейін сулардың сынамалары алынады. Грунттарды зерттеуде және скважиналар ашқан жер асты суларын анықтауда геофизикалық, олардыц ішінде ядролык әдістер де қолданылады.

Бұргыланған скважиналар мен қазылған шурфтардың нәтижелері бойынша бағандар түріндегі қималар жасалады. Қималарда сонымен бірге бүрғылаудьң техникалык деректері, су тартудың нәтижелері т. б. сипаттамалар келтіріледі. Скважиналардағы су деңгейлерін өл-шеу әр түрлі аспаптардың — денгей өлшегіштердің жәрдемімен аткарылады. Деңгей өлшегіштердің көптеген конструкциялары бар. Ең қарапайым аспапқа үшында сақпаны (ысқырықты немесе ыскырықсыз) бар рулетка жатады. Онымен тереңдігі бірнеше ондаған метрге жететін вертикал қазбалардағы су деңгейі өлшенеді. Сақпан термометрмен жалғастырылғанда, термометр арқылы бір жолы жер асты суларының температурасы да өлшенеді. Бұрғылау және су тарту кезінде электр шамы, миллиамперметрі немесе қоңырауы бар электрлік дең-гей өлшегіштер де айтарлықтай жиі' қолданылады. Су тарту мен тұрақты байкауларда кейде сағат механизмімен және барабанға бекітілгең таспаға деңгейдін, өзгеруін жазатын тетікпен (ГФ-38, СУВ-3, УВ-1, КУС-2) жабдықталған әр түрлі типтегі қалтқылы деңгей өлшегіштер мен пневматикалық деңгей өлшегіштер (ПУР) қолданылады. Вертикал қазбалардағы жер асты сулары денгейін автоматты түрде жазатын аспаптар да барған сайын кеңінен қолданылуда. Деңгейдің өзгерістерін тіркеу барабанға (СУВ-3) түсірілетін қисык. сызык арқылы да, белгілі уақыт аралығы өткеннен кейін цифрлар түрінде де (РУЦ-2 цифрбасушы аспаптары) жүргізіледі.

Геофизикалық зерттеулер. Барлық геофизикалық әдістер белгілі физикалық өрістердің бөлінуіне ықпал ететін грунт қасиеттерінің кейбір көрсеткіштерінің шамаларындағы айырмашылықты пайдалануға негізделген. Физикалық өрістер пассивтік және активтік болып ажыратылады. Бүлардың біріншісі адамның қатысуынсыз өздігінен жүріп жатады. Активтік өріс геофизикалык зерттеулер кезінде қолдан жасалады. Өрістердіц сипатына карай барлық геофизикалық әдістер гравиметриялық, магнитометриялық, сейсмометриялык, электрометрия-лық, термометриялық және ядролық болып ажырытылады. Гравиметриялык әдістер ауырлық күшін пайдаланады және грунттардың тығыздықтарындағы айырмашылықтарды анықтайды. Магнитометриялық әдістер тау жыныстарынын, әр түрлі магнит өткізгіштігінен туатын магнит өрісінің аномалияларын анықтауға негізделген. Магнитометриялық әдістер негізінен темір рудаларын іздеуде, негізді және ультранегізді тау жыныстарының жатыс орнын аныктауда пайдаланылады. Бүл екі әдіс гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық зерттеулерде арнайы қолданылмайды.

Сейсмикалық әдістер тау жыныстарының кат-кабаты арқылы өтетін серпімді толқындардын, таралу жылдамдықтарындағы айырмашылыққа неғізделген. Бүл әдістер қатты байланыстағы тау жыныстарының жарықшақтығын зерттеуде пайдаланылады. Грунт суларының жатыс терендігін анықтауға сынған толқындарды корреляциялау әдісін қолдану үсынылған.

Гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялык. зерттеулерде электрлік әдістер кеңінен қолданылып жүр. Бұл әдіске элёктрлік барлау (жер бетінен зерттеулер жүргізу) және электрлік каротаж (бүрғылау скважиналарының қималарын зерттеу) кіреді. Электрлік барлау түрақты электр тогының таралуын пайдаланатын электрлік қима жасауды (электрлік профильдеу) және электрлік зондтауды (электрлік сұққылау) қамтиды. Скважиналар каротажы жеке грунттардың электрлік кедергісінің айырмашылығына негізделген (грунттардың меншікті электрлік кедергісі) электрлік әдістерге вертикал электрлік зондтау (ВЭЗ) мен вертикал профильдеу (ВП) арқылы электрлік барлау жүргізу, резистивиметрия, каротаж т. б. жатады және грунт суларының жатыс тереңдігін, жалпы минералдануын, козғалысынынің бағыты мен жылдамдығын анықтауға пайдаланылады.

Термометриялык әдістер негізінен табиғи температуралық өрістсрді зерттеуге негізделген. Мүнда грунттар өздерінің жылу өткізгіштігі, жылу сыйымдылығы, температура өткізгіштігі бойынша сипатталады. Температуралық өрістін, қалыптасуына жер асты сулары үлкен әсер етеді. Сондықтан гидрогеологиялык зерттеулерде термометриялық әдістердің алатын орны зор.

Ядролық әдістер грунттардың негізгі физикалык. касиеттерінің көрсеткіштерін, табиғи және өзгерген жағдайлардағы (табиғи ортаға адамнын, араласуы нәтижесінде) жер асты сулары қозғалысының заңдылықтарын анықтау үшін пайдаланылады. Көлемдік массаны аныктау үшін гамма сәулелёну әдістері, ылғалдылықты анықтауға нейтрондық сәулелену әдісі қолданылады. Гидрогёологиялық зерттеулерде ядролық әдістер ең алдымеп жер асты сулары қозғалысының жылдамдығын анықтауға бағытталады. Кейбір радиоактивтік изотопдар индикаторлар (иод-131, цирконий-95, цезий-137, фос-фор-32, күкірт-35) болып табылады. Бүларды аймақтык, көлемде жер асты суларыныц қозғалысын зерттеуге де, жер асты суларындағы ағып келіп қосылған сулардың орын ауыстыруын анықтауға да пайдаланады. Кейбір елдер су молекулаларының күрамына кіретін немесе сумен бірге қозғалатын радиоактивтік және тұрақты изотоптарды пайдаланады. Бүлардың қатарына тритий, көміртегі-13, дейтерий және оттёгі-18 жатады.

Барлау және басқа тікелей әдістермен салыстырғанда геофизикалык әдістер жанама әдістерге жатады. Сондықтан бүл әдістерді колданудың, мақсатқа сәйкестігін анықтаушы негізгі көрсеткіштердіц бірі болып гидрогеология мен инженерлік геологияда колданылып жүрген тікелей (тура) әдістермен салыстырғандағы экономикалық зор тиімділігі бар.

