что такое геологическая среда
Геологическая среда
Геологическая среда – это часть литосферы в зоне инженерно-хозяйственной деятельности; объективно существующая открытая дискретная динамичная многокомпонентная природная система, включающая горные породы и их массивы (пачки, толщи, монопородные структуры монолитных, пористых, трещиноватых, рыхлых, связных и пр. минеральных веществ), почвы, рельеф, подземные воды, газы и биоту. Мощность Г.с. определяется глубиной производственной деятельности, осуществляемой человеком. Верхней ее границей являются ландшафты, рельеф, водоемы, почвы и пр.; нижняя граница Ее. определяется, с одной стороны, уровнем развития цивилизации и технического прогресса, с другой — потребностями реализации проектов подземного строительства, добычи полезных ископаемых, специальных видов строительства и пр.
Причинами ухудшения параметров Г.с. при техногенезе являются:
Под воздействием факторов атмосферы, поверхностной и подземной гидросфер, биоты, космического пространства, внутренних сфер Земли и техногенеза в пределах Г.с. изменяются вещества, структуры, естественные геофизические поля и геохимические реакции, расчлененность рельефа, устойчивость грунтов и геологических массивов, что сопровождается развитием соответствующих природных и техноприродных экзогенных геологических процессов и явлений. Последние при техногенезе существенно активизируются и поэтому проблема минимизации их негативных воздействий на Г.с. в целом не менее масштабна, чем, к примеру, освоение космоса или глубинных зон нашей планеты.
Субъекты Г.с. — ландшафты и рельеф — имеют большое рекреационное и этико-эстетическое значение; их состав, свойства и устойчивость влияют на объем совокупного общественного продукта и национального дохода. Они служат активной контактной зоной Г.с. с др. средами (атмосферой, гидросферой и пр.), характер и интенсивность трансформаций в которой определяют уровень опасности компонентов Г.с. для населения и расположенных здесь объектов. Управление и контроль над интенсивностью техногенной нагрузки, осложнением инженерно-геологических условий соответственно достигается корректировкой хозяйственной деятельности (разумный баланс между использованием территории и реализацией эффективного комплекса мер по инженерной защите). В этом заключается решение проблемы управления Г.с. и безопасного функционирования системы «человек↔геологическая среда». Инженерно-хозяйственная деятельность оказывает на Г.с. активные, закономерные (сознательно осуществляемые мероприятия при различных видах строительства, разработке полезных ископаемых, сельскохозяйственном освоении, создании рекреаций и пр.) и случайные (следствия природных и техногенных катастроф при военных действиях, авариях на атомных станциях, гидротехнических сооружениях, опасных производствах, повышении сейсмичности в зонах влияния водохранилищ и т.п.) воздействия, разнообразные по механизму, содержанию и масштабам.
Г.с. как арена хозяйственной деятельности является объектом управления, включая комплекс федеральных, региональных и ведомственных разработок, базирующихся на системе научно обоснованных рекомендаций по исключению угрозы чрезвычайных ситуаций, связанных с активизацией опасных геологических процессов и явлений, усложняющих функционирование техноприродных систем и Г.с. в целом. Наложение техногенных факторов на геологические, геоструктурные, геоморфологические и гидрогеологические условия отражают текущий момент эволюции Г.с. Минимизация негативных эффектов проявления опасных геологических процессов с целью поддержания безопасных для живой природы параметров окружающей среды и восстановления условий рационального природопользования обусловили необходимость проведения специального контроля за антропогенной деятельностью. В рамках каждого проекта, связанного со строительством и эксплуатацией зданий, сооружений, объектов экономики, инфраструктуры и пр. и предусматривающего определенные техногенные воздействия на Г.с., разрабатываются и внедряются программы мониторинга — системы комплексных наблюдений, прогноза, контроля и управления Г.с. при существующей и проектируемой техногенной нагрузке.
