ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского»
Кафедра общей геологии и полезных ископаемых.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Карст и карстовые отложения
Выполнил : студент
1курса, геол. фак-та,
Гр.№151,днев.отд.
Соколов Егор Семенович
Научный руководитель:
ассистент Ямпольская О.Б.
Саратов
2010
Аннотация
Работа посвящена вопросам, связанным с карстом и карстовыми отложения. В ней раскрыто понятие карста. Описаны основные формы рельефа карста, факторы образования, причины аккумуляции минеральных веществ и их источники. Изложены классификация и способы исследования карста. Рассмотрены полезные ископаемые карстовой фации.
Содержание
Введение
Глава 1. Общие сведения
1.1 Понятие карста
1.2 Формы карста
1.3 Классификация карста и вопрос о его районировании
1.4 Методика карстовых исследований
Глава 2. Факторы карстообразования
2.1 Химический состав горных пород
2.2 Структура горных пород
2.3 Трещиноватость горных пород
2.4 Тектонические структуры и мощность карстующихся пород
2.5 Покровные образования и рельеф местности
2.6 Крутизна склона топографической поверхности
2.7 Сила тяжести
2.8 Подземные реки
Глава 3. Причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых фациях
Глава 4. Источники вещества отложений карста
Глава 5.Полезные ископаемые карстовой фациальной области
5.1 Типы полезных ископаемых
5.2 Рудные полезные ископаемые
5.3 Нерудные полезные ископаемые
Заключение
Список литературы
Введение
Темой данной курсовой работы является карст. Я считаю, что о карсте должен знать каждый геолог, так как в учении о карсте (карстоведении) развиваются разные научные направления. Наиболее широко представлены географическое и геоморфологическое. Вместе с тем карст является результатом определенных преобразований горных пород. В ходе их осуществляются разрушение породообразующих минералов, транспортировка веществ и накопление новообразований. Следовательно, в учении о карсте имеется круг проблем, решаемых геологическими науками. Обсуждение этих проблем на основе обширного фактического материала представляет научный и практический интерес.Также карст существенно влияет на ландшафтные особенности территории, ее рельеф, сток, подземные воды, реки и озера, почвенно-растительный покров, хозяйственную деятельность населения. В карстовых областях находятся богато украшенные природой сказочные подземные дворцы-пещеры.
Задачи:
1. Раскрыть понятие карста
2. Дать описание основных подземных и поверхностных карстовых форм рельефа
3. Охарактеризовать факторы, влияющие на развитие карстового процесса и формирование карстовых форм рельефа
4. Найти причины аккумуляции минеральных веществ в карстовых формах.
5. Изучить источники вещества отложений карста
6. Описать полезные ископаемые карстовой фациальной области
Глава 1.Общие сведения
1.1 Понятие карста
Карстовый процесс представляет собой длительно развивающийся процесс растворения и выщелачивания, трещиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными водами. В результате деятельности карстовых процессов возникают как отрицательные формы рельефа на земной поверхности, так и различные полости каналы гроты или пещеры на глубине.[1] Термин «карст» происходит от искаженного австрийского названия плато Карст в Словении, на котором эти явления ярко выражены и хорошо изучены европейскими исследователям. Карстовые явления распространены чрезвычайно широко. По геологическим условиям примерно третья часть площади суши земного шара имеет потенциальные возможности для их развития.
Существует несколько условий, необходимых для развития карстовых явлений.
Во-первых, это наличие растворимой в природных водах горной породы, водопроницаемой вследствие трещиноватости или пористости.
Во-вторых, наличие растворителя, т.е. воды, агрессивной к горной породе.
В-третьих, наличие условий, обеспечивающих водообмен, – отток насыщенной растворенным веществом воды и постоянный приток свежего растворителя. Если первое условие определяется геологическим строением местности, то второе и отчасти третье тесно связаны с физико-географической обстановкой, второе- с почвенно-растительным покровом и климатом, третье- с геоморфологическими и гидрологическими условиями помимо геологической структуры и гидрогеологических особенностей.