Тәжірибелік жұмыстар. Бұл жүмыстардың қүрамында тау жыныстарының сүзілу қасиеттерін және басқа гидрогсологиялык параметрлерді, жер асты сулары қозғалысының бағыты мен жылдамдығын, қорларын, тау жыныстарынын физикалык-механикалық және инженерлік-геологиялық қасиеттерін т. б. зерттеу кіреді. Тәжірибелер жүргізетін учаскелерді картаға түсіру, барлау және геофизикалык жұмыстар орындалғаннан кейін тау жыныстары мен жер асты суларының негізгі түрлерінің таралу ауданы белгілі болғаннан соң таңдап алады.

Жер асты сулары қозғалысының бағыты мен жылдамдығы индикаторлардың жәрдемімен анықталады. Бул жағдайда радиоиндикаторлық әдістерді қолдану жемісті болуы мумкін, өйткені көптеген радиоактивті изотоптар суда жақсы ериді, тау жыныстары оларды нашар адсорбтайды және оңай белгілі болады (табылады), радиациялық жағынан да қауіпсіз.

Күмды жәие сазды жыныстардын. ннженерлік-геологиялық қасиеттерін анықтағанда зерттеулердің жеделдетілген әдістері колданылады. Оларға статикалық және динамикалық сұққылау, айналдыра тілу, пенетрациялық-каротаждық әдістер жатады. Лёсті жыныстар-

лың отырғыштығын су жүретін каналдардың жолдарында, ғимараттардың учаскелеріндс казылатын тәжірибелік кеніштерді ылғалдау, су сіңдіру жолымен зерттейді.

Тұрақты байқаулар. Арнайы бағдарлама бойынша гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық зерттеулерді жүргізгенде геологиялық процестердің өтуіне тұрақты байқау жүргізіледі. Байқау ұзақтығы_бір не бірнеше жыл болады.

Жер асты суларының режимін білу басты мемлекеттік мәселе болуымен бірге халык, шаруашылығы дамуын жоспарлау үшін де қажет. Қазақстанда, Орта Азияда жасалған арнайы тіректі гидрогеологиялық станциялар ерекше бағдарлама бойынша жер асты суларының, негізінен грунт суларының режимін зерттейді. Станциялар гидрогеологиялық бағыттар торы бойынша орналастырылады. Мүнда жер асты суларынық режимін, темпера-турасын, құрамын үздіксіз байқайтын режимдік скважиналар болады. Тәжірибелік алаңдарда арнаулы аспаптардың жәрдемімен мелиорацияланатын жерлер аумағында грунт суларынын су және тұз режимі, тенбетеңдігі зерттеледі. Гидрогеологиялық станциялардың зерттеу нәтижелері арнаулы кітаптарда жарияланып отырады.

Зерттелетін территориядағы жер асты суларының режимін білу және тәжірибелік учаскелердегі теңбе-тёңдіктің элементтерін анықтау нәтижелері гидрогеологиялық аудандау кезінде бөлінген алаңдардың және бүкіл аймактың грунт суларынын теңбетеңдігін (су және тұз теңбетеңдігін) шығару үшін пайдаланылады.

Лабораториялық жұмыстар. Лабораториялық жүмыстарға грунттардын, минералдық және гр,анулометриялық құрамын, күйін (тығыздығы, көлемдік массасы, қуыстылығы, ылғалдылығы сыйымдылығы, пластикалылығы, ісінгіштігі, жүққыштығы, іркілдегіштігі, су өткізгіштігі, сығымдал-ғыштығы,табиғи баурайлық бұрышы, ысырымға кедергісі, тұздылығы, отырғыштығы т. б.) анықтау кіреді. Грунттардың құрамын, қасиеттерін анықтау құрылымы .сақталған немесе бұзылған үлгілерге жүргізіледі. Грунт үлгілері тау жыныстарыньң табиғи және жасанды ашы-лымдарыньң, тау-кен қазбаларынан (скважиналар, шурфтар т. б.) алынады. Әрбір үлгі литологиялық немесе петроғрафиялық қүрамы біртекті грунттан бөліп алынады. Үлгілерді алудың, ораудың, тасымалдаудын, сактаудың әдістері мен әдістемесі МЕСТ-1207-72 бойынша қарастырылған және арнаулы кітапта сипатталған.

Жүмыс басында (далада) және түрақты лабораторияларда жер асты суларының газдық, химиялық, бактериологиялық құрамдары, радиоактйвтігі анықталады. Сулардың радиоактивтігі мен бактериологнялық қүрамын, әдетте, сумен қамтамасыз етуге бағытталған гидрогеологиялык, зерттеулер анықтайды. Жер асты суларының бүл сипаттамаларын лабораторияда анықтау, даладағы жұмыс басында анализ жүргізу үшін судың сынамалары алынады.

Грунттардың жеке қасиеттерін үлгілер бойынша лабораторияда анықтаудыц нәтнжесінде грунттың әр типі (инженерлік-геологнялық элемент) үшін қасиеттер жиынтығының жалпыланған көрсеткіштерін есептеп шығарады. Көптеген жеке мәндер мен көрсеткіштерді статистикалык өңдеудің негізінде алынған белгілі бір қасиет (мысалы, массаның, тығыздықтың) көрсеткішінің орташа мәні жалпылаушы көрсеткіш дсп аталады. Статистн-калық өңдеуді тек бес немесе одан көбірек жеке керсеткіштер белгілі болған жағдайда ғана жүргізуге болады. Жалпыланған көрсеткіштердің мәндері бойынша есептік көрсеткіштер қабылданады, олар гидромелиора-циялық жүйелер мен инженерлік ғимараттарды жоба-лауда пайдаланылады.

Жинақтау-жүйелеу (камералдық) жұмыстары. Зерттеулердін, барлық түрлерінің материалдарын өндеу жұмыстардың жеке түрлерінің біту барысына қарай жүргізіледі. Жұмыстардың барлык түрлері аяқталып, мате-риалдар өңделіп болғаннан кейін есептік баяндама (есеп) жазылады. Жалпы алғанда есеп түсіндіру жазбасынан, түрлі типті карталардан, геологиялык, гидрогеологиялық, инженерлік-геологиялық қималардан, сква-жиналар мен шурфтардык қималарынан, стратиграфиялык бағандардан, графиктерден, фотографиялардан және түрлі есептердсн түрады.

Графикалық қосымшалардың мазмұны. Есепке тіркелетін қосымшалар ішінде ең басты орынды гидрогеологиялық ннженерлік-геологиялық карталар, гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық кималар {профильдер) алады. Гидрогеологиялық карталар жер асты суларының сипаттамаларын немесе сулы горизонттардың гидрогеологиялық қасиеттерін көрсетеді.

