XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Свойства горных пород Снетогорского обнажения реки Великой

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Николенко А.А. 1

---

1МБОУ"Псковский технический лицей"

Потапова Т.Е. 1

---

1МБОУ''Псковский технический лицей''

Работа в формате PDF

2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность исследования определена необходимостью знаний особенностей горных пород, которые человек издавна использует для строительства сооружений. Ярким примером является древний Псков, где церкви, защитные сооружения сложены местным известняком. Современные методы исследований свойств горных пород дают возможность прогнозировать некоторые изменения подстилающей поверхности, способствуют качественному строительству и сохранению имеющиеся зданий и сооружений.

Цель исследования: изучить свойства горных пород Снетогорского обнажения берега реки Великой в окрестности города Пскова.

Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. изучить информационные источники по теме;

2. произвести полевые исследования обнажения, отобрать пробы горных пород;

3. провести лабораторные исследования отобранных образцов пород;

4. проанализировать и обобщить полученную информацию.

Объект исследования: обнажение Снетогорских слоёв на правом берегу реки Великой вблизи Снетогорского монастыря.

Предмет исследования: свойства горных пород.

Методы исследования: изучение научно–популярной литературы, наблюдение, картографический, методы исследования свойств горных пород, фотографирование.

Результатом исследований являются данные, характеризующие плотность, естественную влажность и прочность таких горных пород Снетогорского обнажения как известняк и мергель. Окулич-Казарин Н.Ф. «Спутник по древнему Пскову» - Псков, 1913

Написанный Н.Ф. Окулич-Казариным путеводитель по древнему Пскову вышел в свет в

1.Теоретическая часть исследования

Район исследований. Горные породы Псковской области

Много десятков миллионов лет назад на месте Псковской области было море, в котором накапливались разнообразные отложения: глины, пески, мергели, доломиты, известняки. Эти отложения постепенно уплотнялись и превращались в твёрдые осадочные породы. Накопленные биологические отложения - морские ракушки и кораллы маловодных морей под действием ветров, ураганов и течений естественным образом размельчились. Образовавшийся песок со временем соединился с отложениями и сформировал известняк, который в дальнейшем из-за сильного давления глубины уплотнился. Затем, в результате тектонических движений море отступило, и в течение всего последующего геологического этапа здесь была суша. Отложения древних морей обнажились. На современных обрывистых берегах рек, озёр, в оврагах, в искусственных карьерах Псковской области можно наблюдать отложения осадочных горных пород. Все они имеют почти горизонтальное залегание и содержат окаменевшие остатки морских животных, чаще всего разнообразные раковины [1, с. 9].

Примером выхода на поверхность древних пород является геологическое обнажение у пос. Снятная гора Писковской волости Псковского района. Обнажение относится к Снетогорско-Муровицкому памятнику природы и находится на правом берегу реки Великой [2, с.28].

Обнажение сложено осадочными породами, которые обладают рядом характерных признаков: они слоисты, обычно пористы, в них содержатся ископаемые остатки животных и растений. Основными породами, слагающими Снетогорское обнажение (Приложение 1, фото 1-2), являются мергели, мергели доломитизированные с прослоями глин, доломиты разных цветов, известняки, известняки доломитизированные [2, с.29].

Мергель – это осадочная порода смешанного глинисто-карбонатного состава: 50-75% карбонат (кальцит, реже доломит), 25-50% - нерастворимый остаток [3, с. 85].

Известняки – осадочные, преимущественно морские образования, состоящие в основном из кальцита или кальцитовых раковин моллюсков, кораллов, обломков скелетов морских ежей и лилий, и других морских животных и растений; с течением времени рыхлые отложения уплотняются, преобразуются в плотные осадочные горные породы – известняки с примесями. Известняк обычно серый, бежевый или желтоватый, иногда окрашен в красный, зелёный и бурый цвета, что связано с примесями марганца и железа [3, с. 85-86].

Доломиты представляют породы, состоящие преимущественно из минерала доломита; макроскопически доломиты сходны с известняками, но различаются по особенностям вскипания от соляной кислоты. В зависимости от примесей доломиты имеют белый, бурый, желтый и серый цвет [3, с. 81-82].

Жители местности, где встречались такие горные породы, как известняк, мергель, доломит, старались использовать в своей жизни. В Пскове известняк издавна привлекал внимание жителей как строительный материал, пригодный для строительства оборонительных сооружений, храмов, жилых построек, для приготовления строительных растворов, а также как удобрение для повышения плодородия почвы [4, с. 24].

