Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика пород Московской синеклизы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика пород Московской синеклизы

Московская синеклиза представляет собой пологий прогиб северо-восточного простирания, выполненный мощной толщей (до 4 км) отложений позднего протерозоя и фанерозоя. Поскольку отложения древнее каменноугольных залегают на больших глубинах (более 1 км), начнем с описания отложений этой системы. Герцинский структурный этаж. Отложения карбона и Перми слагают верхнюю часть разреза этого структурного этажа и представлены разнообразными по составу отложениями, которые можно объединить пять формаций: терригеяно-карбонатную, угленосную, карбонатную, и терригенную красноцветную.

Породы терригенно-карбонатно и формации нижнего карбона развиты главным образом южнее городов Боровичи, Рыбинск, Галич и Шарья и выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине (10-50 м) под покровом четвертичных отложений лишь вдоль юго-западной границы региона. Это толща глин и известняков с отдельными прослоями песчаников и алевролитов, образовавшаяся в условиях жаркого влажного климата в мелководном морском бассейне с неустойчивым режимом. Общая мощность отложений достигает 80 м. Низы разреза обычно представлены известняками тонко и мелкозернистыми, массивными, реже слоистыми, часто обломочными. Объемная масса известняков колеблется от 2,45 до 2,47 г./см 3, временное сопротивление раздавливанию прочных разностей составляет 800-10 г., 1000 105 Па, слабых 300-105-500, 105 Па. Верхи толщи сложены глинами, характеризующимися высокими показателями дисперсности (до 90% глинистой фракции), пластичности, гндрофильности и емкости поглощения (25 мг-экв), что связано с преобладанием в их составе минералов группы монтмориллонита.