Типично карстующимися породами являются моно- и биминеральные породы - каменная соль, гипс, ангидрит, мел, известняк, доломит, изнестняково - доломитовые породы, разновидности мрамора, магнолит, карбонатит. Ведущую роль в этом списке играют карбонатные породы - как вследствие их широкого распространения (около 15% площади суши), так и за счет контрастности составов между ними и рыхлыми отложениями, что вызывает побочные взаимодействия, ведущие к дальнейшей карстификации.[2]
Понятие растворения (растворимости) относится к химическим соединениям, в том числе и к минералам. Различают два вида растворения вещества - конгруэнтное, когда все его компоненты переводятся в раствор, причем реакция обратима, и инконгруэнтное, когда в раствор переходят не все компоненты вещества. В этом случае остается твердая фаза и реакция необратима. Оба типа растворения проявляются в зоне гипергенеза, но конгруэнтное растворение характерно для карстификации, а инконгруэнтное - для корообразования и выщелачивающего метасоматоза.
Различают открытый, или голый карст, когда растворимые породы выходят на дневную поверхность, и закрытый, когда они залегают глубоко под землей и с поверхности перекрыты толщами нерастворимых пород.
К поверхностным карстовым формам относятся кары, поноры, карстовые ниши, воронки, котловины и полья, а также колодцы и пропасти.
Подземные карстовые формы представлены пещерами каналами.
Карстовые процессы создают не только определенные формы рельефа, но и учувствуют в образовании своеобразных отложений. На поверхности и на дне карстовых форм рельефа располагаются остаточные от растворения образования – это бескарбонатный в основном алюмосиликатный материал, оставшийся после растворения. Он носит название терра-росса(красная земля).на поверхности и в пещерах имеются обвальные накопления – продукты обрушения сводов карстовых полостей или от скатывающихся по склонам карстовых долин и воронок глыб. В пещерах находятся своеобразные аллювиальные осадки, образуемые подземными реками. Имеются также травертины – натечные формы известкового туфа, а также своеобразные натечные формы- сталактиты, растущие от кровли пещеры вниз. Их тонкие переплетения часто называют сталактитовыми занавесями. Со дна пещер растут вверх сталагмиты.[1]
1.2 Формы карста
Формы рельефа, образованные в результате карстового процесса, делятся на поверхностные и подземные.
1.2.1 поверхностные формы карста
К поверхностным карстовым формам относятся карры, желоба и рвы, воронки, блюдца и западины, котловины, полья, останцы.[3]
Карры по генетическому происхождению следует различать на формы, возникшие на оголенной поверхности растворимой горной породы, и формы, образовавшиеся под почвенно-растительным покровом с последующим его удалением. Кары второго типа встречаются во многих странах мира.
Морфологически карры подразделяютсяна желобковые, стенные, лунковые, трубчатые (в виде трубообразных цилиндрических углублений в гипсах) каменицы, карры в виде следов, бороздчатые, меандровые, трещинные. Выделен еще один тип — структурные карры, на крутом известняковом откосе выработаны карровые углубления в химически относительно чистом известняке, разделенные узкими гребнями, которые соответствуют сильно кремнистым прослойкам.
По генезису особо выделяются желобковые и трещинные карры. Желобковые карры формируются под воздействием только атмосферных осадков, в результате трех первых фаз растворения известняка, без участия четвертой фазы, тогда как остальные типы карров образуются под действием всех фаз растворения: в их формировании участвуют и воды, обогащенные биогенной углекислотой за счет соприкосновения атмосферных осадков и талых вод с почвенно-растительным покровом.
(рис 1) желобковые карры
Трещинные карры отличаются от остальных путями удаления растворенного вещества. Если у большинства других типов карров оно осуществляется поверхностным стоком, то приобразовании трещинных карров участвует и вынос растворенного вещества подземным путем, через трещины.
