Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

∙средние SiO2 до 52–65 %

∙кислые SiO2 до 65–75 %

В свою очередь, среди этих групп каждая подразделяется по ге- незису на интрузивные и эффузивные. Поэтому в литературе в каж- дой из групп пород по химическому составу можно встретить двой- ное название пород – по интрузивному представителю этой группы и его эффузивному аналогу. Например, породы кислого состава – это группа гранита-липарита, основного – группа габбро-базальта и т. д. Интрузивные породы могут подразделяться по глубине форми- рования, а эффузивные – по времени на палеотипные (палео – древ- ние) и кайнотипные (kainos – новый, т. е. продукты современного вулканизма). От ультраосновных к кислым породам меняется соот- ношение в них между минералами темноокрашенными и светло- окрашенными. Это отражается на общем цвете пород – от темных и темно-зеленых через серые (диорит) до светлых и яркоокрашенных гранитов.

Основными показателями физико-механических свойств этих пород являются плотность, прочность на сжатие (временное сопро- тивление сжатию), деформационные характеристики, водопоглоще- ние, трещиноватость. Их определение производят по ГОСТам. Плотность пород зависит от плотности минералов и пористости по- роды. В связи с тем, что плотность основных породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты и др.) находится в пределах 2,5– 3,0 г/см3, то и плотность магматических непористых пород близка к значению 2,7 г/см3. Граниты и сиениты используются как облицо- вочный камень, на бордюры, ступени, щебень, волнорезы, так как имеют высокую механическую и химическую стойкость. Кварцевые порфиры применяются как строительные материалы и облицовоч- ный камень. Вулканическое стекло (обсидиан – темное стекло) идет на гидравлические добавки. Пемза – пористая легкая порода при- меняется как заполнитель для легких бетонов, активных добавок к цементам, а также для теплоизоляции. Базальты – темные, черные, плотные, иногда пузырчатые с мелкокристаллической и скрытокри- сталлической структурой, являются очень хорошим строительным материалом, применяются в каменно-литейной промышленности, из них получают облицовочную плитку. Дунит – темно-зеленая, оливково-зеленая порода, основной минерал – оливин, ценное сырье для огнеупорных кирпичей.

131

Ультраосновные магматические породы на поверхности земли легко выветриваются, образуя тальк, серпентин и другие минералы. С этими породами связаны месторождения ценных полезных иско- паемых (платина, медь, хром, титан, никель, кобальт, асбест, тальк). Формы залегания этих пород – штоки, жилы, глубокие части лакко- литов. Хорошо сохраняются на глубине, на поверхности быстро выветриваются.

Осадочные горные породы Осадочные горные породы – горные породы, существующие в

термодинамических условиях, характерных для поверхностной ча- сти земной коры, и образующиеся в результате переотложения про- дуктов выветривания и разрушения различных горных пород, хи- мического и механического выпадения осадка из воды, жизнедея- тельности организмов или всех трёх процессов одновременно. В осадочные горные породы не входит большая группа горных пород, образованная действием на сульфидные горные породы (называе- мые «рудами») специфической формы выветривания – окисления, и слагающих так называемые зоны окисления. С другой стороны,

петрография осадочных пород занимается изучением железистых кварцитов, образованных в процессе высоко температурного мета- морфизма, или различных туфов, являющихся прерогативой специ- ального раздела геологии – вулканологии.

Более трёх четвертей площади материков покрыто осадочными горными породами, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. С осадочными горными по-

родами генетически или пространственно связана подавляющая часть месторождений полезных ископаемых. В осадочных породах хорошо сохранились остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. Исходным материалом при формировании осадочных пород явля- ются минеральные вещества, образовавшиеся за счёт разрушения существовавших ранее минералов и горных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, и перенесённые в виде твёрдых частиц или растворенного вещества. Изучением осадочных горных пород занимается литология.

