4. Инженерно-геологические особенности.

Метаморфические породы по ГОСТ 25100-95 относятся к скальным грунтам. Большинство этих пород – надежное основание сооружений, за исключением тектонических брекчий, известняковых мраморов, интенсивно дислоцированных сланцев. Из-за сходства минерального состава метаморфические породы по инженерно-геологическим свойствам близки к магматическим, но несколько уступают им по прочности и устойчивости к выветриванию из-за высокой трещиноватости, сланцеватых или полосчатых текстур.

К главным инженерно-геологическим особенностям метаморфических пород относятся: прочность на одноосное сжатие, сжимаемость, устойчивость к выветриванию, отдельность, трещиноватость, водопроницаемость.

Прочность на одноосное сжатие (Rсж) зависит от минерального состава, структур и текстур пород. Наименее прочными являются глинистые сланцы (около 5 МПа), скарны и грейзены, наиболее прочными – кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы (50-200 МПа). Все сланцеватые и полосчатые породы (сланцы, гнейсы) анизотропны по прочности: наибольшая прочность проявляется по нормали к сланцеватости, наименьшая – параллельно ей.

Сжимаемость характерна только для выветрелых пород.

Устойчивость к выветриванию зависит от состава и строения пород: разновидности со сливной структурой и массивной текстурой, в составе которых преобладает кварц (кварциты, роговики, яшмы) устойчивы ко всем видам выветривания. Менее устойчивы породы с полосчатой текстурой, особенно крупнокристаллические и неоднородные по минеральному составу. Сравнительно быстро разрушаются полосчатые сланцы и гнейсы, содержащие полосы, сложенные цветными минералами (биотитом, роговой обманкой, пироксеном); при этом выветриванию подвергаются, в первую очередь, именно эти полосы, и такие породы распадаются на отдельные плитки. Неустойчивы к химическому выветриванию известковые мраморы, т. К. они сравнительно легко выщелачиваются водой.

Отдельность метаморфических пород определяется их текстурой: полосчатые гнейсы и сланцы обладают плитчатой отдельностью; для массивных пород (кварцитов, мраморов, роговиков) характерна глыбовая отдельность.

Трещиноватость высокая у сланцев и гнейсов, густота трещин увеличивается в зонах складчатых и разрывных нарушений.

Водопроницаемость зависит от степени выветрелости и трещинноватости пород, наличия пор и каверн. Водопроницаемы трещиноватые и кавернозные мраморы, скарны, грейзены, тектонические брекчии. Невыветрелые метаморфические породы являются водоупорами.

Лекция № 7.

Геологическая хронология. Шкала геологического времени.

Установление возраста горных пород необходимо для их сопоставления как в пределах одного региона, так и в удаленных друг от друга областях, для оценки их свойств и определения их положения среди других пород. Вся геологическая документация, в том числе геологические карты и разрезы, требует применения показателей возраста пород. С помощью таких показателей породы объединяются по возрастному признаку в толщи, системы, группы отложений. Различают абсолютный и относительный возраст горных пород.

Абсолютный возраст – продолжительность существования породы в годах, тысячах, миллионах и миллиардах лет. Для его определения применяют методы, основанные на использовании процессов радиоактивных превращений, происходящих в радиоактивных элементах и радиоактивных изотопах (уран, калий, рубидий углерод), входящих в состав пород. Такие элементы и изотопы распадаются с образованием определенных продуктов, например при распаде урана образуется свинец, при распаде рубидия – стронций, при распаде калия –аргон. Процесс распада каждого изотопа идет с постоянной скоростью и не зависит от внешних воздействий. Скорость распада каждого радиоактивного изотопа характеризуется периодом полураспада – временем, в течение которого распадается половина атомов данного изотопа. У каждого радиоактивного изотопа известен период полураспада и известны продукты распада. Зная исходное количество радиоактивного изотопа, количество продуктов распада и скорость распада, можно определить продолжительность процесса. Поскольку процесс начался с момента образования породы, содержащей радиоактивный изотоп, то точка начала отсчета процесса показывает время образования породы, т.е. возраст породы.

