Розділ 3. Фізико-геологічні та інженерно-геологічні процеси і явища, принципи класифікації і загальна характеристика

Геологічні процеси проявляються в утворенні і руйнуванні гірських порід, у зміні їх фізичного стану і умов залягання, у формуванні й зміні рельєфу земної поверхні, будови земної кори і внутрішньої структури Землі в цілому. Всі геологічні процеси становлять великий інтерес в інженерному аспекті з зв`язку з їх впливом на стійкість місцевості і відповідно на стійкість існуючих, запректованих і споруд, які будуються (міст, будівель, мостів, гребель, доріг, тунелів, аеродромів, шахт, кар`єрів тощо).

Виникають проблеми будівництва споруд у районах розвитку абразії та ерозії, на просадочних лесових породах, в карстових, зсувних, сейсмічних районах, в зоні поширення багаторічної мерзлоти і т.д.

Умови будівництва на таких територіях особливі, вони регламентуються спеціальними будівельними нормами і правилами, особливими принципами, необхідністю дотримуватися обережності і певних обмежень. Необхідно також вдаватися до певних заходів для забезпечення стійкості споруд і нормальних умов їх експлуатації.

Вивченням і розробкою таких проблем та питань займається інженерна геодинаміка. Кінцевими завданнями інженерної геодинаміки слід вважати розробку наукових основ і методів управління геологічними процесами та раціонального використання надр Землі. Відповідно до цього інженерна геодинаміка вивчає і розробляє:

закономірності поширення різноманітних (головним чином екзогенних та деяких ендогенних) геологічних процесів і явищ, що відбуваються на поверхні Землі та у верхніх горизонтах земної кори;

закономірності виникнення геологічних процесів і явищ, пов`язаних з інженерною діяльністю людини;

динаміку розвитку різних геологічних процесів і явищ, форми їх проявів і обумовленість різними природними та штучними факторами;

якісні і кількісні методи оцінки можливого впливу геологічних процесів на стійкість територій, споруд і умови їх експлуатації;

теоретичні основи прогнозування загрози геологічних процесів і явищ, в тому числі стихійних, з метою керування їх розвитком, локалізації розповсюдження, попередження виникнення та захисту від їх шкідливого впливу;

методику інженерно-геологічних досліджень для обгрунтування проектів захисних інженерних заходів та необхідність їх здійснення.

Вперше класифікацію інженерно-геологічних процесів і явищ запропонував Ф. П. Саваренський (1937), вона була розглянута вище у розділі 2.

Геологічні процеси залежно від джерел енергії, що їх викликають, і місця проявів можуть бути ендогенними або екзогенними. Екзогенні процеси пов`язані з внутрішніми силами Землі. Їх дія проявляється у тектонічних рухах (древніх, новітніх і сучасних), у сейсмічних і вулканічних явищах.

Ендогенні процеси сприяють збільшенню контрастності рельєфу, величини його градієнтів, вони створюють найбільші форми рельєфу Землі і тим самим умови для розвитку багатьох екзогенних процесів. Екзогенні процеси обумовлені зовнішніми силами, які діють неоднаково в різних кліматичних і фізико-географічних умовах під впливом енергії тепла і світла Сонця та гравітаційних сил.

Екзогенні процеси, навпаки, зменшують енергію рельєфу, його градієнти, нівелюють нерівності земної поверхні. Це відбувається послідовно і закономірно (етапами, стадіями, фазами). Послідовно знижується інтенсивність і швидкість цих процесів. Але маючи в цілому спрямований характер розвитку, екзогенні процеси діють нерівномірно: затухають, призупиняються, поновлюються, проявляються катастрофічно. При цьому вони порушують стійкість місцевості і споруд, постійно загрожують інженерній діяльності людей.

