Мінералогічний склад метаморфічних порід в основному такий же, як і первинних магматичних та осадових. Але є мінерали, котрі зустрічаються лише в метаморфічних породах: кордієрит, дистен, ставроліт, андалузит тощо. Метаморфічні породи звичайно мають кристалічну структуру. Текстура більшості метаморфічних порід сланцювата. Така текстура зумовлена характерним розвитком кристалічних зерен при перекристалізації – довгою віссю в напрямі, перпендикулярному до напряму переважного тиску. Зустрічаються породи і з масивною текстурою.

Найголовніші метаморфічні породи утворюються так: гнейси – з магматичних (ортогнейси) й осадових (парагнейси) глинястих порід, мають сланцювату текстуру; філіти – з глинястих порід, текстура – сланцювата; слюдяні сланці – з глинястих порід внаслідок глибокої видозміни, текстура – сланцева; мармури – з вапняків та доломітів, текстура – масивна; кварцити – з пісків і пісковиків, текстура – масивна. Метаморфічні гірські породи не мають певних форм залягання, вони визначаються формою залягання тих порід, із яких вони утворились.

1.4. ВІК ГІРСЬКИХ ПОРІД І ШКАЛА ГЕОЛОГІЧНОГО ЧАСУ

Гірські породи утворювались у різний час, протягом усієї геологічної історії. Спочатку виникли магматичні породи, потім осадові й метаморфічні. Кожна гірська порода має певний вік. Дані про вік гірських порід необхідні для систематизації їх відкладень та складання геологічних карт і розрізів. Гірські породи, утворені одночасно у схожих умовах, мають приблизно однакові властивості. Розрізняють відносний та абсолютний вік.

Відносний вік визначають стратиграфічним і палеонтологічним методами. Стратиграфічний метод дозволяє визначати відносний вік осадових порід у даному місці, в умовах непорушеного залягання. При цьому нижній пласт давніший за той, що знаходиться над ним. Палеонтологічний метод дає змогу визначити відносний вік осадових порід по закам’янілих рештках стародавніх організмів, які знаходяться в цих породах. Для цього придатні лише ті види викопних організмів, які швидко змінювались у процесі еволюції. Ці організми називаються керівними копалинами. Прикладом можуть бути зовнішньо черепашкоподібні молюски-амоніти. Так можна визначити відносний вік як для випадків порушеного залягання осадових порід, так і для випадків, коли ці породи розташовані в різних місцях. Наприклад, наявність певного виду амонітів у товщі осадової породи в Європі та Північній Америці вказує на те, що ці породи утворились одночасно. В окремих випадках можна визначати відносний вік магматичних порід. Якщо вміщуюча порода має сліди плавлення, то магматична порода утворилась пізніше, ніж вміщуюча. Якщо таких слідів немає, то раніше утворилась магматична порода.

Абсолютний вік гірських порід визначають радіологічними методами. Найбільш поширений аргоновий метод. Ортоклази і слюди містять хімічний елемент калій, у складі якого є близько 0,011% слаборадіоактивного нукліду 40К. Цей нуклід нестійкий. Продуктом його розпаду (період напіврозпаду 40К

20

Залежно від відносного та абсолютного віку гірських порід геологічна історія, тривалість якої прийнято вважати 3,5 млрд. років, за часом була розділена на 5 ер. Товщі гірських порід, які утворилися в той час, поділяють на 5 груп. Ери ділять на періоди, групи – на системи, періоди у свою чергу на епохи (з поділом на віки, століття), а системи – на відділи (з поділом на яруси). Існують шкали: геохронологічна й стратиграфічна, тобто за часом і за відкладеннями. У сучасному вигляді вони показані в таблиці 1.4. Там же вказані найголовніші етапи геологічної історії.

Розміщення гірських порід різного віку в земній корі відображають на оглядових, регіональних і детальних геологічних картах. Геологічні карти складають за даними геологічної зйомки, які наносять на топографічну основу. Масштаби геологічних карт бувають від 1:5000000 у оглядових до 1:100000 і більше у детальних. Розповсюдження гірських порід або товщ, що утворилися в певний час, позначають за допомогою штрихування та індексів. Геологічні карти доповнюють розрізами й використовують при проведенні інженерногеологічних досліджень, де вони є вихідними документами та основою для складання інженерно-геологічних карт і розрізів.

2. ГЕОЛОГІЧНІ ТА ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ

2.1. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО ГЕОЛОГІЧНІ Й ІНЖЕНЕРНОГЕОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ

На поверхні Землі і в її надрах постійно відбуваються процеси, які безперервно змінюють її будову та склад. Ці процеси називаються геологічними. Більшість із них проходять дуже повільно порівняно з життям людини і навіть усього людства. Але саме вони протягом мільярдів років історії Землі приводили до разючих та великих змін у її зовнішньому вигляді і внутрішній будові. Серед геологічних процесів є й такі, які проходять дуже бурхливо та приводять до катастрофічних наслідків. До них можна віднести виверження вулканів, землетруси, раптові обвали, повені тощо. Але ці процеси проявляються порівняно рідко й охоплюють незначні за площею ділянки земної кори, їх роль в історії Землі другорядна.