Масштабы жөнінен гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық карталар төрт категорияға бөлінеді. Ұсақ масштабты схемалық жалпы шолу карталары (1:500 000 не одан да үсақ) үлкен аймақтардың жалпы гидрогеологиялык және инженерлік геологиялык жағ-дайларын көрсету үшін жасалады. Құрылысты жоспарлау мен орналастыру үшін аныктамалық қүрал ретінде пайдаланылады. Орта масштабты карталар (1:200 000, 1:100 000) жүйелер мен ғимараттарды жобалағанда, техникалык экопомикалық неғіздеулерді' күрастырганда қолданылады. Ірі масштабты карталар (1:50 000, 1:25 000) ғимараттардың техникалық жобасын негіздеу үшін пайдаланылады. Дәл ірі масштабты карталар (1:10 000 не одан да ірілеу) техникалық жобамен жұмыс жүргізу сызбаларын орын-дау кезеңінде жеке инженерлік ғимараттардың орналасу учаскелері үшін жасалады. Қарталарда олармен біртүтас материал болып табылатын' гидрогеологиялық, инженерлік-геологиялық қималар, кестелер, шартты белгілер беріледі.

Техникалық жобаның есебіне тіркелетін карталар негізгі және арнаулы болып ажыратылады, 1:50 000 масштабта жасалады. Негізгі карталар: нақты материалдар картасы (1:25 000 масштабтағы топографиялык негізде жасалады), геоморфологиялық карта, төрттік (антропоген) шөгінділер картасы,гидрогеологиялық карта, инженерлік-геологиялық карта, арнайы карталар: ландшафтық-индикациялық карталар (жердің сырт көрінісінің ерекшеліктерін көрсетеді), грунт сулары жатыс тереңдігінің (гидроизобаттардың) картасы, грунт сулары минералдануы мен химиялық кұрамынын картасы, геологиялық-генетикалық кёшендердің картасы (кәріздену ыкпалы аймағының аумағындағы аэрация аймағы мен каны-ғу аймағының жоғары бөлігіндегі грунттардың құрамын көрсетеді), гидродинамикалық карта (сулы горизонттардың су өткізгіщтігін сипаттайды), аэрация аймағы жыныстарының тұздану картасы, гидрогеологиялық және инженерлік-геологиялық аудандаудың картасы. Аталған карталарды құрастыру мен олардың нақты мазмұны осылардың әрқайсысының талаптарына сәйкес құрастырылған әдістемелік нұсқауларда қарастырылады.

Топырақтар табиғаты. Желге мүжілген Жердің тасты қабыршағының (литосфера) барлық борпылдақ тау жыныстары топырақ деп аталады. Топырақтар құрылыста ғимарат пен кұрылыстың табаны ретінде, сондай-ақ жер құрылысының материалы ретінде пайдаланылады.

Топырақтың пайда болуы. Табиғи топырақтар тау жыныстарының физнкалық және химиялық жолмен мүжілуі нәтижесінде пайда болған. Топырақтардың пайда болуы барысында сыртқы жағдайларға байланысты олардың қасиеттері қалыптасты.

Топырақтардың ұзак мерзімді қалыптасуы уақытындағы табиғи жағдайында көп қайтара өзгерістер, әлденеше рет қайта шөгінділер, өз салмағының әсерімен нығызданулар, кайта нығызданулар, су астында қалулар, құрғақтанулар, және т. с. с. болды.

Жоғарыда айтылғандардың бәрі табиғи топырақтарды оларды қоршаған физикалық-геологиялық ортаға байланыстыра және олардың қасиеттерінің үздіксіз өзгеретінін ескере отырып қарастыру қажеттігін көрсетеді.

Өзінің пайда болуы және қалыптасуы жағдайларына карай топырақтар екі түрлі: континентті (құрылықтық) және теңіз шөгінділері болып бөлінеді. Континенттік шөгінділерге элювиалды (бастапқыда пайда болған жерде тереңде жатқаны); делювиалды (су тасқынымен едәуір қашықтыкқа апарып тастайтыны); көшпе мұздык (мұздықтардың әрекеті нәтижесінде пайда болғаны) — мореналар; су-көшпелі мұздықтар — кұмдар мен жұмыр тастар; көлкөшпелі мұздықтар — ленталы саздар, саздақтар мен кұмдақтар; күлді (шөлейтті өңірде тау жыныстарының желмен физикалык мүжілуі нәтижесінде пайда болып, әуе ағыстарымен апарып тасталған) — сары топырақтар, кұм төбелер мен дөңестер жатады. Теңіз шөгінділеріне бытыранды саздың қатпарлары, ұлутастар; органикалық-минералдық түзілулер — тұнбалар, шымтезектелген топырактар, әралуан құмдар мен малта тастар жатады.

Топырақ түрлері. «Топырактар. Жіктеу» атты 25100-82 ГОСТ мемлекеттік стандартқа сәйкес және құрылымдық байланымдардың сипатына байланысты топырактың пайда болуына (генетикалық жағынан бөлшектеу), түзілім жағдайына, құрамы мен құрылыстык қасиетіне қарай екі класқа: жартасты және жартасты емес болып бөлінеді.

Жартасты топырақтар (қатты кұрылымдық байланымды топырақтар) төрт топка: магмалық, метаморфикалық, шөгінді және жасанды (табиғатында тереңде жатып өзгеріске ұшырағандар) болып бөлінеді. Граниттер, диориттер, базальттар біршама көп тараған магмалық жыныстар, ол гнейстер, кварциттер және кристалды тақтатастар, метаморфикалық жыныстар болып табылады. Цементтелген шөгінді жыныстарға құмдақ тастар, конгломераттар, брекчиялар жатады. Қатты құрылымдық байланымдар цементтелу, силикаттану жолымен және басқа да амалдармен адамдар жасаған жартасты жасанды топырақтар деп атайды.

Жартасты емес топырақтар (қатты құрылымдық байланымы жоқ топырақтар) төмендегі топтарға бөлінеді: ірі сынықтылар — валунды, жұмыртасты және қиыршық тасты топырақтар; құмдылар — қиыршақ құмды, ірі, ірілігі орташа, ұсақ және шаңды құмдар: шаңды—саздылар-құмдақтар, саздақтар және саздар; биогенділер — лай, шымтезек, топырақтар (жер қыртысының сыртқы қабатын құрайтын және құнарлылық қасиеті бар табиғи түзілімдер; жасанды топырақтар — механикалық әсер арқылы табиғи терең жатқан күйінде нығыздалғандар (тапталған, тегістелген, сілкіленген және т. с. с), сондай-ақ үйінді және сумен шайып әкелінген топырақтар.

Топырақ қурамы. Топырақ құрамына қатты минералдық бөлшектер (топырак қаңқасы), қатты бөлшектер арасындағы кеуекті (бос жерлерді) толтыратын су мен газ (ауа, су буы) енеді (1.1-сурет). Сонымен барлық топырақтардың үш компонентті құрамы болады.