Классификация осадочных горных пород. В формировании осадочных горных пород участвуют различные геологические факто-

132

ры: разрушение и переотложение продуктов разрушения ранее суще- ствовавших пород, механическое и химическое выпадение осадка из воды, жизнедеятельность организмов. Случается, что в образовании той или иной породы принимает участие сразу несколько факторов. При этом некоторые породы могут формироваться различным путём. Так, известняки могут быть химического, биогенного или обломоч- ного происхождения. Это обстоятельство вызывает существенные трудности при систематизации осадочных пород.

Различные классификации осадочных пород были предложены Ж. Лаппараном (1923 г.), В. П. Батуриным (1932 г.), М. С. Швецо- вым (1934 г.), Л. В. Пустоваловым (1940 г.), В. И. Лучицким (1948 г.), Г. И. Теодоровичем (1948 г.), В. М. Страховым (1960 г.), и другими исследователями. Широко применяется классификация, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) осадоч- ных пород. Согласно ей, осадочные породы подразделяются на об-

ломочные, хемогенные, органогенные и смешанные. К механоген-

ным породам относятся две главные подгруппы: глины и обломоч- ные породы. Глины – специфические породы, сложенные различ- ными глинистыми минералами: каолинитом, гидрослюдами, монт- мориллонитом и др. Глины, выделившиеся из взвеси, называются водноосадочными глинами, в отличие от остаточных глин, присут- ствующих в сохранившихся корах выветривания.

Обломочная порода представляют собой одни из самых распро- странённых классов горных пород. Изначально к ним относили по- роды, содержащие собственно обломки пород и минералов, с одной стороны, и продукты их механического (физического) преобразова- ния – окатанные зерна пород и минералов – с другой. Но определе- ние «обломка» отсутствует. Такая же ситуация и с антагонистом «брекчии» – галькой: что такое галька? Есть узкое определение по- нятия «галька», по которому галька ограничена в линейных разме- рах. Однако в литологии есть также объекты, близкие по смыслу гальке, но иных размеров: валуны, гравий и т. д. В широком смысле «галька» (или окатыш по Л. В. Пустовалову) – «это окатанные во- дой обломки горных пород». Имеется существенное генетическое различие между обломками и окатышами. Обломочные породы – породы, сложенные только обломками материнских пород (минера- лов). Окатыши не являются обломками в прямом смысле и потому не могут входить в группу обломочных пород. Они составляют са-

133

мостоятельную, весьма распространённую группу осадочных обра- зований (конгломероидов), сложенную полностью или преимуще- ственно окатышами различных размеров (галька, гравий, конгломе- раты, галечники, гравелиты и пр.).

Согласно представлениями Н. М. Страхова, процесс формирова- ния механогенной осадочной горной породы называется литогене- зом (Страхов, 1960) и состоит из стадий:

1.Образование осадочного материала.

2.Перенос осадочного материала.

3.Седиментогенез – накопление осадка.

4.Диагенез – реобразование осадка в осадочную горную породу.

5.Катагенез – стадия существования осадочной горной породы в зоне стратисферы.

6.Метагенез – стадия глубокого преобразования осадочной гор- ной породы в глубинных зонах земной коры.

Образование осадочного материала происходит за счёт действия различных факторов – влияния колебаний температуры, воздействия атмосферы, воды и организмов на горные породы и т. д. Все эти про-

цессы приводят к изменению и разрушению пород и объединяются одним термином «выветривание». Осадочный обломочный материал обычно не остаётся на месте, а переносится под действием различ- ных факторов в те участки земной поверхности, где существуют условия, благоприятные для его накопления и захоронения.

Перенос осуществляется, главным образом, с помощью воды и ветра; кроме них, заметную роль в перемещении осадков играют движущиеся ледники, айсберги и прибрежные льды, связанные с проявлением силы тяжести оползни, осыпи, обвалы; а также живые организмы. В последние десятилетия существенную геологическую роль начинает играть техногенный перенос материала, связанный с различными строительными работами.