Определение показателей сопротивления сдвигу турнейскнх глин на этих объектах дало следующие результаты: угол внутреннего трения 8-10°, сцепление 0,5-105 -1,15-105 Па. При использовании статического зондирования были получены близкие значения соответственно: 9° и 0,5-105 Па. Наиболее типичные значения модуля общей деформации турнейскнх глин (по данным полевых испытаний) колеблются от 240-105 до 300-105 Па. Обводненность отложений зависит в значительной степени от рельефа: наибольшая водообильность отмечается в долинах рек и на их склонах, на водоразделах она резко уменьшается. Воды в основном гидрокарбонатные кальциевые с минерализацией до 1 г/л. Угленосная формация визейского яруса раннего карбона, образовавшаяся в условиях влажного и жаркого климата на обширной заболоченной равнине, представлена толщей континентальных песчано-глинистых отложений мощностью до 130 м с пластами и пропластками угля. Неустойчивый тектонический режим обусловил значительную фациальную изменчивость отложений и частую смену различных пород в вертикальном разрезе. Глины, входящие в состав формации, представлены преимущественно пылеватыми разностями с содержанием глинистой фракции до 50-88%. Они в основном каолинитовые, уплотненные, с различной емкостью поглощения (от 5 до 25 мг-экв). Изредка встречаются плотные, сланцеватые углистые глины. Основные показатели физических свойств глин приведены в табл. 62. В естественном залегании глины характеризуются высоким сопротивлением сдвигу: сцепление 0,32-105-0,7-105 Па, угол внутреннего трения 27-30° (Верхнеупинское водохранилище, г. Тула). Вместе с высокими значениями модуля общей деформации это позволяет оценивать глины как надежное основание инженерных сооружении. 13 горных наработках глины проявляют склонность к пучению. Деформации при этом носят характер хрупкого разрушения или пластического течения, но не достигают большой интенсивности. Прослои и линзы песков составляют около 30% разреза. Пески тонко- и мелкозернистые, существенно кварцевые. Для них характерно высокое содержание глинистых частиц, что часто придает пескам плывунные свойства. По А.С. Гераскиной, к наиболее «злостным» плывунам относятся пески, содержащие до 8-13% глинистой фракции монтмориллонитового состава. Для них характерен небольшой коэффициент фильтрации порядка 0,00003-0,003 м/сут, тиксотропность. значительная емкость поглощения и высокая пористость (55-74%). - Коэффициент фильтрации песков, не обладающих плывунными свойствами, много больше, но обычно не превышает 1-2 м/сут. Водообильность отложений невелика. По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциевые, по мере погружения пород в северо-восточном направлении переходящие в сульфатно-кальциевые, пресные с минерализацией до 0,1-0,5 г/л. Карбонатная формация намюра, среднего и позднего карбона, сформировавшаяся при неустойчивом тектоническом режиме в условиях смены морского осадконакопления лагунным, а временами и континентальным, сложена известняками, доломитами, мергелями с отдельными прослоями и пачками песчано-глинистых образований. Карбонатные породы, слагающие формацию, представлены широким спектром литологических типов: органогенными, органогенно-детритовыми, органогенно-пелитовыми, оолитовыми и др. В процессе эпигенеза все эти породы подверглись значительным вторичным изменениям (доломитизации или раздоломичиванию, окремнению, кальцитизации, огипсованию и др.) существенно сказавшимся на их составе, структуре и физико-механических свойствах. Доломитизацией затронуты в той или иной степени все разности известняков. В однородных мелкозернистых известняках вторичный доломит образует крупные порфиробластовые выделения, в органогенных замещает в первую очередь тонкий цемент. Широко развито также окремнение в виде рассеянных выделений, значительно повышающих прочность породы (кремнистые известняки), или отдельных конкреций кремнезема. Огипсование наблюдается только в верхней части разреза. Гипс образует отдельные небольшие прослои, но чаще выполняет трещины, поры, пустоты, а также метасоматически замещает отдельные участки породы. Физико-механические свойства пород карбонатной формации зависят главным образом от степени их трещиноватости, закарстованности и вывстрелости, а у монолитных разностей-от степени доломитизации, окремнения, огипсовання, а также присутствия в их составе глинистого и органического материала. Среди известняков наиболее высокой прочностью обладают чистые кристаллические разности, у них временное сопротивление раздавливанию достигает 600-105-800-1000 Па. У глинистых и органогенных разностей величина временного сопротивления раздавливанию значительно ниже-100-105 -200-105 Па. Выветрелость и трещиноватость известняков нередко снижают временное сопротивление раздавливанию до (30-105-50-Ю 5 Па), а иногда и ниже. Доломиты и доломитизированные известняки отличаются от чистых известняков более высокой прочностью (временное сопротивление раздавливанию повышается у них до 1000-105 -1200-105 Па), большей объемной массой; меньшими пористостью и водопоглощением. Породы карбонатной формации сильно изменены процессами выветривания, которые развивались на территории региона, как во время внутриформационных континентальных перерывов, так и после завершения накопления отложений карбонатной формации в длительный до - юрский континентальный перерыв. Поскольку море освобождало Московскую синеклизу постепенно в течение всего герцинского этажа ее развития, смещаясь от ее западной границы к подножию Урала, коры выветривания формировались на карбонатных отложениях всех отделов карбона и ранней перми, в тех местах, где они не перекрывались более молодыми палеозойскими отложениями. Наиболее мощные коры выветривания приурочены к бортам древних долин и положительным формам рельефа, где наблюдались интенсивные тектонические движения. Здесь наблюдается повышенная трещиноватость. пород и особо благоприятные условия для глубокой циркуляции грунтовых вод и проникновения других агентов выветривания в толщу отложений. На плоских нерасчлененных водоразделах коры выветривания отсутствуют или маломощны. Развитие процессов выветривания в известняках и доломитах обладает определенным своеобразием, связанным с высокой растворимостью этих пород. В начальных стадиях оно проявляется главным образом в расширении трещин различного генезиса (диагенеза, тектонических, выветривания) и постепенном превращении монолитной породы.

В «разборную скалу», состоящую из плитчатой или глыбовой отдельности различного размера. Дальнейшее выветривание приводит к образованию элювия, состоящего из обломков и более тонкого материала различной крупности. При этом в отличие от сапролитов образующихся на метаморфических и изверженных породах, первичная спайность здесь полностью утрачивается я элювий приобретает рыхлый, бесструктурный характер. Однородные продукты выветривания типа алеврита особенно часто образуются на доломитах и получили название «доломитовой муки»