Для оценки качества горных пород определяют такие показатели как плотность грунта, естественная влажность, прочность и другие.

Плотность грунта – это отношение массы породы к ее объему; измеряется в г/см^3.

Влажность грунта определяется как отношение массы воды, удалённой из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта; измеряется в %.

Прочность породы – способность породы сопротивляться разрушению при сжатии, растяжении, скалывании, разрушении при ударе. Измеряется в сухом и водонасыщенном состоянии в мегапаскалях (МПа).

Изучение свойств горных пород своей местности является необходимостью для правильного использования горных пород в хозяйственной деятельности, строительстве и прогнозирования геоэкологических ситуаций.

2. Свойства горных пород Снетогорского обнажения

Методика исследований

Полевые исследования Снетогорского обнажения проводились в июле 2025 года. Были отобраны пробы, определены горные породы обнажения, с помощью оборудования лаборатории ЗАО «ПсковТИСИз», изучены следующие свойства пород: плотность грунта, естественная влажность, прочность.

Определение горных пород. Определение двух экземпляров горных пород проводилось с помощью определителя осадочных пород [5, с. 45].

Горная порода №1 серого цвета, твёрдая, раскалывается при ударе молотком, реагирует на соляную кислоту, является известняком.

Горная порода №2 представлена плиткой осадочной породы толщиной 0,5-5см; цвет преимущественно серый, с прослоями зеленовато-голубого, фиолетового оттенков. При контакте с соляной кислотой плитки серого цвета вскипают (пузырятся), плитки зеленовато-голубоватые не реагируют на соляную кислоту или реакция очень слабая. Горная порода №2 – мергель.

Отобранные образцы известняка и мергеля исследованы в лабораторных условиях на определение плотности грунта, естественной влажности, прочности горной породы [6, с. 92-105].

Методика определения свойств горной породы

Для определения свойств горных пород применялась методика в соответствии с ГОСТом. Результаты лабораторных исследований грунтов заносились в журнал.

1.Определение плотности грунта осуществлялось методом взвешивания в воде. Были проведены испытания. Образец грунта объёмом 50см³ взвешивают, погружают его на 2-3 секунды в нагретый парафин до образования плотной парафиновой оболочки. Охлаждённый парафинированный образец взвешивают отдельно и в сосуде с водой. Плотность грунта р, г/см³ вычислялась по формуле (Приложение 5, фото 5).

2.Определение влажности грунта проводилось методом высушивания до постоянной массы. Влажность грунта определяется как отношение массы воды, удалённой из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта. Испытания состояли в следующем: взвешивается проба грунта (массой 15-50г), помещается в сушильный шкаф при температуре 100-105 С в течение 5 часов; после высушивания охлажденный грунт взвешивается. Влажность грунта вычисляется по формуле (Приложение 6, фото 6).

3.Определение предела прочности известняков на одноосное сжатие выполнялось с помощью прибора АСИС конструкции ООО НПП «Геотек» методом сферического разрушения образцов (Приложение 6, фото 7,8). Сущность метода заключается в измерении разрушающей силы, приложенной к образцу горной породы. Образец неправильной формы подготавливают под размер 15±3см², высотой не менее 1 см, и затем нагружают до разрушения. Данные передаются в компьютер.

Результаты исследований

Результаты полевых наблюдений и лабораторных исследований таких горных пород Снетогорского обнажения как известняк и мергель представлены в таблице 1.

Таблица 1. Свойства горных пород Снетогорского обнажения

на правом берегу реки Великой

Исследования показали, что известняк и мергель обнажения имеют серый цвет с оттенками, реагируют на соляную кислоту. Плотность известняка составляет 2,34г/см³, плотность мергеля ниже - 2,12 г/см³. Естественная влажность известняка составляет 1,2%, мергеля выше - 2%.

Прочность исследуемых горных пород следующая: известняк - 34,5 МПа, мергель - 10,6 МПа. В соответствии с разновидностями грунтов (ГОСТ 25100-2011) по пределу прочности на одноосное сжатие скальных грунтов известняк Снетогорского обнажения относится к скальным грунтам средней прочности (15-50 МПа), а мергель - 10,6 МПа относится к малопрочным скальным грунтам (5-15 МПа).

Таким образом, можно предположить, что исследованные горные породы Снетогорского обнажения – известняк и мергель, разрушаются не только под действием выветривания, но и в силу своих свойств.