Карстовые желоба и рвы (более глубокие и обязательно с крутыми бортами) развиваются вдоль раскрытых тектонических трещин (нередко в результате разгрузки на крутых склонах) или вдоль трещин оседания склонов, или трещин "бортового отпора". Они тянутся на десятки и сотни метров, а иногда и на несколько километров, достигая различной ширины и глубины. На концах они замкнуты, на дне могут иметь многочисленные углубления. Прямолинейные рвы в известняках, разработанные по вертикальным тектоническим трещинам, шириной 2~ 4 м и глубиной до 5 м в Югославии называютбогазами.
Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа:
1. Воронки поверхностного выщелачивания, или чисто коррозионные. Образуются за счет выноса выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии.
2. Провальные воронки, или гравитационные. Образуются путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии
3. Воронки просасывания, или коррозионно-суффозионные. Образуются путем вмывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в подземные каналы и удаление через них во взмученном и взвешенном состоянии.
4.
(рис 2)карстовая воронка.
Блюдца, западины – это нечетко выраженные мелкие воронки.
Котловины. Воронки всех генетических типов, сливаясь своими краями, образуют сдвоенные, строенные и более сложные ванны и котловины. Выделяют два основных типа котловин – сложные, которые образуются при слиянии нескольких больших воронок и имеют углубления на дне, и плоскодонные котловины. Выделяют следующие генетические типы котловин: поверхностного выщелачивания, провальные, просасывания, а также созданные в комбинации с другими процессами, например, эрозионными. Крупные котловины поверхностного выщелачивания часто образуются за счет корродирующего действия талых вод снежных и фирновых пятен. Многие из таких котловин – наследие перигляциальных условий последней ледниковой эпохи.
Полье - обширная замкнутая впадина с крутыми бортами, с плоским дном, которое достигло временного или постоянного предельного уровня карстования, с гидрографией карстового типа.
Полье возникает в результате развития и соединения карстовых котловин, образовавшихся из слившихся воронок.
Полья по своему происхождению до недавнего времени разделяли на: 1) тектонические, 2) возникшие путем подземного механического выноса нерастворимой породы, залегающей среди карстующиеся известняков или на контакте с ними, 3) образовавшиеся путем слияния группы смежных воронок и котловин (увала) при их росте в горизонтальном направлении, 4) провальные.
Крупные котловины чисто тектонического происхождения (грабены, синклинальные прогибы) нельзя считать польями. При образовании польев обязательны выщелачивание и вынос растворенного вещества через подземные каналы. Поэтому в первую группу следует включать тектонически-коррозионные и тектонически-коррозионно-эрозионные. К этой группе относятся полья Югославии. Полья третьего типа обычно небольшие, неправильной лопастной формы в плане. Они характерны нетолько для карбонатного, но и для гипсового карста, встречаются даже в платформенных условиях.
Останцевый карст представляет собой зрелую стадию расчленения приподнятого плосковерхого известнякового массива. Крутизна склонов останцев обусловлена вертикальной трещиноватостью известняков и ослабленностью склонового стока из-за их водопроницаемости. Большое значение имеет обваливание известняка по трещинам из-за подтачивания останцов снизу водами, которые заливают равнины в их основании, или грунтовыми водами, залегающими у базисной поверхности. В основании останцов из-за этого возникают развивающиеся в горизонтальном направлении коррозионные ниши. Подтачиванию останцов снизу боковой коррозией поверхностных вод способствует накопление на базисной поверхности водоупорных осадочных глин. Распределение реликтового останцового карста согласуется со смещением экватора в ходе геологической истории Земли. Поскольку в низких широтах влажнотропическая климатическая обстановка существует уже не один геологический период, распространенный там останцовый карст можно считать не только современным, но и древним.