Рациональное использование Г.с. — важнейшая часть экономического потенциала природопользования и ресурсосбережения, регламентируется взаимодействиями в условной бинарной системе «естественные↔ресурсы материальный баланс» как составной элемент производительных сил общества. Действенный механизм оптимизации техногенных трансформаций и обеспечения безопасности Г.с. — процедура риск-анализа (оценка природного геологического риска), включающая:
Источники: Методика инженерно-геологических исследований. Бондарик Г.К. —М., 1986; Теоретические основы инженерной геологии: Геологические основы. Под редакцией Сергеева Е.М. —М., 1985; Инженерная геология. Сергеев Е.М. —М., 1982.
Геологическая среда
Геологическая среда — верхние горизонты литосферы, взаимодействующие (актуально или потенциально) с техносферой (техническими объектами). Согласно Е. М. Сергееву (1979) под геологической средой понимается «верхняя часть литосферы, которая рассматривается как многокомпонентная динамичная система, находящаяся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека и, в свою очередь, в известной степени определяющая эту деятельность». Геологическая среда это подсистема гидролитосферы и биосферы.
Границы геологической среды
Верхней границей геологической среды является поверхность рельефа (дневная поверхность); нижняя граница — плавающая, неоднородная и неодинаковая по глубине в разных областях Земли. Она определяется глубиной проникновения техногенных (антропогенных) воздействий в земную кору в ходе различных видов деятельности человека. Максимальная глубина проникновения человека вглубь все более увеличивается; в настоящее время сверхглубокое бурение достигло почти 12 км. Таким образом, в геологическую среду включаются почвы и верхние горизонты горных пород, рассматриваемых как многокомпонентные системы. Следует особо подчеркнуть, что границы геологической среды в гидролитосферном пространстве изменяются не только в пространстве, но и во времени по мере развития техногенных процессов и техногенеза в целом. По отношению к геологической среде внешними средами являются атмосфера, поверхностная гидросфера (поверхностные воды) и собственно техносфера, включающая все виды инженерных сооружений и хозяйственных объектов (Королёв, 1995).
Компоненты геологической среды
Внутренними составными частями или основными элементами (компонентами) геологической среды являются: любые горные породы, почвы и искусственные (техногенные) геологические образования, слагающие массивы той или иной структуры и рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы; рельеф и геоморфологические особенности рассматриваемой территории; подземные воды (подземная гидросфера); геологические и инженерно-геологические процессы и явления, развитые на данной территории. В вещественном отношении особенность геологической среды как подсистемы гидролитосферы заключается не в комплексности, а в том, что в ней наряду с естественным распространено «вещество» техногенное (искусственное). Оно является или продуктом функционирования технических систем, или же веществом объектов техносферы. Это обстоятельство в вещественном отношении служит тем признаком, который оправдывает выделение геологической среды в особую систему.
Введение в научный оборот понятия «геологическая среда» имело огромное принципиальное значение. Такое понятие, как показал Е. М. Сергеев, не укладывается в рамки только одной геологической науки. Оно тесно связано со спецификой развития человеческого общества — взаимодействием литосферы как части природы и общества, взаимопроникновением естественного и социального.
Геологическая среда в своем развитии подчиняется законам природы и общества, что дает основание рассматривать ее как явление естественно-социальное. Исследователи расширяют понятие «геологическая среда», рассматривая её как литогенную основу любых экосистем — природных и техногенных. Геологическую среду характеризуют не только материальные объекты (компоненты геологической среды), но и энергетические особенности, в том числе геофизические поля, которые в значительной мере формируют так называемые геопатогенные зоны, природа которых пока не совсем ясна. Таким образом, в широком смысле термин «геологическая среда» может рассматриваться как часть окружающей среды (или литосферы), обусловливающая литогенную основу экосистем (биогеоценозов).
В 1983 г. Е. М. Сергеев определял инженерную геологию как «науку о геологической среде, её рациональном использовании и охране».
Геологическая среда
Часть поверхности Земли, которая, так или иначе, подвержена изменению, благодаря деятельности человека, определяющая направленность его хозяйствования, называется геологической средой. Она находится в прямой зависимости от биосферы, гидро- и литосферы, являясь их подсистемой, динамичной, многокомпонентной и постоянно меняющейся.