Топырақтың үш компонентті құрамының схемасы 1.1-суретте көрсетілген.

Топырақ құрылымы. Топырақтардың құрылыстық қасиеттеріне баға беру үшін топырақтардың кұрылымы мен бітімінің мәні зор.

Топырақ құрылымы дегенде сол топыраққа тән топырактың ішкі байланымдары мен ол пайда болғанға дейінгі бүкіл ерекшелігіне негізделген ірілігі мен пішіні жағынан әралуан минералды бөлшектердің және олардың жекелеген агрегаттарының орналасуы деп білеміз. Текстура (бітімі) дегепде қабаттағы топырақтың бір текті еместігін сыйпаттайтын топырақтар бөлшектері мен агрегаттарының кеңістіктікке орналасуы мен өзара тұрған орнын айтамыз. Топырақ текстурасының төмендегідей түрлері бар: 1) қатпарлы (жұка және ірі қабатты, қиғаш қабатты, тақта тасты және т. с.с). 2) кұйма қабатты (көлемді және бүркемелі қатпарлы); 3) күрделі қабатты (қуысты, кең кеуекті және т. с. с).

1.1-сурет. Топырақтың үш компонентті кұрамының схемасы: 1-катты минералды бөлшектер (топырақ қаңқасы); 2-сумен немесе газбен (ауамен) толтырылатын кеуектер. 3-су; 4-газ (ауа).

Топырақтың физикалық қасиеттері. Топырақтардың құрылыстық қасиеттеріне баға беру үшін төмен-дегідей топқа бөлінетін физикалық қасиеттердің көрсеткіштері мен сыйпаттамасы пайдаланылады, олар: негізгілер (немесе бастапқылар) -лабораториялық зерттеулер негізінде анықталатын физикалық қасиеттердің көрсеткіштері; есептік -есептеумең анықталатын физикалық қасиеттердің көрсеткіштері.Топырақтың физикалық қасиеттерінін, негізгі (бастапқы) көр-сеткіштеріне топырақтың қатты бөлшектерінің тығыздығы р^, _;то-пырақтың тығыздығы р және ылғалдылығы ш жатады.

Топырақтың қатты бөлшектерінің тығыздығы құрғақ топырақ көлемінің топырақ бөлшектері алып жатқан көлеміне қатынасы, яғңи

болып табылады.

Топырақ тығыздығы топырақ салмағының (оның кеуектеріндегі судың салмағын қосып айтқанда) топырақ көлеміне (кеуекті қосып айтқанда) қатынасы, яғни

болмақ.

Топырақ кеуектеріндегі су көлемінің құрғақ топырақ көлеміне (немесе қатты бөлшектер салмағына) қатынасы, яғни

топырақ ылғалдылығы деп аталады.

Бұл жерде үш компонентті топыраққа төмендегідей белгілер бар:,

m_Кб— құрғақ топырақтың (немесе қатты минералды бөлйіек-тердің) салмағы;

m_с—топырақ кеуектеріндегі судын, салмағы;

m — топырақтың салмағы;

V_қб—қатты бөлшектер (топырақ қаңқасы) алып жатқан көлемі;

V_с — топырақ кеуектеріндегі су алып жатқан көлем;

V_Т — топырақ көлемі;

V_к — топырақтағы кеуек көлемі.

Тығыздық мөлшерімен бірге топырақтың меншікті салмағы деген түсінік те қолданылады.

Топырақтың катты бөлшектерінің меншікті салмағы

Топырақтың меңшікті салмағы

Бұл жерде g=9,81 м/с²— салмақ күшін тездету.

Топырақтың физикалық касиеттерінің туынды көрсеткіштеріне құрғақ топырақтың тығыздығы ρ (немесе р_қб ), кеуеқтілік n кеуектілік коэффиңиенті е және ылғалдылық деңгейі жатады.

Құрғақ топырақтың тығыздығы ρ және қатты бөлшектер салмағының топырақтың бүкіл көлеміне қатынасы, яғни

болып табылады.

Құрғақ топырақтың меншікті салмағы

Қеуекті топырақ көлеміне кеуек көлемінің қатынасы, яғни

болып табылады.

Кеуектілік коэффициенті — кеуек көлемінің топырақтың қатты бөлшектерінің көлеміне қатынасы, яғни

немесе

б олып табылады.

Ылғалдылық деңгейі су алып жатқан кеуек көлемінің үлесі қандайлығын көрсетеді,

тиісінше газ алып жатқан кеуектілік улесіне (1— S_Г ) тең.

Қайсыбір көрсеткіштерді екіншілері арқылы білдіретін маңызды арақатынастарды келтірейік: .

Бұл жерде γ_ω —судың меншікті салмағы (1 г/см³).

Жер астындағы сулар деңгейінен төмен тереңде жатқан топырақтар үшін топырақ қаңқасы судың тартылу әрекетін бастан кешіреді. Ығыстырылып шығарылған аудың салмағынан жеңілденген топырақтың

меншікті салмағы:

белгілерімен анықталады.

Негізгі әдебиет: 2 [78-91], 4 [271-286]

Бақылау сұрақтары:

1. Геологиялық түсірістер процесінде не оқытылады?

2. Механикалық бұрғылаудың қандай түрлері бар?

3. Тексерістің геофизикалық әдісіне не жатады?

4. Тұрғын-үй және өндірістік құрылысқа арналған инженерлік-геологиялық ізденістердің ерекшелігі қандай?

5. Әртүрлі масштабтағы инженерлік-геологиялық түсірістердің бағытталуы мен әдістерін сипаттаңыз.

6. Барлау жұмыстарын қолданатын аппаратураның оған қоса геофизикалық қазындыларын сынамалау әдісінің орындалуын, тапсырмасын сипаттаңыз.

7. Сынақ беріктілігінің әдісі мен методикасын, массивтегі су өткізгіштік жыныстар мен сығылуды, алынған нәтижелерді сипаттаңыз.

8. Режимдік гидрогеологиялық, мұздақ және басқа бақылаулар қандай, және қандай мақсатта, және қандай методика арқылы орындалады?

9. Инженерлік-геологиялық ізденістер кезіндегі негізгі техникалық қауіпсіздік ережелерін және өндірістік санитарлықты сипаттаңыз.

5-ші Дәріс. Топырақ механикасының негізгі заңдылықтары

Топырақтардың механикалық қасиеттері. Топырақтар ғимараттардың және құрылыстардың табаны ретінде қызмет атқарғанда, сондай-ак әралуан жер құрылыстары арасында топырактардың әртүрлі сыртқы факторлары әсеріне, негізінен алганда күш түскенде кедергілік болады. Сонымеy бірге топырактардың сыйпатталуы топырактардың механикалық қасиеттерін баяндайтын кейбір заңдылыктарға тәуелді болады.