Переход от поверхностных форм к пещерам типа гротов представляют навесы и ниши. Нередко они бывают интересны в археологическом отношении. Часто это поверхностные образования, которые возникли из-за более интенсивного выщелачивания отдельных слоев или пачек слоев стекающими по обрыву водами, при большом значении биохимического выветривания (под действием поселяющихся на периодически увлажняемых поверхностях низших растений). В речных долинах и на берегах морей в поверхностном выщелачивании основную роль играют речные и морские воды. На морских берегах растворяющее действие морской воды сочетается с абразией.
В процессе образования более глубоких ниш существенное значение приобретают коррозия за счет вод, просачивающихся по трещинам в горной породе, и, кроме того, обрушение глыб породы из-за расширения трещин вследствие выщелачивания их плоскостей.
В известняковых нишах субтропических и тропических областей встречаются натечно-капельные образования. Сталактиты, сливаясь, образуют занавеси и драпировки.
Естественные мосты и арки чаще всего возникают при обрушении потолка пещерных тоннелей, а иногда и ниш.
1.2.2 подземные формы карста
Среди подземных карстовых форм можно выделить карстовые колодцы и шахты, пропасти и пещеры.
Карстовые колодцы и шахты – это вертикальные или крутонаклонные пропасти, различающиеся между собой по глубине; к шахтам относятся пропасти глубже 20 метров, достигающие несколько десятков, а то и сотенметров. Полости колодцев и шахт могут быть провальными (гравитационными), гравитационно-коррозионными, образованными путем выщелачивания водой карстующейся породы по трещинам и частичных обрушений; нивально-коррозионными, возникшими вследствие корродирующего действия (по трещинам) талых снеговых вод; коррозионно-эрозионными, которые образованы устремляющимися по трещинам вниз водными потоками, производящими размыв, подготавливаемый растворением по спайкам зерен горной породы; образованные подобным же действием восходящих по трещинам артезианских вод.
Карстовые пропасти представляют собой комбинации естественных шахт с горизонтальными и наклонными пещерными ходами. К ним относятся, в частности, глубочайшие карстовые пропасти мира, достигающие глубины 1000 метров и более.
Самыми крупными подземными формами карстового рельефа является карстовые пещеры. Они представляют собой систему горизонтальных или несколько наклонных каналов, туннелей, сложно ветвящихся и образующих огромные залы или грот, имеющие высоту в несколько десятков метров. Пещеры между собой могут соединяться туннелями, провалами или узкими щелями. По каналам нередко протекают подземные реки, а на дне пещер располагаются подземные озера. Подземы реки не только выщелачивают соприкасающиеся с ними горные породы, но и производят большое эрозионное воздействие.
Большинство карстовых пещер образуется при ведущей роли выщелачивания, часто при совместном действии растворения и размыва горных пород (размыва, подготавливаемого растворением по спайкам зерен). Значительна бывает и роль обрушения породы, особенно на зрелых стадиях разработки пещерных полостей. Некоторые пещеры возникли под действием термальных и минеральных вод. Пещерные полости так называемого «рудного карста» развились под действием на известняк сернокислых растворов, образовавшихся при окислении пирита и других сульфидов. Встречаются пещеры, представляющие собой в основе сильно раскрытые тектонические трещины, но моделированные процессами выщелачивания (подземные карры и пр.) и осаждения по стенам трещин натечно-капельных образований.
(рис 3) Натёчные образования в пещере Катерлох, Австрия.
Пещерные полости могут развиваться в зоне аэрации, т.е. в зоне вертикальной циркуляции просачивающихся вод. Однако большие карстовые пещеры зародились в основном при полном заполнении пещерных каналов подземными водами, в зоне полного насыщения, и вода в них циркулировала под гидростатическим давлением. Различают ряд стадий их развития, относящихся к эпохам полного и частичного заполнения водой – напорной эпохе и безнапорной. На основе переработки схемы Г.А. Максимовича Л.И. Маруашвили выделил семь стадий: три – в напорной эпохе эволюции (трещинная, щелевая, каналовая) и четыре в безнапорной (воклюзовая, водно-галерейная, сухо-галерейная, грото-камерная).