Размеры геологической среды
Ученые определили верхнюю и нижнюю границы геологической сферы, которые определяются различными факторами и внешним воздействием различных сфер.
Верхняя граница геологической среды начинается на уровне с дневным, видимым невооруженным глазом, рельефе земной поверхности. Атмосфера, гидро- и литосфера определяют ее начало, являясь многокомпонентными системами, постоянно изменяющимися не только в результате природных явлений, но и вследствие техногенеза – хозяйственной деятельности человека. Инженерные и прочие сооружения существенно меняют пределы верхней границы геологической среды. Для их возведения зачастую переносятся с места на место тонны почвы, камней и всевозможных горных пород.
Нижняя граница геологической среды непостоянная, ее величина определяется исключительно возможностью человека проникать в глубину земной коры. Почва и верхняя часть горных пород являются участниками деятельности человека, постоянно изменяясь под влиянием геологических разработок, прокладывания тоннелей, устройства коммуникаций и добычи полезных ископаемых.
Внутренние составляющие геологической среды
Геологическую среду как участник экосистемы невозможно рассматривать только с геологической точки зрения, настолько прочно человек занял место своей деятельностью определяющей силы в ее существовании. Поэтому совокупность всех компонентов геологической среды на данный момент выглядит следующим образом:
Чрезмерная добыча полезных ископаемых привела к образованию пустот в земной поверхности. В результате целые области имеют на своей территории большие участки осевшей почвы, что существенно изменило местную экосистему: вода стала непригодной для питья и полива культур.
Что такое геологическая среда
Геологическая среда как активная иерархически устроенная термодинамическая система с внутренними источниками энергии
1.1. Современные представления о геологической среде
— комплекс элементов геологической среды, явлений и процессов, подлежащих исследованию;
— виды воздействия на объект и их пороговые значения;
— параметры исследуемого объекта ЯТЦ;
— критерии оценки воздействия геологической среды на объект и объекта на геологическую среду.
Основное свойство геологической среды ее многокомпонентность и крайняя неоднородность. Можно считать, что геологическая среда состоит из бесчисленного множества элементов (горные породы, почвы, микроорганизмы, растворы, газы, элементы структуры, физические поля и т. д.), и все их в принципе невозможно учесть, да и в этом нет необходимости, так как многие не играют существенной роли применительно к рассматриваемой в данной работе проблеме. Поэтому с методологической точки зрения, необходимо ограничиться теми элементами, которые непосредственно оказывают влияние на объекты ЯТЦ. В общем, элементы геологической среды можно условно разделить на четыре категории:
1. Твердая фаза;
2. Жидкая фаза;
3. Газообразная фаза;
4. Структурные элементы.
Элементы этих категорий испытывают между собой постоянное взаимодействие и взаимопревращение, которые собственно и определяют устойчивость и стабильность геологической среды (рис.1 ).
В свою очередь их можно описать следующими тремя группами характеристик:
I. Свойства геологической среды.
II. Процессы в геологической среде.
III. Состояние геологической среды.
Свойства это те физические параметры геологической среды, которые отвечают за формирование ее отдельных элементов и которые в режиме реального времени можно считать относительно статичными (например, прочность горных пород, мощность коры выветривания, глубина залегания кристаллического фундамента и т. д.). Главная отличительная черта состоит в том, что их можно описать зависимостями, в которые не входит параметр времени.
Между отдельными элементами геологической среды имеется взаимозависимость и трудно отнести тот или иной параметр к свойствам, процессам или состоянию. Например, напряженное состояние породного массива описывается некоторым тензором полей напряжений и может быть отнесено к свойствам среды, однако, как известно во времени и пространстве происходит постоянное изменение как направления так и абсолютных значений компонент напряжений. В тоже время, напряжения являются продуктом тектонических процессов и связаны со свойствами горных пород, поэтому можно говорить о напряженном состоянии массива горных пород.
Наиболее важные факторы геологической среды, которые существенным образом могут влиять на состояние объектов ЯТЦ следующие.
1. Тип горных пород, грунтов и почв, их структура, текстура, физико-механические и геохимические свойства.