В большинстве случаев мощность слоя доломитовой муки измеряется метрами, но местами достигает 20 м и более. Так, в Окско Клязьминском районе мощность толщи доломитовой муки достигает 40 м (Пичугин, 1962). Нередко сильно выветрелая порода, превращенная в доломитовую муку, на расстоянии нескольких сотен метров замещается сравнительно слабо выветрелыми породами. Нередко также под слабо выветрелыми породами залегает толща, превращенная в бесструктурный элювий (влияние глубинного выветривания, связанного с циркуляцией грунтовых вод). Поэтому присутствие в верхней части разреза сравнительно прочных известняков и доломитов еще не может служить гарантией того, что ниже не будут встречены породы, превращенные в доломитовую муку со щебнем (рис. 48). Имеющиеся данные свидетельствуют о невыдержанности свойств бесструктурного карбонатного элювия. Здесь встречаются весьма плотные разности с объемной массой 2,15 г/см а, с коэффициентом пористости 0,420 и очень рыхлые соответственно 1,40 и 1,600. В зависимости от условий залегания существенно колеблется и влажность от 14 до 25%. В соответствии с этим в очень широких пределах изменяются деформационные характеристики элювия. Так, компрессионные модули деформации изменяются от 70-105 до 800-105 Па, т.е. примерно в 11 раз. При испытании пород коры выветривания штампами в г. Ногинске были получены следующие значения модуля деформации: для крупного щебня 350-105 -500-105 Па, для дресвы 250-105 - 340-105 Па и для доломитовой муки 180-105 -190-105 Па. Прочность элювия определяется в большинстве случаев высокими значениями угла внутреннего трения (26-37°), но в отдельных случаях высокие значения имеет и сцепление (0,37 - 10-й -0,48-105 Па), что, возможно, связано с большим содержанием глинистого материала в муке.

Московской обл. (по С.А. Акинфиеву). Четвертичные аллювиальные отложения: 1 - песок мелкий; 2 - песок с включением гравия и гальки. Меловые отложения: 3 - песок с глыбами песчаников. Юрские отложения: 4 - глина черная. Элювиальные образования предположительно триасового возраста: 5 - доломитовая мука (алевриты и пески мелкие); 6 - щебень и дресва доломитов с доломитовой мукой; 7-доломиты сильно выветрелые, кавернозные, выщелоченные, трещиноватые не вероятно, что существенную роль может играть и зацепление, обусловленное неровными изъеденными ромбоэдрами доломита. Большинство разностей карбонатного элювия легко переходит в плывунное состояние и теряет свою прочность. Иногда доломитовая мука бывает обогащена глинистым материалом и обладает пластичностью. Некоторые разности доломитовой муки просадочны. Необходимо отметить, что образование толщ доломитовой муки предохраняет подстилающие породы от активного развития карста (Пичугин, 1962). Опыт строительства на доломитовой муке пока сравнительно невелик, по уже известны случаи значительных деформаций и даже полного разрушения сооружений. Дело не только в неблагоприятных свойствах доломитовой муки, резком снижении ее прочности при увлажнении, но и в трудностях улучшения ее свойств. Как показал опыт, такие методы, как цементация, силикатизация и другие, не дают здесь должного эффекта в связи с низкой проницаемостью доломитовой муки. Что же касается поверхностного и глубинного уплотнения, то эти методы в применении к доломитовой муке пока не опробованы, поэтому трудно судить об их эффективности.

Глины, принимающие участие в строении формации, однотипны. Они умеренно пластичны и гидрофильны, слабо набухают и обладают прочными коллоидно-кристаллизационными связями, повышающими их; прочность и снижающими сжимаемость. Характерна также повышенная стойкость глин к выветриванию, объясняющаяся пониженной емкостью обмена и значительной прочностью структурных связей. Основные показатели физико-механических свойств каменноугольных глин Московской синеклизы приведены в табл. Средние значения модуля общей деформации известковистых каменноугольных глин, полученные испытаниями с помощью штампов, проводившимися ПНИИИСом по ряду объектов Подмосковья, колеблются от 100-105 до 440-105 Па. Более низкие значения (176 - 105-204-105 Па), были получены ЦТИСИЗом в Серпухове и Воскресенске. Ф.В. Котлов (1958) отмечает, что в ряде случаев модули общей деформации каменноугольных глин превысили 900-106 Па. Глины устойчивы в откосах и в подземных выработках. Являются надежным и малосжимаемым основанием при строительстве инженерных сооружений. Водообильность пород формации обусловлена их трещииоватостью и закарстованностью. В верхней части карбонатной толщи до глубины 80-120 м воды пресные с минерализацией до 0,2-0,7 г/л, по составу гидрокарбонатные кальциево-магниевые. На отдельных участках вдоль границы распространения пермских отложений встречаются солоноватые сульфатные и кальциевые воды с минерализацией 1-3 г./л (за счет увеличения загипсованное пород). Галогенно-карбонатная формация ранней Перми, образовавшаяся в бассейне повышенной солености, включает наравне с известняками и доломитами гипсы и ангидриты, а местами чисто галогенные образования. Глубина залегания этой формации на боль шей части территории региона превышает 500 м, поэтому большого значения для оценки условий строительства сооружений в этом регионе она не имеет.