При восходящем развитии земной коры в условиях большой мощности известняковых толщ и складчатой структуры возникают многоэтажные системы пещерных галерей
Известны значительные многоэтажные пещерные системы. Палеозоологические и археологические данные свидетельствуют о более древнем возрасте верхних этажей в сравнении с нижними, указывая на некоторую аналогию развития пещер и террасовых уровней речных долин.
В морфологии пещерных полостей большая роль принадлежит трещиноватости карстующихся пород и натечно-капельным образованиям. При разработке пещерных тоннелей по вертикальным и круто наклонным трещинам они отличаются прямолинейностью, резкими «коленчатыми» изгибами. Под разными уклонами от них отходят ответвления. Нередко тоннели пересекаются, образуя сложные решетчатые лабиринты. Эволюция натечно-капельных образований зависит от уменьшения притоков воды в пещеру при переходе от воклюзовой к водно-галерейной и сухо-галерейной стадиям. Сначала развиваются наплывы на полу пещеры, гуры, затем сталагмиты с широким основанием, сменяющиеся далее палкообразными. И лишь когда приток воды снижается до 0,1 – 0,01 куб. см в сек, появляются сталактиты. [4] При общем снижении обводненности пещеры в процессе ее эволюции на одной и той же стадии наблюдается в разных частях пещерной полости неодинаковые притоки воды, отчего появляются различные формы натечно-капельных образований.
Пещеры-ледники характеризуются ледяными натечно-капельными и кристаллическими образованиями. Выделено семь типов карстовых полостей-ледников, различающихся по условиям возникновения пещерного холода, накопления снега и льда. Три типа относятся к области вечной мерзлоты, где пещерный лед представляет собой ее особую форму [3].
(рис 4)Ледниковая пещера на краю ледника Фолл, Шпицберген.
1.3 Классификация карста и вопрос о его районировании
На международной спелеологической конференции в Брно (1964 г.) была предложена классификация карста СССР, основанная на совмещении шести морфолого-генетических и пяти литологических типов. Теперь эта классификация дополнена и здесь будет также говориться о типах карста, которые не встречаются на территории бывшего СССР, но известны в других странах, преимущественно в тропических широтах.
Выделенные морфолого-генетические типы существенно отличаются друг от друга морфологически и генетически различными поверхностными, а иногда и подземными карстовыми формами и их сочетаниями. Литологические различия учитываются уже при выделении типов, потому что разная растворимость горных пород, скорость растворения и быстрота насыщения растворителя, различия в процессах растворения карбонатных и некарбонатных пород, их разные изменения от температурных, а поэтому и климатических условий – все это влияет на особенности развития карста, его морфологию и инженерно-геологическую оценку.
Полученные при совмещении морфолого-генетической и литологической классификаций типы карста группируются в два класса равнинного и горного карста (с подклассами низкогорного, среднегорного и высокогорного).
М.М. Свитинг выделяет четыре основных типа карста:
1. настоящий карст (холокарст);
2. флювиокарст;
3. гляциально-нивальный карст, включая карст области вечной мерзлоты;
4. аридный и семиаридный карст (причем последний тип рассматривается в главе о тропическом карсте и характеризуется лишь особенностями его тропических и субтропических вариантов).
Наметки подобной общегеографической классификации давались ранее, однако представляется, что выделенные Свитинг общегеографические типы карста слишком широки, каждый из них включает по несколько типов более дробной классификации Гвоздецкого, учитывающей не только общую физико-географическую обстановку развития карста, но также и характер и толщину покрова над карстующимися горными породами (выделение одного типа флювиокарста этого не дает) и очень важные
29-04-2015, 00:53