Свого часу відомий геолог академік М. М. Страхов писав: «Рельєф сам по собі не є величина самостійна, він — похідна від режиму епейрогенічних рухів». Інтенсивні коливальні рух земної кори створюють гірський рельєф, а ледве відчутні - рівнинний. Таким чином, темп і характер розвитку екзогенних геологічних процесів у межах певної місцевості значною мірою залежать від клімату і тектонічного режиму, що діє через рельєф. В цьому проявляється взаємодія і протиріччя зовнішніх і внутрішніх сил у розвитку геологічних процесів і явищ, вони є причинно обумовленими. Однак ці протиріччя — не єдина рушійна сила їх розвитку. Багато ендогенних і екзогенних процесів отримують свій розвиток незалежно один від одного, хоча й проявляються в одній і тій же області (наприклад, морозне пучіння і сейсмічні явища).

Геологічні процеси виникають за наявності певних невідповідностей (протиріч), наприклад:

мінерального складу гірських порід — геохімічним умовам оточуючого середовища;

напруженого стану гірських порід — їх граничній рівновазі;

щільності й пористості гірських порід — величині діючих навантажень;

ступеня літифікації гірських порід — величині діючих гравітаційних і геохімічних сил;

розм`якшуваності і розмивності гірських порід — швидкостям водних потків та ін.

Ці невідповідності (протиріччя) і передбачають природну неминучість виникнення геологічних процесів і явищ, вони є рушійною силою їх розвитку.

Кожний екзогенний геологічний процес призводить до утворення відповідного генетичного типу континентальних і морських відкладів. Отже, потрібно розрізняти процес, включаючи фактори, що його обумовлюють, і результат — явище, у вигляді відповідних новоутворених порід і елементів рельєфу (денудаційних і акумулятивних форм).

Найважливішою особливістю геологічних процесів є нерівномірність їх проявів на земній поверхні в межах різних регіонів, областей і регіонів. Це пояснюється особливостями кліматичних, фізико-географічних умов, рельєфу, поширення певних комплексів гірських порід і розташуванням тектонічних структур.

Відомо, що кожний геологічний процес досягає максимального розвитку лише в строго визначених кліматичних і фізико-географічних умовах. Наприклад: інтенсивне підмивання і руйнування берегів морів, озер і водосховищ відбувається головним чином у періоди дії інтенсивних і тривалих вітрів переважного напрямку, характерних для району, що розглядається. Ерозійна діяльність річок, як і сельові потоки, — найрізкіше проявляються в періоди повеней і паводків, пов`язаних з періодами дощів, інтенсивного танення снігів і льоду. Поширення боліт і заболочування територій спостерігаються частіше в районах з вологим і надлишково вологим кліматом, а еолові процеси характерні для районів різко континентального сухого арідного клімату пустельі напівпустель.

Геологічні процеси тісно пов`язані і з особливостями рельєфу. В умовах гірського рельєфу і на ділянках високих і крутих схилів широко розповсюджені різні гравітаційні явища — обвали, осипи, зсуви, снігові лавини та ін. Тільки в гористих місцевостях утворюються селі. Тут у річкових долинах глибинна ерозія переважає над боковою, а корозійні процеси (карст) поширюються на великі глибини (сотні і тисячі метрів). На рівнинних місцевостях частіше спостерігаються явища заболочування територій, еолові явища, просадки в лесових породах. Тут у річкових долинах бокова ерозія переважає над донною або ж відбувається акумуляція пухкого матеріалу. Карст зазвичай поширюється лише на десятки метрів.

Геологічні процеси також тісно пов`язані з певними комплексами гірських порід. Карст карбонатний, сульфатний чи соляний має місце лише там, де поширені карбонатні й галогенні породи. Зсувні явища можуть зустрічатися в будь-яких гірських породах, але частіше вони пов`язані з глинистими породами. Еолові процеси мають розвиток в місцях залягання незв`язних, піщаних порід; просадкові - в районах лесових відкладів.

Отже, можна сказати, що розповсюдження різних геологічних процесів дійсно контролюється кліматичними, геоморфологічними, петрографічними і тектонічними чинниками. Прояви кожного з геологічних процесів на тій чи іншій території залежить від переважної дії якої-небудь однієї або декількох основних причин.