3.3. Криогенное строение скальных и полускальных грунтов

В строении любого массива горных пород криолитозоны выделяются трещины петрогенеза, литогенеза, тектоногенеза и гипергенеза. Сложно сочетаясь, они определяют пространственное расположение поверхностей и зон трещинообразования, влияют на прочность и устойчивость массивов горных пород. Системообразующими факторами трещиноватости является наличие главного общего направления трещин и их непрерывность.

Трещины петрогенеза называют первичными, образующимися на стадии охлаждения магматических горных пород под влиянием внутренних (контракционных) сил и внешних напряжений. В гранитоидах отмечаются четыре системы трещин. Продольные системы трещин закрытые. Поперечные и диагональные к продольным системам, а также пологопадающие трещины к поверхности массива, преимущественно открытые. В результате при криогенном выветривании в первую очередь, формируются отдельности преимущественно кубической, параллелепипедальной, матрацевидной и других форм.

Несомненно, трещиноватость горных пород и типы тектонических структур предопределяли гидрогеологические условия до начала образования криолитозоны. Основной единицей гидрогеологического районирования криолитозоны принимается гидрогеологическая структура (ГГС). Ее выделение осуществляется на структурно-геологической основе с учетом физико-географических условий. В пределах геотектонических структур поверхностные и подземные воды образуют единые системы, характеризующиеся типами подземных вод (пластовыми, трещинными), динамикой и направлением движения (центростремительный и центробежный), типами разгрузки (нисходящей, восходящей).

Процесс длительного промерзания горных пород, сохраняя свою общую направленность при периодических колебаниях температурного режима на поверхности пород, характеризуется различными скоростями. В ходе многолетнего промерзания пород криолитозона переходит от островного к массивно-островному и в последующем к сплошному типу распространения.

В результате сокращаются области инфильтрационного питания подземных вод, изменяются их динамика и закономерности, формируются условия для: а) монотонного промерзания пород по типу открытых и закрытых термодинамических систем; б) циклического промерзания и оттаивания пород на различных глубинах по типу закрытых и открытых термодинамических систем с последующим их переходом в многолетнемерзлое состояние.

Обычно промерзание массивов по типу открытых термодинамических систем приводит к формированию цементного, по типу закрытых систем – инъекционного льдовыделения.

Льдообра­зование по первому типу наиболее характерно для антиклинальных структур осадочно-метаморфических горных пород, по второму – для синклинальных структур. Для массивов магматических и метаморфических пород трудно отдать предпочтение одному из указанных механизмов льдовыделения. В связи с этим, в одних и тех же генетических типах горных пород в массивах криолитозоны встречаются различные виды криогенных текстур. В то же время в различных генетических типах горных пород отмечаются одинаковые криогенные текстуры. Именно эти аспекты необходимо учитывать одновременно при создании классификационных схем криогенных текстур горных пород.

В настоящее время за основу принимается только один из них. Выполненные нами работы позволили устранить этот недостаток и на основе натурных исследований предложить классификацию криогенных текстур горных пород по условиям их образования [74].

Исследование закономерностей формирования криогенного строения горных пород имеет фундаментальное значение в геокриологии, конечной целью которого является составление морфогенетической классификации криогенных текстур по условиям их образования. Однако существующие классификации ограничиваются, как правило, качественными характеристиками криогенных текстур для основных типов пород [47, 54]. Результаты исследований криогенного строения скальных пород показали, что формирование криогенных текстур зависит преимущественно от: инженерно-геологических условий, к которым следует отнести генезис горных пород, генезис трещиноватости и ее параметры ( модуль трещиноватости (М_тр), ширину трещин (S_тр), их ориентировку и пространственное распределение); гидрогеологических условий – типов подземных вод, условий питания и направленности их стока и геокриологических условий.

Предложекнная классификация криогенных текстур, в отличие от разработанных ранее на основе геолого-генетические особенности скальных пород [54], базируется на условиях криотекстурообразования, определяемых, преимущественно, физикой криогипергенеза (табл. 4.3).