Топырақтардың механикалық қасиеттеріне сығылғыштык, су сіңгіштік, қозғалыска төзімділік (топырақтардың беріктігі) және құрылымдылық-фазалық деформациялану жатады.

Топырақтардың сығылғыштыгы — оларға тән қасиет, ол сілемді тау жыныстары мен басқа да қатты денелерден едәуір ерекшеленеді және сыртқы ыкпалдардың әсерімен олардың кеуектілігінің өзгеруіне қарай осындай тұжырым жасауға болады.

Топырақтардың сығылғыштығы (нығыздылығы) төмендегі факторларға: түріне, тығыздығына, ылғалдылығына және топырақтардың жағдайына, сыртқы күштің (статикалық және динамикалық) түсуіне, топырақтарда құрылымдық байланыстардың болуына және т. с. байланысты болады.

Топырақтардың сығылгыштығының (нығыздылығының) негізгі көрсеткіштерін анықтау компрессиялык құралдармен (одометрмен) және үш білікті сығу құралдарымен (стабилометрмен) жүргізіледі.

Нығыздау заңы. Компрессиялық қисықты қарастырайық (5.1-сурет). Егер әдетте үйлер мен ғимараттардың негіздіктерінде болатын қысым өзгеруінің шамалы көлемін алатын болсақ (0,1—0,3 МПа шамасында), онда компрессиялық қисықтың АВ қисық сызықты бөлігін npaктикалық мақсаттар үшін жеткілікті дәлдікпен түзу сызьқ орнына алуға болады.

Онда 5.1-суреттегі белгілерге сәйкес

e_i = e₀ — tg a*p_i аламыз. (5.1)

Теңдеу (3.5) А және В нүктесі арқылы өтетін түзу теңдеуін көрсетеді:

К оэффициент топырақтың сығылғыштығы коэффициентімен аталады.

р₂-р₁ =р-ны қысымның өcyi ретінде белгілеп, аламыз.

tgα = мәнін бастапқы теңдеуге қойып (5.1), компрессиялық қисықтың тік сызықты бөлігінің теңдеуін

e_i = e₀ - p_i турінде аламыз. (5.2).

Бұл жерде: e_i — топырақ коэффициентінің қысым кезіндегі азаюының өлшемі;

е₀—топырақ кеуектілігінің бастапқы коэффициентінің мәні;

р_і — кысымның өсуі.

5.1 – сурет. Компрессиялық қиғаш. Параметрлерді анықтау.

Егер тік қысымның өзгеру шегі кіші өлшемге қарай болса, онда кеуектілік коэффицентінің өзгеруі қысымның өзгеруіне пропорционал жұреді. Теңдеуді дифференциялай отырып (5.2),

de = - *dp аламыз. (5.3)

Алынған теңдеу топырақтың нығыздалу заңы деп аталады. Бұл заң былайша тұжырымдалады: топырақ кеуегінің салыстырмалы көлемінің аздап шексіз өзгеруі қысымның аздап шексіз өзгеруіне пропорционал келеді.

Топырақтардың сіңіргіштігі. Топырақтардың бытыранды (ұсақталатын) кеуекті орта ретіңдегі ерекшелігі олардың су сіңіргіштігі, яғни суды өткізгіштік (өзі aркылы өткізу) кабілеті болып табылады.

Өткізгіштік дегеніміз — механикалык табиғат күшінің ықпалынан кеуекті ортадағы сүйыктыктық ағымы. Гравитациялық судың кеуекті топырақтағы қозғалысы физикалык, себептермен дәлелдеуге болатын қысымның әртүрлі келуінің әсерімен болады. Топырақтардағы судың қысыммен қозғалысы топырак нүктелерінің нөлдік денгейде (5,2-сурет) орналасуымен ғана емес, сондай-ақ бос және кеуекті борпылдақ бөгелмелі судың кысымды қозғалысын туғызатын ғимараттың сыртқы қысымымен де анықталады.

Топырак суынын, қысымды козғалысының шапшаңдығы топырақ кеуегінің көлеміне, өткізу жолындағы кедергілерге және ықпал етуші қысымның мөлшеріне байланысты болады.

Егер су ағысының сызығы (су түйіршіктерінің ағыстағы козғалысы) бір-бірімен ешжерде қиыспаса, онда мұндай қозғалыс ламинарлық деп аталады.

Топырактарда, тиісті тәжірибелер көрсеткеніндей (А. Дарси, Н. Н. Павловский), судың қозғалысы көп жағдайларда ламинарлық болып келеді.

Топырақ суларының гидравликалық градиенті ( немесе деңгейі бетінің еңісі ( көбейген сайын судык ламинарлық қозғалысы лоншалықты шапшандықпен жүреді (5,2-сурет).

Гидравликалық градиент еткізгіш жолының L ұзындығын алғанда (А нүктесінен В нүктесіне дейін) қысымның (H₂ — H₁) жоғалу қатысына тең, яғнй немесе әрекеттегі қысыммен -H₂ — H₁=H белгілей отырып аламыз.

Дарси бойынша, топырақтык көлденең қимасы аумағының өлшемі арқылы судың шығындалуы уақытының өлшемі, немесе өтгіштік шапшаіщығы V_ф гиравлиқалық градиентке пропорционалды, яғни болады (5,4) Мұнда k_ф градиент кезіндегі өткізгіш шапшаңдығына тең, бір өлшемге тек өткізгіш коэффициенті, см/с, см/жыл мөлшері бар.

Байланыстылық (5,4) өткізгіштіқ ламинарлық Заңы деп аталады (Дарси, 1885 ж).

Өткізгіш коэффициентінің мөлшері судың топырақ арқылы өткізілуі кезіндегі топырақтың өткізгіштігін сипаттайды және топырактардың су өткізгіштігінің көрсеткіші болып табылады

5.2-сурет. Топырақтардағы судың өткізгіштік схемасы: 1 — жер бетінің белгісі; 2 — жер асты суларының беті; 3 — суға канықпаған топырақ; 4 — суға қаныққан топырақ; 5-— су тосқауылы (құз).

Өткізгіштік коэффициенті арнаулы өткізгіш аспаптарында лабораториялық немесе далалық жағдайларда анықталады.

Өткізгіш коэффициентінің мөлшері топырақтың гранулометрикалық құрамына да, сондай-ақ оның кеуектілігі мен құрылымына да байланысты екенін тәжірибелер көрсетіп отыр. Әралуан топырақтар үшін К_ф-дің мәні өте кең көлемде ауытқиды:

Топырақтардың жылжуға кедергісі (топырақтардың беріктігі). Топырақ массасының жекелеген нүктелерінде сыртқы салмактың әсері болған кезде тиімді қысымдар топырақ бөлшектері арасындағы ішкі байланыстардан асып түсуі мүмкін, осы кезде бір бөлшектердің немесе басқалары бойынша олардың агрегаттарының сырғанау жылжуы мүмкін және топырактың кейбір тұстарында тұтастық бұзылады, яғни топырақтың беріктігі таусылады.

