Осадочные грунты

Совокупность геологических процессов, определяющих современный со­став, строение, состояние и свойства осадочных горных пород, принято на­зывать литогенезом. Процессы литогенеза условно разделяют на ряд стадий: гипергенез — выветривание — разрушение кристаллических и других пород, образование новых минералов, обломков пород и минералов, коллоидных и истинных растворов; седиментогенез — перенос и отложение материала — образование осадка; диагенез — превращение осадка в осадочную породу; ка­тагенез — изменения осадочной породы; метагенез — глубокие изменения осадочной породы — образование метаморфизованных осадочных пород. Пос­ледние две стадии иногда объединяют одним понятием — эпигенез.

Образование исходного материала при выветривании

Исходный материал для формирования осадочных грунтов образуется в результате выветривания горных пород. Минеральный и гранулометрический состав продуктов выветривания, скорость процесса выветривания, мощность коры выветривания зависят от состава и строения исходных пород, их трещи­новатое™, длительности процессов, климата, рельефа, глубины залегания подземных вод.

Наиболее устойчивым минералом в коре выветри­вания является кварц. Слюды легко расслаиваются под влиянием колебаний температуры и периодического замораживания. Кроме того, биотит неустой­чив и по отношению к химическому выветриванию. Свежие полевые шпаты устойчивы к выветриванию, а их трещиноватые кристаллы разрушаются дос­таточно быстро; особенно легко выветриваются основные плагиоклазы.

Амфиболы и пироксены устойчивы к выветриванию, тогда как оливин разрушается легко и поэтому дуниты выветриваются очень быстро.

Магматические породы менее устойчивы к химическому выветриванию, чем осадочные. Среди последних морские гли­нистые отложения менее стойки, чем континентальные. Так, по данным С.Д.Воронкевича, в искусственных выработках за один год в неокомских мор­ских глинах Поволжья сформировалась зона щебенки мощностью около 0,5 м, тогда как в краснодветных глинах Перми в том же районе она не превышала 10 см.

Перенос и отложение осадочного материала

Осадочный материал, образовавшийся в результате выветривания пород различного состава и генезиса, в большей своей части перемещается затем по поверхности земли. При таком переносе, осуществленном текучими водами, ветром, льдом, под влиянием силы тяжести происходит дифференциация материала, его сортировка, изменяется форма минеральных частиц. Кроме того, при переносе текучими водами значительное количество вещества пе­реносится в виде растворов. Интенсивность переработки материала в процессе его транспортировки зависит не только от способа его переноса, но и от минерального состава, прочности связей между зернами, скоростей, с кото­рыми перемещаются обломки, и многих других факторов. Под их влиянием в областях седиментации накапливаются отложения различного генезиса, стро­ения, состава. Эти различия во многом предопределяют свойства грунтов и настолько существенны, что последующие преобразования осадка лишь под­черкивают их. Так, обломочный материал, который переносится дождевыми и талыми водами, преимущественно мелкозернистый, плохо сортированный. В горных реках донные и взвешенные наносы представлены галечниками и песками, а на равнинных реках во взвешенном состоянии находятся преиму­щественно частицы мельче 0,1 мм. В горных реках интенсивно идет процесс раздробления частиц, особенно галек, тогда как воды равнинных рек лишь истирают песчаные зерна.

При транспортировке обломочного материала ледников отсутствует сор­тировка, в составе морены можно встретить обломки различных размеров — от валунов до глинистых частиц.

При коагуляции растворов, особенно характерной для случая смешива­ния речных и морских вод, образуются гели, которые в дальнейшем при ста­рении превращаются в осадочные породы. Особенно типичен этот процесс для образования глин. Такие соединения, как карбонаты и сульфаты кальция, хлориты натрия и магния, не образуют коллоидных систем и осаждаются из истинных растворов. В современных условиях многие соединения (например, кремнезем) накапливаются в осадке биогенным путем.

В процессе образования осадка под влиянием молекулярных, электроста­тических и магнитных сил, возникающих между отдельными частицами, фор­мируются структурные связи, которые обусловливают первичное сцепление в грунтах. Его величина в молодых глинистых осадках, залегающих в припо­верхностном слое, имеет небольшую величину: 0,002—0,004 МПа в зависи­мости от минерального состава глинистых пород и характера процессов осадконакопления.

Инженерно-геологические свойства осадков, сформировавшихся под вли­янием различных процессов и имеющих, в силу этого, различное микростро­ение, неодинаковы. Достаточно указать на то, что связность осадка будет больше при ячеисто-хлопьевидной микроструктуре, а водопроницаемость выше при неоднородно-ячеистой.

Необходимо отметить, что при осаждении отдельных частиц и хлопьев на дне водоема в начале формируется рыхлый объемистый осадок, у которого частицы отделены друг от друга значительными промежутками, занятыми водой. В результате трения и сцепления, противодействующих силе тяжести, многие частицы могут находиться в неустойчивом положении, из которого они переходят в более устойчивое при возрастании давления.

Уплотнение осадка, происходящее в процессе диагенеза, происходит, по представлению Н.Я.Денисова (1948), вследствие перемещения частиц отно­сительно друг друга, при котором осуществляется взаимное проникновение частиц в промежутки между ними.

Уплотнение вновь образовавшегося осадка и, следовательно, изменение его микростроения в водной среде происходит до тех пор, пока трение между частицами и вязкость воды не уравновесят силы тяжести. При этом первона­чальное строение осадка и характер его структурных связей и прочность могут значительно измениться, однако вновь образующееся при этом микрострое­ние все же сохраняет известные черты микростроения осадка.