2. Тектоническая нарушенность и неоднородность породного массива.
3. Параметры гидрогеологических свойств и процессов.
4. Эндогенные и экзогенные процессы, тепловое поле.
5. Особенности геологических структур.
6. Рельеф земной поверхности.
7. Геодинамическая активность, сейсмичность.
9. Геофизические поля.
В работе [9] предложена следующая градация разломов:
1) современные (годы-десятки лет);
2) позднеголоценовые (тыс. лет);
3) голоценовые (до 10 тыс. лет);
4) позднечетвертитчные (до 100-150 тыс. лет);
5) среднечетвертичные (до 400 тыс. лет).
Направленность геологических процессов подчиняется законам, которые имеют сходство с законами термодинамики, когда системы с большим термодинамическим потенциалам передают энергию соседним системам с меньшим потенциалом. Внутренними источниками энергии являются глубинные эндогенные силы, перераспределяющие в результате тепловой конвекции энергию между отдельными элементами геологической среды, которая в противоборстве с гравитационными силами и служит источником современных геодинамических процессов. Безусловно, здесь играют большую роль и космодинамические факторы. При этом в зависимости от запаса устойчивости отдельных элементов геологической среды происходит их разрушение или переход в новое термодинамически устойчивое состояние. Именно динамика этих процессов и определяет степень опасности геологической среды по отношению к расположенным в ней объектам ЯТЦ. На рис. 2 приведена иерархическая классификация структурных элементов гео-логической среды, которые определяют термодинамический потенциал всех входящих в данный класс структур. Под термодинамическим потенциалом понимается некоторая суммарная энергия объема геологической среды. Согласно второму началу термодинамики в замкнутой макроскопической системе при любом реальном процессе энтропия возрастает. В состоянии равновесия энтропия замкнутой системы максимальна и никакие процессы в системе невозможны. В действительности любой объем геологической среды не является замкнутым, поэтому использование законов термодинамики для описания процессов в геологической среде можно лишь в качественном плане для определения их направленности. Как известно, при необратимых процессах энтропия возрастает, а при обратимых не изменяется.
1.2. Стабильность и устойчивость геологической среды
В работе А. Д. Арманд [11] наглядно показана модель гомеостатического и критического состояний геосистем на примере взаимодействия воздушных шариков, являющихся образами отдельных факторов геосистем, которые стремятся занять самое высокое место на неровном потолке. При направлении вверх увеличивается содержание свободной энергии в системе и уменьшается энтропия. Критические зоны это те участки неровного потолка переход через которые характеризует видоизменение системы из одной области устойчивости в другую. Аналогия с термодинамической системой, когда переходный процесс совершается в закрытой системе при отсутствии обмена между объемом и внешней средой, не достаточно обоснованна, так как мы рассматриваем отдельные объемы геологической среды, которые постоянно обмениваются энергией с внешней средой. По существу это является главным условием устойчивости систем и их существования в их настоящем виде, например, без вертикальных движений земной коры, невозможна длительная жизнь горных систем, которые в результате эрозионных процессов превратились бы в равнины.
Фактически интерпретации этого термина у различных исследователей сводятся к трем направлениям:
— способность сохранять определенные параметры;
— способность изменяться в пределах определенных допустимых норм;
— способность компенсировать возмущение и возвращаться в исходное состояние.
Конкретный фактор геологической среды по отношению к величине D j может находиться в 3 состояниях:
а) Стабильно-устойчивом;
б) Стабильно-неустойчивом;
в) Нестабильно-неустойчивом.