Құмды топырақтарда бөлшектердің ұласуы нүктелерінде пайда болатын үйкеліс бөлшектердің жылжуына кедергі жасайтын ішкі қарсылық болмақ. Нағыз байламды топырақтарда (жабысқак майда саздар) су-коллоидтық бөлшектердің құрылымдық байламдары мен жабысқақтығы, яғни тұтасу күштері жылжуға ішкі карсылық күштері болады. Сазды топырақтарда (құмдақтар, саздақтар және саздар) жылжуға үйкеліс пен тұтасу кедергі жасайды.

Жылжуға кедергі жасаушы көрсеткіштер — ол топырақтардың сыртқы салмақтарға беріктілік көрсеткіштері, олар өзгеріп отырады және жылжуға кедергі жасайтын бөлшектердің ұласу нүктелеріндегі қысым мен жағдайға байланысты болады.

Топырақтардың жылжуына кедергінің көрсеткіштерін анықтаудың практикалық үшін зор маңызы бар, өйткені ол топырақ механикасының инженерлік есептеулерінің дәлдігіне жол ашады: топыраққа барынша салмақ түсуді анықтау, топырақ жынысының беріктігін, тірек қабырғаларына түсетін қысымды анықтау және басқалары.

Топырақтардың жылжуына кедергілердің көрсеткіштерін тәжірибеде анықтау (беріктілік параметрлерін) әртүрлі тәсілдермен жүргізіледі: бір білікті қысым мен үш білікті қысымның кесіндісінің (жылжуының) нәтижелері бойынша және т. б.

Кулонның беріктік шарты. Кұмды топырақтар үшін Кулонның беріктік шарты мынадай:

онда (5.4)

болады.

Б айламдылық қабілеті бар сазды топырақтар үшін Кулонның шарты төмендегіше жазылады.

(5.5)

Мұндағы белгілеулер мыналар:

шек — жанама кернеудің шекті мәні (топырақтың жылжуға шекті кедергісі);

— қалыпты кернеу (кесінді алаңы бойынша);

с — тұтасу;

— ішкі үйкеліс бұрышы;

/—ішкі үйкеліс коэффициенті.

Ф және с көрсеткіштері топырақ беріктігінің( параметрлері деп аталады. Тәжірибелік деректер бойынша тәуелділік (5.4) және (5.5) графика түрінде (5.3 және 5.4) суреттерде берілген.

(5.4) және (5.5) тәуелділіктерін алу ушін жылжу (кесінді) аспаптарда топырақ үлгілерінің кесінділеріне тәжірибе жасалады.

5.3-сурет. Кедергінің құм жылжуына тәуелділігі. 5.4-сурет. Кедергінің сазды топырақ жылжуына тәуелділігі.

Топырақтардың құрылымдық-фазалық, деформациялануы. Бұдан бұрын айтылғандай топырақтар әралуан механикалық қасиеттерге ие болатын үш фазадан (компоненттерден) тұратын аса күрделі минералдық-ыдырағыш құрылым болып табылады.

Сыртқы күштердің ықпалымен топырақтардың кейбір фазалары (компоненттері) күштеу әсерлеріне әртүрлі кедергілік білдіреді және әртүрлі деформацияланады. Сондықтан топырақты тұтас алғанда (оны квази тұтас және квази бір фазалы дене ретінде қарастыра отырып) кернеу-дсформациялық жағдайын, сондай-ақ оның жеке фазаларын өзара әрекет үстінде қарастыру қажет.

Деформациялар мен кернеулер арасындағы ортақ тәуелділік. Салыстырмалы деформацияның тұтас алғанда топырақ үшін калыпты кернеудің мөлшеріне тәуелділігінің жалпы окиғасын қарастырайық. Зерттеулерге қарағанда құмды және сазды топырақтар үшін деформациялар мен кернеулер арасындағы тәуелділік елеулі кернеу (0,5 және одан да көп МПа кезінде сызықты болмайтынын нағыз ортак оқиғалар көрсетіп отыр. (5.5-сурет). Оны түрінде көрсетуге болады (5.6), бұл жерде α - пропорционалдықтың кейбір ортақ коэффициенті, қарапайым жағдайда α = β/Е₀; m — сызық-сыздық параметрі.

Сырткы қысымның онша көп өзгерісі болмаған кезде (шамамен 0,1—0,5 МПа) практикалық мақсаттар үшін жеткілікті дәлдікпен алғанда деформация ε мен кернеулер σ арасындағы сызықты болып келуі мүмкін (қиғаштыктық о бөлігін қараңыз, 5.5-сурет).

Параметрдің мәнін m = 1 (о бөлігі үшін оның болуы әбден ықтимал) кескіндей келе жалпы деформация Е_о модулінің тұрақтануы кезінде:

(5.7)

аламыз.

Проф. Н. М. Герсеванов көрсеткендей (1931), егер деформация мен кернеулер арасындағы тәуелділік сызықты болса, онда топырақтардағы кернеуді анықтау үшін салмақтың артуы, яғни салмақ процесі жағдайына арналған серпімділік теориясының шешімі толық қолданылады.

5.5-сурет. Салмак түсу артқан кезде

топырақ үшін салыстырмалы деформация ε

мен қалыпты кернеулер σ арасындағы тәуелділік

Баяндалғандар топырақтар ушін проф. Н. М. Герсевановтын сызықты деформациялану принципін тұжырымдауға мүмкіндік береді, дәлірек айтқанда: топырақ қысымының шамалы өзгерісі кезінде — сызықты-деформацияланған денелер ретінде қарастыруға болады, яғни деформация мен кернеулер арасындағы тәуелділікті топырақтар үшін сызықты ретінде қабылдауға болады.

Топырактардың сызықты деформациялануы принципі топырақ механикасында негізгілердің бірі болып табылатының атап өткен жөн, өйткені кернеудің инженерлік есептеулері мен топыракты негіздіктер және жер құрылыстарының деформациясы соган негізделген.

Негізгі әдебиет: 2 [101-117]

Бақылау сұрақтары:

1. Құмды және сазды топырақтардың беріктіліктерінің ерекшеліктері қандай?

2. Компрессионды қисықтар теңдеуін көрсетіңіз.

3. Топырақтың физикалық жағдайының өзгеру және сыртқы күштер жерінен топырақтардың сығылуы мінезделері қалай өзгереді?

4. Топырақтардың су өткізгіштігі немен сипатталады?

5. Топырақтың сүзу коэффициенті, және ол қандай факторларға тәуелді?

6. Сазды топырақтағы бастапқы градиент дегеніміз не, ол неге негізделеді?