Ее инженерно-геологическая характеристика приведена ранее, где она пользуется более широким распространением, залегает вблизи поверхности и лучше изучена в инженерно-геологическом отношении. Терригенная красноцветная формация поздней Пермираннего триаса представлена монтмориллонитовыми и гидрослюдисто-монтморнллонитовыми глинами и мергелями, отлагавшимися в мелких пресноводных водоемах в условиях умеренного гумидного климата. Отложения формации широко развиты в пределах региона. Обычно они залегают непосредственно под четвертичными отложениями на глубине 20-30 м, а в бассейнах рек Вычегды, Ветлуги выходят на дневную поверхность. Мощность их достигает 600 м

Входящие в состав формации глины неоднородны по цвету, текстуре, составу. Они обычно пылеватые и опесчаненные, слюдистые и известковистые, имеют характерный оскольчатый излом, иссечены системой мелких трещин (часто с зеркалами скольжения). Монтморнллонитовые глины комковатые, а иллитово-монтмориллонитовые обладают неясно выраженной слоистостью. У комковатых глин по сравнению с некомковатыми примерно в 1,5 раза ниже сопротивление сдвигу и во столько же выше емкость поглощения. Мергели широко развиты в татарском ярусе (до 30% объема) и совершенно отсутствуют в нижнетриасовых отложениях. Имеется до шести разновидностей мергелей, отличающихся друг от друга по содержанию карбонатного вещества, прочности, сложению и цвету. Преобладают плитчатые мергели серого и лилового цвета. Алевролиты также развиты более широко в нижних горизонтах формации. Они в разной степени опесчаненные, кварц-полевошпатовые и кварцевые, в низах толщи и (нижнеустьинская свита) загипсованные. Пески формации по механическому составу варьируют от тонкозернистых глинистых до крупнозернистых. Преобладают Свойства ОСНОВНЫХ. В условиях консолидированного сдвига угол внутреннего трения у татарских глин 25° (Череповец, 58 опр.), у нижнетриасовых глин-18° (Кострома, 15 опр.), у татарских глинистых мергелей -27° (Череповец, 36 опр.). Величина сцепления этих пород соответственно составляет: 0,53-105 Па и 0,69-105 Па. Породы формации, не подвергавшиеся выветриванию, не проявляют заметных изменений физико-механических свойств с глубиной. В большей степени некоторые механические свойства зависят от текстурных особенностей грунтов. Так, у комковатых глин сопротивление сдвигу заметно ниже, чем у некомковатых. Прочность пород на раздавливание зависит не от глубины, а от их карбонатности, строения и состава цемента (табл. 67) и в меньшей степени от влажности и пористости. Модуль деформации некарбонатных глин по данным статического зондирования (г. Шексна) составляет 270-10 280-10 5 Па. В верхах разреза песчаники обычно» разрушены до песка, глины до мелких бесформенных комочков, а мергели - до мелких обломков или же плиток. Ниже породы изменены в меньшей степени и по физическому состоянию и свойствам близки к невыветрелым, но в сильной степени трещиноваты, в связи, с чем их общая устойчивость в массивах заметно ниже. Породы формации спорадически обводнены. Водообильность в целом слабая и зависит от состава и мощности песчаных и карбонат.

Химический состав вод крайне пестрый с повышенной минерализацией (до 1-7 г/л). В местах гидравлической связи с вышележащими водами наблюдается опреснение до 0,6 г/л. Киммерийско-алышйский структурный этаж сложен' преимущественно породами сероцветной терригенной (средняя юра-ранний мел) и кремнисто-мергельно-меловой (поздний мел) формаций, сформировавшимися в пределах Московской синеклизы после длительного конпюю и частичнесреднюю юру. Палеогеновые и неогеновые отложения, накапливавшиеся в отдельных долинах бассейнов палео-Оки и Волги и в озерных котловинах, из-за локального развития не имеют большого инженерно-геологического значения и здесь не рассматриваются. Терригенная сероцветная формация средней юры раннего мела объединяет отложения трех комплексов; алеврито-песчаные, включающие континентальные осадки батского и прибрежно-морские отложения нижней части келловейского ярусов; глинистого, охватывающего морские отложения верхней части келловейского, оксфордского, киммерийского и нижней половины волжского ярусов, и глинисто-песчаного, включающего отложения верхней поло - вины волжского яруса, нижнего мела и сеномана. Общая мощность отложений в наиболее погруженной части синеклизы (район Александрова, Ярославля, Галича) превышает 200 м. Отложения алеврито-песчаного комплекса мощностью 10-80 м широко развиты и залегают неглубоко (10-50 м) только в восточной части региона (южнее Сыктывкара), где они представлены преимущественно песками. В южных частях синеклизы их распространение ограничено доюрскими погребенными долинами. Глубина залегания возрастает здесь до 100-200 м, а в разрезе преобладают глины с прослоями алевритов. Глины озерно-болотного генезиса темно-серые, пылеватые или тонкопесчаные, часто битуминозные. Содержание глинистой фракции составляет 30-40%. алевритовой -30-55, песчаной -15%. В породе присутствует до 8% органического вещества (как в тонкорассеянном состоянии, так и в виде небольших скоплений), оказывающее цементирующее влияние на породы, почти полностью лишенные карбонатов и кремнезема. Глины относятся к породам средней степени уплотнения и дегидратации. Их естественная влажность достигает 20-30%, что превышает границу раскатывания (19-24%), но, как правило, ниже границы текучести (32-34%). Предел прочности глин при одноосном сжатии обычно колеблется от 3-105 до 5' 105 Па, но у некоторых обогащенных битумом разностей его значение увеличивается до 20-10 - 2 5 - 105 Па. Пески комплекса обычно тонко- и мелкозернистые, пылеватые и сильно пылеватые, в естественном состоянии имеют довольно высокий предел прочности (3-10 5 - 4-10 5 Па). Динамические воздействия, вибрация и дополнительное увлажнение способствуют нарушению их структурных связей и оплыванию. Некоторые разности батских песков по своим свойствам близки к истинным плывунам; для них характерны высокая тиксотропность и водоудерживающая способность, малое межчастичное сцепление и низкая водопроницаемость. Водообильность песков крайне неравномерная. По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциевые с минерализацией до 0,7 г/л. Местами за счет разложения серного колчедана отмечается повышенное содержание сульфатов. Отложения глинистого комплекса развиты главным образом в центральных областях (Московская, Рязанская, Тульская и др.). Глубина их залегания изменяется от нескольких метров до 150 м. Они представлены глинами темно-серыми, полидисперсными, глауконито - гидрослюдисто-монтмориллонитовыми с примесью кварца, органического вещества, фосфорита и др. Для глин характерна довольно высокая пористость и влажность. В то же время они обладают значительной уплотненностью. Монтмориллоните гидрослюдистый состав обусловливает высокую пластичность глин, не соответствующую гранулометрическому составу (по гранулометрическому составу они относятся к суглинкам, а по числу пластичности к глинам). Высокое содержание монтмориллонита сказалось и на повышенных влагоемкости, коллоидной активности, обменной и адсорбционной способности глин. Так, емкость поглощения 1 глин достигает 35-55 мг-экв/100 г. Для верхнеюрских глин характерно закономерное изменение минерального, гранулометрического состава, физических и механических свойств, как по простиранию, так и по разрезу. От низов к верхам комплекса уменьшается содержание глинистых частиц (от 80 до 40%) а консистенция пород переходит от твердой и полутвердой к мягкопластичной и скрытотекучей. В том же направлении постепенно уменьшается прочность глин и возрастает их сжимаемость. Показатели сжимаемости и прочности юрских глин находятся в тесной зависимости от глубины залегания (геостатической нагрузки). На водоразделах, где мощность перекрывающих пород обычно значительна, они обладают более благоприятными свойствами, чем в долинах рек, где они находятся в состоянии разгрузки и разуплотнения. В целом, несмотря на высокие значения коэффициента пористости (0,7-1.5), они характеризуются довольно высокими значениями показателей сжимаемости и прочности. Прочностные показатели приводятся для условий консолидированного сдвига. При штамповых испытаниях модули общей деформации юрских глин обычно колеблются от 150 105 до 250-105 Па. Обобщение имеющихся данных по определению показателей сопротивления сдвигу в разных пунктах Московской синеклизы дают следующие средние характеристики: угол внутреннего трения 16-22°, сцепление 0.43-105 - 0,94-105 Па.

Глины чувствительны к внешним воздействиям и нестойки к выветриванию. На склонах с ними связаны оползни, причем наиболее ослабленной зоной является контакт между оксфордскими и нижневолжскими глинами. Рыхлые и сильно увлажненные песчаные и алевритовые глины (по числу пластичности соответствующие супесям и легким суглинкам) нижней половины волжского яруса тиксотропны и при динамических воздействиях могут переходить в текучее состояние. В гидрогеологическом отношении глинистая келловей-нижневолжская толща является водоупором, разделяющим верхневолжский и баткелловейскнй водоносные горизонты. Глинисто-песчаный комплекс мощностью до 130 м распространен в тех же частях региона, что и комплекс глинистых отложений, но занимает значительно меньшую площадь.

Как правило, он залегает непосредственно под четвертичными отложениями на глубине 5-40 м, выходя в долинах рек на дневную поверхность. В составе комплекса можно выделить четыре основных типа отложений, отличающихся по своим физико-механическим свойствам.

Первый тип - пески верхневолжского яруса отличается весьма специфическими инженерно-геологическими свойствами, связанными с присутствием в их составе глауконита, обладающего высокой гидрофильностью и предающего пескам пластические свойства. Содержание глауконита достигает 30-40, а местами 60% ' веса фракции мелкого песка и пыли. Глауконит присутствует также в составе глинистой фракции. При увеличении содержания в песках глинистых частиц более 10% пески согласно действующим классификациям грунтов по гранулометрическому составу переходят в супеси. Но число пластичности из-за примеси глауконита возрастает при этом настолько значительно, что по этому классификационному критерию они превращаются уже в суглинки и даже глины. При этом поведение их во взаимодействии с водой и механические свойства в полной мере отвечают этим категориям грунтов. Мощность верхневолжских глауконитовых песков 2-7 м, они распространены на обширных площадях Подмосковья, в Ярославской и Ивановской областях и в Костромском Поволжье. Залегают пески вблизи поверхности непосредственно под покровом четвертичных отложений и часто являются основанием инженерных сооружений.

Ко второму типу можно отнести переслаивание алевритов, глинистых песков и песчанистых глин, характерное для неокома. Породы в основной массе состоят из тонко и мелкозернистого песка, содержащего кварца до 90%, обломков кремнистых пород и глауконита. Глинистая фракция в основном представлена каолинитом и гидрослюдой. В воде породы образуют суспензию, устойчивость которой обеспечивается присутствием в тонкодисперсной фракции примесей высокогидрофильных и физико-химически активных гумуса (до 5%), монтмориллонита, глауконита и гидроокислов железа. Естественная влажность пород 18-28% несколько ниже их границы текучести (26-34%), незначительно выше величины максимальной молекулярной влагоемкости (5-17%). Породы характеризуются слабой водопроницаемостью и плохой водоотдачей (коэффициент водоотдачи 1-10%). При высыхании они не обнаруживают усадки, практически не набухают. В естественном состоянии, благодаря присутствию высокоактивной тонкодисперсной составляющей, породы обладают большим структурным сцеплением. Предел их прочности при одноосном сжатии изменяется от 0,5-105 до 4-Ю 5 Па. При механическом воздействии в результате нарушения структурных связей и высвобождения свободной воды породы теряют связность и оплывают. Дополнительное увлажнение также вызывает нарушение связности и оплывание пород. Преобладание инертной песчано-алевритовой фракции, присутствие высокоактивной тонкодисперсной составляющей, высокая гидротированность, слабая водопроницаемость, высокая водоудержпвающая способность позволяют считать эти породы приближающимися к истинным плывунам. Такие породы обладают малым межчастичным сцеплением и вязкостью, высокой деформируемостью и текучестью при малых напряжениях сдвига.

К третьему типу отложений относятся алевритовые глины с прослоями тонкозернистого песка и алеврита, также характерные для неокома. Глины тяжелые пылеватые. Содержание пыли в них 25-40%, фракции тонкого и мелкого песка 30-40%, глинистой фракции 40-50%. Емкость поглощения пород 10-14 мг-экв/100 г. В поглощенном комплексе преобладает кальций. Основные показатели физических свойств глин приведены в табл. 68. Предел прочности глин при одноосном сжатии колеблется от 6-10 5 до 10:10 5 Па; при содержании аморфного кремнезема до 1,5% он возрастает до 18-105 Па. Показатели сопротивления сдвигу невысокие: угол внутреннего трения в среднем 18°, сцепление 0,78-105 Па. Давление начала сжатия (структурная прочность) при компрессионных испытаниях модуля общей деформации глин в массиве колеблются от 85-105 до 320-Ю 5 Па (в среднем 140-10 5 Па). Величина набухания глин 1-12%.

Четвертый тип отложений - пески с прослоями глин - характерен для апта, альба и сеномана. Среди песков преобладают глинисто - пылеватые разности с содержанием фракции тонкого и мелкого песка 60-70%, фракции пыли 10-15%, фракции глины 1-5%. Характерно присутствие глауконита (5-15%). Глинистая часть представлена малоактивным каолинитом, но, несмотря на это, емкость поглощения глинистой составляющей достигает 17 мг-экв/100 г., а иногда и более. Объясняется это значительной (до 7%) примесью в породе органических коллоидов, обеспечивающих устойчивую стабилизацию глинистых частиц и способствующих образованию структур, близких к стабилизационным. Высокая активность их оказывает существенное влияние на свойства пород, сообщая им некоторую гидрофильность, высокую подвижность, водоудерживающую способность и низкую водопроницаемость. Обладая, однако, ничтожно малым межчастичным сцеплением, пески легко разжижаются и оплывают при очень малых разрушающих напряжениях. Физические свойства песков по отдельным пунктам опробования даны в табл. 70. При взаимодействии с водой пески теряют связность и быстро распадаются на отдельные частицы. По данным И.Г. Коробановой (1970), при градиентах фильтрационного потока 0,4-9,0 пески, как правило, полностью разжижаются, и начинается суффозионный вынос тонких частиц. Невыдержанность литологического состава пород формации обусловливает весьма неравномерную их обводненность даже на сравнительно небольших расстояниях.

Кремнисто-мергельно - меловая формация позднего мела развита в районе Дмитрова, Загорска и Александрова, а также на отдельных участках в Смоленской, Калужской и Рязанской областях. Мощность толщи 40-50 м, глубина залегания до 20 м. Подробная характеристика этой формации дана в главах 16 и 17, поэтому, во избежание повторений, мы ее здесь не приводим. Верхнеальпийский этаж сложен разнообразными по генезису и условиям залегания четвертичными отложениями, перекрывающими более древние породы и являющимися основанием абсолютного большинства выстроенных в пределах региона инженерных сооружений. На территории региона достоверно установлены отложения пяти оледенений, но только два из них окское и днепровские распространялись на всю его площадь. Отложения наиболее древнего окского оледенения и все доднепровские осадки различного генезиса сохранились только в немногих глубоких речных долинах. Отложения московского и последующих оледенений имеют менее широкое площадное распространение. Поздние плейстоценовые и голоценовые отложения представлены широким спектром генетических типов, характерных для господствующего здесь в это время умеренного гуммидного климата: аллювиальных, озерных, болотных и др. Только на Крайнем Севере, вдоль побережья морей Полярного бассейна, развита толща осадков морского генезиса. Общая мощность четвертичных отложений региона колеблется от 3-80 м на водоразделах (местами они отсутствуют, а в области конечно-моренных гряд мощность их достигает 100-145 м) до 150 - 260 м в древних долинах, где сохранились наиболее полные разрезы. Морены днепровского, московского, калининского и осташковского оледенений. Как уже отмечалось выше, наиболее широко распространены, морены днепровского и московского оледенений. Днепровская морена особенно хорошо изучена за пределами распространения московского ледника, где она плащеобразно перекрывает водоразделы с абсолютной высотой до 200 м и спускается в доднепровские долины на 40-50 м ниже нулевой отметки. Мощность обычно 10-15 м, иногда возрастает до 50 м на водоразделах и 80 в погребенных долинах. Морена залегает на дочетвертичных, реже доднепровских четвертичных отложениях, а перекрывается покровными московско-калининскими или водно-ледниковыми московскими образованиями мощностью до 20 м. Линзами внутриморенных песков, галечников и ленточных глин мощностью от долей метра до 30 м (г. Юрьевец), днепровская морена делится на несколько горизонтов, что позволяет, предполагать наличие нескольких стадии (фаз или осцилляций) днепровского ледника. Московская морена, распространена повсеместно между границами московского и калининского оледенений, а севернее, в пределах распространения позднеплейстоценовых оледенений, сохранилась преимущественно в понижениях дочетвертичного рельефа. Южней р. Сухоны она лежит на днепровской морене, днепровско-одннцовско-московских отложениях и в редких случаях на дочетвертпчных породах. На севере региона она залегает преимущественно на дочетвертичных образованиях и на осадках северной трансгрессии и их континентальных аналогах. Перекрывается морена или маломощным (несколько метров) чехлом покровных образований, или водно-ледниковыми и озерно-аллювиальными московско-калининскими отложениями мощностью от 0,5 до 40 м. Московская морена также часто делится межстадиальными осадками на два горизонта. С более поздней стадией оледенения связаны хорошо выраженные в рельефе конечно-моренные гряды (Клинско - Дмитровская, Плес-Галичская, Галичско-Чухломская и др.). Мощность морены колеблется от 5 до 20 м, изредка возрастая до 50 м, а в зоне конечных морен и в древних долинах даже до 100 м. Калининская морена распространена в северо-западной части региона. Обычно она залегает непосредственно с поверхности на абсолютных отметках от 250-300 м на междуречьях до 20-50 м в понижениях докалининского рельефа. Мощность ее изменяется от нескольких метров до 60 м. На западе Вологодской (г. Череповец), в Калининской и на севере Смоленской областей морена иногда расслаивается на две пачки, разделенные слоем межстадиальных глин и тонкозернистых кварцевых песков. Морена осташковского оледенения в пределах региона распространена ограниченно, прослежнваясь узкой полосой вдоль его западной и северо-западной границ. Для нее характерны хорошо выраженные в рельефе конечно-моренные образования в виде отдельных холмов и гряд высотой до 90 м и длиной до 50-80 км. Мощность морены весьма различна и резко меняется даже на небольших расстояниях. Как правило, она залегает на поверхности, лишь местами перекрываясь маломощными водно-ледниковыми образованиями того же возраста или послеледниковыми осадками разного генезиса, подстилается преимущественно калининской мореной, московско-мологошекснинско-калининскими отложениями, реже дочетвертичными породами. Основные морены описываемых оледенений представлены плотными валунными суглинками, супесями, реже глинами, иногда с неясной псевдослоистостью, нередко оскольчатыми. На отдельных участках в моренах встречаются линзы, гнезда и прослои разнозернистого песка, гравийно-галечного материала и ленточных глин. В моренных суглинках содержится от 5 до 40% гравия, гальки и валунов различной степени окатанности, преимущественно местных осадочных пород (известняков, мергелей, алевролитов, аргиллитов, песчаников) и реже изверженных и метаморфических образований. Среди последних преобладают породы скандинавского происхождения (гранитоиды, шокшинские кварциты, нефелиновые сиениты) и только на северо-востоке территории (верховья Вычегды, Камы, Вятки) в днепровской и московской морене встречаются Урало-Тиманские породы. Здесь же в днепровской морене изредка содержится ракушечный детрит. Для всех морен, особенно для днепровской и московской, характерно большое количество отторженцев дочетвертичных пород, мощность которых меняется от. десятков сантиметров до 50 м. Цвет морей, как правило зависит от состава подстилающих ее дочетвертичных пород (области развития пермских триасовых отложений они красно 1 бурые, а на юрских и меловых осадках, черные), а также от глубины и условий залегания (там, где морены выходят на поверхность или находятся в зоне окисления, они бурого цвета, а на большой глубине или в условиях восстановительной среды, например, под болотами темно-серого). Более пестрый состав имеют, конечно-моренные, образования. Здесь нередко на небольшом расстоянии валунно-галечные или валунно-песчаные разности замещаются валунными глинами или суглинками. В них часто встречаются маломощные (0,5-1 м) линзы и прослои супесей и гравелнетых песков, нередко смятые при последующих подвижках то - го же ледника. Содержание гравия, гальки и валунов (иногда размером до 2 м и более) в конечно-моренных образованиях местами увеличивается до 70% - Гранулометрический состав морен довольно пестрый. Обычно преобладают частицы песчаной фракции 40-50%; содержание пылеватых частиц 30-45, иногда до 60%, глинистых частиц 8-27%. Емкость поглощения мореных суглинков и глин невелика 5-12 мг-экв (редко до 20-25 мг-экв), что объясняется преимущественно гидрослюдистым составом тонкодисперсной фракции. В поглощенном комплексе преобладают кальций и магний. Несмотря на резкие изменения состава морен даже на небольших расстояниях, в целом все они характеризуются выдержанностью свойств по площади и глубине (см. рис. 8-11 и 51) и незначительным различием их у морен разного возраста. Все морены обладают высокой плотностью (табл. 71), обусловленной близостью их гранулометрического состава к составу «оптимальных смесей», и находятся в твердой, полутвердой или тугопластичной консистенции.

Отложения комплекса обводнены спорадически, водообильность водосодержащих песчаных линз незначительна. Воды пестрого химического состава с минерализацией до 1 г/л, в отдельных местах за счет подтока вод из нижележащих водоносных горизонтов до 3,6 г/л. Воды в большинстве случаев неагрессивные, за исключением заболоченных участков, где они приобретают общекислотную и выщелачивающую агрессивность.

синеклиз прогиб мука отложение

Размещено на Allbest.ru