Таблица 3.3

Морфогенетическая классификация по условиям образования криогенных текстур скальных грунтов

Условия образования криогенных текстур

Наименование криогенных текстур

Геокриологические

Инженерно-геологические

Тип промерзания подземных вод

Генезис пород и трещин

Приуро- ченность

Класс

Тип

Вид

Разновидность

I, мм

II, мм

II, д.ед.

Эпигенетический

Трещинный

Любые

Выветрива­ния

Бортово­го отпора

Эпигенетический трещинно-унаследованный

Трещинный

Систем­ные (несистемные) сетчатые или линейные (горизоньально-, вертикально-, наклонноориентированные )

l. < 2 2. 2-5 3. 5-20 4. 20-100 5. > 100

СТ 1. < 2 2. 2-10 3. 10-20 4. 20-40 5. > 40

1. < 0,2 2. 0,2-0,8 3. > 0,8

Магмати- ческие

Первичной отдельности

Остывания

Любые

Тектонические

Зоны тектони-ческого дробления

Трещинно- пластовый

Осадочно мета- морфи- ческие

Первичной от- дельности и напластования

Дилата- ционные

Трещинно- пластовый

СЛ 1. < 2 2. 2-10 3. 10-20 4. 20-40 5. > 40

Пластовый

Напластования

Литогенеза

Пластовый

Трещинно- жильный

Любые

Тектонические

Параклазы

Трещинно- жильный

Примечание. Разновидности: по тощине ледяных включений (7 столбец) – очень тонкие (менее 2 мм), тонкие (2−5мм), средние (5-20 мм), толстые (20-10) и очень толстые (более 100 мм) сетчатые или линейные; по расстоянию между ледяными включениями –слоистыми СТ, сетчатыми СТ (8 столбец): 1 – очень частые; 2 – частые; 3 – среднечастые; 4 – редкие; 5 – очень редкие; степень заполнения трещин льдом (9 столбец): 1 – частичное; 2 – неполное; 3 – практически полное.

Лабораторная работа. Определение криогенной текстуры мерзлых скальных грунтов.

Цель работы: Научиться определять текстуры мерзлых скальных грунтов.

Задание: Дать полное название криогенной текстуры скальных грунтов.

Исходные данные: фотографии мерзлых скальных грунтов специально изготовленные для проведения лабораторной работы .

Ход работы:

- установить генетический тип и изучить морфометрические особенности трещиноватости скальных грунтов, оценить степень хтоценить размер зарисовать и сфотографировать расположение основных заполнения льдом мерзлых грунтов;

- детально охарактеризовать морфометрические характеристики ледяных включений и пространственное их расположение;

Наименование криогенной текстуры крупнообломочных грунтов необходимо присваивать только после детальной характеристики криогенного строения скальных грунтов;

Например. Дать полное название криогенной текстуры скальных грунтов, если трещины имеют горизонтальную ориентировку, степень заполнения льдом трещин составляет 0,5 д.ед. Ширина трещин 3 мм, расстояние между трещинами 150 мм.

Полное наименование по классификации (табл. 3.3.) будет следующее:

Линейные горизонтально ориентированные, тонкие очень редкие неполные.

Задание:

- дать полное наименование криогенных текстур скальных грунтов со следующими морфометрическими и видовыми параметрами: ширина трещин 5 мм, наклонные, несистемные расстояние между трещинами 15 мм, заполнение льдом трещин 0,9 д.ед.

- дать полное наименование криогенных текстур скальных грунтов со следующими морфометрическими и видовыми параметрами: ширина горизонтальных трещин 3 мм, вертикальный 2 мм, трещиноватось сетчатовидная несистемная, наклонноориентированная, расстояние между трещинами 35 мм, заполнение льдом горизонтальных трещин 0,9 д.ед., вертикальных - 0,2 д.ед.,