7. Сазды және құмды топырақтарда жылжуға кедергі қандай факторларға байланысты?

8. Топырақтардың жылжуға зерттеулері нәтижелері қалай өңделеді?

9. Құмды және сазды топырақтардың деформациялану мінезі қандай?

6-ші Дәріс. Топырақтағы кедергі мен деформацияны аңықтау

Топырақ негіздіктерінде кернеуді анықтау. Топырақ қабатындағы кернеуді анықтау мәселесінің топырақтардың беркітігі мен төзімділігі жағдайын анықтау үшін және олардың сыртқы күштердің ықпалы мен тиісінше топырақтың салмағынан болатын деформациясын анықтауда маңызы зор.

Буссинескінің есептері. Серпімділік теариясының кеңістіктік есептері арасында грунтар механикасында Буссинескінің есебі (1885) өте манызды орын алады.

Шоғырланған Р күші жартылай кеңістіктің бетіне перпендикуляр қойылған (6.1-сурет).

6.1-сурет. Буссинескі есебіне схема.

Есептің шешімі М (х, у, z) жартылай кеңістігінің кез келген еркін нүктесіндегі барлық құрамдас кернеулер мен ауыстыруларды анықтайтын формулалармен беріледі:

(6.1)

(6.2)

М нүктесінің жағдайын қарама-карсы

координаттардан анықтауға болады (6.2-сурет).

6.2-cуреттен:

аламыз.

Осы көрсеткішті а_г кернеу форму-ласына келтіре отырыті.онык:

(6.3)

қарапайым түрін аламыз.

Мұнда

болады.

6.2-сурет. Буссинескі есе-біне схема.

К коэффициентінің мәні г/z қатыстылыққа байланысты таблицаларда келтірілген.

6.2. формуласы тәжірибеде кеңінен қолданылады

lxb (6.3-сурет) тік бұрышты аланда бірқалыпты тен бөлінген тік күшпен (р) тиелген серпімді жартылай кеңістік туралы есеп практикалық тұрғыдан неғұрлым құнды болып келеді.

Бұл есеп топырак механикасында іргетас тұрғысында тік бұрыштылар негіздіктеріндегі кернеулер мен деформацняларды анықтау үшін қолданылады.

6.3-сурет. Тікбұрышты алаңдағы күш туралы есепке схема.

Еркін нүктедегі кернеулерді құрайтын формулалар М(х, у, z) өте көлемді: олардың толық тізімі басқа жерде келтіріледі. Аталған әдебиетте есептеулерді жеңілдететін кестелер келті-рілген.

Іс жузінде тік кернеулерді _z анықтаумен шектелсе де жеткілікті болады. Күш тусірілген тік бұрыштың орталығында әралуан тереқдікте орналаскан нүктелердегі _z кернеуіне арналған формула:

(6.4)

болып шығады (6.3), онда

болып көрсетілген.

Формуланы (6,4) мынадай күйде:

(6,5)

Жазуға болады, бұл жерде әрпімен (6.5) өрнекті жақшаның

көбейткішімен бірге мазмүны белгіленген (6.4). Екі ауыспалының (m,n) функцияларының кестелері көптегсн окулықтар мең топырақ механикасы жөніндегі нұсқауларда келтіріліп, құрылыс ңормалары мен ережелеріне (СНиП) енгізілген.

функциясының сандық мәнін біле отырып, тиелген тік бүрыштың орталық астындағы ғана емес, сондай-ақ оның кез келген нүктесіндегі тік қалыпты кернеуді анықтауға болады.

Серпімділік теориясы шещуінің суперпозициясы принципіне сәйкес үлкен тік бұрыш ортасы астындағы кернеудің

l_і x b_і төрт еселенген мәніне тең, яғни

кіші тік бұрыш. Осыдан (6.4) теңдеуін ескер отырып:

кіші тік бұрыш.=

аламыз. Енді І=2l_і, және b = 2b_і болғандықтан кіші тік бұрыш =

болады.

6.4-сурет. Бұрыштық нукте тәсілі сxе-

масы: Іхb үлкен тік бұрыш және

l_і x b_і, төрт кіші тік бұрыш.

6.5-сурет. Күш түсірілген тік бұрыш ішіндегі N нұктесі астындағы керңеуді анықтау.

Осыдан кернеуі үлкен тікбұрыш бұрышы астындағы, мысалы А нүктесінде былай табылады:

(6.6)

болады.

Сонымен, тиелген тік бұрыштың бұрышы астындары кернеуді анықтау үшін нак, сол функция пайдаланылады, бірақ бірінші аргументтің басқа мәндері ұшін ( ның орнына

қабылдау керек).

Жартылай кекістік бетіндегі N еркін нүктссі бойындағы әралуан тереңдікте орналасқан нүктелердегі кернеу әрбір қосалқы (кіші) тікбұрыш үшін жүйелі қолданылатын формуланың (6.6) кө-мегімен табылуы мүмкін, негізгі тиелген тікбурыш соларда бөл-шектенеді (6.5-сурет). Содан соң алынған өлшемдер жинақталады.

Мысалы, 6.5-суретте көрсетілген жағдайға сәйкес:

(6.7)

аламыз мұндағы _I, _II, _III, және _IV функциялары кестелерден табылады.

Контактылы есеп. Контактылы есептегі негізгі мәселе іргетас конструкциясының табаны астындағы контактылы кысымның (кернеудің) эпюрасын анықтаудан тұрады. Контактылы кысымды бөлу төмендегі факторларға: іргетас (арқалык, плита және т. с. с.) конструкциясына; іргетастың қатаңдығына (кемесе иілгіштігіне); деформацияланатын негіздіктің (яғни шөгуді кысыммен байланыстыратын негізгі теңдеудің) кабылданған моделіне (болжамға) байланысты. Контактылы есеп еңбектерде толык келтірілген.

Мүлде қатты іргетасқа арналған контактылы есептің кейбір жекелеген шешулерін карастырайық.

Тік симметриялы күш түсіру кезінде р мүлде катты плитаның табаны ойындағы реактивті М. А. Садовскийдің (1928) формуласымең анықталады:

(6.8)

Р(x) табаиы бойынша реакция эпюралары, сондайақ көлденең қималар бойынша әралуаң терендікте орналаскан _z-тік қалыпты кернеу эпюралары 6.6-сурстте көрсетілгсн.

Мүлде қатты іргетастың дөигелек табаиы астындағы контакты-лы қысымды орталық күщ тусіру кезінде анықтаіуға арналған формуланың көрінісі мынадай:

(6.9)

6.6-сурет. Катты тақта табаны астындағы кысым туралы есеп: 1—тым катты тақта; 2 —контактылы қысымнык эпюрасы; р — күщ (куат); S — шөгу.