Заключение

В ходе исследования были изучены информационные источники по теме. Наблюдение и отбор образцов горных пород обнажения Снетогорско-Муровицкого памятника природы на правом берегу реки Великой, определены горные породы – известняк и мергель. Были исследованы свойства отобранных проб горных пород в лабораторных условиях. Обобщая полученную информацию, можно отметить, что породы геологического обнажения не отличаются высокой прочностью, что возможно влияет на разрушение берега реки Великой.

Использование результатов.

Результаты работы я решила отобразить в наглядном пособии – буклете «Свойства горных пород Снетогорского обнажения реки Великой».

В учебниках географии за 5-6 класс есть раздел «Горные породы, минералы и полезные ископаемые». Чтобы привлечь внимание сверстников к географии, я продемонстрировала свою работу в 5-х и 6-х классах и наглядно продемонстрировала свой буклет.

С инженерных изысканий начинается любое строительство. И только по результатам геологических исследований проектные организации на стадии проектирования фундаментов зданий и сооружений используют физико-механические характеристики грунтов. Те же характеристики, что и я получила в ходе своего исследования. Это плотность, влажность и прочность горной породы.

Во Пскове много старинных церквей и крепостных стен, которые сложены местным известняком. Со временем происходит разрушение этой породы. Реставраторы, которые занимаются реконструкцией данных объектов культурного наследия, также используют физико-механические характеристики горной породы. Их основная цель – восстановить и как можно дольше сохранить предметы исторического и культурного наследия.

Список информационных источников

1. Н.А. Данилов, Р.А. Зубаков, В.К. Лесненко «География Псковской области».

2. Особо охраняемые природные территории Псковской области/ Можжина Т.Э., Яблоков М.С., Цветкова И.В., Розов Н.Г. – Псков: «Гименей», 2012. – 79 с.

3. Рычагов Г.И. Практикум по курсу «Геоморфология с основами геологии»: Учебное пособие. – М: Изд-во Моск.ун-та, 2002. – 147 с.

4. Цвылёв С.А. «Самородный камень» в зодчестве древнего Пскова : историческая сводка по летописным данным и вновь извлеченным архивным материалам / С.А. Цвылев ; ГБУК «Псковская областная научная библиотека», Отдел краеведческой литературы. – Псков : Псковская областная универсальная научная библиотека, 2015. – 60 с. – (Из наследия краеведа С.А.Цвылева. Вып. 1).

5. Фисуненко О.П. Практикум по геологии / О. П. Фисуненко, Б. В. Пичугин; [Для пед. ин-тов по геогр. спец.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 1985. - 111 с.

6. Справочник по инженерной геологии. 3-е изд., перераб. и доп. / Под ред. М.В. Чуринова. Недра, 1981. 325 с.

Приложение 1

Фото 1

Фото 2

Приложение 2

Определение плотности грунта методом взвешивания в воде (ГОСТ 5180-84)

Образец грунта объёмом 50 см³ взвешивают, погружают его на 2-3 секунды в нагретый парафин до образования плотной парафиновой оболочки. Охлаждённый парафинированный образец взвешивают отдельно и в сосуде с водой.

Плотность грунта р, г/см³ вычисляют по формуле:

р=mp_pp_w/ p_p(m₁-m₂) – p_w(m₁-m), где

m – масса образца грунта до парафинирования, г;

m₁ – масса парафинированного образца грунта, г;

m₂ – результат взвешивания образца в воде – разность масс парафинированного образца и вытесненной им воды, г;

р_р – плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см³;

р_w – плотность воды при температуре испытаний, г/см³.

Приложение 3

Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы (ГОСТ 5180-84)

Влажность грунта определяется как отношение массы воды, удалённой из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

Проведение испытаний.

Пробу грунта (массой 15-50г) взвешивают. Помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре 100-105С в течение 5 часов. После высушивания грунт охлаждают до температуры помещения и взвешивают.

Влажность грунта вычисляют по формуле:

W=100m₁/m₀, где

m₁ – масса влажного грунта, m₀ – масса высушенного грунта.

Приложение 4

Определение предела прочности известняков на одноосное сжатие выполнялось с помощью прибора АСИС конструкции ООО НПП «Геотек» - метод сферического разрушения образцов ГТ 7.6.1 (ГОСТ 12248-2010).

Сущность метода заключается в измерении разрушающей силы, приложенной к образцу через стальные встречно направленные инденторы.

Проведение испытаний.

Образец неправильной формы подготавливают откалыванием, отпиливанием или подшлифовкой. Размеры образцов должны быть предпочтительно 15±3см², высота не менее 10 мм.

Образец устанавливают между инденторами. Нагружают до разрушения равномерно со скоростью 0,1-0,5 кН/с.

Приложение 5

Приложение 6