Перенос, или механическая транспортировка зёрен, образовав- шихся в результате механического разрушения материнских пород,

можно рассматривать как природный гидравлический транспорт (гидротранспорт), поэтому для описания переноса можно использо- вать представления о гидротранспорте в гидравлике. В основе этих представлений лежит тесная связь между водным (ветровым) пото- ком и находящейся в нём взвеси твёрдого вещества. При этом ско-

рость перемещения зерна потоком обратно пропорциональна не

134

только размеру перемещаемого зерна, но и плотности (удельному весу) слагающего зерно минерала. При этом происходит разделение минералов как по размерам зёрен, так и по плотности слагающих зёрна минералов. Транспортируемый осадочный материал осажда- ется в пониженных участках рельефа. Скорость накопления осадка колеблется в очень широких пределах – от долей миллиметра (глу- боководные части морей и океанов) до нескольких метров в год (в устьях крупных горных рек).

Длительное и устойчивое погружение области осадконакопления предопределяет образование мощной, однородной осадочной тол- щи. В случае частой смены тектонического режима, а также при сезонных изменениях климата происходит переслаивание осадков, различных по составу и строению.

В процессе переноса и осаждения осадочного материала под влиянием механических, химических, биологических и физико-

химических процессов происходит его сортировка и избирательный переход в твердую фазу растворённых и газообразных веществ. Об-

разовавшиеся в результате осадочные породы в большинстве своём отличаются от магматических и метаморфических более простым химическим составом, высокой концентрацией отдельных компо- нентов или более высокой степенью однородности частиц по раз- меру.

Органогенные (биогенные) породы – осадочные горные поро-

ды, образованные в результате жизнедеятельности животных и рас- тительных организмов. Они покрывают значительные площади дна Мирового океана; встречаются также в современных континенталь- ных отложениях (озерных, речных, болотных и др.). Структура био- генных пород называется органогенной (или биоморфной, или цельноракушечной), если порода в значительной степени состоит из раковин или скелетов организмов, сохранивших свою форму; дет- ритовая структура характерна для пород, состоящих из обломков скелетных образований животных или растительных организмов.

Органогенные породы классифицируются по химическому составу входящих в их состав минералов.

Классификация органогенных пород:

железистые; фосфатные;

каустобиолиты

135

Карбонатные породы (известняки) преимущественно состоят из карбонатных скелетных остатков животных (зоогенные извест- няки) и растительных организмов (фитогенные известняки). Назы- вают известняки по преобладающим в породе организмам: корал- ловые, мшанковые, брахиоподовые, нуммулитовые, криноидные и т. п. Раковины моллюсков, членики морских лилий, раковинки фу-

зулинид и скелетные остатки других организмов часто хорошо различимы, что определяет происхождение и название известня- ков. Состоящие из цельных или почти полностью сохранившихся

створок раковин моллюсков или гастропод известняки называют ракушечниками. В рифовых известняках наблюдаются поры и ка- верны. Некоторые органогенные известняки являются очень плот- ными породами. В отдельных случаях это – следствие того, что остатки организмов, составляющих породу, имеют очень малые линейные размеры, в других случаях – от перекристаллизации из- вестняков. Мел – карбонатная органогенная порода белого цвета,

преимущественно состоящая из кальцитовых остатков морских планктонных водорослей-кокколитофорид, в том числе содержа- щая планктонные форамениферы.

Кремнистые биогенные породы имеют в своем составе кремне-

зем, представленный останками организмов, строящих скелет из оксида кремния (спикулами губок, створками диатомей, скелетами радиолярий). Типично биогенное происхождение имеет диатомит, а трепел и опока, например, примеры пород смешанного генезиса. Диатомит – очень легкая, пористая, рыхлая, землистая или слабос- цементированная порода белого, светло-серого и желтоватого цвета (состоит из скопления микроскопических опаловых панцирей диа- томовых водорослей).