бұл жерде Р_о.к. — табан алаңының бір бөлігіне шакқандағы орташа қысым;

r — іргетас табанының радиусы;

р — іргетастың табаны ортасынан қарастырылып отырған кез келген нүктеге дейінгі (р ) таралым кашықтық.

Мулде қатты дөқгелек іргетас астындағы контактылы қысым-ның эпюралары 6.7-суретте көрсетілген. Алайда, шешулер көрсетіп бергеніндей (Н. X. Арутюнян, Ю. К. Зарецкий), контактылы қысым катты іргетас бойынша неғұрлым құлама қисық аркылы бөлінетін болады (6.7-суретте үзік-үзік сызықтармен берілген). Іргетас шетінде олар Р_щект. аса алмайды (грунттың кедергі қабілеті), мұнын өзі табан бойынша кысымнын кайта бөлінүіне байланысты болады.

Іргетастардың табаны үшін контактылы қысымнын эпюрасы, материалдардьщ кедергісі курсында шешілгендер бойынша, тіксызықты немесе трапецеидальді болып келеді.

Контактылы қысымды іргетасты конструкциялар бойынша бөлу сипаты көбіне-көп іргетастың Г иілгіштігіне байланысты болатынын зерттеулер керсетіп берді. М. И. Горбунов-Посадов бойынша іргетастык арқалықтын иілгіштігі, мысалы, мынадай теңдеумен айкындалады

6.7-сурет. Контактылы кысымның эпюрасы.

(6.7)

Мундағы

Е₀, _а— деформация модулі және негіздік топырағынын көлденеңінен кеңеюі коэффициенті;

Е_б, _б — деформация модулі және аркалық материалындағы Пуассон коэффітиенті;

Е_б, _б — Іргетастық арқалықтын

қаттылығы; l—аркалықтың жартылай ұзындығы;

һ₆—аркалықтың биіктігі; b — аркалықтың ені.

Сызык бойынша деформацияланатын негіздіктегі арқалықтармен плиталарға арналған контактылы есептердің шешулерін іс жұзінде пайдалану Б. Н. Жемочкиннің, А. П..Синициннің, М. И. Горбунов-Посадовтың, Т. А. Маликованың және басқалардың еңбекте-рінде тұжырымдалады. Есептеулерде схема, кесте, есептегіш машиналар қолданылған.

Топырақтың өз салмағының кернеуі. Жоғарғы жағынан көлденең жазықтықпен шектелген (z=0) топырақты жартылай кеңістікте көлденең қабатталу кезінде топырақ

6.8-сурет. Іргетас арқалығы астында-

ғы оның иілімділігіне байланысты

(Г=0, Г=1, Г=5) контактылы кы-

сымның эпюрасы.

қабаттарының кернеу компоненттері тек қана координаттарға байланысты болады. z (терекдің) және бұл жағдайда тепе-теңдік тендеуінен

алуға болады. (6.11)

Егер топырақ қабатынын қалыңдығы шеңберінде меншікті салмақ ү тұрақты болса, онда топырақтың өз салмағынан _z алынған тік бірқалыпты кернеу эпюрасы (6.11) тиісінше сызықты болып табылады. Көлденең және тік алаңдар басты, ал көлденең қалыпты кернсулер _х және < _у өзара тең деп карастырылуда. Көлденең жылжулар болмайды.

Топырақтың сызыкты деформацияланатыны туралы болжамнан ксліп, Гук заны бойынша бұл жағдайда:

шығады. (6.12)

немесе

болады

(6.12) мәнін мына түрде қолдануға болады:

Топырақ сулары деңгейінен төмен жатқан топырақтың катты бөлшектері таразылау жағдайында болады (архимедтік таразылау), соның негізінде мұндай жағдайда (6.11) формуласына мына мөлшері

(6.13)

қою керек.

6.9-сурет. Топырақтың меншікті салмагынан болатын қысым эпюрасы: 1, 2, 3 —топырак кабаттары; ТББ— табиғи бедердің беті; ТСД — топырақ суының деңгейі; 4—су өтпейтін қабат.

Оң бөлікте (6.13) 1-ші қосынды-топырак каңқасының кеңістік көлемінін, бір бөлігіндегі салмағы, 2-шІ қосынды осы топырақты таразылаушы архимедтік күш.

Топырақтар механикасында табиғи (немесе тұрмыстык) кысым ретінде топырақтың өз салмағының кернеуі термині қолданылады.

В. А. Флории бойынша таразылау тығыз сазды есептемегенде, барлық суға қаныққан топырақтар үшін қолданылады, суға төзімділер оған жатпайды.

Осыған байланысты һ_е* _w тең су өтпейтін жабындағы топырақтың өзіндік салмағы кысымының эпюрасы көтеріліп отыр, мұндағы һ_с — топырақ сулары деңгейінен бастап, су өтпейтін жабынға дейінгі кашыктык, ал су өтпейтіннің өз кабатындағы қысым эпюрасы. (6.11) анықталады, мұнда _w — архимедтік таразыны есептемегендегі топырақтық меншіктІ салмағы. 6.9-суретте топырақтың өзіндік салмағының әрекетінен болатын (табиғи қысымнан) тік қалыпты кернеуді бөлу эпюрасы көрсетілген.

Негізгі әдебиет: 2 [117-126]

Бақылау сұрақтары:

1. Топырақтағы кедергіні аңықтау үшін сызықты-деформациялы денелер теориясын қандай шарттарды орындаумен қолдануға болады?

2. Бағытталған күш пен бір қалыпты таралған жүктеме жері кезінде кернеу қалай анықталады?

3. Жазық есеп жағдайында жүктеме жері кезінде вертикаль және горизонталь қима бойынша кернеу қалай таралады?

4. Жазық есеп жағдайында негізі кернеу қалай анықталады?

5. Топырақтың сүзу коэффициенттерін қолданумен жазық есеп үшін σ_Z, σ_Y, τ кернеулері қалай анықталады?

6. Қатты иілмелі іргетас табандарында контактілі қысым қалай таралады?

7. Топырақтың қалыңдықтарының қабаттық қатқабаттары үшін топырақтың өз салмағынан вертикаль кернеулер эпюрасын сызыңыз.

7-ші Дәріс. Топырақ деформациясының түрлері

Топырақ деформациясының түрлері. Негіздікке ғимараттан немесе кұрылыстан түсетін сыртқы күш топырақ деформациясың топырақ сілемінің жылжуын тудырады.

Бұдан бұрын қарастырылғандай, топырақтардың деформациялануы олардын көлемінің жалпы өзгерісіне (нығыздалуына, ісініпкебуіне және т. с. с.) сондайак, топырақтарды қүрайтын (қаңқасының жылжымалылығы, кеуекті судың сығылғыштығы, сондай-ақ бу мен газдың косылуы және т. б.) және олардың өзара әрекетіне байланысты болады.

7.1- кесте