Основы инженерной геологии и гидрогеологии

1Физические поля Земли (гравитационное, тепловое, и магнитное).
Физическое поле представляется некоторой физической величиной (называемой полевой переменной), определенной во всех точках пространства и принимающей разные значения в его точках и меняющейся во времени. Физические поля Земли представлены гравитационным, магнитным, геометрическим и электрическим полями и изучаются соответствующими отраслями наук.
Гравитационное поле Земли (поле силы тяжести) – силовое поле, обусловленное притяжением (тяготением) Земли и центробежной силой, вызванной её суточным вращением. Зависит также (незначительно) от притяжения Луны, Солнца и др. небесных тел и масс земной атмосферы. За единицу измерения силы тяжести в гравиметрии принимается галл, равный см/сек2 . Оно отражает характер распределения масс в недрах планеты и тесно связано с формой Земли.(Рисунок 1)

Рисунок 1- Модель гравитационного поля Земли
Факторами неоднородности гравитационного поля являются:
- Центробежное ускорение, которое присутствует в системе отсчёта, связанной с вращающейся Землёй;
- Отличие формы Земли от шарообразной (сила тяжести закономерно возрастает от экватора к полюсам – от 978,04 до 983,24 гал.):
- формула Гельмерта (1901 – 09), использовалась в СССР:
g = 978030 (1 + 0,005302 sin2 (φ) —0,000007sin2 (2φ)) мгл
- формула Кассиниса (1930), являлась международной:
g = 978049 (1 + 0,0052884 sin2 (φ)— 0,0000059 sin2 (2φ)) мгл.
- эмпирическая формула, является основной на сегодняшний день:
g = 978032,7(1 + 0,0053024 sin2 (φ)— 0,0000058 sin2 (2φ)) мгл.
- Различная плотность геосфер.
Ускорение силы тяжести согласно В.А. Магницкому меняется и с глубиной. Причем, сначала оно постепенно растет, достигая на глубине 2900 км максимальной величины (1037 см/сек2 ), что указывает на большую плотность ядра.
Над местами, сложенными легкими породами, сила тяжести уменьшается, а над местами, сложенными тяжелыми породами, увеличивается.
Установлено, что в горных областях (Альпы, Кавказ) аномалии отрицательные, над Тихим океаном – положительные. Изучение гравитационного поля проводится с целью выявления особенностей строения земной коры, выделения крупных тектонических нарушений, тектонического районирования земной коры, установления границ нефтегазоносных, угленосных и рудоносных зон и областей, а также для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых (железа, хромитов, меди, полиметаллов, серы, минеральных солей и др.).
Тепловое поле образуется за счет внешних и внутренних источников. Главным источником внешней энергии является солнечное излучение, которое обусловливает непрерывного движения воздушных масс и воды в природе, получившее название атмогидрооборот. Он является рабочим механизмом экзогенных геологических процессов.
По данным за 2000 – 2004 годы, усреднённый по времени и по поверхности Земли, этот поток составляет 341 Вт/м², или 1,74·1017 Вт в расчёте на полную поверхность Земли (5,49 ·1024 Дж в год).
Средняя температура земной поверхности около 15 °С, со средними колебаниями около 2 °С в течение года.
Внутренние источники тепла Земли менее значительны по мощности, чем внешние. Основными являются:
- распад долгоживущих радиоактивных изотопов (U235 и U238 , Th232 , K40);
- гравитационная дифференциация вещества;
- приливное трение;
- метаморфизм (химические реакции с выделением тепла);
- кондуктивная передача тепла.
Земную кору по температурным условиям делят на верхнюю (гелиотермическую) и нижнюю (геотермическую) зоны. Среди колебаний температуры, вызываемых солнечной радиацией, различают суточные, сезонные, годовые, вековые. Суточные затухают на глубине - 1,5 м, годовые (их период в 365 раз больше) - 25- 30 м в среднем (в Москве – 20м (4°С), в Париже 28 м (18°С)). На этих отметках располагается уровень (пояс) постоянной температуры, соответствующий среднегодовой температуре данной местности и являющийся границей раздела верхней и нижней температурных зон земной коры. Глубина его меняется с широтой местности и зависит от теплофизических свойств горных пород.
Магнитное поле Земли - магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками.. Магнитное поле простирается за пределы планеты на расстояние, превышающее десятикратный радиус Земли, образуя магнитосферу. Со стороны Земли, освещенной Солнцем, магнитосфера значительно сжата, а с противоположной стороны вытянута с образованием магнитного шлейфа.
Магнитный полюс – условная точка на земной поверхности, в которой магнитное поле Земли направлено строго под углом 90° к поверхности. Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли.

2Структурно-текстурные особенности горных пород
Структура горных пород определяется размером, формой и характером срастания минералов, а также степенью кристалличности вещества.
Для магматических горных пород различают следующие типы структур:
- Полнокристаллическая (порода состоит из кристаллических зерен минералов).