Хемогенные горные породы (англ.Chemeia – химия; англ.

Genes – рождение) – осадочные горные породы, образующиеся на дне водоемов при химическом осаждении из растворов или при ис- парении воды. Важную роль в их образовании играет испарение, поэтому второе их название – эвапориты. Основные пояса накопле- ния эвапоритов сосредоточены в пределах умеренного и субтропи- ческого поясов. Этот генетический тип охватывает группу сульфат- ных и галоидных пород. Сульфатные породы представлены ангид- ритом, гипсом, яшмой, джеспилитом, Галоидные породы представ- лены каменной солью и калийными солями – галитом, карналлитом

136

и сильвинитом. Залежи калийных солей имеют большое экономиче- ское значение. Выделяют также водные хемогенные отложения пе- щер – пещерные отложения (кальцитового состава) из текучей и стоячей воды. Водные хемогенные отложения образуются в суб- аэральных и субаквальных условиях и представлены сталактитами, сталагмитами, кристаллами гипса, кальцитово-арагонитовыми со- сульками, натечной корой.

Метаморфические горные породы

Метаморфические горные породы – горные породы, образован- ные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма)

осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры,

осадочные горные породы и магматические горные породы

подвергаются воздействию высокой температуры, большого дав-

ления и различных газовых и водныхрастворов, при этом они начинают изменяться. Так как исходным материалом метаморфиче- ских горных пород являются осадочные и магматические породы,

их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая фор- ма залегания, а на основе магматических – форма ин–трузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их проис- хождение. Так, если метаморфическая порода происходит от оса- дочной, ей дают приставку пара-(например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится при- ставка орто- (например, ортогнейсы).

Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит, в первую очередь, от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе ме- таморфизма происходят изменения под влиянием привносимых вод- ными растворами веществ и метасоматических процессов.

Минеральный состав метаморфических пород также разнообра- зен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из многих сложных силика- тов. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Физико- химические условия образования метаморфических пород, опреде-

137

лённые методами геобаротермометрии, весьма высокие. Они колеб- лются от 100–300 °C до 1000–1500 °C и от первых десятков баров до 20–30 кбаров.

Классификация метаморфических пород производится по мине- ралогическому составу и структурно-текстурным особенностям. Различают два основных структурно-текстурных типа метаморфи-

ческих пород: массивные зернистые (кварцит и мрамор) и сланце- ватые (гнейс и различные сланцы). Наиболее распространённые ме-

таморфические породы, образовавшиеся в результате регионально- го метаморфизма (от менее к более метаморфизованным):

1.Глинистые сланцы представляют начальную стадию мета- морфизма глинистых пород. Состоят преимущественно из гид- рослюд, хлорита, иногда каолинита, реликтов других глинистых минералов (монтмориллонита, смешаннослойных минералов), кварца, полевых шпатов и других неглинистых минералов. В них хорошо выражена сланцеватость. Они легко раскалываются на плитки. Цвет сланцев: зелёный, серый, бурый до чёрного. Содержат углистое вещество, новообразования карбонатов и сульфидов желе- за. В строительстве применение сланцев ограничено из-за их низкой прочности.

2.Филлиты (греч.филлитес – листоватый) – плотная темная с шелковистым блеском сланцеватая порода, состоящая из кварца, серицита, иногда с примесью хлорита, биотита и альбита. По степе-

ни метаморфизма переходная порода от глинистых к слюдяным сланцам.

3.Хлоритовые сланцы представляют собой сланцеватые или чешуйчатые породы, состоящие преимущественно из хлорита, а также актинолита, талька, слюды, эпидота, кварца и других минера- лов. Цвет их зелёный, на ощупь жирные, твердость небольшая. Ча-

сто содержат магнетит в виде хорошо образованных кристаллов (октаэдров).

4.Тальковые сланцы – агрегат листочков и чешуек талька сланцеватого строения, зеленоватого или белого цвета, мягок, обла- дает жирным блеском. Часто к тальку в большом количестве при- мешиваются листочки и чешуйки хлорита, обусловливающие пере- ход в тальково-хлористовый сланец.

5.Кристаллические сланцы – общее название обширной группы метаморфических пород, характеризующиеся средней (ча-

138

стично сильной) степенью метаморфизма. В отличие от гнейсов в

кристаллических сланцах количественные взаимоотношения между кварцем, полевыми шпатами и тёмноцветными минералами могут быть разными.

6.Амфиболиты – метаморфическая горная порода, состоящая из амфибола, плагиоклаза и минералов примесей. Амфиболиты мо- гут образовываться как за счёт основных изверженных пород – габ- бро, диабазов, базальтов, туфов и др., так и за счёт осадочных пород мергелистого состава.

7.Кварциты – зернистая горная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных более мелким кварцевым материалом. Образуется при метаморфизме кварцевых песчаников, порфиров. Применяется как строительный материал, при изготовление абра- зивных дисков и др.

8.Гнейсы – метаморфическая горная порода, характеризующа- яся более или менее отчётливо выраженной параллельно- сланцеватой, часто тонкополосчатой текстурой и состоящая из кварца, калиевого полевого шпата, плагиоклазов и цветных минера- лов.

Контрольные вопросы

1.Какие диагностические свойства у минералов?

2.Особенности генезиса магматических, осадочных и метамор- фических пород.

3.Классификация геологических процессов.

Литература

1.Передельский Л. В., Приходченко О. Е. Инженерная геология: учебник для вузов. – Ростов/Д.: Феникс, 2008. 448 с.

2.Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. – Л.: Недра, 1984. 511 с.

3.Сергеев Е. М. Инженерная геология. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. 248 с.

4.Учебное пособие по инженерной геологии / ред. Г. С. Золота-

рев. – М.: МГУ, 1989.

139

10. ОПАСНЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Цель: рассмотреть особенности проявления отдельных опасных геологических процессов

Опасные геологические процессы – современные быстротекущие геологические процессы и явления, наносящие значительный мате- риальный ущерб обществу, народному хозяйству и создающие

угрозу жизни для людей при нарушении устойчивости природной (геологической среды). Максимальную степень проявления опасно- сти принято называть катастрофой. К наиболее опасным геологиче- ским процессам, оказывающим существенно отрицательное влия- ние, относятся: землетрясения, извержение вулканов, склоново- гравитационные (оползни, обвалы, лавины); водно-эрозионные (се- левые потоки, русловые процессы, овражная эрозия); процессы, связанные с подземными водами (подтопление, карст, суффозия, просадки); процессы, связанные с ветро-волновыми явлениями на акваториях (морская абразия, переработка берегов водохранилищ); процессы криогенной группы (термокарст, морозное пучение, тер- моэрозия, солифлюкция, наледи); и др.

Развитие опасных геологических процессов на участке исследо-

ваний может быть обусловлено как непосредственно влиянием строительства на вмещающий грунтовый массив (техногенная акти- визация опасных геологических процессов), так и изменением тек- тонических, гидрогеологических и прочих характеристик массива под воздействием региональных природных факторов.

Активизация опасных геологических процессов может оказать от- рицательное воздействие на состояние инженерных сооружений, экосистем и привести к возникновению аварийных ситуаций, в том числе с непосредственной опасностью для жизнедеятельности лю- дей. Поэтому для своевременного прогноза и предотвращения воз-

никновения аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг опасных геологических процессов в зоне влияния строительства и реконструкции, а также на участках их потенциального развития.

Основными задачами системы мониторинга опасных геологиче- ских процессов являются:

∙ оценка региональной активности и динамики развития отдель- ных проявлений опасных геологических процессов в пределах ис- следуемой территории;

140