Изотопы, используемые для определения абсолютного возраста пород

Изотоп	Конечный продукт	Период полураспада ( млн. лет )
238U	206 Pb + 8He	4460
87Rb	87Sr + 	48,80
40K	Ar + 40Ca	1,3
14C	14 N	5730 лет

Точность методов различна: для U – 60 млн. лет, рубидиево-стронциевого – 100.000 лет. Эти методы применяются для определения возраста древних пород (архейских протерозойских палеозойских, мезозойских). Изотоп ¹⁴С для четвертичного периода, в археологии, истории. Например, с его помощью установлено время открытия Америки норманном Лейвом Эриксоном (988 г).

Относительный возраст отражает последовательность образования отложений, возраст пород относительно друг друга, показывает, какие породы древнее, какие моложе. Для установления такого возраста используют стратиграфический и палеонтологический методы.

Стратиграфический метод применяют для осадочных толщ с ненарушенным горизонтальным или слабо наклонным залеганием слоев. При этом считается, что каждый вышележащий слой моложе нижележащего. Этот метод не используют для складчатых зон, в которых слои смяты в складки.

Палеонтологический метод является уникальным, т.к. позволяет определить возраст отложений по отношению друг к другу независимо от характера залегания слоев и сопоставить возраст пород, залегающих в различных регионах. В этом методе используются органические остатки, находящиеся в породах (раковины, растения, микроорганизмы, споры и пыльца растений, реже – костные остатки крупных животных). Так как органический мир развивался поступательно от простого к сложному, то каждой временной эпохе отвечают свои организмы, остатки которых сохраняются в толще отложений, образовавшихся в эту эпоху. Поэтому толщи, сформировавшиеся в различные эпохи, содержат свои специфические органические остатки, позволяющие надежно отличить разно-возрастные отложения друг от друга. Палеонтологический метод был впервые применен для определения относительного возраста пород в конце ХУШ века английским строителем Вильямом Смитом.

Методы относительной геохронологии применимы только для осадочных толщ. Методы абсолютной геохронологии используют для магматических и метаморфических пород, лишенных органических остатков.

C помощью методов относительной и абсолютной геохронологии вся история Земли разделена на ряд последовательных отрезков времени, каждому из которых соответствует определенная толща отложений и магматические породы. Каждый отрезок времени получил наименование и обозначение в виде индекса, а на геологических картах – свою окраску.

ШКАЛА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕМЕНИ ЗЕМЛИ

Эры (группы)	Периоды (системы)	Эпохи (отделы)	Ин-декс	Возраст, млн. лет	Органический мир
Кайнозойская	Четвертичный Неоген Палеоген	Голоцен Верхний Средний Нижний	Q1Y QIII QII QI N Pg	0,02 0,1 0,3 2,0	Человек, млекопитающие. Флора современная Фауна: млекопитающие Флора: покрытосеменные
Мезозой-ская	Меловой Юрский Триасовый		K J T	140 213 248	Фауна: млекопитающие, птицы Флора: растения-гиганты Фауна: динозавры. Флора: цикадовые, хвойные. Фауна: рептилии, рыбы. Флора: хвойные.
Палеозойская	Пермский Каменно-угольный Девонский Силурийский Ордовикский Кембрийский Вендский		P C D S O  V	270 360 408 438 505 570 680	Фауна: рептилии. Флора: хвойные. Фауна: амфибии, акулы, насекомые. Флора: папоротники, хвощи Фауна: рыбы, кораллы. Флора: хвощи. Фауна: панцирные рыбы Флора: папоротники Фауна: скорпионы, моллюски. Флора: водоросли Фауна: археоциаты, трилобиты. Флора: водоросли. Простейшие, водоросли.
Протерозойская			PR	2700	Бактерии, водоросли
Архейская			AR	3600	Примитивные органические формы

Лекция № 8.