Для зручності вивчення всі геологічні процеси ділять на внутрішні і зовнішні. Внутрішні процеси виникають під впливом дії внутрішніх сил Землі на земну кору. Зовнішні процесії є наслідком взаємодії земної кори з атмосферою, гідросферою та біосферою. Процеси внутрішньої динаміки Землі – ендогенні – проявляються у вигляді тектонічних рухів земної кори, вивержень вулканів, землетрусів. Процеси зовнішньої динаміки Землі – екзогенні – поділяються на три групи: вивітрювання, денудація й акумуляція. Внаслідок вивітрювання відбувається руйнування гірських порід і мінералів. Воно зводиться до механічного дроблення, розпушування та зміни хімічних властивостей під впливом води, кисню, вуглекислого газу і життєдіяльності організмів. Під денудацією розуміють сукупність процесів перенесення продуктів вивітрювання з підвищень до

22

лення морем русел річок свідчать про опускання суші.

Коливальні рухи виявляють безпосередньо з допомогою періодичного нівелювання. Високоточне нівелювання по трасі Забайкальської залізниці в 1906 і 1928 pp. засвідчило, що в деяких місцях підняття та опускання становили від 18 до 38 см. Про коливальні рухи, які відбувалися в минулому, свідчить характерний склад товщі осадових порід. Чергування в ній шарів, утворених на суші і в морі, вказує на підняття й опускання суші, які супроводжувались наступанням та відступанням моря.

Коливальні рухи земної кори визначають характер геологічної діяльності поверхневих текучих вод і моря. Підняття посилює процеси розмивання суші текучими водами, а опускання послаблює (зменшує) їх. Опускання суші веде до активізації процесу руйнування берега хвилями прибою. Зміни висотного положення поверхні суші внаслідок коливальних рухів слід ураховувати при проектуванні мостів, гребель, каналів, доріг на березі моря.

Складчасті рухи призводять до утворення складок у товщах осадових гірських порід. Явище повзучості, яке розвивається в гірських породах при тривалому впливі стискуючих сил, сприяє зминанню в складки пластів. Складки утворюють складчасті системи й пояси на значних просторах. Складки бувають двох видів: антиклінальні (опуклі) та синклінальні (ввігнуті) (рис. 2.1).

Розривні рухи утворюють у земній корі глибокі розломи, по яких окремі її ділянки опускаються вниз, утворюючи провалля, а інші піднімаються вгору, утворюючи виступи. Провалля одержали назву грабенів, підняття – горстів (рис. 2.2). Озеро Байкал є великим грабеном, заповненим водою. Рух масивів гірських порід по вертикалі часто супроводжується зміщеннями, по горизонталі

– зсувами.

Складчасті та розривні рухи являють собою горотвірний процес. Багато вчених вважають, що такі рухи виникають у зв’язку з горизонтальним переміщенням великих ділянок земної кори – плит. Цей процес має глобальний характер.

Унаслідок процесів гороутворення виникають різноманітні порушення залягання гірських порід, які називаються дислокаціями. Дислокації бувають без розриву суцільності порід (наприклад, складка) та з розривом суцільності

24

2

1 3

(наприклад, горст і грабен).

Наявність дислокацій на ділянці будівництва створює своєрідні умови проведення будівельних робіт. Так, у верхній частині антиклінальні породи розбиті тріщинами в процесі гороутворення. Тому вони швидко руйнуються. Нерідко в місцях давніх антикліналей зустрічаються поглиблення, утворені внаслідок руйнування та винесення ослабленої породи. Навпаки, в нижній частині синкліналі (мульді) породи напружені за рахунок стискуючих напруг. При розробленні таких порід часто трапляються раптові обвали стійких на перший погляд схилів і навіть викид уламків. Наявність дислокацій значно ускладнює ін- женерно-геологічні умови будівельних майданчиків. Доводиться робити фундаменти однієї споруди на різних ґрунтах, що може спричинити нерівномірні деформації. Похиле залягання пластів гірських порід спричиняє небезпеку утворення зсувів.

Просторове положення пласта визначається елементами залягання: азимутами ліній простягання й падіння та кутом падіння (рис. 2.3). Простягання пласта характеризується лінією, яка утворюється при перетині площини пласта з горизонтальною площиною. Падіння пласта визначається лінією, проведеною в площині пласта перпендикулярно до лінії простягання. Кут падіння пласта – це кут між площиною пласта і горизонтом.

Для визначення елементів залягання пласта під час геологічної зйомки застосовують гірський компас. Він відрізняється від звичайного тим, що має градусний поділ лімба, направлений проти годинникової стрілки. Для визначення азимута лінії падіння його встановлюють у горизонтальне положення південною стороною до лінії простягання. Відлік проти північного кінця магнітної стрілки дає азимут лінії падіння. Лінія простягання має два азимути. Кут падіння визначається за допомогою виска, який є в гірському компасі. Кінцеві виміри елементів залягання пласта можуть мати такий вигляд: ПЗ 234°, 21°. Із запису випливає, що пласт має кут падіння на південний захід, а його площина розташовується відносно горизонту під кутом 21°. Щоб визначити азимут простягання, досить додати або відняти 90 ° від азимута падіння.

25