В связи с этим, фундаментальными параметрами геологической среды являются те, которые определяют ее стабильность и устойчивость. Анализ рис. 3. показывает, что нет смысла рассматривать устойчивость без привязки к времени. Мы должны рассматривать сам геологический фактор не в какой то момент, а его изменение за некоторый конкретный интервал времени. Этот интервал зависит от характера решаемой задачи, т.е. времени существования объекта ЯТЦ и степени его ответственности. Чем опаснее объект, тем более длительное время мы должны проанализировать с точки зрения оценки устойчивости и стабильности геологической среды в ретроспективе. На будущий период этот интервал равен времени существовния объекта. Отсюда, чем меньше интервалы времени оценки, тем «кажущаяся» стабильность выше. Отсюда вторая фундаментальная особенность заключается в том, что геологическая среда это динамическая среда, имеющая свои внутренние и внешние источники развития. Таким образом, для решения задач обеспечения геоэкологической безопасности размещения объектов ЯТЦ под геологической средой может пониматься верхняя часть литосферы, иерархически структурированная и обладающая внутренними и внешними источниками энергии термодинамическая система, которая характеризуется определенной структурой, свойствами, состоянием и процессами и находится под воздействием хозяйственной деятельности человека.
Стабильность геологической среды применительно к объектам ядерно-топливного цикла это наличие в ней таких свойств и процессов, которые гарантируют сохранность изоляционных свойств массива и не превышение предельно допустимых норм концентрации (ПДК) радионуклидов за пределами санитарно-технической зоны в течение всего времени эксплуатации объектов. Устойчивость геологической среды это ее способность под влиянием возмущений природного и техногенного характера изменять свои элементы таким образом, что это изменение не выходит за рамки определенного диапазона, который гарантирует не превышение ПДК радионуклидов на данной территории в течение всего срока эксплуатации объектов.
Отсюда проблема прогнозирования и оценки устойчивости геологической среды должна включать в себя решение трех задач:
1. Определение основных факторов, определяющих стабильность и устойчивость геологической среды;
2. Установление критериев оценки и прогноза устойчивости;
3. Обоснование предельно допустимых норм критериев оценки и прогноза.
Геологическая среда
Полезное
Смотреть что такое «Геологическая среда» в других словарях:
Геологическая среда — Геологическая среда верхние горизонты литосферы, взаимодействующие (актуально или потенциально) с техносферой (техническими объектами). Согласно Е. М. Сергееву (1979) под геологической средой понимается «верхняя часть литосферы,… … Википедия
Геологическая среда — горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть земной коры, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под воздействием инженерно хозяйственной деятельности человека, в результате чего происходит изменение действующих… … Официальная терминология
геологическая среда — верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы, подземные воды, газы, физические поля тепловые, гравитационные, электромагнитные и др.) в пределах которой осуществляется инженерно хозяйственная … Строительный словарь
Геологическая история Земли — Геологическое время представленное на диаграмме называют геологическими часами, показывающими относительную длину … Википедия
Окружающая среда — Вид на водопад Хоуптон (Австралия) … Википедия
геологічне середовище — геологическая среда geological environment geologische Umgebung частина земної кори (гірські породи, ґрунти, донні відкладення, підземні води тощо), яка взаємодіє з елементами ландшафту, атмосферою та поверхневими водами і може зазнавати впливу… … Гірничий енциклопедичний словник
Голодковская, Галина Андреевна — Эта статья или раздел носит ярко выраженный рекламный характер. Это не соответствует правилам Википедии. Вы можете помочь проекту … Википедия
СП 11-105-97: Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ — Терминология СП 11 105 97: Инженерно геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ: Геологическая среда Верхняя часть литосферы, представляющая собой многокомпонентную динамическую систему (горные породы,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ОДМ 218.2.033-2013: Методические рекомендации по выполнению инженерно-геологических изысканий на оползнеопасных склонах и откосах автомобильных дорог — Терминология ОДМ 218.2.033 2013: Методические рекомендации по выполнению инженерно геологических изысканий на оползнеопасных склонах и откосах автомобильных дорог: 3.1 геологическая среда: Верхняя часть литосферы, представляющая собой… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Рекомендации по оценке инженерно-геологических и гидрогеологических условий территорий г. Москвы, планируемых к застройке, на основе карт природно-техногенных опасностей — Терминология Рекомендации по оценке инженерно геологических и гидрогеологических условий территорий г. Москвы, планируемых к застройке, на основе карт природно техногенных опасностей: Геологическая среда горные породы и почвы, слагающие верхнюю… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации